CALPUFF模型在某開發(fā)開放試驗(yàn)區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究

摘 要：大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)是規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)的重要組成部分，根據(jù)預(yù)測(cè)范圍可選擇多個(gè)模型。對(duì)于尺度較大區(qū)域，一般選取CALPUFF。本研究采用某開發(fā)開放試驗(yàn)區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)實(shí)際案例進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)了各污染因子在正常情況下對(duì)環(huán)境空氣保護(hù)目標(biāo)的環(huán)境影響，得到網(wǎng)格點(diǎn)處的地面濃度和規(guī)劃范圍內(nèi)最大地面小時(shí)濃度點(diǎn)，以此分析該開發(fā)開放試驗(yàn)區(qū)實(shí)施規(guī)劃后排放的大氣污染物對(duì)周圍環(huán)境及敏感點(diǎn)的影響，進(jìn)而為合理制定試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模和布局提供宏觀決策。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，由于PM10和PM2.5預(yù)測(cè)結(jié)果超標(biāo)，建議慎重考慮規(guī)劃片區(qū)產(chǎn)業(yè)定位，合理確定水泥產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模，減少不利環(huán)境影響。

關(guān)鍵詞：CALPUFF模型；規(guī)劃環(huán)評(píng)；大氣預(yù)測(cè)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：X823 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-9655（2024）06-00-04

0 引言

環(huán)境影響預(yù)測(cè)是環(huán)境影響評(píng)價(jià)的重要組成部分，根據(jù)《HJ 2.2—2018環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》[1]的相關(guān)要求，對(duì)于大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作等級(jí)為一級(jí)的項(xiàng)目，需采用進(jìn)一步預(yù)測(cè)模式對(duì)大氣污染源進(jìn)行環(huán)境影響預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，導(dǎo)則中推薦的進(jìn)一步預(yù)測(cè)模式主要包括AERMOD、ADMS、CALFULL等多種模型。受建設(shè)項(xiàng)目和產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)范圍影響，目前使用較多的是AERMOD模型，對(duì)于適用于尺度較大區(qū)域的CALPUFF模型，一般運(yùn)用較少[2]。CALPUFF模型一般適用于大氣評(píng)價(jià)范圍＞50 km的建設(shè)項(xiàng)目的一級(jí)評(píng)價(jià)，可用于模擬大氣污染源（包含點(diǎn)源、面源、線源、體源）的年平均、日平均和小時(shí)平均濃度分布情況。該模式主要適用于城市尺度，對(duì)于建設(shè)項(xiàng)目所處的特殊風(fēng)場(chǎng)，包括長期靜、小風(fēng)和岸邊熏煙均可以開展環(huán)境影響程度的直觀演示。

1 案例分析

某開發(fā)開放試驗(yàn)區(qū)位于我國邊境區(qū)域，規(guī)劃范圍接近5000 km2，南北向長度約100 km，東西向相距約50 km，但規(guī)劃重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)的區(qū)域僅為200 km2，且分為多個(gè)小組團(tuán)散落在整個(gè)規(guī)劃區(qū)域，剩余近4800 km2的規(guī)劃范圍為規(guī)劃不布置工業(yè)企業(yè)和居民住宅的生態(tài)屏障功能區(qū)和特色農(nóng)業(yè)功能區(qū)。規(guī)劃區(qū)海拔在424～1968 m，落差較大，居民區(qū)和工業(yè)集中區(qū)布局在河谷地帶，低海拔地區(qū)除北部某鎮(zhèn)外，基本分布于南部河谷地區(qū)，且沿區(qū)域多條主要河流呈“十”字形分布，規(guī)劃主要產(chǎn)業(yè)功能分區(qū)基本沿河谷分布，從地形角度，該地區(qū)不利于大氣污染物的擴(kuò)散，易造成污染物在山谷中的長時(shí)間停留、集聚。

規(guī)劃范圍內(nèi)生態(tài)屏障功能區(qū)中自然保護(hù)區(qū)執(zhí)行《GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其他點(diǎn)位均執(zhí)行《GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，甲苯、二甲苯、硫化氫和氨、TVOC均執(zhí)行《HJ 2.2—2018環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》中附錄D的相關(guān)濃度限值，根據(jù)規(guī)劃環(huán)評(píng)階段環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位污染物均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求限值，規(guī)劃區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀較好。規(guī)劃范圍內(nèi)的環(huán)境空氣敏感點(diǎn)主要為評(píng)價(jià)范圍內(nèi)的居民區(qū)、自然保護(hù)區(qū)（某國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、某州級(jí)自然保護(hù)區(qū)、某魚類州級(jí)自然保護(hù)區(qū)、某縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)）、風(fēng)景名勝區(qū)（某國家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)），共計(jì)198個(gè)敏感點(diǎn)位。

根據(jù)《HJ 2.2—2018環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》的說明，推薦使用CALPUFF模型對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)域的大氣污染擴(kuò)散進(jìn)行模擬。在大氣污染物濃度預(yù)測(cè)過程中，結(jié)合《某開發(fā)開放試驗(yàn)區(qū)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》等相關(guān)內(nèi)容，將工業(yè)污染源分配到水泥建材、制糖業(yè)、橡膠等多個(gè)行業(yè)，根據(jù)規(guī)劃定位確定新增污染源位置，對(duì)比2021年環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中的污染物排放強(qiáng)度，確定新增污染源的排放強(qiáng)度。根據(jù)測(cè)算，規(guī)劃區(qū)域所有行業(yè)SO2排放量2025年約139.6 t，2035年約116.28 t；NOX排放量2025年約830.91 t，2035年約709.63 t；主要原因在于規(guī)劃期內(nèi)擬建高耗能企業(yè)A污染物排放量較大，NOX排放量每年約669.27 t，SO2排放量每年約96.26 t，因此2025年、2035年規(guī)劃區(qū)域NOX和SO2預(yù)測(cè)排放量較現(xiàn)狀2021年有較大的提高。

2 預(yù)測(cè)方案

本次研究大氣環(huán)境影響污染物濃度預(yù)測(cè)采用的基礎(chǔ)氣象資料為規(guī)劃區(qū)所在行政區(qū)域縣級(jí)氣象站20年（2003—2022年）平均氣候資料及臨近3個(gè)縣級(jí)氣象站2022年連續(xù)一年逐時(shí)、逐次的地面觀測(cè)數(shù)據(jù)。高空氣象數(shù)據(jù)采用石家莊環(huán)安科技有限公司中尺度氣象模型2022年的模擬數(shù)據(jù)，高空氣象數(shù)據(jù)參數(shù)包括氣壓、離地高度、干球溫度、露點(diǎn)溫度、風(fēng)向、風(fēng)速。

按照導(dǎo)則數(shù)據(jù)來源的相關(guān)要求，評(píng)價(jià)范圍內(nèi)二類區(qū)基本污染物SO2、NOX、PM10、PM2.5環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀采用2022年所在縣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)，其他污染物質(zhì)量現(xiàn)狀采用補(bǔ)充監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，一類區(qū)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀采用補(bǔ)充監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

根據(jù)規(guī)劃區(qū)域各片區(qū)規(guī)劃定位，橡膠初加工及精深加工等主要布局在甲片區(qū)，建材水泥等主要布局在乙片區(qū)，根據(jù)規(guī)劃介紹，預(yù)計(jì)2025年橡膠初加工產(chǎn)能達(dá)到80萬t左右，重點(diǎn)支持龍頭企業(yè)培育具有競爭力的橡膠初加工廠5～6家，因此將橡膠初加工污染源概化為6個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)源高度按照規(guī)劃區(qū)域現(xiàn)狀橡膠企業(yè)排氣筒最高高度計(jì)算。另有木材燃料加工企業(yè)若干、水泥生產(chǎn)企業(yè)1家。整體來說，規(guī)劃片區(qū)污染源數(shù)量不多，排放的污染物類型也比較簡單。

預(yù)測(cè)范圍西南方起始點(diǎn)的UTM坐標(biāo)為（713.0267，2342，47N），評(píng)價(jià)網(wǎng)格范圍為80 km×115 km，網(wǎng)格間距1000 m，共9200個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，其中重點(diǎn)發(fā)展工業(yè)企業(yè)的甲片區(qū)和乙片區(qū)進(jìn)行了網(wǎng)格加密預(yù)測(cè)，網(wǎng)格間距為300 m。在預(yù)測(cè)范圍內(nèi)受體主要包括198個(gè)環(huán)境空氣敏感點(diǎn)、預(yù)測(cè)范圍內(nèi)網(wǎng)格點(diǎn)和區(qū)域最大落地濃度點(diǎn)三類。根據(jù)規(guī)劃范圍內(nèi)布局產(chǎn)業(yè)的廢氣排放特點(diǎn)，正常排放情況下預(yù)測(cè)因子為SO2、NOX、PM10、PM2.5和TVOC，得到小時(shí)質(zhì)量濃度貢獻(xiàn)值、日平均質(zhì)量濃度貢獻(xiàn)值、年平均質(zhì)量濃度貢獻(xiàn)值、保證率日平均質(zhì)量濃度、年平均質(zhì)量濃度在評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)的最大值。

3 預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)預(yù)測(cè)方案，本研究對(duì)SO2、NOX、PM10、PM2.5和TVOC共計(jì)5種大氣污染物的環(huán)境影響分別進(jìn)行了預(yù)測(cè)，本文重點(diǎn)選取PM10、PM2.5日均濃度預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行直觀分析。

（1）PM10預(yù)測(cè)結(jié)果分析。一類區(qū)和二類區(qū)敏感點(diǎn)PM10預(yù)測(cè)結(jié)果均滿足《GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)要求，敏感點(diǎn)PM10最大日均濃度疊加值為118.02 μg/m3，占標(biāo)率78.68%lt;100%。其中區(qū)域網(wǎng)格點(diǎn)PM10最大日均濃度預(yù)測(cè)值位于建材水泥等主要行業(yè)布局的乙片區(qū)內(nèi)，最大濃度占標(biāo)率247.67%gt;100%，最大濃度超標(biāo)倍數(shù)1.30，乙片區(qū)加密網(wǎng)格點(diǎn)內(nèi)超標(biāo)率0.16%，超過二類標(biāo)準(zhǔn)限值，超標(biāo)點(diǎn)位均位于乙片區(qū)邊界范圍內(nèi)及周邊范圍內(nèi)的部分點(diǎn)位。PM10日均濃度貢獻(xiàn)值分布情況如圖1所示，PM10日均濃度疊加值分布情況如圖2所示。

（2）PM2.5預(yù)測(cè)結(jié)果分析。一類區(qū)和二類區(qū)敏感點(diǎn)PM2.5預(yù)測(cè)結(jié)果均滿足《GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)要求，敏感點(diǎn)PM2.5最大日均濃度疊加值為58.76 μg/m3，占標(biāo)率78.35%lt;100%。其中區(qū)域網(wǎng)格點(diǎn)PM2.5最大日均濃度預(yù)測(cè)值位于建材水泥等主要行業(yè)布局的乙片區(qū)內(nèi)，最大濃度占標(biāo)率248.20%gt;100%，最大濃度超標(biāo)倍數(shù)1.48，

乙片區(qū)加密網(wǎng)格點(diǎn)內(nèi)超標(biāo)率0.08%，超過二類標(biāo)準(zhǔn)限值，超標(biāo)點(diǎn)位均位于乙片區(qū)邊界范圍內(nèi)及周邊范圍內(nèi)的部分點(diǎn)位。PM2.5日均濃度貢獻(xiàn)值分布情況如圖3所示，PM2.5日均濃度疊加值分布情況如

圖4所示。

其他因子具體預(yù)測(cè)結(jié)果如表1所示。

通過對(duì)規(guī)劃區(qū)域規(guī)劃企業(yè)排放SO2、NOX、PM10、PM2.5、TVOC濃度預(yù)測(cè)可知，SO2、NOX一類區(qū)、二類區(qū)各敏感點(diǎn)以及網(wǎng)格點(diǎn)預(yù)測(cè)濃度均滿足《GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)要求，TVOC預(yù)測(cè)結(jié)果滿足《HJ 2.2—2018環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》附錄D中TVOC 8小時(shí)濃度要求限值。PM10和PM2.5一類區(qū)、二類區(qū)各敏感點(diǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果滿足《GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)要求，但網(wǎng)格存在超標(biāo)點(diǎn)位，其中區(qū)域網(wǎng)格點(diǎn)PM10最大濃度超標(biāo)倍數(shù)1.30，乙片區(qū)加密網(wǎng)格點(diǎn)內(nèi)超標(biāo)率0.16%；區(qū)域網(wǎng)格點(diǎn)PM2.5最大濃度超標(biāo)倍數(shù)1.48，乙片區(qū)加密網(wǎng)格點(diǎn)內(nèi)超標(biāo)率0.08%，均不能滿足《GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二類標(biāo)準(zhǔn)限值。

從整個(gè)規(guī)劃區(qū)域布局可知，規(guī)劃區(qū)域居民區(qū)和工業(yè)集中區(qū)布局在河谷地帶，從地形角度，該地區(qū)不利于大氣污染物的擴(kuò)散，易造成污染物在山谷中的長時(shí)間停留、集聚。此外，從區(qū)域多年氣象統(tǒng)計(jì)資料可知，規(guī)劃區(qū)域常年以靜風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向，多年平均風(fēng)速較小，因此該氣象條件下，污染物排放之后不利于其擴(kuò)散，尤其是在發(fā)生逆溫的夜晚，污染物易在局部地區(qū)聚集，對(duì)該地區(qū)的環(huán)境空氣質(zhì)量造成不利影響。因此，結(jié)合規(guī)劃區(qū)域地形條件、氣象條件以及污染物預(yù)測(cè)結(jié)果判定，由于“十四五”期間規(guī)劃區(qū)域乙片區(qū)內(nèi)將布局一個(gè)高污染水泥企業(yè)，導(dǎo)致該片區(qū)PM10和PM2.5預(yù)測(cè)結(jié)果超標(biāo)，將對(duì)乙片區(qū)乃至整個(gè)試驗(yàn)區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量造成一定影響。

4 研究結(jié)論及建議

（1）本研究采用CALPUFF模型對(duì)試驗(yàn)區(qū)實(shí)施規(guī)劃后的大氣環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果可以作為區(qū)域規(guī)劃優(yōu)化調(diào)整的技術(shù)支撐，對(duì)于今后CALPUFF模型運(yùn)用于區(qū)域大尺度大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)有一定借鑒意義。

（2）通過本次CALPUFF模型在某開發(fā)開放試驗(yàn)區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究得出結(jié)論為：規(guī)劃乙片區(qū)產(chǎn)業(yè)定位為建材水泥行業(yè)，根據(jù)污染物預(yù)測(cè)結(jié)果，PM10和PM2.5預(yù)測(cè)結(jié)果超標(biāo)，超標(biāo)區(qū)域主要分布在乙片區(qū)規(guī)劃水泥企業(yè)邊界范圍內(nèi)及周邊，因此，該區(qū)域建設(shè)水泥廠將對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量造成一定影響。

（3）根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果提出試驗(yàn)區(qū)優(yōu)化調(diào)整的建議和意見為：建議優(yōu)化調(diào)整乙片區(qū)功能定位，若經(jīng)分析論證無法調(diào)整，建議加強(qiáng)日常環(huán)境監(jiān)管，推進(jìn)煙氣減排工程建設(shè)，具體建設(shè)項(xiàng)目環(huán)評(píng)階段應(yīng)將大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)作為重點(diǎn)之一，進(jìn)一步論證水泥廠建設(shè)排放污染物對(duì)周邊環(huán)境敏感區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，明確并嚴(yán)格落實(shí)環(huán)境空氣污染防治措施，要求作出明確的環(huán)境影響是否可行的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 譚娟，楊永宏，丁祖高.地表參數(shù)選取對(duì)大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)結(jié)果的影響[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2016，35（4）：47-51.

Research on the Application of CALPUFF Model on Atmospheric Environmental Impact Prediction in Pilot Zone

TAN Juan1， DU Wen-jing1， DING Zu-gao2， JIN Han-cheng1， JI Cheng-gang1

（1.Yunnan Provincial Appraisal Center of Environmental Engineering， Kunming Yunnan 650228，China）

Abstract： Atmospheric environmental impact prediction is a critical aspect of environmental impact assessment planning， with various models available depending on the prediction scope. CALPUFF is commonly chosen for larger-scale areas. This study examined a practical case of environmental impact assessment planning within a specific development and opening trial zone. It forecasted the environmental impact of different pollution factors on environmental air protection targets under normal conditions. Ground concentrations at grid points and maximum ground-level hourly concentrations within the planning scope were measured. The datum were utilized to analyze the effects of atmospheric pollutants emitted post-implementation of planning in the development and opening trial zone on surrounding environments and sensitive areas. The objective of this analysis was to provide macro-level decisions for the rational formulation of industrial development scale and layout within the trial zone. Given that the predicted results for PM10 and PM2.5 exceed standards， careful consideration of industrial positioning in the planning area was recommended， along with a reasonable determination of the scale of development to mitigate adverse environmental impacts.

Key words： CALPUFF model; planning environmental impact assessment; atmospheric environmental impact prediction

收稿日期：2024-06-10

作者簡介：譚娟（1985-），女，漢族，湖北秭歸人，高級(jí)工程師，主要從事生態(tài)環(huán)境技術(shù)咨詢服務(wù)工作。

通信作者：姬成崗（1983-），男，漢族，云南曲靖人，高級(jí)工程師，主要從事固體廢物、土壤、地下水污染防治研究工作。