（环境科学专业论文）合肥市大气环境质量评价与大气环境容量研究.pdf

s t u d y o nt h ee v a l u a t i o na n da i re n v i r o n m e n t c a p a c i t yi nh e f e ic i t y a b s t r a c t i nt h el a s ty e a r s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m ya n dm o d e r n i n d u s t r y , t h ee n v i r o n m e n to fc i t yb e c o m e sm o r ea n dm o r es e r i o u s a i r p o l l u t i o ni so n eo fp r o b l e m s ，w h i c ha r em o t i o n e db ym o r ea n dm o r ep e o p l e t h r o u g ht h er e s e a r c ho f t h ee n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y ，t h et a r g e to f t h et o t a la i rp o l l u t a n t e m i s s i o nc o n t r o lc a nb ee s t a b l i s h e da n dt h el i m i t e dr e s o u r c e sc a nb eu s e dr a t i o n a l l y b a s e do nt h e s ea i m s ，t h i sp a p e ra n a l y z e dt h o r o u g h l yt h ea t m o s p h e r i ce n v k o n m e n t a l c a p a c i t ya n d t h es p o t r e s o u r c ec a p a c i t yi nh e f e ic i t yt h r o u g ht h ea pv a l u em e t h o do n t h eb a s e so f i n v e s t i g a t i o n ，c o l l e c t i n ga n da n a l y s i so f t h ed a t aa b o u tt h ea t m o s p h e r e t h ep m w ，s 0 2a n dn 0 2w e r es e l e c t e da st h ei n f l u e n c ef a c t o r s t h eh e f e ic i t y a t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n tq u a l i t yp r e s e n ts i t u a t i o ni sa s s e s s e db yu s i n gt h e d i f f e r e n tm e t h o d s e l e c t i n gs 0 2 ，n 0 2 ，p mm 0 a se v a l u a t i o n f a c t o r s ，t h ea t m o s p h e r i c e n v i r o n m e n tq u a l i t yo fh e f e ic i t yw a se v a l u a t e db ya p p l y i n gt h em e t h o d so f f u z z yc o m p r e h e n s i v ej u d g m e n t ，g r a yc o r r e l a t i o na n a l y z i n ga n dt h ea s s e s s m e n t b a s e do ng a b pm o d e l t h er e s u l ti n d i c a t e dh e f e ii n2 0 0 2t h ea t m o s p h e r i c e n v i r o n m e n tq u a l i t y i sg o o d t h r o u g ht ot h r e ek i n d so fa p p r a i s a l sm e t h o d s c o m p a r i s o n ，m a yk n o wt h eu s eh e r e d i t ya l g o r i t h mu n i q u ep a r a l l e lp r o c e s s i n g a n dt h eg l o b a l o p t i m i z a t i o na b i l i t y t h r o u g ht ot h r e ek i n do fa p p r a i s a l sm e t h o d s c o m p a r i s o n , m a yk n o wt h eu s eh e r e d i t ya l g o r i t h mu n i q u ep a r a l l e lp r o c e s s i n ga n dt h e g l o b a l o p t i m i z a t i o na b i l i t y ，a v o i d sd e t e r m i n e st h en e t w o r ka r c h i t e c t u r ei n a d v a n c et h e d i f f i c u l t y ，b u tb yt h ef l o a t i n gp o i n tm a t r i xe n c o d i n g m e t h o dt h en e r v en e t w o r k s t r u c t u r ea n dt h ec o r r e l a t i o np a r a m e t e ro r g a n i c a l l yf u s e si nt o g e t h e r ，m a yb e t t e r c o m p l e t et h en e t w o r kt h c s t r u c t u r a ld e s i g na n d t h e s t u d y ，s e e k s t h en e t w o r k a r c h i t e c t u r ef r o m t h eh e r e d i t ya l g o r i t h mt ob en o tn e c e s s a r i l ym o s ts u p e r i o r , b u t a c t u a l l ys a t i s f i e st h er e s t r a i n tc o n d i t i o n ，a c h i e v e dr e d u c e dt h e n e t w o r kt r a i n i n g n u m b e ro ft i m e s r e d u c e st h en e t w o r kt r a i n i n gt i m e c o m p a r e sw i t ho t h e ra p p r a i s a l m e t h o d s ，t h eb pn e r v e n e t w o r ku s e si n t h ea t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n tq u a l i t ya p p r a i s a l o n l yb yt h em a s so fa t m o s p h e r es t a n d a r dt ot a k et h eb pn e t w o r kt h eo p e r a t i o ns a m p l e ， t h e p o w e rv a l u ea n dt h et h r e s h o l dv a l u ew h i c hf i n i s h e dw i t ht h eo p e m t i o n t h e nm a y t r e a tt h ea p p r a i s a ls a m p l et oc a r r yo nt h ea p p r a i s a l ，t h em o d e lv e r s a t i l i t yi sg o o d ，a l s o u s e si nt h ea t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n tq u a l i t ya p p r a i s a ln o tt on e e dt od e t e r m i n e b e t w e e ne a c ha p p r a i s a l f a c t o ri na d v a n c et h ep o w e rv a l u e ，c a nb e t w e e nt h ea u t o m a t i c e o n t r o l v a r i o u sf a c t o r sp r o p o r t i o nr e l a t i o n s a c c o r d i n gt oi n v e s t i g a t i o na n da n a l y z ee n v i r o n m e mq u a l i t yi nh e f e ie i 够，c o l l e c t w e a t h e rd a t a ，i n q u i s i t ea n da n a l y z ep o l l u t i o ns o u r ct h r o u g ht h ea pv a l u em e t h o do n t h e b a s e s o f i n v e s t i g a t i o n ，c o l l e c t i n g a n d a n a l y s i s o f t h e d a t a a b o u t t h ea t m o s p h e r e ， t h e m a i nr e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ：t h ed i s c h a r g eq u a n t i t i e so f p m l 0 ，s 0 2a n dn 0 2 w e r en o te x c e e dt h ea d m i s s i b l e em i s s i o ng r o s s ( n a m e l y , e n v i r o n m e n t a l c ap a c i t y ) i n h e f e ic i 够t h es p a r ea t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t a lc a p a c i t i e so f p m l o ，s 0 2a n dn 0 2i n h e r e ic i t yw e r e2 6 1 6 2 w 妇，4 0 2 9 7 w t a ，5 4 0 0 5 w t a k e y w o r d ：g a b pm o d e l a i re n v i r o n m e n tc a p a c i t yt h ea - pv a l u em e t h o d 插图清单 图2 1研究区域平面图2 图2 22 0 0 2 年合肥市风频玫瑰图5 图4 1合肥市大气环境功能规划图2 3 图4 2研究区域大气环境监测点位分布图2 4 图4 - 3 合肥市主要污染点源位置分布图2 5 表格清单 表2 - 1研究区域控制范围及坐标2 表2 - 2 研究区域能源消耗情况统计表3 表2 - 3 合肥市历年各月平均风速、极大风速和风向4 表2 - 4 合肥历年各月各风向频率( ) 5 表3 一l 环境空气质量标准( 单位：m g m o ) 1 3 表3 - 2 合肥市2 0 0 2 年各监测点日平均浓度( m g m d ) 一1 4 表3 3 训练样本分级1 8 表3 4 三种方法评价结果1 9 表4 一l 合肥市大气环境功能区划区域及面积2 2 表4 2 合肥市城市控制区与城区控制区本底浓度2 5 表4 - 3 合肥市主要大气点源排放清单2 6 表4 4 合肥市主要污染源等标负荷2 9 表4 5 机动车排放污染物程度划分标准2 9 表4 - 6 n o 。排放系数3 0 表4 72 0 0 2 年研究区域面源污染排放量统计表3 0 表5 - 1 理想环境容量计算结果3 4 表5 2n o 、n i ，1 1 2 的选取3 6 表5 3 合肥市城区控制区s 0 2 大气环境容量核定表3 8 表5 - 4 合肥市城区控制区n 0 2 大气环境容量核定表3 8 表5 5 合肥市城区控制区p m l o 大气环境容量核定表3 9 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得 金胆王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 多一签字日期：7 司年j 钼l 弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金壁王些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权盒肥 兰些本堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：4 一- 、一 签字日期：1 谚年1 2 t , e 1j 弓日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 脚叶m 啪 电话： 邮编： 致谢 时光如梭，岁月荏苒。转眼之间，几年的学习即将画上一个圆满的句号。回 首过去，深感收益匪浅，感触颇丰。 在我的导师孙世群副教授的悉心指导和大力帮助下，使我顺利的完成了我的 硕士论文。几年来，孙老师无论从做人还是做事方面都为我树立了良好的榜样。 他渊博的学识、严谨求实、精益求精的科学精神、诲人不倦的教学态度是我受益 终生。在此论文完成之际，谨向老师表达我最诚挚的谢意! 感谢资环学院的其他授课老师们，在我研究生学习期间给予诸多指教。在工 大的学习经历将使我终身难忘! 在此，还要感谢徐蓓和我的家人。是他们给了我无穷的动力和战胜困难的勇 气。 最后，感谢所有关心我、帮助我的老师和同学! 谢谢你们! 第一章绪论 1 1 研究目的与意义 随着经济全球化进程的加快，环境问题越来越突出，人口增加、资源短缺、 环境污染成为当今世界面临的主要问题，直接威胁到人类的生存和繁衍。大气 环境资源是环境资源中的一个重要组成部分，大气虽然有自然净化能力，但这 种能力是有限的，大气环境能容纳的污染物也是有限的。随着我国经济的快速 增长以及人民生活水平的提高，能源需求量不断上升，以煤炭、生物能、石油 产品为主的能源消耗是大气中颗粒物、二氧化硫和氮氧化物的主要来源。我国 主要大城市机动车的数量大幅度增长，机动车尾气已成为城市大气污染的另一 个重要来源。因此，大气环境污染问题已经成为我国政府和社会所面临的严峻 问题，对大气污染控制理论的研究十分必要。 为了治理大气污染，改善空气质量，国内外许多学者致力于大气污染控制 技术的研究，特别是建立了各种各样的数学模型来模拟大气中污染物的排放、 扩散，从宏观和微观的结合上解释大气污染物迁移、转化和消解规律，丰富了 大气污染控制的理论，极大地促进了空气质量控制应用技术的发展【l 】。 当前，迫切需要解决的问题是开展空气环境容量研究和空气污染预报，为 环境管理部门和广大市民及时掌握空气质量的变化情况提供信息，为企业和环 保部门治理大气污染提供指导。 本文以合肥市作为研究对象，通过污染源的调查与分析，编制污染源清单， 运用a p 值法测算二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物等主要污染物的环境容 量，利用不同评价方法对合肥市大气环境质量现状进行评价。研究成果能够促 进大气环境质量模墅的发展，为环境管理部门提供快速的结果分析与综合分析， 并采取防治和削减措施。对合肥市政府正在实施的城市清洁计划和污染治理工 作有促进作用。 1 2 大气质量评价模型综述 环境质量评价是对客观环境状况作评述和研究。它的表达方式要有统一的评价方 法和表达形式，以便对一个地区的质量状况进行对比，进而统筹安排改善环境质量状 况的对策和措施。多年来，很多学术机构提出了很多的方法，但迄今为止，我国尚 末形成统一的单环境要素和区域质量综合评价方法系列。环境质量评价方法是进行环 境质量评价的核心问题和关键，一般来说，环境质量评价方法的要点是： ( 1 ) 正确认识环境、分析环境及环境的构成因子。这是环境质量评价的前期准 备工作。只有这样才有可能正确地选择评价参数、评价标准、以及进行环境质量等级 的划分，才能保证环境质量评价工作的正确进行。 ( 2 ) 围绕评价的目的选择评价参数。从广度和深度上来看。认识环境以及丰富 的评价工作经验是搞好参数选择的关键。若要进行环境质量综合评价，选择参数应尽 量全面。 ( 3 ) 根据环境功能和评价目的选择不同的标准进行参数的等标化( 指标化) ，即将 所有的参数都和它们各自的环境标准进行比较，使它们转换成具有相同环境意义的定 量数值。 ( 4 ) 确定评价参数的权系数。这包括两个方面的条件：一方面要深入研究标志 污染物在区域环境中的污染状况以及对生物和人体健康的影响；另一方面要运用近代 的数学工具进行数学分析。目前用来确定权系数的方法主要有特尔菲法、模糊数学法 及序列综合法。 ( 5 ) 建立环境质量评价的数学模式。就目前来说。根据具体环境单元污染状况， 运用适当的计算方法可以顺利解决单元环境的并类问题。但从长远来看，为了不断提 高环境质量评价的水平应加强数学与环境科学的交又渗透。 ( 6 ) 环境质量的分级，即根据环境质量指数及应对应的生态效应将质量指数划 分为污染等级，使侮个环境质量指数值有具体的污染程度的概念。 环境质量评价实际上是对环境质量优劣的评定过程，而且是一种有公向性的评定 过程。这个过程包含有许多个层次，如评价因子的确定，环境监测、环境识别、评价 标准等。最终的方向是评定人类的生存发展活动与环境质量之间的价值关系。因此， 从广义上讲，环境质量评价方法应包括这一过程中使用的全部方法。欲评价现在的和 将来的人类生存发展活动与环境质量的价值关系，合理方法有以下几个要素： ( a ) 必须确定与这一价值关系上有关联的标准或目标函数；( b ) 必须假定一些调节这一 价值关系的模型，这种模型在合理的置信度下。可以对不 同备选方案进行比较：( c ) 建立效用或损失率分布来判断不确定条件下生产的后果。 目前国内外使用的大气环境质量评价方法很多，但大体上可分为以下几类，它们各有 特点，各有利弊。 2 - 9 1 1 2 1 大气污染指数评价法 该方法是目前进行大气环境污染评价的主要方法。所谓污染指数评价法是 指用大气污染监测结果和大气环境质量标准定义的一种数量尺度，并以此作依 据来评定现实的大气环境质量对人类社会发展需要的满足程度。这种方法通过 环境质量指数的无量纲化后，各环境因子对污染贡献有多大，都可以用指数反 应出来。国内外常用的一些大气环境质量综合指数有以下几种1 1 0 。 ( 一) 简单叠加法 该法认为环境要素的污染是各种污染物共同作用的结果，因而多种污染物 作用和影响，必然大于其中任一种污染物的作用和影响。用所有评价参数的相 对污染值的总和，可以反映出环境要素的综合污染程度。故用分指数简单叠加 来表示综合指数，即 = 喜品 式中：c i 为第i 类污染物的实测浓度；c o i 为相应污染物的环境质量标准；n 2 为污染物种类数。 ( 二) 算术平均值法 这种方法为了克服简单叠加法的缺点，即为了消除选用评价参数的项数对 结果的影响，便于在用不同项数进行计算的情况下进行比较要素之间的污染程 度，将分指数和除以评价参数的项数( n ) ，即 p i ：三旦 肝智c o ， ( 三) 加权平均法 该法的计算式为 肚喜彤品嘻品 h 一万 式中，w - 为第i 种污染物的权数。通过加权相当于对评价标准作了修正( 由 c 。，改为c ；) 。加权值的弓l 入可以反映出污染对环境的影响作用是不同的。 ( 四) 混合加权模式法 该法的计算式为： = 。形。+ ：彤： 2 索_ 州 2 袁所矶 式中，为分指数，。为诸，j 1 求和，：为- - p j 求和，。形。= 1 ：肜：= 1 。 ( 五) 最大值法 该法是在计算式中含有评价参数中的最大的分指数项，其目的是突出浓度 最大的污染物对环境质量的影响和作用，克服了平均值法存在的问题。但是， 用这种方法求取的指数值小于最重污染物的分指数。目前已推出很多种计算公 式。例如内梅罗指数计算式，即： p i =蹶 此外，还有向量分析法、概率法、热力学评价法等等。由于它们或是涉及 的公式较多，计算繁复，或是处于发展阶段，此处就不再一一赘述了。 以上各方法中，简单叠加法将污染物浓度与环境标准值相除得到无量纲化 的污染指数，从而使得不同污染物之间以及不同地点之间的环境质量的比较成 为可能。但它的缺点也比较突出。首先是该法与具体参与评价的分指数个数有 关，因而造成了地域或年际间的不可比性。其次，该法未考虑到个别分数出现 高浓度的情况，即当有一个分指数很高而其余不高时，其综合结果可能偏低而 掩盖了高浓度那个参数的影响。最大值法和混合加权模式法从其计算公式来看， 最大值法采用了平方和开方来计算综合指数，突出了最大分指数的贡献。而混 合加权模式法则将大于1 的分指数与其它分指数分开来计算，也突出了最大分 指数的作用。因此，这两种方法计算结果更要符合实际一些。但是，由于这两 种方法采用了特殊的方法来突出最大分指数的作用，因而也导致了一些缺陷。 最大值法有时过于突出最大分指数的作用，因此国内外的一些单位在实际应用 时常常在最大分指数前乘上一个经验系数来加以校正。混合加权模式法的缺陷 则在于对分指数的总体情况反映不足。由于该法在公式中没有计算分指数的平 均值，而是将各分指数乘以其在分指数总和中所占的比例，因而当某一项分指 数较大，而其余分指数很小甚至为零，即最大分指数在各分指数之和中所占比 例接近1 的时候，所得结果将接近或等于两倍最大分指数，从而使环境质量综 合指数偏大。 总之，大气污染综合指数法采用指数形式反映大气环境质量状况，形式简 单，计算方便，适用面广，而且其结果的表达方式比较符合中国人的习惯，因 而以前在我国相当大的范围内包括全国环境质量报告书中都在使用，但由 于环境质量指数评价法在评价过程中介入主观因素过多，失去了对环境质量结 构客观性的准确反映，而且评价结论是抽象的描述性结论。因此环境质量指数 法不宜用作区域环境质量评价方法，只可用于评述环境结构因子的达标状况。 1 2 2 大气污染经济学评价法 该方法认为环境是一种资源，大气、水、土壤作为环境要素，为人类提供 了赖以生存的必要条件，同时也为人类提供了具有较大经济价值和经济效益的 生产资料和消费资料，环境的这些功能给人们带来的效益为环境效益。环境资 源不是取之不尽、用之不竭的，而是稀缺的。环境一旦被污染，为了改善或恢 复它以适应人类生存发展的需要，必然要投入资金，人类活动污染了环境，使 环境的某些功能退化，给社会带来危害，造成经济上的损失，这就是环境污染 引起的经济损失，通过结算经济损失的大小，对人体健康损失的大小、对农业 损失的大小，对居民舒适性损失的大小等来评价大气环境质量状况。常用的有 两类方法：一是用于一些特定的环境情况所特有的综合指标，如森林资源评价、 农业土地经济评价等；另一类是费用效益分析法。其评价标准是效益必须大于 费用。 该方法只是从另一角度，宏观地、粗略地进行评价，而且常常因人的主观 愿望的变化而变化。 4 1 2 3 大气污染生物评价法 该方法是从生物学的角度来评价受污染大气环境给植物生长带来的影响， 根据不同生物对不同污染物引起的反应症状来判断生物的污染程度。这种方法 的适用需要在调查了解受害物质地区附近是否有排放有害气体的工厂、车间或 装置以及排放有害气体的种类、特性和长期仔细观察叶子受害症状的基础上作 出判断。但由于冻害、病虫害、干旱、施肥不足、农药药害等原因也可算植物 受害，并且有时它们所产生危害症状与污染物污染症状十分相似，因而往往容 易混淆，对正确评价大气环境质量带来一定的困难。 1 2 4 专家评价法 这种评价方法主要是根据邀请长期从事环保工作的有经验的技术专家的理 论知识和实践经验通过给定项目的评分来对大气环境质量做出的一种判断。该 方法是以评价者的主观判断为基础的一种评价方法，通常以分数或指数等作为 评价尺度进行衡量。参与这些评价的大都是某一方面的权威，其评价意见既具 有权威性，但同时也具有一定的主观性。 1 2 5 模糊综合评价法 这种方法主要依据客观事物的不确定性而运用模糊数学工具对大气环境质 量进行评价的一种方法。其关键是求某一评价因素属于第几级评价的隶属度。 此法对处理由于不确定性造成难以确切表达的模糊问题很有用处。它不仅能反 映不同空间、时间大气质量状况和各污染因子的“贡献率”，评价过程不受污染 因子种类的限制，而且充分考虑了各因子之间的相互联系和相互作用关系，更 能全面客观地反映一定区域的大气环境质量，使评价结果更符合实际情况。 1 2 6 灰关联分析法 灰色关联分析是在灰色系统理论基础上发展起来的一种新的分析方法。关 联分析是分析系统中各因素关联程度的方法，或者说将关联程度量化的方法。 采用灰色关联分析进行环境质量综合评价，按关联度最大将所评价的样本归在 相应的级别之中。 灰关联分析方法不仅刻画了大气质量各级别之间界限的模糊性，而且也较 为准确地反映了研究区域大气污染的实际情况，结果可靠，克服了综合指数法 硬性划分污染级别而导致级别突变的缺点。 1 2 7 基于遗传神经网络模型的大气环境质量评价 以上方法中，环境质量综合指数法在实际应用中比较简单易行，是目前使 用最多的大气环境评价方法，但在很多情况下，评价等级难以用一个简单的数 值表示，模糊数学法和灰色数学法克服了这个困难，能更全面、客观地对环境 质量进行综合评价。模糊聚类分析是一种多元分析，它是由评价对象的因素集、 评价集以及模糊关系矩阵构成综合评价空间，模糊关系矩阵代表了每个因素对 每一个评价等级的隶属程度，由于用隶属度描述评价等级能够刻画出界限的模 糊性，在实际应用中就更加显出它的客观性和合理性。灰关联分析方法不仅刻 画了大气质量各级别之间界限的模糊性，而且也较为准确地反映了研究区域大 气污染的实际情况，结果可靠，克服了综合指数法硬性划分污染级别而导致级 别突变的缺点【1 引。但以上方法实际应用中，仍存在着以下不足之处：大都需要 构造隶属函数或白化函数和确定各评价指标的权值及怎么客观与合理确定权值 1 3 1 。而隶属函数或白化函数的设计不仅具有一定人为性，在某些情况下会丢失 较多的信息，且权重的计算方法也有不合理的一面。 近年来，有人把神经网络模型用于环境质量评价，取得了较好的效果。由 于人工神经网络具有大规模的并行处理和分布式的信息存储能力，不会丢失信 息，具有自学习、自组织、自适应、自修复以及良好的容错与抗干扰能力，因 而能够摆脱决策过程的随即性和决策人员主观上的不确定性、认识上的模糊性。 但是在实际应用中传统的神经网络算法存在以下问题：( 1 ) 收敛速度慢，若加 快收敛速度易产生振荡；( 2 ) 存在局部极小和平台问题；( 3 ) 泛化能力差；( 4 ) 隐节点数和初始值的选取缺乏理论指导；( 5 ) 未考虑样本选择对系统学习的影 响。本文采用遗传算法与神经网络相结合来解决上述问题，使网络训练达到比 较理想的效果。 1 3 大气环境容量概述 中国自实施环境影响评价制度以来，己由初期的重点控制浓度指标逐步过渡到污 染物排放总量控制，其根本原因就在于抓住了污染源头，从而实施清洁生产战略【1 4 1 。 总量控制方法自上世纪7 0 年代末由日本提出以后，日本、美国等发达国家得到了广泛 应用i ”4 “并取得了良好的效果。 我国关于总量控制方面的研究起步较晚。但是，2 0 0 0 年，月新修订的中华人民 共和国大气污染防治法开始实施，其中第1 5 条规定“国务院和省、自治区、直辖市 人民政府对尚未达到规定的大气环境质量标准的区域和国务院批准划定的酸雨控制 区，二氧化硫污染控制区，可以划定为主要大气污染物排放总量控制区。主要大气污 染物排放总量控制的具体办法由国务院规定。”使得总量控制在推行中获得了强有力 的法律支持。虽然由于空间的开放性及气象条件的复杂性，确定污染物允许排放量 是一件非常复杂的工作【1 0 1 8 】，同时也需要大量的资金支持。但是，目前，关于城市大 气环境的研究，如城市大气污染特征、大气污染物浓度与气候环境、大气污染监控及 预警、大气污染的治理技术和污染源分析等均取得了很多显著成果【1 9 。3 3 】。总的来说， 在大气规划方法发展过程中，总量控制模型主要有以箱式模型为基准导出的a p 值控 制法 3 4 - 3 7 】以及复杂的多源模式加数学规划法 3 s - s t 】。 1 3 1a d m s 大气扩散模型 a d m s 大气扩散模型软件是由英国剑桥环境研究公司开发的，分 a d m s 评价”、 “a d m s 工业”、 a d m s 城市”等独立系统。其中，“a d m s 城市”版是大气扩散模型系 统( a d m s ) 系列中的最复杂的一个系统。模拟城市区域来自工业，民用和道路交通的 6 污染源产生的污染物在大气中的扩散，a d m s 城市模型用点源，线源，面源，体源和 网格源模型来模拟这些污染源。经设计，可以考虑到的扩散问题包括最简单的( 例如， 一个孤立的点源或单个道路源) 到最复杂的城市问题( 例如，一个大型城市区域的多个 工业污染源，民用和道路交通污染排放) 。它对研究大气质量管理措施特别有用，例 如计算先进技术的引进，低排污区对污染状况的影响，燃料的改变，限制车速的设计 对空气质量的影响等。 a d m s 一城市可以作为一个独立的系统使用，也可以与一个地理信息系统联合使 用。a d m s 一城市与m a p l n f o 以及e s r i 的a r c v i e w 可以完全有机的连接。我们推荐 将a d m s 一城市与这两个地理信息系统中的任何一种一起使用。因为这样可以使用数 字地图数据，c a d 制图和或航片真实直观地设置您的污染问题。在所使用的不同类 型的地图数据上，生成如等值平面图的输出和作报告用的硬拷贝图形等。 a d m s 城市与其它用于城市地区的大气扩散模型的一个显著的区别是a d m s 城 市应用了现有的基于m o n i n - - o b u k h o v 长度和边界层高度描述边界层结构的参数的 最新物理知识。其它模型使用p a s q u i l l 稳定参数的不精确的边界层特征定义。在这个 最新的方法中，边界层结构被可直接测量的物理参数定。这使得随高度的变化而变化 的扩散过程可以更真实地表现出，所获取的污染物的浓度的预测结果通常是更精确， 更可信【5 2 5 4 1 。 1 3 2i s c - a e r m o d 模型 i s c a e r m o d 大气扩散模型是由美国l a k e s 环境公司开发、美国环保署( e p a ) 推荐的大气扩散模型软件，有界面已经汉化的版本。i s c a e r m o d 大气扩散模型软 件由i s c s t 3 ( i n d u s t r i a ls o u r c ec c o m p l e x s h o r tt e r mm o d e l ) 、a e r m o d ( a m s e p a r e g u l a t o r ym o d e l ) 和i s c - p r i m e ( i n d u s t r i a ls o u r c ec o m p l e x p l u m er i s em o d a l e n h a n c e m e n t ) e 大模型组成旧。 1 3 3 区域大气环境容量总量控制模型 区域大气环境容量总量控制模型( a e m ) s 6 】是国家“九五”重点攻关课题的 研究成果，也是为了配合全国大气污染物总量控制制度实施而开发的大气污染 物总量控制管理软件。基本模式是定常高斯模式。适用于点源、线源、面源。 线源可以通过将它分为许多点源来积分或用面源来模拟。模式对每一个源、每 一个接受点分别计算浓度值。 模式使用的稳定度分类法是g b 规定方法，扩散参数选择帕斯奎尔吉福德 体系或b r i g g s 参数，风廓线采用幂值数律，烟羽抬升使用综合分析公式。 包括基础计算程序组和适用于不同情况的五组总量模型程序组。 ( 1 ) 基础程序计算组。可以酸则各种不同的大气扩散参数，风速扩线指数等和 计算参数，确定大气污染物基础排放量和一些基础计算：其中有单源地面浓度 计算、考虑混合层的单源地面浓度计算、考虑地形影响的单源地面浓度计算和 颗粒物的地面浓度计算，计算区间和计算参数可以任意选择，并且马上给出地 7 面浓度和画出地面浓度曲线。 ( 2 ) 总量控制计算。根据不同情况采用不同的程序组计算区域大气总量。共有 五组总量模型程序组。 第一组采用联合风频的平原地区计算气态污染物总量控制计算； 第二组采用联合风频的平原地区计算颗粒物总量控制计算； 第三组采用逐时气象资料的山区计算气态污染物总量控制计算； 第四组采用逐时气象资料的平原地区计算气态污染物总量控制计算； 第五组采用逐时气象资料的平原地区计算颗粒物总量控制计算。 每组程序可以根据控制区地面浓度，按照软件提示自动或主动修正消减有 关大气污染源，直到地面浓度达到规定标准为止。 l 。3 4 国家环保总局环境规划院的“大气扩散烟囱轨迹模型” 烟囱扩散模型由国家环境保护总局环境规划院开发，特点开能够对污染源排放 出的烟囱在随时间、空间变化的非均匀性流场中的运动进行模拟，同时保持了高斯模 型结构简单、易于计算的特点 5 7 5 9 1 1 3 5a p 值法 a p 值法为国家标准制定大气污染物排放标准的技术方法( g b i t 38 4 0 9 1 ) 提出 的总盘控制区排放总量限值计算公式，是进行区域大气污染总量控制的一种简单易行 的方法。它首先利用基于箱模型的a 值法计算出控制区的大气环境容量( 某种污染物的 允许排放总量) ，然后，利用p 值法，在区域内所有污染源( 包括点源和面源) 的排污量 之和不超过上述容量的约束条件下，确定出各个点源的允许排放量，从而根据计算出 的排放量限值及大气环境质量现状本底情况，确定出该区域可容许的排放量。由于该 法简单方便，适合中小城市进行大气环境容量研究，本论文选用此模型进行计算嗍。 s 第二章研究区域自然、经济条件概况以及气象条件的确定 2 1 研究区域自然环境概况 2 1 1 合肥市地理位置 合肥市是安徽省省会，是全省政治、经济、科教、文化中心和交通枢纽。 地理位置在3 10 5 1 n ，1 1 7 0 1 77 e ，位于安徽省中部，地处长江、淮河之间的华东 丘陵地区中部，江淮分水岭的南侧，巢湖北岸，淝河之水穿流而过。东距黄海 约3 5 0 公里( 东北偏东方向) ，北离淮河、东南离长江、西南距大别山麓各有 1 0 0 公里左右，洪泽湖在其东北方2 0 0 公里左右。 合肥市总面积7 4 9 7 6 6 平方公里，辖3 县4 区和三个开发区，总人口4 4 8 0 8 万人。其中城区总面积5 9 6 0 1 平方公里，由瑶海区、庐阳区、蜀山区、包河区 四个行政区组成，市区人口1 4 6 5 7 万人。本次研究选取合肥市城区为研究区域， 按照w s g 8 4 标准投影，选取投影带为5 1 n ( 中心经度1 2 3 0 ) ，将合肥市城区 平面由m a p g i s 软件转换成高斯坐标，得到本研究控制区域范围( 图2 1 ) 及 坐标( 表2 1 ) 。 冒 。 n 瑚蛳5 0 啪- 绷啪咖一加o - 2 舢 r - 、 刀 j 、 、 l 【一 一、- _ 1 、 毒 ， 。 庐阳区 、 、- 、 一一7 k f 瑶海区 - 7s 一， 、 、 、 蜀山区 、- - y n r 一 、 1 ) h 包河区 f o ) ? 乙 ! 。 - 、，一一j - 6 2 0 0 0 q 5 5 0 q _ 5 q - 3 x ( m ) 图2 1研究区域平面图 表2 - 1研究区域控制范围及坐标 9 2 1 2 合肥市气象条件 合肥市属于暖温带向亚热带过渡带气候型，为亚热带湿润季风气候，季风 明显、四季分明、气候温和、雨量适中但分配不均匀，暴雨较少，日照较多， 适度大，无霜期较长。 全年气温变化的特点是冬寒夏热，春秋温和。年平均气温1 5 1 6 ；多年 平均极端最低气温一8 - - 一l o ；高温多半出现在梅雨后的7 月下旬至8 月上旬； 冬季，月平均气温在1 5 5 0 之间，夏季7 月平均气温为2 7 5 2 8 8 左右。 合肥市的无霜期在2 2 0 2 4 0 天之间。 全市平均降水量在9 4 0 1 0 0 0 毫米，雨量比较适中，南多北少。夏季6 8 月降水最多，春季次之，冬季最少。 太阳辐射年总量在1 1 9 千卡平方厘米左右，年日照时数在2 0 0 0 小时左右， 分布特点呈北多南少。日照时数的年内变化夏季最多，春秋次之，冬季最少。 合肥市平均风速在1 6 3 3 米秒之间，而且受地理环境条件影响很大。根 据历年资料统计，合肥市全年最多风向以东北偏东风到南风为最多，频率都在 7 8 ，其次是东北风和西北风，频率各占6 ，西北风到西风频率为最小。冬 半年( 9 月次年2 月) 合肥地区主导风是偏北风，夏半年( 3 月8 月) 主导 风向是偏南风。 2 2 合肥市能源结构【6 1 】 合肥市燃料构成主要包括燃煤、焦炭、燃料气、燃料油、电力、液化石油 气等，其中以燃煤为主要燃料，燃料油、燃料气为辅，根据合肥市统计年鉴， 合肥市能源消耗情况见表2 2 。其中：燃料油不包括交通燃油，2 0 0 1 年合肥市 二电厂投入运行，致使用煤量增加较多。 从表2 2 可看出，燃料煤的用量在不同的年份波动较大，但总体趋势燃料 煤的用量逐年增多，主要是工业燃煤量增加幅度较大，燃料油用量比较平稳， 导致本市大气污染类型以“煤烟型”为主。 表2 2研究区域能源消耗情况统计表 2 2 合肥市大气稳定度 大气稳定度是大气边界层研究中一个极其重要的参数，是由垂直方向的温 度梯度决定的，它表示空气块在铅直方向的稳定程度，即气块是否安于原在的 1 0 大气层，或易于发生对流。它与大气污染状况有密切关系，大气处于不稳定状 态，湍流和对流充分发展，扩散稀释能力强：大气处于稳定状态，出现逆温层， 湍流和对流不容易发展，污染物不容易扩散，易形成大气污染。受到大气稳定 度直接影响的参数是扩散系数、混合层高度、平均风速等，在许多污染扩散模 式中大气稳定度作为单一参数来定义大气湍流状态或描述大气扩散能力，因此， 稳定度类别划分正确与否直接影响各类大气扩散模式的计算结果【6 2 】。 几十年来，围绕大气稳定度描述出现了许多有关的定义和分类方法，如理 查逊数、莫宁- 奥布霍夫长度等，都从理论上把大气的热力和动力条件对湍流的 产生、发展或抑制能力客观地描述出来。但是这些参数对测量要求严格，实际 上应用很不方便。目前普遍使用的是帕斯奎尔( p a s q u i l ) 法，把稳定度分为强不 稳定、不稳定、弱不稳定、中性、弱稳定和稳定六类，分别用a 、b 、c 、d 、 e 、f 来代表【6 3 】 中国现有法规中推荐使用修订的帕斯奎尔稳定度分类法来计算。将大气分 为强不稳定( a ) 、不稳定( b ) 、弱不稳定( c ) 、中性( d ) 、较稳定( e ) 、稳定( f ) 六 个级别。由太阳高度角、云量、云高确定辐射等级，再由辐射等级和地面风速 确定大气稳定度等级。 根据合肥市气象局所提供的资料，合肥市全年d ( 中性) 类稳定度出现频 率最高，占5 1 2 ，其次为c ( 弱不稳定) 类占1 2 2 ，两者合计占8 1 0 。 2 3 研究区域平均风速和风向频率及空气现状监测 2 3 1 研究区域风速风向分析 安徽省属季风气候区，风向有明显的