基于GIS的ADMS大氣環(huán)境數(shù)值模擬在產(chǎn)業(yè)空間布局優(yōu)化上的應(yīng)用研究
——以上海某產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃環(huán)評為例

王春雷，肖可心

（上海同渠工程咨詢有限公司，上海 200092）

近年來，產(chǎn)業(yè)園區(qū)作為工業(yè)發(fā)展的陣地，起到了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)集聚、引領(lǐng)科技創(chuàng)新的重要作用。但是，產(chǎn)業(yè)園區(qū)往往在開發(fā)建設(shè)早期沒有進(jìn)行空間布局規(guī)劃，規(guī)劃環(huán)境影響評價，產(chǎn)業(yè)布局和空間功能分區(qū)較為雜亂，加之環(huán)境監(jiān)管不力，容易對環(huán)境和周邊居民產(chǎn)生不利影響。

目前，針對產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃環(huán)境影響評價中的空間布局優(yōu)化，建議以定性和半定性分析為主[1-3]。趙毅等分別對園區(qū)的起步期和成熟期提出了“用地置換、空間優(yōu)化、產(chǎn)城融合、配套服務(wù)”的園區(qū)產(chǎn)業(yè)選擇和空間布局的理念[4]；李萌等基于石化園區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈延伸規(guī)劃，建立物料依賴矩陣，對石化園區(qū)產(chǎn)業(yè)空間布局進(jìn)行優(yōu)化[5]。產(chǎn)業(yè)園區(qū)空間布局優(yōu)化的定量分析尚處在探索階段，楊虹等采用Aermod與ArcGIS結(jié)合，考慮工業(yè)企業(yè)大氣點(diǎn)源污染產(chǎn)生的影響，探討了區(qū)域布局優(yōu)化的應(yīng)用研究[6]；黃小芳基于ArcGIS的圖層加權(quán)疊加方法，對區(qū)域工業(yè)用地布局的定量研究做了探索[7]。

從環(huán)境空氣質(zhì)量的角度，基于ADMS模型的大氣污染物面源污染擴(kuò)散預(yù)測模塊，結(jié)合ArcGIS的空間疊加功能，本文探討了在產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃環(huán)評中定量分析產(chǎn)業(yè)園區(qū)空間布局優(yōu)化的研究方法，并以上海某工業(yè)區(qū)規(guī)劃環(huán)評為例，開展實證研究。

1 研究方法

結(jié)合ADMS軟件在大氣污染物預(yù)測上的能力和ArcGIS在空間信息處理、空間表達(dá)上的優(yōu)勢，針對研究區(qū)域，從環(huán)境空氣質(zhì)量角度提出空間布局優(yōu)化建議，并將研究方法運(yùn)用于規(guī)劃環(huán)境影響評價，為政府管理部門未來開展環(huán)境管理和土地規(guī)劃提供決策依據(jù)和支持。

1.1 ADMS大氣環(huán)境數(shù)值模擬

已開發(fā)的土地根據(jù)不同行業(yè)單位土地面積排污系數(shù)計算污染物排放強(qiáng)度，未開發(fā)的土地根據(jù)規(guī)劃用地性質(zhì)和規(guī)劃污染源情況進(jìn)行計算，預(yù)測因子為SO2（年均、日均、小時均）、NO2（年均、日均、小時均）、PM10（年均、日均）以及VOCs（一次濃度）。預(yù)測采取網(wǎng)格源模式，預(yù)測網(wǎng)格取50 m×50 m，x軸從西向東為正，y軸從南到北為正，各網(wǎng)格計算點(diǎn)取各網(wǎng)格中心。

1.2 單因子評價

通過ADMS預(yù)測得到各網(wǎng)格計算點(diǎn)污染物濃度數(shù)據(jù)，由于各個評價因子的濃度數(shù)值對環(huán)境影響和空間布局的指導(dǎo)意義不同，因此對各指標(biāo)進(jìn)行單因子評價，以便更加合理地度量各個因子。單因子評價計算方法如下。

式中，Cixy為第i個評價指標(biāo)在坐標(biāo)為（x,y）的計算點(diǎn)的單因子評價指數(shù)；Cixy為第i個評價指標(biāo)在坐標(biāo)為（x,y）的計算點(diǎn)的預(yù)測濃度絕對數(shù)值；Ci0為第i個指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)值。

各指標(biāo)單因子評價標(biāo)準(zhǔn)值、結(jié)果及權(quán)重如表1所示。

表1 各指標(biāo)單因子評價標(biāo)準(zhǔn)值、結(jié)果及權(quán)重

1.3 權(quán)重確定

在專家打分的基礎(chǔ)上，采用yaahp軟件建立指標(biāo)判斷矩陣，對各評價指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計算，最終得到各指標(biāo)權(quán)重值，如表3所示。

1.4 ArcGIS疊置分析

首先，將ADMS軟件預(yù)測并經(jīng)過單因子評價的網(wǎng)格數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS10.1軟件，使用“Display XY”命令將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為point矢量數(shù)據(jù)，再通過克里金（Kriging）插值法將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)，用Spatial Analyst工具中的Raster Calculator對各個指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)疊置分析，最后對計算結(jié)果進(jìn)行重分類、賦值、系數(shù)調(diào)節(jié)，最終得到產(chǎn)業(yè)空間布局指數(shù)。對應(yīng)I～V五類研究區(qū)域產(chǎn)業(yè)空間布局，筆者提出以下優(yōu)化建議，如表2所示。

表2 產(chǎn)業(yè)空間布局指數(shù)分類及對應(yīng)優(yōu)化建議

2 實證應(yīng)用

2.1 研究區(qū)域概況

上海某工業(yè)區(qū)規(guī)劃面積8.25 km2，園區(qū)共入駐企業(yè)109家，95%為工業(yè)企業(yè)，主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為精密機(jī)械、電子電器、紡織化纖、輕工、金屬制品，產(chǎn)業(yè)集聚度達(dá)到88.64%。園區(qū)企業(yè)生產(chǎn)工藝、鍋爐燃燒產(chǎn)生的廢氣中含有SO2、NO2、PM10、VOCs等污染物，對周圍環(huán)境和居民產(chǎn)生潛在影響。本研究借園區(qū)開展規(guī)劃環(huán)評的契機(jī)，通過定量化的手段提出園區(qū)產(chǎn)業(yè)空間布局優(yōu)化建議。

2.2 ADMS大氣環(huán)境數(shù)值模擬

2.2.1 ADMS模型參數(shù)選擇

根據(jù)園區(qū)所在區(qū)域的實際情況，ADMS預(yù)測模型參數(shù)設(shè)置如表3所示，預(yù)測使用的氣象數(shù)據(jù)來源為研究區(qū)域連續(xù)一年的氣象觀測數(shù)據(jù)。

表3 ADMS預(yù)測模型參數(shù)設(shè)置

2.2.2 ADMS預(yù)測結(jié)果

研究區(qū)域內(nèi)SO2（年均、日均、小時均）、NO2（年均、日均、小時均）、PM10（年均、日均）及VOCs（一次濃度）共計9項指標(biāo)的預(yù)測濃度如圖1所示。

圖1 ADMS預(yù)測結(jié)果

預(yù)測結(jié)果顯示，研究區(qū)域內(nèi)，SO2、NO2、PM10年均污染物濃度以工業(yè)區(qū)范圍向四周均勻擴(kuò)散；日均污染物濃度從工業(yè)區(qū)范圍向西側(cè)擴(kuò)散；SO2、NO2小時均污染物濃度從工業(yè)區(qū)范圍向東北方向擴(kuò)散；VOCs一次濃度從工業(yè)區(qū)范圍向東南方向擴(kuò)散。

2.3 單因子評價及權(quán)重計算結(jié)果

計算結(jié)果（見表1）顯示，SO2（年均、日均、小時均）、NO2（年均、日均、小時均）、PM10（年均、日均）及VOCs（一次濃度）9項指標(biāo)中，單因子評價結(jié)果最大的為VOCs一次濃度，其次為SO2日均濃度。與評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，預(yù)測得到的各指標(biāo)污染物濃度均未超過評價標(biāo)準(zhǔn)限值。各指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果如表3所示。

2.4 ArcGIS疊置分析結(jié)果及產(chǎn)業(yè)空間布局優(yōu)化建議

由圖2可見，I類區(qū)域約占研究區(qū)域41.14%，各類污染物濃度均較小，環(huán)境空氣質(zhì)量較好，建議布局人員活動密集、停留時間長，對環(huán)境空氣較為敏感的功能，如居住、文教、醫(yī)療衛(wèi)生、行政辦公等；II類區(qū)域約占研究區(qū)域16.93%，環(huán)境空氣質(zhì)量相對較好，可布置人員密度較低且停留時間較短的用地類型，如商業(yè)配套設(shè)施、金融貿(mào)易、公園、休閑綠地等；III～V類區(qū)域約占研究區(qū)域41.93%，環(huán)境空氣質(zhì)量相對I、II類區(qū)域較差，適宜布置工業(yè)、倉儲用地。其中，III類區(qū)域可布置一類工業(yè)用地，引進(jìn)無大氣污染物排放的工業(yè)企業(yè)、倉儲、生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)項目，起到與I、II類用地間的過渡作用；IV類區(qū)可布置二類工業(yè)用地，可引進(jìn)存在大氣污染物排放的企業(yè)、項目，但應(yīng)做好源頭控制、加強(qiáng)管控，確保污染物達(dá)標(biāo)排放；V類區(qū)應(yīng)以控制現(xiàn)狀企業(yè)污染物排放為主，推進(jìn)“騰籠換鳥”，逐步淘汰污染物排放量大的項目，改善區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量。

圖2 ArcGIS大氣污染物疊加影響結(jié)果

3 結(jié)論

一是運(yùn)用ADMS模型對區(qū)域內(nèi)大氣污染物進(jìn)行數(shù)值模擬計算，通過單因子評價對預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行評價，用yaahp軟件對各指標(biāo)賦予權(quán)重。通過ArcGIS的空間疊加功能，得到產(chǎn)業(yè)空間布局指數(shù)，提出了I～V五類產(chǎn)業(yè)空間布局優(yōu)化建議。

二是ADMS預(yù)測及單因子評價結(jié)果顯示，單因子評價結(jié)果最大的為VOCs一次濃度，其次為SO2日均濃度，預(yù)測得到的各指標(biāo)污染物濃度均滿足相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)限值。

三是ArcGIS疊加分析結(jié)果顯示，I類區(qū)域約占研究區(qū)域41.14%，建議布局居住、文教、醫(yī)療衛(wèi)生、行政辦公等；II類區(qū)域約占研究區(qū)域16.93%，建議布局如商業(yè)配套設(shè)施、金融貿(mào)易、公園、休閑綠地等；III～V類區(qū)域約占研究區(qū)域41.93%，適宜布置工業(yè)、倉儲用地。

四是III～V類區(qū)域中，III類區(qū)域可布置一類工業(yè)用地，作為與I、II類用地間的過渡區(qū)域；IV類區(qū)可布置二類工業(yè)用地，但應(yīng)做好源頭控制、加強(qiáng)管控，確保污染物達(dá)標(biāo)排放；V類區(qū)應(yīng)以控制現(xiàn)狀企業(yè)污染物排放為主，推進(jìn)“騰籠換鳥”，逐步淘汰污染物排放量大的項目，改善區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量。