數(shù)學模型法在城市規(guī)劃環(huán)境影響評價案例中的應用研究
——以西安國際港務區(qū)規(guī)劃（一期）環(huán)評為例

趙媛媛

（西安國際港務區(qū)管理委員會，西安710026）

1 規(guī)劃環(huán)境影響評價的概念

規(guī)劃環(huán)境影響評價，即國際上被普遍認可的戰(zhàn)略環(huán)境影響評價（Strategic Environmental Assessment，簡稱SEA），但規(guī)劃環(huán)境影響評價在戰(zhàn)略環(huán)評中的層次較低[1]，即對具體方案可能造成的環(huán)境和生態(tài)破壞進行科學的、系統(tǒng)的綜合評價，在進行評價的過程中以政策為導向，將政策中的諸多一系列相關特征的目標，從空間和時間方面進行細化和具體化，最終再將具體的工程或項目等行為付諸實踐。影響之間關系的定量分析，以得出多種污染物或其他影響因素對環(huán)境的累積影響，對預測方案進行優(yōu)化分析，以及為各個污染源的最佳控制措施提供支撐[2]。

數(shù)學模型法對基礎數(shù)據(jù)的要求頗高，因為其僅能在數(shù)學模型限定的條件下使用，這就需要較為了解需要預測評價的環(huán)境。數(shù)學模型法的預測評價成本較高，且一般只能對單個環(huán)境因子進行影響分析，適用的范圍有限，對規(guī)劃內容比較具體的規(guī)劃環(huán)評較為適用。

2 數(shù)學模型法

3 西安國際港務區(qū)規(guī)劃環(huán)評的應用研究

數(shù)學模型法是一種客觀的預測方法，可以定量地表示出環(huán)境要素在時間和空間上的變化規(guī)律和過程，根據(jù)人們對預測對象認識的程度不同，可將其分為黑箱模型、白箱模型和灰箱模型[5]。

灰箱模型是一種理論與經(jīng)驗相結合的方法，人們面對某些已經(jīng)較為了解的客觀事物，但在其變化機制方面仍不是很熟悉，此時可依靠系統(tǒng)物理、化學或生物方面的特點或聯(lián)系建立起各種守恒或變化的關系（建立關系的方法即為白箱模型），當某些方面具有不確定性，可以設法將其參數(shù)化（即黑箱模型），再根據(jù)輸入和輸出數(shù)據(jù)之間的關系最終確定所設參數(shù)的數(shù)值。

環(huán)境數(shù)學模型包括水文與水動力模型、大氣擴散模型、水質模型、沉積物遷移模型、土壤侵蝕模型以及物種棲息地模型等。在實際規(guī)劃環(huán)境影響評價工作中，可以利用數(shù)值仿真模擬，通過多個污染物與環(huán)境

3.1 環(huán)境空氣影響預測與評價

3.1.1 汽車尾氣影響分析

3.1.1.1 尾氣污染物排放源強

根據(jù)各種類型機動車流量及尾氣污染物的釋放系數(shù)等參數(shù)，經(jīng)過計算得出，在車流高峰小時行駛汽車尾氣污染物的排放源強，計算公式如式（1）：

式中：Qj—j類氣態(tài)污染物排放源強，mg/（s·m）；Ai—i類型機動車預測年的高峰小時交通量，輛/h；Eij—i類型機動車j類污染物在預測年的單車排放因子，mg/（輛·m）。

氣態(tài)排放污染物等速工況單車排放因子Eij推薦值如表1所列。

其中預測年的高峰時段每小時交通流量采用《西安國際港務區(qū)基礎設施建設項目（一期）環(huán)境影響報告書》中預測的近遠期主干道的交通量計算，詳見表2。

表1 機動車單車排放因子推薦值g/km·輛

表2 主干道近遠期高峰小時交通量預測結果pcu/h

由于區(qū)域道路的聯(lián)通性，在計算尾氣源強時，按照道路交通量最大的紡渭路交通量計算，晝夜間車流量按照2∶1考慮，小型車、中型車及大型車的車型比例按照54∶31∶15考慮，平均行駛速度按照70 km/h計，平均行駛路程按照6.5 km計，則車輛尾氣源強見表3。

表3 車輛尾氣源強

3.1.1.2 尾氣影響預測

由于路網(wǎng)交錯復雜，難以用單一的線性污染源來預測，因此采用箱模式進行大氣環(huán)境預測，箱模式是一種簡單的空氣質量模式，它是依據(jù)現(xiàn)狀自然條件和污染物分布特點等，把區(qū)域視為由順風方向的一個或多個矩形箱組成，箱底為下墊面，箱頂為混合層頂，四周由區(qū)域范圍確定。但由于污染源本身的不確定性及預測模式的誤差，預測結果僅僅為定性說明提供參考。

（1）預測模型。

箱模式假設在一個箱體內污染源分布均勻，視為面源，源強為常量，污染物分布并不集中的情況下垂直擴散速度較快，假設大氣污染物在箱體內的垂直方向上均勻分布，不計順風向的擴散，將箱的側邊界及頂邊界視為不透壁，若不考慮大氣污染物的沉降、轉化作用，由平流式擴散方程推導出平衡狀態(tài)時單個箱體內大氣污染物平均濃度，可得到公式（2）：

式中：C—箱內大氣污染物平均濃度，mg/m3；

C0—進入箱體上風向邊界氣流中污染物的本底濃度，mg/m3；

X—箱體順風方向長度，m；

Q—污染物源強，mg/m2s；

u—箱內平均風速，m/s；

H—混合層高度，m。

對于計算長期污染濃度模式可表示為式（3）：

式中：Φijk—i風向、j穩(wěn)定度、k地面風速的聯(lián)合頻率，%；

Xi—i風向箱體順風方向長度，m；

ujk（z）—j穩(wěn)定度、k地面風速下風速隨高度的變化規(guī)律；

Hjk—j穩(wěn)定度、k地面風速下混合層高度，m。

根據(jù)《制定地方大氣污染物排放標準的技術方法》（GB/T 3840-91），混合層高度可由式（4）計算：

式中：as，bs—混合層系數(shù)，詳見表4；

uk—10 m高處k地面風速，m/s，大于6 m/s時取6 m/s；

Ω—地轉角速度，取7.29×10－5rad/s；

φ—地理緯度。

表4 混合層系數(shù)

（2）參數(shù)選擇。

（a）預測因子。

針對汽車尾氣的影響及危害，選擇NOX作為預測因子。

（b）背景濃度。

根據(jù)現(xiàn)狀監(jiān)測結果，NO2日均濃度值在0.002～0.044 mg/m3，平均值0.010 mg/m3，按年日均值為日均值的0.4倍換算，年日均值背景濃度為0.004 mg/m3。

（c）源強。

NOX源強見表5。

表5 NOX源強表mg/m2s

（d）順風向長度。

為簡化計算，將規(guī)劃區(qū)近似看做正方形處理，順風向長度近似值見表6。

表6 順風向長度km

（3）預測結果。大氣環(huán)境預測計算結果見表7。

表7 大氣環(huán)境預測計算結果mg/m3

4 結論

采用箱模式的預測模型對汽車尾氣的影響進行預測，由計算結果可知，近、遠期規(guī)劃區(qū)內NOX濃度的年均值可以滿足《環(huán)境空氣質量標準》（GB3095—1996）中的二級標準；從影響程度看，雖然集中供熱中心燃煤鍋爐的NOX排放量也較大，但其影響主要集中在采暖季，對區(qū)域環(huán)境空氣中NOX影響最大的仍是汽車尾氣。

[1] 中華人民共和國環(huán)境影響評價法[Z].2003.

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