基于修正A值法的盤錦市大氣環(huán)境容量核算

王 儉路 冰夏廣鋒

（1遼寧大學(xué)環(huán)境學(xué)院 遼寧沈陽(yáng) 110036 2遼寧省環(huán)境科學(xué)研究院 遼寧沈陽(yáng) 110061）

1 引言

大氣環(huán)境容量是指為了保障人類正常生產(chǎn)生活和生態(tài)系統(tǒng)平衡的條件下，在滿足空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的前提下大氣環(huán)境所能容納污染物的最大量。區(qū)域環(huán)境容量是指在有限的區(qū)域內(nèi)，考慮污染物的背景濃度(外來污染影響和自然本底濃度)，在現(xiàn)狀污染源排放格局條件下，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際氣象條件，建立污染源排放量與空氣質(zhì)量直接的響應(yīng)關(guān)系，分析在環(huán)境功能的要求下，區(qū)域內(nèi)所允許排放的污染物最大量[1]。

盤錦市是遼寧省的主要化工城市，總面積4071km2，總?cè)丝?28.7萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率為83.6%。近年來，由于城市發(fā)展、城市化進(jìn)程加快，導(dǎo)致能源消耗的急劇攀升，盤錦市大氣環(huán)境已明顯表現(xiàn)出的復(fù)合型污染特征。同時(shí)由于緊鄰遼寧省中部城市群與京津冀地區(qū)，城市之間所排放的大氣污染物相互作用、相互影響，使得盤錦地區(qū)大氣污染物濃度超標(biāo)現(xiàn)象頻發(fā)，大氣污染形勢(shì)十分嚴(yán)峻，細(xì)顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）等污染物濃度超出國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的幅度較大。遼寧省政府和盤錦市政府高度重視大氣污染防治工作，為了有效改善大氣環(huán)境質(zhì)量，為大氣污染防治精細(xì)化管理提供科學(xué)依據(jù)開展盤錦市大氣污染物環(huán)境容量核算研究。

2 盤錦市大氣環(huán)境容量估算方法

2.1 A值法模型

A值法是計(jì)算大氣環(huán)境容量的主要方法之一，該方法是根據(jù)大氣污染物擴(kuò)散稀釋規(guī)律，以大氣環(huán)境質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)為控制目標(biāo)，使用控制區(qū)排放總量允許限值和點(diǎn)源排放允許限值來計(jì)算大氣環(huán)境容量[2]。其中，A值的取值大小對(duì)確定區(qū)域大氣污染物允許排放量有著重要的影響。《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》（GB／3804—91）[3]中，將全國(guó)行政區(qū)分成幾個(gè)氣候條件大致相似的區(qū)域，分別確定不同區(qū)域內(nèi)A的取值范圍。由于我國(guó)地域遼闊、地形復(fù)雜，各地區(qū)氣候差異顯著、大氣擴(kuò)散能力相差明顯，分成幾個(gè)氣候區(qū)的做法顯然過于籠統(tǒng)。為此，本文依據(jù)單箱模型中A值法的基本原理，提出了A值的修正方法，并計(jì)算了盤錦市各區(qū)縣A值和大氣環(huán)境容量，將其與污染源排放量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，以為盤錦市大氣污染物排放的總量控制提供科學(xué)依據(jù)[4]。

A值法簡(jiǎn)單方便，曾廣泛應(yīng)用于全國(guó)各城市大氣環(huán)境容量的核算中，但是由于A值法中環(huán)境容量?jī)H與A值、區(qū)域面積和環(huán)境背景值有關(guān)，不能清晰地表明污染物排放與環(huán)境質(zhì)量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且A值取值的主觀性較大，容易造成所計(jì)算的環(huán)境容量與實(shí)際偏差較大[5]。

A值法模型屬于箱模型，該模型基本原理是將總量控制區(qū)上空的空氣混合層視為承納地面排放污染物的一個(gè)箱體。具體計(jì)算模式如下：

式中，Qa,k為總量控制區(qū)某種污染物年允許排放總量限值,104t；Qa,k,i為i功能區(qū)某種污染物年允許排放總量限值，104t；n為能區(qū)總數(shù)；i為量控制區(qū)內(nèi)各功能分區(qū)的編號(hào)；a為量下標(biāo)；k為某種污染物下標(biāo)。

式中，S為總量控制區(qū)總面積，km2；Si為第i功能區(qū)面積，km2；Ak,i為第i功能區(qū)某種污染物排放總量控制系數(shù)，單位為104t·a-1·km-2。

考慮到控制區(qū)內(nèi)邊緣地帶污染源對(duì)周邊環(huán)境的污染，總量控制區(qū)總面積的計(jì)算值應(yīng)大于總量控制區(qū)實(shí)際面積，因此需將總量計(jì)算公式調(diào)整為

擴(kuò)散的范圍由控制區(qū)邊緣處煙源的最大落地濃度距離而定，一般以控制區(qū)邊緣處污染源煙囪高度為30 m考慮，則總量計(jì)算區(qū)范圍以總量控制區(qū)邊緣再向外擴(kuò)展1 km計(jì)。

式中，Ck,i國(guó)家和地方有關(guān)大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的與第i功能區(qū)類別相應(yīng)的年日平均濃度限值，mg/m3；C0當(dāng)?shù)乇尘澳耆掌骄鶟舛龋琺g/m3；A為地理區(qū)域性總量控制系數(shù)，104/km2，遼寧省A值范圍為5.6-7.0

2.2 修正A值法模型

上述A值法沒有考慮干濕沉積和化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中的變動(dòng)環(huán)境容量，而只計(jì)算了輸送和擴(kuò)散過程的基本環(huán)境容量。因此可能會(huì)產(chǎn)生較大誤差，使得核算出的污染物允許排放量限值小于實(shí)際環(huán)境容量，不利于環(huán)境的總量控制。因此，區(qū)域容量計(jì)算可簡(jiǎn)化為A值法計(jì)算的基礎(chǔ)上，再根據(jù)表2按區(qū)域面積大小計(jì)算變動(dòng)環(huán)境容量后進(jìn)行疊加調(diào)整[6]。修正后計(jì)算公式如下：

式中，VE為為通風(fēng)系數(shù) VE=uˉHi，m2/s；U 為混合層內(nèi)平均風(fēng)速，m/s；Hi為混合層高度，m?；贛M5-CALMET模型測(cè)算的單位網(wǎng)格上的通風(fēng)系數(shù)；g為保險(xiǎn)系數(shù)。

3 盤錦市修正A值法容量核算

3.1 背景值確定

背景值主要反映區(qū)域內(nèi)不可控源（如天然源等）和區(qū)域外污染源對(duì)區(qū)域內(nèi)的影響，背景值的大小對(duì)大氣容量計(jì)算結(jié)果具有重要影響[7]?？紤]到本次研究所用的污染源普查數(shù)據(jù)涵蓋了工業(yè)源、城鎮(zhèn)面源、移動(dòng)源等主要大氣污染源類型，參考城市環(huán)境容量核定中的背景值及盤錦市清潔區(qū)點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)值，本次研究設(shè)定 SO2、NO2、PM10 的背景濃度分別為 0.013mg/m3、0.018mg/m3、0.037mg/m3。

3.2 大氣環(huán)境功能區(qū)劃

盤錦市已明確區(qū)域的環(huán)境空氣質(zhì)量功能分區(qū)，其中遼河口自然保護(hù)區(qū)的緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)、海域的灘地、疙瘩樓水庫(kù)大部分水域等，面積970.6平方公里為一類功能分區(qū)，空氣環(huán)境質(zhì)量執(zhí)行《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。其它城市地區(qū)為二類功能分區(qū)，空氣環(huán)境質(zhì)量執(zhí)行《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果

根據(jù)修正A值法計(jì)算得出盤錦市SO2的環(huán)境容量為81915.56t/a，NO2環(huán)境容量為 90632.71t/a、PM10 環(huán)境容量為75786.62t/a，各功能區(qū)及各區(qū)域環(huán)境容量見表3。

表3 利用A值法計(jì)算的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)環(huán)境容量

2012年盤錦市二氧化硫排放量37099.78噸，氮氧化物排放量20443.92噸，煙塵排放量11756.40噸。盤錦市各區(qū)縣污染物排放量如下表4。

表4 盤錦市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)廢氣排放情況

由于盤錦市主要工業(yè)園區(qū)集中在雙臺(tái)子區(qū)和興隆臺(tái)區(qū)。這兩個(gè)區(qū)域的剩余環(huán)境容量根據(jù)表3與各區(qū)域污染排放量表4的比較，得到這兩處工業(yè)園區(qū)的剩余環(huán)境容量，見表5。

表5 盤錦市部分區(qū)域剩余環(huán)境容量（t/a）

由上表可知，這兩個(gè)地區(qū)除了興隆臺(tái)區(qū)PM10，其他污染物已經(jīng)沒有剩余環(huán)境容量，不能再在此區(qū)域范圍內(nèi)開設(shè)工業(yè)園區(qū)，還要注意周邊地區(qū)的傳輸影響。

結(jié)語(yǔ)

（1）本文以箱式模型為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出了大氣環(huán)境容量宏觀總量控制A值的計(jì)算公式，并利用遼寧省省氣象臺(tái)近年的氣象資料，計(jì)算了盤錦市各區(qū)縣的A值，計(jì)算結(jié)果表明除雙臺(tái)子區(qū)A值大于國(guó)標(biāo)A值外，其余各區(qū)縣A值小于國(guó)標(biāo)A值。

（2）在新的國(guó)家《空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095—2012）要求下，盤錦市 SO2，NOx，PM10的理想環(huán)境容量分別為 81915.02 t/a,90632.28t/a,75786.62t/a。

（3）建立科學(xué)合理的監(jiān)測(cè)點(diǎn)至關(guān)重要，尤其是清潔對(duì)照點(diǎn)的確定。在本次研究中環(huán)境的背景值選取中主要參照清潔區(qū)鼎翔監(jiān)測(cè)值，在60-70%的保證率下選取，針對(duì)于SO2和NO2的質(zhì)量濃度有較好的意義，但對(duì)于顆粒物PM10的研究會(huì)存在一定的誤差。

（4）盤錦市城市環(huán)境空氣以煤煙、機(jī)動(dòng)車尾氣和揚(yáng)塵混合型污染為特征。采暖期以燃煤燃燒形成的煙塵污染為主，采暖期煤炭消耗量約占全年40-50%；春、秋兩季受大風(fēng)天氣影響，以揚(yáng)塵污染為主；夏季氣壓低、風(fēng)速小，以機(jī)動(dòng)車尾氣污染為主。盤錦市目前的首要污染物是PM10，細(xì)粒子來源復(fù)雜，控制起來難度較大，顆粒物的來源工業(yè)污染比重較少，約40%左右，來源風(fēng)沙塵、道路揚(yáng)塵、海鹽等開放源類比重較大，顆粒物污染控制前景不容樂觀，顆粒物污染是盤錦市環(huán)境空氣質(zhì)量改善的瓶頸。

[1]王宏超,王曉輝.基于A值法的區(qū)域大氣環(huán)境容量研究——以寧國(guó)市工業(yè)區(qū)為例[J].廣東化工,2017,44(24)：76-77+83.

[2]李延宏,王瑛瑛.大氣環(huán)境容量計(jì)算方法A值法的修正探討[J].青海環(huán)境,2017,27(02)：95-97.

[3]胡藝文.黑龍江省大氣PM_(2.5)環(huán)境容量測(cè)算研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2017.

[4]陳云強(qiáng),崔蕾,孫明.川南經(jīng)濟(jì)區(qū)年大氣環(huán)境容量核算的初步研究[J].成都信息工程大學(xué)學(xué)報(bào),2017,32(01)：74-77.

[5]環(huán)境保護(hù)部.發(fā)展改革委.財(cái)政部.重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃.北京：環(huán)境保護(hù)部，發(fā)展改革委，財(cái)政部，2012.

[6]汪建,丁世敏,封享華,熊竹,敬小英,羅曼琳.區(qū)域大氣環(huán)境容量及其區(qū)域配置研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2016,41(05)：55-58.

[7]李文慧,陳潔,王繁強(qiáng),毛明策.基于修正A值法的西安市大氣環(huán)境容量與剩余容量估算[J].安全與環(huán)境工程,2013,20(04)：71-75.資助項(xiàng)目國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2015ZX07202-012).