臘孟珂 林立清(南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇 南京 210093)
基于空氣質(zhì)量模型評(píng)估產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響
——以蘇南某產(chǎn)業(yè)園區(qū)為例
臘孟珂 林立清(南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇 南京 210093)
本文以蘇南某工業(yè)園區(qū)為例,采用空氣質(zhì)量模型AERMOD模型預(yù)測(cè)園區(qū)內(nèi)常規(guī)污染物濃度,多尺度空氣質(zhì)量模型CMAQ(Community Multiscale Air Quality)預(yù)測(cè)O3、PM2.5等二次污染物濃度,以評(píng)估該園區(qū)土地利用和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃調(diào)整對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響。結(jié)果表明,預(yù)測(cè)近期(2020年)和預(yù)測(cè)遠(yuǎn)期(2030年)該園區(qū)內(nèi)各類污染物的最大濃度均滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求。規(guī)劃方案實(shí)施后,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、交通結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整將會(huì)改善區(qū)域內(nèi)一次污染物和細(xì)顆粒物污染狀況。長三角地區(qū)屬于VOCs控制區(qū),NOX的減少將會(huì)在一定程度上增加O3的平均濃度。
產(chǎn)業(yè)園區(qū);空氣質(zhì)量模型;AERMOD WRF-CMAQ
隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的深入,各類產(chǎn)業(yè)園區(qū)在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)聚集的同時(shí)也產(chǎn)生了一系列的大氣環(huán)境問題。如何客觀準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和把控產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃對(duì)區(qū)域環(huán)境的影響,是目前環(huán)評(píng)工作面臨的重要課題。
目前空氣質(zhì)量模型已廣泛應(yīng)用于不同類型的產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)工作中[1]。馬明亮等[2](2011)利用大氣污染擴(kuò)散模式ADMS對(duì)西寧市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃項(xiàng)目污染源對(duì)市區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響進(jìn)行模擬,結(jié)果表明市區(qū)空氣質(zhì)量將不受規(guī)劃的影響。于文濤(2012)[3]選擇AERMOD大氣預(yù)測(cè)模型,對(duì)內(nèi)蒙古大路工業(yè)園區(qū)大氣環(huán)境影響進(jìn)行了近期(2015年)預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)SO2、NOX小時(shí)和日均濃度均未超標(biāo)。
本研究以蘇南某工業(yè)園區(qū)為例,采用AERMOD模型對(duì)園區(qū)中常規(guī)污染物進(jìn)行預(yù)測(cè),同時(shí)采用多尺度空氣質(zhì)量模型CMAQ(Community Multiscale Air Quality)預(yù)測(cè) O3、PM2.5二次污染物濃度,評(píng)估該園區(qū)土地利用和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃調(diào)整對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響。
1.1.1 AERMOD模型介紹
AERMOD模式由美國國家環(huán)保署(USEPA)聯(lián)合美國氣象學(xué)會(huì)組建法規(guī)模式改善委員會(huì)(AERMIC)開發(fā),以擴(kuò)散統(tǒng)計(jì)理論為出發(fā)點(diǎn),假設(shè)污染物的濃度分布在一定程度上服從高斯分布。
1.1.2 模擬區(qū)域與模擬時(shí)間
模擬區(qū)域采用分辨率為0.3km×0.3km的網(wǎng)格,覆蓋蘇南某工業(yè)園區(qū),并適當(dāng)擴(kuò)展到周邊區(qū)域。模擬時(shí)間選取了2012年1、4、7和10月,模擬分析典型季節(jié)的大氣空氣質(zhì)量。
1.1.3 氣象資料
本研究選用該工業(yè)園區(qū)附近氣象站的觀測(cè)資料,包括地面風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、降水量等,作為大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)的地面氣象數(shù)據(jù)。將中尺度氣象模式WRF(Weather Research and Fore?casting Model)V3.2對(duì)2012年氣象場(chǎng)模擬的結(jié)果作為模式的高空輸入?yún)?shù)。
1.2.1 CMAQ模型介紹
本研究采用USEPA開發(fā)的第三代區(qū)域空氣質(zhì)量模式CMAQ對(duì)該園區(qū)二次污染物PM2.5、O3進(jìn)行預(yù)測(cè)。該模式考慮實(shí)際大氣中不同物種之間的轉(zhuǎn)換和相互影響,實(shí)現(xiàn)多個(gè)物質(zhì)和多個(gè)污染問題在多個(gè)空間尺度上的同時(shí)模擬[5]。模式系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖1所示。
圖1 CMAQ模式系統(tǒng)流程
圖2 嵌套網(wǎng)格示意圖
1.2.2 模擬區(qū)域與模擬時(shí)間
本研究選擇蘭伯特投影坐標(biāo)系,采用三層網(wǎng)格嵌套,網(wǎng)格分辨率分別為81km×81km、27km×27km、9km×9km,第一層網(wǎng)格覆蓋了中國的大部分區(qū)域,第二層主要包括華東區(qū)域,第三層覆蓋了整個(gè)長三角區(qū)域,如圖2所示。模型在垂直方向上將地面到對(duì)流層頂劃分為36層,最高層為50 hpa。模擬時(shí)間為2012年1、4、7和10月4個(gè)典型月份,為消除初始條件的影響,每個(gè)模擬時(shí)段提前5個(gè)模擬日開始。
1.2.3 源排放清單
排放源清單以INTEX-B(The Intercontinental Chemical Transport Experiment-Phase B)2006年亞洲排放源清單為基礎(chǔ),根據(jù)2010年長三角地區(qū)的工業(yè)交通等信息和園區(qū)范圍內(nèi)2012年的工業(yè)源、交通源進(jìn)行了補(bǔ)充更新及替代。
2.1.1 工業(yè)污染源影響預(yù)測(cè)
預(yù)測(cè)表明,規(guī)劃近期(2020年)和規(guī)劃遠(yuǎn)期(2030年)SO2、NOX、HCl、硫酸霧、甲苯、二甲苯的最大小時(shí)濃度貢獻(xiàn)值占標(biāo)率分別為10.81%、35.12%、19.26%、16.71%、5.49%、11.47%,和4.45%、27.24%、11.96%、5.16%、5.22%、10.83%。
規(guī)劃近期和規(guī)劃遠(yuǎn)期該工業(yè)園區(qū)中各種常規(guī)污染物SO2、NOX、PM10、HCl、硫酸霧的日均最大濃度貢獻(xiàn)值分別占評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的5.02%、14.99%、10.56%、9.16%、7.66%和1.91%、13.30%、10.57%、5.33%、2.64%。
規(guī)劃近期和規(guī)劃遠(yuǎn)期該工業(yè)園區(qū)中各種常規(guī)污染物SO2、NOX、PM10、鉛的年均濃度最大貢獻(xiàn)值占標(biāo)率分別為2.49%、12.67%、5.54%、2.16%和1.29%、7.31%、5.52%、2.16%。
結(jié)果表明,該園區(qū)工業(yè)污染源的污染貢獻(xiàn)值均未超過標(biāo)準(zhǔn)。隨著園區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,眾多高能耗、高污染的企業(yè)將退出園區(qū)或者進(jìn)行優(yōu)化生產(chǎn),園區(qū)的空氣質(zhì)量將在規(guī)劃期得到明顯好轉(zhuǎn)。
圖3 產(chǎn)業(yè)園區(qū)主要污染物模擬值與監(jiān)測(cè)值對(duì)比
2.1.2 交通污染源影響預(yù)測(cè)
預(yù)測(cè)結(jié)果表明,規(guī)劃遠(yuǎn)期機(jī)動(dòng)車對(duì)大氣環(huán)境的影響明顯降低,但隨著機(jī)動(dòng)車保有量的增加,交通源的貢獻(xiàn)仍然不能忽視,該園區(qū)需要繼續(xù)優(yōu)化居民出行結(jié)構(gòu),鼓勵(lì)大家多使用公共交通工具。
2.1.3 綜合疊加影響預(yù)測(cè)
綜合考慮園區(qū)工業(yè)源和交通源的影響后發(fā)現(xiàn),交通源對(duì)近地面NOX的貢獻(xiàn)相對(duì)較大,年均貢獻(xiàn)為3.92 μg∕m3,占兩者總貢獻(xiàn)的80%;對(duì)于PM10來說工業(yè)源的貢獻(xiàn)較大,且表現(xiàn)為明顯的點(diǎn)源擴(kuò)散特征。
2.2.1 WRF-CMAQ模式驗(yàn)證
該園區(qū)2012年1月、4月、7月、10月各項(xiàng)主要空氣質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)測(cè)值與模擬值的對(duì)比情況見圖3所示,使用兩倍誤差統(tǒng)計(jì)指標(biāo) FAC2 檢驗(yàn)?zāi)M的準(zhǔn)確性,經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到 SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO的FAC2值均大于70%,說明CMAQ模式對(duì)園區(qū)大氣污染物的模擬總體可行。
2.2.2 規(guī)劃期大氣環(huán)境影響分析
利用CMAQ模式將現(xiàn)狀(2012年)作為基準(zhǔn)情景,評(píng)估規(guī)劃近期(2020年)和規(guī)劃遠(yuǎn)期(2030年)園區(qū)產(chǎn)業(yè)調(diào)整對(duì)該工業(yè)園區(qū)乃至整個(gè)長三角地區(qū)空氣質(zhì)量的影響。預(yù)測(cè)表明,規(guī)劃近期隨著減排力度的加大,大氣中NOX和SO2濃度的降低使得通過化學(xué)反應(yīng)生成的硫酸鹽、硝酸鹽濃度明顯下降,而硫酸鹽、硝酸鹽又是細(xì)顆粒物的主要前體物。因此園區(qū)對(duì)于常規(guī)污染物的控制可有助于整個(gè)長三角地區(qū)PM2.5濃度的減少,且濃度減少的中心出現(xiàn)在園區(qū)附近,然后向周邊遞減。臭氧濃度在園區(qū)附近存在一定程度的增加,因?yàn)殚L三角地區(qū)屬于VOCs控制區(qū),園區(qū)對(duì)于NOX的控制將會(huì)在一定程度上增加臭氧的平均濃度。
(1)蘇南某工業(yè)園區(qū)規(guī)劃近期(2020年)和規(guī)劃遠(yuǎn)期(2030年)常規(guī)污染物SO2、NOX、PM10、HCl、硫酸霧、甲苯、二甲苯和鉛的小時(shí)、日均及年均最大濃度貢獻(xiàn)值占標(biāo)率均能滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
(2)常規(guī)污染物的預(yù)測(cè)結(jié)果表明,園區(qū)本輪規(guī)劃方案實(shí)施后,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、交通結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整將會(huì)改善區(qū)域的環(huán)境空氣質(zhì)量。
(3)二次污染物的預(yù)測(cè)結(jié)果表明,規(guī)劃期園區(qū)對(duì)NOX、SO2的減排控制可以有效改善區(qū)域的細(xì)顆粒物污染;長三角地區(qū)屬于VOCs控制區(qū),園區(qū)對(duì)于NOX的控制將會(huì)一定程度導(dǎo)致臭氧濃度的增加。
[1]田軍,葛春風(fēng),甄瑞卿,等.CMAQ模型在大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境影響評(píng)價(jià),2016,38(6):1-3.
[2]馬明亮,申紅艷,張加昆,等.區(qū)域規(guī)劃開發(fā)對(duì)西寧市環(huán)境空氣影響模擬研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(15):9225-9228.
[3]于文濤.化工園區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究[D].內(nèi)蒙古大學(xué),2012.
[4]王占山,李曉倩,王宗爽,等.空氣質(zhì)量模型CMAQ的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2013,36(S1):386—391.
[5]Dennis R L,Byun D W,Novak J H,et al.The next genera?tion of integrated air quality modeling:EPA's models-3[J].Atmo?spheric Environment,1996,30(12):1925-1938.
[6]周磊,周洋毅,吳建.浙江省火電行業(yè)主要污染物減排環(huán)境效益研究[J].中國環(huán)境管理,2015,7(5):89-95.
[7]馬芳,王麗濤,潘雪梅.基于MM5-Models-3∕CMAQ的中國地區(qū)大氣污染模擬[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,27(4):46-51.
臘孟珂(1983-),女,漢,河南南陽,南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份公司,工程師,碩士,主要研究方向?yàn)橐?guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)、戰(zhàn)略環(huán)境影響評(píng)價(jià)、環(huán)境規(guī)劃與管理、環(huán)境政策研究。
林立清,男,碩士,主要研究方向?yàn)榄h(huán)境規(guī)劃與管理、環(huán)境政策研究。