（环境科学专业论文）基于gis的珠江三角洲pm25控制区划.pdf

c o n t r o ld i v i s i o n so fp m 2 5i np e a r lr i v e rd e l t a b a s e do ng i s m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：j i a na i y i n g s u p e r v i s o r ：w ur e n h a i a b s t r a c t t h er a p i dg r o w t ho fc i t i e sl e a d st oam a s so fc o n t a m i n a n t sr e l e a s i n gi n t ot h ea i r ， s e v e r a lk i n d so fc o n t a m i n a n t se x i s tw i t hh i g hc o n c e n t r a t i o na n dh a v ec o m p l i c a t e d r e a c t i o nw i t he a c ho t h e r ，t h e r e f o r et h ea t m o s p h e r i cm u l r i p l ep o l l u t i o na p p e a r sw i t h t h er e s u l to f a t m o s p h e r i co x i d b i l l i t yi n c r e a s i n g ，v i s i b i l i t yd e c l i n i n ga n dr e g i o n a l e n v i r o n m e n t d e t e r i o r a t i n g s t u d i e ss h o wt h a ta t m o s p h e r i cm u l r i p l ep o l l u t i o nw i t h h i g h0 3a n dh i g hp m 2 5i so c c u r r i n gi np e a r lr i v e rd e l t a ( p r d ) ，a n dh a sa l r e a d y b e c o m et h ei m p e d i m e n to ft h er e g i o n a le c o n o m i cd e v e l o p m e n tw h i c hn e e d st ob e s o l v e du r g e n t l y a i ma tt h ep m 2 5p o l l u t i o n ，t h i sp a p e ra t t e m p t e dt os e e kf o ra ne f f e c t i v em e t h o d t oa l l e v i a t et h es e r i o u sp m 2 5p o l l u t i o no fp r df r o mt h er e g i o n a ls c a l e ，a c c o r d i n g l y c o n t r o ld i v i s i o n so f p m 2 5i np i w e r er e s e a r c h e d f i r s t l y ，t h ee m i s s i o n c o n d i t i o no fi n d u s t r i a l u n d e r t a k i n g s i np r dw a s s u m m a r i z e du s i n ga r c g i s ，a n dt h es e a s o n a lv a r i a t i o n so fp m 2 5c o n c e n t r a t i o ni np r d w e r ea n a l y z e d g u a n g z h o u ，f o s h a n ，d o n g g u a na n dz h o n g s h a nw e r ef o u n dt oh et h e d i s t r i c t sw h i c hh a dt h em o s td e n s ed i s t r i b u t i o no fi n d u s t r i a le m i s s i o a s ，a n dt h e c o n c e n t r a t i o no fp m 2 5i np r dw a sh i g hi nw i n t e rw h i l et h ev a l u ew a sl o wi ns u n l m e r s e c o n d l y ，p r d ss p a t i a ld i s t r i b u t i o no fa n n u a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fp m 2 5 w a ss i m u l a t e du s i n gt h ek r i g i n gm e t h o do fa r c g i s b a s e do nt h ei s o c o n c e n t r a t i o n i i l i n eo f4 5 p g m 3a n dt h ea d m i n i s t r a t i v ed i v i s i o n ，k e yc o n t r o l l i n ga r e ao fp m 2 5a n d k e ym o n i t o r i n ga r e ao f p m 2 5w e r ed i v i d e di np r d f i n a l l y ，a c c o r d i n gt ot h er e v i e wo f p r d sc u r r e n ts i t u a t i o no f a t m o s p h e r eq u a l i t y m a n a g e m e n t ，t h i sp a p e rp r o p o s e dt h eo v e r a l lc o n t r o l l i n ga n dm a n a g i n gm e a s u r e so f p m 2 p o l l u t i o n ，w h i c hw a ss u m m a r i z e da s o n ef o c u s ，t h r e em e a n s ，d i f f e r e n ta r e a w i t hd i f f e r e n tc o n t r o l l i n gm e a s u r e s ”，n a m e l yf o c u s i n go nt h er e f o r mo fe n v i r o n m e n t a l m a n a g e m e n ts y s t e m ，r e i n f o r c i n gt h ec o n t r o l m e n ta n dm a n a g e m e n to fp m 2 5p o l l u t i o n t h r o u g ha d m i n i s t r a t i v em e a n s ，j u r i s t i cm e a n sa n dt e c h n i c a lm e a n s m o r e o v e r ， a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tp o l l u t i o nl e v e lo fk e yc o n t r o l l i n ga r e aa n dk e ym o n i t o r i n g a r e a ，r e s p e c t i v ec o n t r o l l i n ga n dm a n a g i n gm e a s u r e sw e r eb r o u g h tf o r w a r d k e y w o r d s ：p m 2 5 ，a r c g i s ，c o n t r o ld i v i s i o n s ，m a n a g e m e n tm e a s u r e s ，p e a r lr i v e r d e l t a i i i 图表索引 表1 - 1 世界卫生组织规定的p m 2 5 浓度限值( p g m 3 ) 3 表2 1 美国国家环境空气质量标准1 4 表4 12 0 0 6 年珠江三角洲人口状况( 万人) 3 3 表4 2 珠江三角洲各市优势行业工业总产值百分比排序表( 2 0 0 7 年) 3 4 表4 3 珠江三角洲各市s 0 2 排放主要行业( 2 0 0 7 年) 4 0 表4 - 4 珠江三角洲各市n o x 排放主要行业( 2 0 0 7 年) 4 1 表4 5 珠江三角洲各市烟尘排放主要行业( 2 0 0 7 年) 4 1 表5 1 常见插值方法的比较4 8 表5 2 珠江三角洲p m 2 5 控制区类别及范围5 3 表5 - 3p m 2 5 、s 0 2 、n 0 2 、0 3 浓度相关性分析。5 4 表5 4p m 2 5 与气象要素相关性分析5 5 图2 1 美国空气质量控制区的划分和管理情况1 6 图2 - 2 美国p m 2 5 达标区和未达标区的分布1 8 图2 3 大气环境敏感区域分布图2 2 图3 1 自上而下的顺序划分法示意图2 4 图3 2 自下而上的合并区划法示意图2 5 图4 119 8 0 2 0 0 6 年珠江三角洲地区生产总值变化趋势图3 4 图4 2 珠江三角洲火电厂分布图( 2 0 0 7 年) 3 7 图4 3 珠江三角洲工业企业( 火电厂除外) 分布图( 2 0 0 7 年) 3 7 图4 - 4 珠江三角洲各市污染物排放相对贡献图3 9 图4 5 珠江三角洲各行业工业废气排放百分比图( 2 0 0 7 年) 4 0 图4 6 珠江三角洲人气常规监测点空间分布图4 3 图4 7 珠江三角洲2 0 0 4 2 0 0 8 年p m 2 5 年均浓度变化图4 4 图4 8 珠江三角洲p m 2 5 月均浓度季：侈变化图( 2 0 0 7 年) 。4 5 图5 1 正态q q p i o t 分布图4 9 图5 2 半变异协方差函数云图4 9 图5 3v o r o n o i 图。5 0 图5 4 插值结果误差分析图。5l 图5 5 珠江三角洲p m 2 5 年均浓度分布图( 2 0 0 7 年) 5 2 7 l 论文原创性声明内容 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指 导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引 用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：年月 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定 机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢 利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室 被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索， 可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 学位论文作者签名：导师签名： 日期：年月 日 日期：年月 日 第l 章绪论 1 1 有关大气复合污染 第1 章绪论 基于人们目前的认识，可以从现象、本质上对大气复合污染给出以下的定义： 快速的城市化导致大量的污染物集中释放到大气，多种污染物均以高浓度同时存 在，并发生复杂的相互作用。在污染气象上表现为大气氧化性增强、大气能见度 显著下降和环境恶化趋势向整个区域蔓延；在污染本质上体现为污染物之间源和 汇的相互交错、污染转换过程的耦合作用以及对人体健康和生态系统影响的协同 或阻抗效应【1 1 。 大气复合污染的特征表现为同时出现高浓度的臭氧与细颗粒物，这一特征在 北京和珠江三角洲近年的观测中十分明显。 1 2p m 2 5 概述 1 2 1p m 2 5 的基本组成与来源 p m 2 5 由直接排入空气的一次微粒和空气中的气态污染物通过化学转化生成 的二次微粒组成。 一次微粒主要是o c 、e c 和土壤尘等。尘土性微粒主要来源于道路、建筑 和农业产生的扬尘；碳黑粒子主要来源于柴油发动机汽车、锅炉、废物焚烧、露 天烧烤、火烧秸秆和居民烧柴等。 p m 2 5 中的二次粒子主要有硫酸盐、硝酸盐、铵盐和半挥发性有机物等。硫 酸铵和硝酸铵的前体物s 0 2 主要来源于燃煤锅炉和燃油锅炉，n o x 主要来源于 锅炉与机动车，n h 3 主要来源于化肥生产、动物粪便、焦炭生产、冷冻车间和控 制n o x 的锅炉( n h 3 作为降解剂) 。 1 2 2p m 2 s 对人体健康的影响 近几年来，流行病学的研究表明，颗粒物的浓度水平与呼吸系统和心肺疾病 的发病率、死亡率存在着正相关关系，特别是对于那些易感人群、儿童和老人【2 钔。 大量流行病学研究揭示了长期或短期暴露于p m 2 5 环境中与多种健康指示如呼吸 第l 章绪论 系统发病率、肺活量降低和死亡率等之间存在的关系。在哈佛6 城市的研究中， 居住在低浓度颗粒物水平的城市中的居民平均寿命比在高颗粒物浓度的城市中 延长两年，p m 2 5 的浓度水平每增加l o r t g m 3 ，由此引起的肺炎死亡率增加4 ， 慢性阻塞性肺病增加3 ，缺血性心脏病增加2 f 5 堋。p o p e 等人基于美国癌症协 会( a c s ) 对美国1 5 1 个城市5 0 多万年龄超过3 0 岁的成年人所进行的为期8 年 的研究，发现p m 2 5 的浓度每增加l o r t g m 3 ，死亡率增加6 8 【7 】o 美国健康影响 研究所( h e i ) 于2 0 0 0 年对上述两项研究进行重新分析，确认了原始数据的质 量并证实了其研究结果i 引。 p m 2 5 除了本身对人体呼吸系统具有刺激作用、致敏作用及其他有害作用外， 同时它还可以作为携带细菌微生物、病毒和致癌物的载体侵入人体肺部，严重危 害人体健康。通常认为，大气颗粒物污染与人类生殖功能的改变显著相关。许多 研究发现大气颗粒物的浓度与早产儿、新生儿死亡率的上升，低出生体重，宫内 发育迟缓及先天功能缺陷具有显著统计学相关性，最新研究指出大气颗粒物对生 殖系统的影响不仅表现为造成胎儿出生时形态畸形，而且会导致一些细微的功能 缺陷，而影响其一生1 9 1 。由于一些具有潜在毒性的元素，如铅、镉、镍、锰、钒、 溴、锌和苯并芘等多环芳烃，主要吸附在直径小于2 5 r t m 的颗粒物上，而这些小 颗粒易沉积于肺泡区，容易被吸收入血液，故细颗粒物的吸入对生殖系统的影响 不容忽视。 1 2 3p m 2 5 对大气能见度的影响 自2 0 世纪7 0 年代以来，大气颗粒物对能见度的影响一直是环保部门的关注 问题之一。尽管在大气中只占很少一部分，但颗粒物对城市大气光学性质的影响 可达9 9 t 1 0 1 。大量的研究表明，p m l o 和p m z 5 与能见度之间的关系尤为密切【1 1 吨】。 能见度的降低主要是由于气体分子与颗粒物对光的吸收和散射减弱了光信 号，并由于散射作用减小了目标物和天空背景之间的对比度而造成的。p m 2 5 对 光的散射效应是使能见度降低的最主要因素。由于部分入射辐射受颗粒散光的影 响会反射到宇宙空间，从而使入射辐射的强度减弱。p m 2 5 对光的吸收效应几乎 全部由黑碳( 也称元素碳) 和含有黑碳的颗粒物造成的。尽管全世界每年排放的 黑碳仅为人为颗粒物排放量的1 l 2 5 和全部颗粒物排放量的0 2 - - 1 o ，但 其引起的消光效应却要高得多，在某些地方甚至可以使能见度降低一半以上【i 3 1 。 2 第l 章绪论 1 2 4 国内外对p m 2 5 的研究进展 基于对大气颗粒物危害的认识的深入，各个国家对其制定的标准越来越趋于 严格。美国于1 9 9 7 年对p m 2 5 的质量浓度限值作出了规定，规定其年均值和日 均值分别为1 5 1 t g m 3 和6 5 1 a g m 3 ，随后又对其进行了多次修改，现今的标准【1 4 】为 年均值为15 a g m 3 ，日均值为3 5 p g m 3 世界卫生组织2 0 0 5 年更新了关于颗粒物、 臭氧、二氧化氮和二氧化硫的空气质量准则，对p m 2 5 的浓度限值提出了更 为严格的标准，如下表所示【1 5 】。 表1 1 世界卫生组织规定的p m 2 5 浓度限值( 1 , t g m 3 ) t a b l e1 1p m 2 5c o n c e n t r a t i o nl e v e lo fw h o ( p g m 3 ) 污染物取值时间 浓度限值 年平均 1 0 p m 2 5 日平均 2 5 在过去的几十年里，美国和一些欧洲国家开展了大规模的p m 2 5 研究，主要 涉及p m 2 5 质量浓度的时空分布、排放清单、排放特征谱、源解析以及p m 2 5 对 大气能见度和人体健康的影响等方面【1 6 2 1 】。美国加州地区是进行细微颗粒物研 究最多的地方，研究表明：p m 2 5 的浓度取决于源排放、化学变化以及气象条件、 地理条件等复杂因素的交织作用；在某一些地区，p m 2 5 及其二次粒子的前体物 的浓度主要受地区性和区域性的源排放与气象条件的影响；城区一次颗粒物( 元 素碳、有机碳) 的浓度要高于周围农村地区，而二次颗粒物在地区性的空间分布 上则相对均匀；p m 2 5 的浓度具有周期性的日变化且随季节不同而有所不同。 p m 2 5 与p m l o 的质量浓度比率通常在1 2 , - 4 5 之间，不同地区可能有所不同；就 季节而言，这一比率在秋季要高于夏季。 在我国，针对p m 2 5 开展的研究甚少，尚未形成大规模、高层次的系统研究。 少数城市进行的研究虽然取得了一些成果，对细微颗粒物的污染有了一定的认 识，但大多数只有个别点位、短期的监测，尚不能藉此对p m 2 5 的污染特征进行 全面的分析，对污染源排放特征的调查及p m 2 5 防治对策的深入研究更是缺乏 2 2 - 2 9 】。目前，我国还未制定p m 2 5 的环境空气质量标准。 第l 章绪论 1 3 研究背景和意义 珠江三角洲城市群地区国土面积占全国不到o 5 ，人口约占全国人口的 3 8 ，但是g d p 占全国的2 1 ，超过万人的城镇有4 2 4 座，城镇的平均间距不 足1 0 公里。由于珠江三角洲在其城市发展过程中，城市中高层建筑增多，城市 面积不断扩大，城市之间距离缩小，高速公路密集，机动车保有量快速增长，使 得大气环境的自净能力下降，污染源( 如电厂、机动车、工业等) 大量集中，污 染物通过大气在城市间输送，造成各城市环境污染相互关联以及多种高浓度污染 物在时空上的重叠，并导致污染物在输送、转化过程中的耦合作用，形成区域性 污染( 包括二次污染) 。 近十年来珠江三角洲在能源消费持续上升和经济快速增长的情况下，各城市 空气质量总体上趋于逐步改善，情况尚属良好，但局部地区的某些时段空气污染 问题仍相当严重。据广东省环境状况公报显示，从2 0 0 0 年到2 0 0 7 年，影响城市 空气质量的主要污染物均为颗粒物。大气污染物的输送已使该地区大气由局地污 染发展成为区域性污染，在广东省的四大区域中，珠江三角洲除了总悬浮物与其 他区域差别不大外，二氧化硫、氮氧化物和降尘的浓度均明显高于其他三个区域。 分析表明，p m 2 5 p m l o 比值0 6 大致能代表珠江三角洲的平均情况，而且与大气 化学过程有关的化学组分如s 0 4 2 。、n 0 3 - , n i - 1 4 + 和o c 在p m 2 5 中的比例高于p m l o ， 表明大气化学过程生成的粒子主要是细粒子【3 0 】。 李龙凤等人于2 0 0 3 年7 月至2 0 0 4 年6 月对广州市城区的p m 2 5 质量浓度进 行监测，结果发现，以美国环保署p m 2 5 的日均质量浓度标准来比较，p m 2 5 超 标日数占全部样本数的8 8 9 【3 1 1 。冯茜丹在2 0 0 8 年的研究也发现，广州市秋季 p m 2 5 日均浓度高达8 3 1 9 0 9 9 m 3 ，可见p m 2 5 污染之严重程度【3 2 l 。珠江三角洲已 发生高0 3 和高p m 2 5 同时存在的大气复合污染，不仅污染范围大、机理复杂， 而且污染的区域性显著，大气复合污染已成为珠江三角洲城市群区域社会经济发 展的瓶颈，成为需要迫切解决的首要问题。 控制大气复合污染，需要从整个区域而不仅仅从单个城市出发，需要针对复 杂的污染来源而不仅仅是工业污染，而且需要新的污染控制机制。因此，对珠江 三角洲地区进行p m 2 5 的控制区划，正是从区域角度出发去寻求控制该区域的 p m 2 5 污染的管理措施，对该区域大气复合污染的控制具有一定的理论意义和实 4 第l 章绪论 际意义。 1 4 研究内容和研究方法 1 4 1 研究内容 ( 1 ) 本论文通过p m 2 5 p m l o 的比例关系，估算出珠江三角洲常规监测点2 0 0 7 年的p m 2 5 浓度值，并利用a r c g i s 软件的地统计分析板块中的克里格 ( k r i g i n g ) 插值法绘制珠江三角洲2 0 0 7 年p m 2 5 的年均浓度分布图，并对 插值结果进行检验和校正。 ( 2 ) 结合国外p m 2 5 的空气质量标准，从p m 2 5 控制区划的原则出发，联系珠江 三角洲p m 2 5 的浓度分布图，在珠江三角洲范围内划分出p m 2 5 重点治理区 和重点监控区。 ( 3 ) 参照美国的p m 2 5 控制区划的管理方法，统筹考虑珠江三角洲现行的大气 污染管理措施和手段，分别对p m 2 5 重点治理区和重点监控区提出相应的 污染控制管理措施。 1 4 2 研究方法 在g i s 技术支持下， ( 1 ) 利用g i s 数据采集功能将不同来源的有关数据以一定的格式输入数据 库系统中； ( 2 ) 利用g i s 数据编辑功能，对图形和属性数据进行编辑和修改； ( 3 ) 利用g i s 空间分析和图形显示功能，研究各要素的空间分布特征及其 关系； ( 4 ) 根据区划标准对进行p m 2 5 控制区划，并利用g i s 输出功能输出成图。 1 5 论文创新点 ( 1 ) 国内尚未制定p m 2 5 的空气质量标准，p m 2 5 污染的严重性也未得到重视。 本论文从大气复合污染出发，在大区域范围内进行p m 2 5 的控制区的划分， 在国内尚属首次。 ( 2 ) 将a r c g i s 的空间分析功能应用在区划当中，将区划进行量化，有助于提高 第1 章绪论 区划的科学性和合理性。 ( 3 ) 结合国内外大气污染控制的成功管理经验，提出p m 2 5 控制区的有效管理 和控制措施。 6 第2 章区划及环境字气质量管理控制研究进展 第2 章区划及环境空气质量管理控制研究进展 区划的概念起源于十九世纪初，首先从自然区划发展起来。随着研究范围的 扩大及研究的深入，出现了综合型的区划( 如环境功能区划、生态功能区划、经 济区划等) 以及要素型的区划( 如大气环境功能区划、水环境功能区划、声环境 功能区划等) 。另外，针对近年来日益严重的环境污染，污染控制型区划应运而 生。本章从自然区划引入，重点介绍了环境功能区划、环境空气质量功能区划、 大气污染控制型区划三个方面的国内外研究进展。 2 1 自然区划 所谓区划，简而言之，就是“分区划片 ，一般是根据区内的相似性、区间 差异性进行区域划分。十九世纪初，德国地理学家洪堡德首创了世界等温线图， 指出气候不仅受纬度影响，而且与海拔高度，距海远近及风向等因素有关，并把 气候与植被的分布有机地结合起来。与此同时，霍迈尔也发展了地表自然区划的 观念以及在主要单元内部逐级分区的概念，并设想出4 级地理单元，即小区( o r t ) 、 地区( g e g e n d ) 、区域( 1 a n d s c h a i t ) 和大区域( 1 a n d ) ，从而开创了现在自然区域 的研究。早期的区划主要停留在对自然界表观的认识上，缺乏对自然界内在规律 的认识和了解，区划的指标也采用单一的因素( 如气候、地貌等) 。十九世纪末 n - - 十世纪初，俄国土壤学家道库恰也夫在土壤地带性研究的基础上，创立了自 然地带学说和自然综合体学说，奠定了自然区划的理论基础。罗士培、翁斯台建 立了类型区划和区域区划的概念，丰富了自然区划理论。二十世纪四十年代以后， 自然区划由单因素向综合性区划发展，主要是前苏联地理学者开展了综合自然区 划研究，较系统地研究和总结了综合自然区划的理论和实践。格里哥里耶夫和布 迪科提出了全球陆地的自然地理地带周期律。与此同时，在实践上，莫斯科大学 地理系于1 9 6 8 年编著出版了苏联自然地理区划。二十世纪七十年代，地理学 者在自然区划的基础上，借鉴生态学思想，开展了生态区划研究。美国学者贝利 于1 9 7 6 年首次提出了美国生态地域划分方案，并于1 9 8 9 年编制了世界生态区域 图。之后，各国学者对生态区划的原则、依据，以及区划指标、等级和方法开展 了大量研究和讨论【3 3 1 。 7 第2 章区划及环境窄气质量管理控制研究进展 我国的自然区划工作晚于西方，但发展较快，1 9 2 9 年竺可桢发表中国气 候区域论标志着我国现代自然区划研究的开始【3 4 1 。随后四十年代黄秉维、李 旭旦先后开展了中国的植被区划和地理区域划分的研究。五十年代以后，在区划 要为农业生产服务的任务指引下，先后组织了三次较大力量开展全国综合自然区 划的研究和方案的拟定。这一时期，罗开富【3 5 1 、黄秉维【3 6 1 、任美锷【3 7 】、侯学煜【3 8 】、 赵松乔p 9 1 、席承藩【4 0 1 等先后提出了不同的全国综合自然区划方案，并对综合自 然区划的理论和方法进行了探讨，为农业生产等经济活动的合理布局提供了科学 依据。与此同时，我国部门自然区划研究工作亦相继展开，涵盖各种自然和人文 要素，如气候区划、水文区划、植被区划、农业区划、地震区划等。同期，因应 国家经济建设需要，经济区划工作也得到较快发展。这一时期为加速开发内地资 源，实现国民经济均衡发展，立足各地区地理区位条件和国防考虑，把国土分为 东北、华北、西北、华东、华南和西南六个部分。二十世纪八十年代以来，随着 生态学原理和方法逐渐被引入自然地域系统划分研究领域，我国生态区划工作发 展迅速。侯学煜【4 n 、郑度【4 2 1 、傅伯杰4 3 1 等先后对生态地理分区问题进行了深入 研究，提出了各自的生态区划方案。这些生态区划在综合自然区划的基础上或立 足植被地域分异，或关注生态环境的敏感性、胁迫性和脆弱性，或重视全球环境 变化对区划的影响，不仅体现了生态区划对区划的生态学诠释，也体现了对综合 自然区划的深入和发展。同时，从经济因素诠释区划的研究工作，也取得了长足 进展，如全国农业区划、中国农村经济区划、中国经济区划等。尤其是国家在“七 五”计划中正式提出的东、中、西三大经济地带的区划方案，为鼓励地理区位及 其开放条件较好的东部沿海地区优先发展，强调效率优先和地区间优势互补等提 供了科学依据。 2 2 环境功能区划 在可持续发展思想的指导下，作为协调人类、环境和发展的环境规划应运而 生，成为解决社会经济和环境保护这一矛盾的有效手段之一，已经越来越引起世 界各国的重视。六十年代以来，美国、日本、英国、德国等在环境规划管理上先 后采取了一系列行动，我国也于七十年代末开始制定和实施环境规划，并开始了 环境规划理论方法的研究。近年来，在环境规划的研究和实践中逐渐意识到，正 8 第2 章区划及环境空气质量管理控制研究进展 视城市化和工业化带来的环境问题，明确城市区域合理的空间结构、明晰的功能 分区是解决城市环境问题的重要举措。环境功能区划的开展成为环境规划的前提 和基础，并且由于其区划成果客观、简单明了，已成为环境规划中的核心内容。 2 2 1 国外研究进展 国外关于环境功能区划的研究跟我国存在一定差异，主要区别在于我国的环 境功能区划一般应用于整个环境管理相关的工作中，而国外的区划一般是基于解 决现存的某种环境问题的目的而开展的，并且可能应用于环境规划以外的规划建 设的指导中。比如斯德哥尔摩在2 0 0 2 年开展了环境分区的研究，区划依据是不同 区域空气污染浓度的差异，利用区划来控制和改善敏感城市环境中由于严重的交 通污染而造成的大气污染问题【4 4 1 。而在瑞典，环境分区由于表现方式直观、可 操作性强被应用于国家级、市级的规划之中，主要是为交通规划服务，通过设计 敏感区以及边界，限制一定数量的机动车辆，减缓交通尾气污染对敏感区的污染 1 4 5 1 o 荷兰是一个有着长期规划历史的国家，较早地将环境保护思想纳入整个规划 体系中。近年来，荷兰政府逐渐意识到多个环境问题叠加而产生的环境效应的显 著性，对人体健康的危害也要相对较高。针对这些问题，综合环境功能区划的方 法在第一个国家环境政策计划中产生，旨在结合一套环境质量标准、污染削减措 施以及土地利用法则，以减轻或消除居住区内不可接受的环境污染。主要是根据 荷兰地区首要的环境污染问题，如噪声、臭气、空气污染、工业危险等进行分级 判断，以此决定居住区保护等级以及对周边工业区的限制措施。在荷兰，综合环 境功能区划是普遍被公认的、管理敏感环境目标较为有效的措施，在滨岸地区的 应用较为广泛。h a ip h o n g 滨海区域在2 0 0 2 年也进行了环境功能区划的划分。主 要由于海岸区城市化进程的加快，工业用地不断扩张，人为活动干扰对区域的景 观、生态系统以及湿地都造成了很大的威胁，生态系统服务功能逐步退化。环境 功能区划在综合的社会、经济发展和环境保护的基础上，对滨海地区的土地利用 起到了有效指导作用【4 6 1 。 2 2 2 国内研究进展 目前国内所开展的环境功能区划综合考虑自然环境特征和过程，也考虑了人 9 第2 章区划及环境空气质量管理摔制研究进展 类活动产生的环境影响，是环境区划和功能区划的相互统一。它从宏观上勾画出 区域土地利用状态和生态环境特征演变情况，对土地利用类型进行分类管理，实 现“高功能高保护的方针 。随着我国城市化进程的加快，生态环境建设日益受 到重视，环境功能区划的研究逐渐成为热点，并且在城市区域得到了较多的应用。 上海、北京、沈阳、北海市、海南岛等城市和地区纷纷开展了不同类型的环境功 能区划的研究，段仲远【4 7 】、徐少辉4 8 1 、赵雪辉4 9 1 、郑爱榕【5 0 】等在马鞍山、海南 岛、重庆、厦门等城市的城市环境功能区划的过程中对其技术方法进行了归纳和 总结，并且在区划过程中也逐渐融入了引导产业结构和布局调整、经济发展方向 等社会经济环境均衡性发展的思想。在我国，环境功能区划一般由环保局组织编 制，主要应用于以下几个方面：根据环境功能区划方案拟定和组织重点流域、 区域的环境污染防治规划；作为工业污染源达标排放规划的依据；城市环境 综合整治的目标和依据；建设和规划项目审批的依据；城市规划决策的参考 依据。环境功能区划的最终目的可以概括为三个方面：为城市建设发展规划的 制定提供科学依据。环境功能区划可以明确城市中的环境敏感目标和重点保护目 标，防止城市规划过程中对环境保护目标的影响和破坏。引导城市空间和产业 合理布局。环境功能区划辨析了划分区域生态环境特征以及环境承载力的空问差 异，引导和调控城镇和产业向合理布局的方向发展。影响和调控区域生产和生 活活动。环境功能区划为不同的功能区设定了产业发展目标，在一定程度上对人 类的生产和生活活动存在限制和引导作用，对功能区环境质量没有影响或者有利 于改善的社会经济活动，予以支持和鼓励；对环境质量影响较大甚至严重污染的， 予以限制和禁止。 2 2 3 小结 对于具有不同生态、环境功能的区域进行分区管理，已基本上得到共识。在 一些国家和地区如美国编制的“南加利福尼亚城市区域土地利用及河流规划、 英国编制的“伦敦城市发展战略规划中的开敝空间、建筑环境、水环境 等规划 也都体现出环境功能区划的思想。尽管他们没有明确提出环境功能区划的概念和 要求，但都体现出了环境功能区划的某些属性。虽然国外环境分区的服务对象与 我们所要讨论的环境功能区划的服务对象有所区别，但其所要达到的目标是相似 的，皆是在反映区域环境污染水平的基础上实行分区管理，为社会经济活动提供 i o 第2 章区划及环境空气质量管理控制研究进展 科学依据，从根本上改善区域环境质量状况。但相对于国外的环境分区研究，国 内的环境功能区划的理论和方法较为完善，并且有约定俗成的程序和体系。 2 3 环境空气质量功能区划 目前国外没有环境空气质量功能区和环境质量功能区划的概念，但对环境空 气质量实行分区管理有一定的共识。 2 3 1 我国环境空气质量功能区的划分 2 311 州实施计划 各个州要按照清洁空气法的规定，编写并上交州实施计划，阐明该州通过哪 些规定和项目去完成维持达标区空气质量和执行环境空气质量标准的任务。在编 写州实施计划的过程中，确定造成该地区空气质量未能达标的排放源，并通过综 合考虑技术、经济可行性以及人口暴露、经济影响等一系列地方性因素后，选择 适用于该地区的源削减技术【5 。 1 7 罅2 秆m 划”境十气质置管g 撺制究m * 脚2 - 2 美国p j 逃标r 和术达标r 的分布9 ” n 9 2 2 a u a i n m e n ta n dn o n a t t a i n m e m a o f p m2 i n u n i t e ds t a t e s ，陵雨计划 酸m 引划的h 标是到2 0 1 0 年叶，s 0 2 的年排放量在1 9 8 0 年的基础上减排 t - ) i o ，n o 的年排放量钍1 9 8 0 年的基础上减排两千万吨。酸计划的实施分 两个阶段：分别十1 9 9 5 和1 9 9 6 年外始刈s 0 2 和n o x 实施减排，t 要针对大 排放量的燃煤电j ：j ：2 0 0 0 年同时对s 0 2 和n o 加大减排力度，对第一阶段 的燃煤电厂发定更严格的排放限制，除此之外，加大对小规模燃煤、燃气、燃油 t _ 厂的污染减排力度。 ，清洁空4e 卅i 际法案( c l e a n a i r i n t e r s t a t e r u l e ，c a i r ) 清洁空气州际法案由美困月= 保局于2 0 0 5 年3 月1 0r 发布，是个覆盖了美 东部2 8 个州以及哥伦比弧区的区域性大气污染控制项目，目的在r 控制电厂 的s 0 2 和n o x 的排放晕。该法案的基本机制为“总量管制和交易”，由美囡环保 局根据空气质量改善目标给每个卅l 配给“容许排放量”，各个州也可以选择保 仵部分“容许排放量”以限制其大气污染物的排放量。一日“容许排放量”分配 好，每一个污染排放源必须拥有足够的“容许排放量”以满足其实际的污染物排 放量，否则将会被罚款。“容许排放量”小足以满足自身的污染物排放的单位， 一方面可以选择向其他单位购买“容许排放量”，兄一方面可以采取措施进行自 第2 章区划及环境窄气质量管理控制研究进展 身的污染减排； 2 3 4 小结 美国和英国的环境空气质量分区管理主要体现在空气质量管理上，根据空气 质量现状将其划分为不同的区域，针对各自的污染状况提出合理的环境管理措施 并通过法律法规加以明确，以达到保护和控制空气质量的目的。 而我国根据区域的社会功能确定其环境空气质量功能区，在区划时，对不同 污染物的污染现状和污染程度缺乏详细分析，划分过程中没有很好地考虑现已存 在的环境问题，同时对不同功能区的环境空气质量控制的政策和技术也缺乏规 定。 2 4 大气污染控制型区划 2 4 1 两控区的划分 为进一步遏制酸雨和二氧化硫污染的发展，1 9 9 5 年8 月，全国人大常委会 通过了新修订的中华人民共和国大气污染防治法，规定在全国划定酸雨控制 区和二氧化硫污染控制区( 以下简称“两控区 ) ，在“两控区内强化对酸雨和 二氧化硫污染控制。 2 4 1 1 搿两控区刀划分基本条件 考虑到酸雨和二氧化硫污染物特征的差异，分别确定酸雨控制区和二氧化硫 污染控制区的划分基本条件。 ( 一) 酸雨控制区的划分基本条件 一般将p h 值5 6 的降水称为酸雨。有关研究结果表明，降水p h 值4 9 时，将会对森林、农作物和材料产生损害。西方发达国家多将降水p h i 4 6 作 为确定受控对象的指标。 不同地区的土壤和植被等生态系统对硫沉降的承受能力是不同的，硫沉降临 界负荷反映了这种承受能力的大小。 酸雨污染是发生在较大范围的区域性污染。酸雨控制区应包括酸雨污染最严 重地区及其周边二氧化硫排放量较大地区。 1 9 第2 章区划及环境空气质量管理摔制研究进展 在我国酸雨污染较严重的区域内，包含一些经济落后的贫困地区，这些地区 目前还不具备严格控n - - 氧化硫排放的条件。 基于上述考虑，并考虑到我国社会发展水平和经济承受能力，确定酸雨控制 区的划分基本条件为： ( 1 ) 现状监测降水p h i ，集合中的元素b j 表示地域实体a i 所具 有的与环境空气质量功能有关的各种要素。集合a 与b 的各个元素都是定性的， 即便是定量的，也可以根据数量范围的划分转化为定性的元素。 集合a 与集合b 存在一定的关系，称为九相关。九相关可以用一个九矩阵来表示。 在矩阵中，a i 为行，b i 为列，且有 ，f 0a , - 与b j 不相关 2 11a ；与苦i 相关 ( 2 ) 接近度 如果a i 和a j 与b 集合中同一个元素b k 都有轧i _ 1 ，即a i 和a j 与b k 都是九相关，这样 的情形有q + 1 个，就定义a i 和a j 是q k 接近的，因此接近度等于q 。 接近度的状况可以用多面体表示，多面体以b 集合元素为顶点，当 q = o ，a i 和a i 之间有零维多面体( 点) ， q = l ，a i 年 1 a j 之间有一维多面体( 线) ， q = 2 ，a i 和a j 之间有二维多面体( 平面) ， q = 3 ，a i 和a j 之间有三维多面体( 三角锥) ， q = p ，a i 和a j 之间有p 维多面体，在代数拓扑中，称为p 单纯形。 ( 3 ) 连接度 连接度与接近度同义，即如果a i 是q 接近于a j ，就定义a i 与a j 之间有q 连接度。 但连接度具有三个性质：设a q 是a 的子集，这个子集有q 接近度，则有： 反射性a q 的每个元素本身是q 连接度元素； 对称性如果a i 是q 接近于码，则码也是q 接近于a i ，对于连接度，也同样适合 2 7 第3 章区划常用方法的介绍与比较 这一定义； 传递性如果a i 是q 连接于码，而且码是q 连接于a k ，则a k 也是q 连接于a k 。 3 3 1 2q 分析过程 b 集合元素( 要素) 及a 、b 之间的相关九作为a 集合( 实体) 分类的依据， 在q 分析中记为：k a ( b ，九) 传递性在分类中具有重要意义，根据传递性分析过程，就可得到不同q 水平 上环境空气质量功能区的分类结果。 。 在地域实体和功能要素较多的情况下，判断各实体的连接度较难，尤其是由 传递性而产生的多个地域实体的连接，很容易混淆，一般要用电子计算机处理。 3 3 2 多指标综合评价方法 环境空气质量功能区划分的多指标综合评价法主要有多因子综合评分法和 模糊综合评价法。由于环境空气质量功能分区涉及地理、气象、政治、经济和大 气污染源现状分布等因素，是一个极其复杂的问题，采用多指标进行综合评价时 需要合理选择指标和对指标进行权重赋值。模糊综合评价的过程( 以陈文颖等 ( 19 9 8 ) 进行的研究为例) 如下【6 2 巧3 】： ( 1 ) 准备工作 由于一类功能区指自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区，比 较容易确定，农村地区与城市区域差别比较明显，根据划分功能区的原则，它应 为二类区，所以可以将一类区和农村地区先从区域中划分出来，然后把剩下的区 域分成若干子区，判定其属于二类还是三类功能区。 ( 2 ) 评价集与因素集的建立 将每一子区划分为二类功能区或三类功能区的评价描述分为5 个级别，构成 评价集v ，即： j v = 很不适合( v 1 ) ，不适合( v 2 ) ，基本适合( v 3 ) ，