城市大气污染物总量测试研究

作者简介：史红香(1973-)，女，辽宁大连人，工程师。

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城市大气污染物总量测试研究
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Study on Calculating of Air Pollutant Amounts in City
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史红香1，2王毓军2胡筱敏1
(1.东北大学资源与土木工程学院沈阳110004)；(2.抚顺市环境监测站抚顺113006)


摘要开展空气环境容量测算研究，对于大气污染物总量管理从目标总量控制向容量总量控制转变具有决定性意义，能有效的提高污染控制的效果和实现环境质量达标。
关键词扩散模型容量测算
AbstractStudy on air environmental carrying capacity calculating 
technology will benefit for the transfer from goal amount control
 to capacity amount control on field of air pollution management and 
improve the air quality.
Key wordsDiffusion ModelCapacity Calculating

大气扩散模型在大气污染控制中的重要作用是开展环境容量测算。本研究采用的测算模型为英国剑桥环境研究中心开发的ADMS城市大气污染物扩散模型。
1ADMS城市大气扩散模型简介
ADMS-城市大气污染物扩散模型，是基于高斯扩散模型的多源模型，模拟城市区域来自工业、民用和道路交通污染源产生的污染物在大气中的扩散。该模型在中国部分城市得到应用。实践证明，只要选择合适的参数，模型计算结果准确度较高。
2ADMS-城市大气污染物扩散模型的有效性检验
模型的有效性检验是确定模型能否在研究区域内应用的依据，本文对ADMS-城市大气污染物扩散模型的有效性进行了检验。
2.1总悬浮微粒(PM10)的模型有效性检验
抚顺市有五个环境监测点位。各监测点位的功能为：水库点为对照区，望花点代表工业区，新华点和东洲点代表居民区，南站点代表交通区。五个点位均执行国家环境空气质量二级标准。
本文选取上述5个监测点位，将PM10的实测值与检验值进行相关性比较。
5个监测点模型检验值依下式计算：

C检验=CADMS+C实测·K二次扬尘

式中：C检验—PM10的检验数据；
CADMS—依据污染源排放数据库的PM10日均值计算结果；
C实测—PM10的日均值实测数据；
K二次扬尘—二次扬尘项比例系数。
表1给出了所有5个点位PM10实测值和检验值的比较结果，其相关系数是082，位于二倍差值范围内的点占98％。

表1PM10实测值和检验值的比较结果/mg·m-3

类别项目实测检验

所有点位最小值最大值平均相关系数二倍差值范围内的点所占百分比
0028086002711010003108820282082098

2.2二氧化硫的模型有效性检验
因SO2的实测结果由两部分构成，即来自于污染源数据库的模型计算结果和境外输入值(含背景值)，将依据污染源数据库计算的二氧化硫浓度数据按下式修正为检验数据：
C检验=CADMS+C背景
式中：C检验—二氧化硫的检验数据；
CADMS—依据污染源排放数据库的二氧化硫日均值计算结果；

C背景—背景点位实测数据校正后的日均值；

表2给出了所有5个点位(包括背景点预测浓度)的SO2实测值和检验值的比较结果，其相关系数是079，位于二倍差值范围内的点占85％。
表2SO2实测值和检验值的比较结果/mg·m-3

类别项目实测检验

所有点位最小值最大值平均相关系数二倍差值范围内的点所占百分比
0003040600521010000503500056079085

2.3结果
检验结果与实测数据间具有较高的相关性，PM10与SO2实测值与检验值的相关系数分别达到了082和079。
3ADMS—城市大气污染物扩散模型的应用—容量测算
3.1控制区和控制点
控制区和控制点的确定是以抚顺市空气环境功能区划中规定的环境质量标准为依据的。控制区包括抚顺市的新抚区全境、望花区、东洲区、顺城区、开发区的一部分，面积为416km2。
选择控制点的目的是减轻计算量，并分析不同类源对该控制点的浓度贡献率，进而合理制定约束条件或削减顺序。例行监测点位是理想的控制点。
在市区控制区内对每一项污染物确定5个控制点，其中4个控制点为监测点位，见表3。
3.2达标保证率
达标保证率是基于现有环境条件无法完全满足国家环境空气质量标准的要求提出的，体现了对不同环境条件的城市采取分阶段达标的目标要求。



表3控制点的位置

序号名称网格坐标所处区域类型

1最高值点
SO2770，380PM10680，320
二类区：新华桥下西舍场东南工业区工业区

2345望花新华东洲南站6614，34607608，38868613，36627468，3627
二类区二类区二类区二类区工业区居民区居民区交通区

环境保护领域中一般采用80％、85％、90％和95％等四种取值来界定环境质量是否达标，本文采用90％的保证率。
3.3污染物总量削减方案
应用削减法制定削减预案时遵循了以下三项原则。
（1)现实性原则：即容量测算的一切基本资料均以现实状况为基础，不刻意追求环境容量的最大化；
（2)最少削减原则：即以现实污染源状况为基础，追求以最小的削减量达到环境质量标准；
（3)可能性原则：即为达到环境质量目标所采取的措施均为近期环境规划所认可的，同时又是投资最少的。
在遵循实际环境容量测算的三项原则基础上，削减方案的选择要克服随意性。依据不同类型源对控制点浓度贡献率的分析，提出如下削减预案：
根据抚顺市各类污染物年均值浓度分布情况，二氧化硫及PM10一类区虽然超标比率为100％，但其面积仅为13km2，占测算面积(416km2)的03％，对市区容量影响小，因此在其他区域达标的情况下，不对此区域特别关注。
二氧化硫二类区超标面积为754km2，超标比率为191％，三类区不超标。
PM10二类区超标面积为1025km2，超标比率为256％，三类区超标面积为40km2，超标比率为272％。
因此，根据目前抚顺市空气污染态势必须首先考虑削减PM10排放量。
提出的6个备选的削减预案见表4。
根据对抚顺市污染物年均值浓度分布图和不同类型源排放量对各控制点的综合分析和反复运算，采取方案1、2、3、4、5、6、7进行模拟。

表4削减预案和污染物削减量

序号措施实施效果分析

1减少二次扬尘量30%;二次扬尘引起的PM10环境浓度由0132mg/m3减少为0092mg/m3，削减30%。

2小锅炉治理：1蒸t/h以下燃用原煤的锅炉、茶浴炉改烧液化气等清洁能源;市区控制区内122家燃用原煤的小锅炉改用清洁能源后PM10可削减1336t/a；SO2可削减3354t/a。
3建成区平房改造：减少面源污染;2010年前，将削减60%的平房排放。
4拆除分散供热锅炉：停运供热锅炉93台;拆除锅后，可削减燃煤25万t；PM10可削减4330t/a；SO2可削减4995t/a。

5大锅炉改造：除尘器更新、陈旧锅炉关停;PM10可削减5387t/a；SO2可削减2560t/a。
6工业末端治理;PM10可削减2909t/a；SO2可削减3440t/a。
7削减线源排放量55%;PM10可削减280t/a；SO2可削减136t/a。
8能港发电厂静电除尘改造。PM10可削减90%。
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3.4市区控制区实际环境容量
根据方案l修正二次扬尘项；根据方案1、2、3、4、5、6、7修改污染源排放数据库，据此模拟计算，结果表明二类区尚有110km2超过二级标准，超标比率为25％；三类区尚有05km2超过二级标准，超标比率为33％。其他削减方案无需再考虑即可符合容量测算的达标率要求。
因而，市区控制区PM10实际环境容量为535万t/a，见表5。

表5市区控制区PM10实际环境容量统计

类别PM10排放总量/t·a-1

方案1方案2方案3方案4方案5方案6方案7
污染源排放量削减二次扬尘量30%小锅炉治理建成区平房改造削减量拆除分散供热锅炉大锅炉改造工业末端治理线源削减量削减后的实际环境容量67570--1336143643305387290928053518

根据方案2、3、4、5、6、7修改污染源排放数据库，据此模拟计算，结果表明二类区尚有074km2超过二级标准，超标比率为02％；三类区不超标。其他削减方案无需再考虑即可符合容量测算的达标率要求。
抚顺市市区二氧化硫容量为48万t/a，见表6。
表6市区控制区SO2实际环境容量统计

类别SO2排放总量/t·a-1

方案2方案3方案4方案5方案6方案7
污染源排放量小锅炉治理建成区平房改造削减量拆除分散供热锅炉大锅炉改造工业末端治理线源削减量削减后的实际环境容量641763354165649952560344013648035

3.5达标天数保证率的验证
在满足上述环境容量限值的条件下，环境质量是否达标，应进行达标天数保证率的检验。检验方法是应用抚顺市污染物数据库作为数据基础，由给定的削减方案进行污染源排放数据修正，应用ADMS模型计算全年逐日小时均值，检查其是否满足90％保证率的约束条件，用以确定该环境容量的合理性。结果见表7。
4结论
容量测算结果说明抚顺市二氧化硫排放量应减少161万t，PM10排放量应减少157万t。达标天数保证率的验证结果是PM10945％、SO2940％，证明了容量测算方法的适用性和结果的准确性。
(下转第23页)

表7抚顺市实施污染物削减预案后的环境质量达标情况

点位名称PM10SO2
达标天数达标率%达标率%达标率%

望花新华东洲南站水库均值333357365361363356912948960949955945
360356365364358361926945970937921940
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参考文献

1.孙大伟.新一代大气扩散模型(ADMS)应用研究［J］．环境保护科学，2004，30(1)：67~69.
2.李宗凯，潘云仙，孙润桥．空气污染气象学原理及应用［M］．北京：气象出版社，1985.