《武汉工程大学学报》  2008年01期 26-29   出版日期：2008-01-30   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ
区域环境影响评价中大气环境容量的计算方法



0引言环境容量是指人类和自然环境不致受害的情况下，所能容纳污染物的最大负荷；大气环境容量是指在给定的区域内，达到环境空气保护目标而允许排放的大气污染物总量［1］.特定大气环境的容量与该环境的社会功能、环境背景、污染源的布局、污染物的物理化学性质以及大气环境自净能力等因素有关.大气环境容量是一种资源，也是确定大气污染物排放总量的依据，如何合理利用这种资源，对于区域的可持续发展至关重要.因此在确定阶段性大气污染物排放总量控制指标时要充分考虑其环境容量的合理利用.1技术方法文献［1］对大气环境容量的估算推荐了3种方法：模拟法、线形规划法和AP值法，并分别阐述了3种方法各自的特点和适用范围.笔者根据实际工作经验和研究结果认为，要科学、合理地确定某一区域的大气环境容量，不能单独采用上述其中的一种方法，应该综合使用上述3种方法，为了保证计算容量的可操作性，还可引进反演法.具体计算过程和方法见图1.图1大气环境容量的计算方法和过程
Fig.1Calculation method & process of AEC1.1A值法控制系统根据开发区的控制面积、各功能区的面积、污染物的控制目标和背景浓度、该区域的气象资料等，利用A值法粗略计算各功能分区污染物的基础允许排放量.在不同地区，可根据当地的A值，当地总量控制区的环境空气质量目标以及控制区面积来确定总量控制区的基础允许排放量 ［2］.A值法只计算了总量控制区和各功能区基础允许排放量，但无法确定每个源的允许排放量，在实际工作中为了便于实施控制，还需将各功能区的污染物排放总量分配到各源，采用的分配方法为AP值逐源控制法.对于新兴工业区或其他开发区，由于源强和源址均未知，为了计算方便，将该区域根据规划情况分成若干功能区，然后根据功能区面积、功能特点、执行的环境质量标准和现有污染水平等因素，将基础允许排放总量分配至各功能区.1.2平权分配系统由于A值法理论的局限性，单纯以A值法或AP值法确定的大气环境容量如按多源扩散进行环境效益分析，在一些控制点上的叠加浓度可能超标，因此还必须根据各污染源在控制点的浓度分担率进行平权分配和平权削减.在总量控制过程中，各污染源最大允许排放量公平合理的分配、削减量公平合理的分担，应该以各污染源对地面大气环境总量浓度的贡献大小为依据，贡献大的应该多削减，贡献小的应该少削减，实际应用中常采用平方比例削减［3］.1.3优化削减系统大气污染总量控制的关键之一就是各污染源和各功能区允许排污量的合理分配.如果仅仅进行基础平权削减上的平方比例削减，这样很容易造成区域环境容量的浪费.为了保证区域环境质量达标和充分利用环境容量，在基础平权削减的基础上再进行优化削减.为保证可操作性，优化削减常采用源强优化模式.该模式是指各污染源在各控制点满足环境质量目标的约束条件下，其削减量总和最小的优化分配方式［3］.第1期蔡治平，等：区域环境影响评价中大气环境容量的计算方法
武汉工程大学学报第30卷
1.4反演规划系统对于一些污染源还不确定的新兴城市和经济开发区而言，采用前述三种系统进行机计算还不完善，因为其中还涉及到污染源的选址、排放高度和选择源强等更具体的问题，即如何制定总量控制的发展规划；另外无论是前述的平权分配还是优化分配，均没有充分利用当地的环境容量.因为根据其计算过程和计算结果可发现，在进行环境效益分析时污染物只有一个最高浓度值，而且分布在区域相对中心的地方，而其边缘污染物浓度值则远低于规划目标值.制定总量控制发展规划一般采用反演法，而选用的反演基本模型为窄烟流稀释矩阵模型，即ATDL（Atmosphere Turbulence Diffusion Laboratory）模式.该反演模型在已知污染物排放总量的条件下，通过模型反演，将总量分配到各个源上；另外在无源条件下，给定目标浓度后，通过反演模型，规划出源的位置、源强和高度.对于同一高度的排放源源强Qjk与浓度Cik可用以下矩阵表示［4］：
C1
C2
…
Cn-1
Cn=T11T12……T1n
T11T12…T1n-1
………
T11T12
T11×Q1
Q2
…
Qn-1
Qn即：Ck=Tk×Qk式中Tk为某区高为Hk的源对接受器的稀释系数.如果将排放源高度考虑到矩阵中，则：
C11
C12
…
C1k
C21
C22
…
C2k
…
Cn1
…
Cnk=T1110……0T1210…0…T1n100
T1120………0T12200…T1n20
……………………………
…………………………
………………………
……………………
…………………
………………
T1110……0
T1120…0
………
……
T1nk×Q11
Q12
…
Q1k
Q21
Q22
…
Q2k
…
Qn1
Qn2
…
Qnl
由上式直接反演，可用规划目标浓度分布求源强.即当给定大气污染浓度允许值Ci，并按源高规定出分担量Cik后，则可由上式求出源强分布的上限允许值Qik.设每顺风行的下标为l，对每行使用上式并左乘T的逆阵［Tijk］-1后有：［Qik］=［Tijk］-l·［Cjk］l2某加工区大气环境容量计算实例
2.1容量控制技术资料采用前述方法和步骤对上海市某出口加工区SO2的环境容量进行计算.该加工区总面积约16 km2，去除道路、河流、绿地等地带以外的实际有效面积为11.03 km2.根据加工区各街坊的功能和污染源的分布特征，将该加工区划分为Ⅰ、Ⅱ、……、Ⅷ八个区域，分别包括工业、商办、生活、娱乐等功能性质.该区域实行集中供热和供汽. 对该加工区所在地邻近气象站的长年气象资料分析计算，得到该地区区域总量控制系数A为4.1.SO2的环境质量控制目标采用《环境空气质量标准》（GB 30951996）中二级标准的年日平均值0.06 mg/m3，考虑区域SO2年均背景浓度值为0.021 mg/m3，该加工区SO2的最大环境承载能力为0.039 mg/m3.2.2SO2容量计算结果
2.2.1基础允许排放量根据A值控制方法，参照各地块的面积、A值和环境承载力，计算其基础允许排放量、低矮源（He<30m）允许排放量和点源（中架源和高架源）允许排放量，计算结果见表1.表1各地块基础允许排放量
Table 1Basic allowable emission abount of each plot地块
编号面积
/hm2基础允许
排放量/t.a-1低矮源允许
排放量/t.a-1点源允许
排放量/t.a-1Ⅰ195.515 9235235/Ⅱ64.263 77777/Ⅲ38.104 218346137Ⅳ145.782 1702176529Ⅴ113.577 5547137183Ⅵ180.077 6867217650Ⅶ131.854 4635159476Ⅷ233.746 31125281802总计1 102.921 7437 4132 8277 7利用多源扩散模式对基础允许排放量作SO2长期平均浓度的环境效益分析，根据分析结果，SO2最高影响浓度值可达0.068 mg/m3，远远超过该加工区0.039 mg/m3的环境承载力.所以单独进行A值法控制难以达到预期的控制目标.
2.2.2平权允许排放量在A值法基础允许排放量的基础上进行平方比例削减，其中控制点选择为基础允许排放条件下的长期平均浓度值的超标点.各区域SO2的平权削减量和平权允许排放量见表2.表2各地块平权削减量和平权允许排放量
Table 2Average weighing deduct amount and average weighing allowable emission abount of each plot污染源
序号地块
编号基础允许排
放量/t.a-1平权削
减量/t.a-1平权削
减率/%平权允许排
放量/t.a-11Ⅰ235156.42202Ⅱ771013.0673Ⅲ1834424.01394Ⅳ70252474.61785Ⅴ54717431.83736Ⅵ86753261.43357Ⅶ63527042.53608Ⅷ1 12564657.4479合计/4 3742 22050.82 154同样利用多源扩散模式对平权允许排放量作SO2长期平均浓度的环境效益分析，根据分析结果，SO2最高影响浓度值为0.029 mg/m3，低于该加工区0.039 mg/m3的环境承载力.
2.2.3优化允许排放量为了充分利用当地SO2的环境容量，平权允许排放量的基础上进行污染源的源强优化计算.各区域SO2的优化削减量和优化允许排放量见表3.
表3各地块源强优化削减量和优化允许排放量Table 3Optimized deduct amount and optimized allowable emission amount of each plot污染源
序号地块
编号基础允许排
放量/t.a-1优化削
减量/t.a-1优化削
减率/%优化允许排
放量/t.a-11Ⅰ23500.02352Ⅱ7700.0773Ⅲ18300.01834Ⅳ70230944.03935Ⅴ54715728.73906Ⅵ86721725.06507Ⅶ63512519.75108Ⅷ1 12528325.2842总计/4 3741 09225.03 282利用多源扩散模式对优化允许排放量作SO2长期平均浓度的环境效益分析，根据分析结果，SO2最高影响浓度值为0.039 mg/m3，刚好与该加工区0.039 mg/m3的环境承载力吻合.
2.2.4规划排放量根据该加工区面积大小和污染源主要的影响范围，将SO2污染源按高度分为三个高度层：低矮源（0<h<30 m）、中架源（30 m≤ h<50 m）和高架源（h≥50 m）.由于高架源对出口加工区自身的影响很小，所以采用ATDL模式反演法进行污染物排放量规划时，只考虑50 m高度以下的污染源，对于50 m以上的污染源宜在更大的区域中考虑比较合适，但对于50 m以上污染源的浓度分担量必须予以保留.采用ATDL模式反演法计算该出口加工区内污染物的规划排放总量为5 097 t/a（其中低矮源规划排放量为1 282 t/a，中架源规划排放量为3 815 t/a），各地块基础允许排放量、平权允许排放量、优化允许排放量和规划排放量见表4［5］.表4各地块SO2的排放量Table 4Each emission amount of each plot地块
编号基础允许排
放量/t.a-1平权允排
放量/t.a-1优化允排
放量/t.a-1规划排放
量/t.a-1规划余量
/t.a-1123522023590466927767772972203183139183176-747021783936742815547373390525135686733565083218276353605106099981 1254798421 080238总计4 3742 1543 2825 0971 815注：表中规划余量＝规划排放量－优化允许排放量.3结语a.大气环境容量计算方法.要科学、合理地确定某一区域的大气环境容量，不能单独采用A-P值法、模拟法或线性规划法，应该综合使用上述三种方法，为了保证计算环境容量的可操作性，还可引进反演法.b.大气环境容量计算步骤.首先根据开发区的范围和面积、区域环境功能分区、各功能区的面积、污染物的控制目标和背景浓度、该区域的气象资料，利用A值法粗略计算各功能分区污染物允许排放总量限值；然后根据各污染源在控制点的浓度分担率进行平权分配和平权削减，控制点选择为叠加浓度超标点；为了保证区域环境质量达标和充分利用环境容量，在基础平权削减的基础上再进行源强优化削减；最后可利用窄烟流稀释矩阵反演模型，将计算环境容量分配到各个源上，并初步确定污染源的选址、排放高度和选择源强等问题.