（环境工程专业论文）灰色理论在大气总量控制规划中的应用.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 大气污染物总量控制是从总体上控制大气污染的一种方法，是从根本上改善区域大 气环境质量的有效途径。它从其目的出发可分为两种：一种是为解决现有空气质量超标 问题，确定较公平合理的污染物削减方案，称为大气污染综合治理总量控制；另一种是 通过对未来排放量进行预测从而对环境容量的利用做出预先安排，称为大气污染总量控 制规划。 目前比较流行的总量控制方法均围绕大气污染综合治理总量控制展开，这些方法在 实际应用中取得一定的成效。但因为它们并未做到防污染于未然，所以这些方法都不尽 完善。而由于大气环境系统的复杂性，迄今为止对大气污染总量控制规划方法的研究很 少。因此对大气污染总量控制规划，尤其是对大气污染物总量预测方法的深入研究十分 必要，这也是本文研究的目的所在。 本文的主要研究内容是引入灰色理论预测大气总量，并以此为基础构建了一套完整 的大连市大气污染总量控制规划。研究内容有以下几个方面： ( 1 ) 探讨大气污染物总量预测方法的本质与内涵，分析各类现行预测方法的弊端和 局限性。首次引入新陈代谢g m ( 1 ，1 ) 法研究大气总量预测问题，建立大气污染物总量预 测模型。 ( 2 ) 在大气总量预测模型的基础上，结合改进a 值法，建立了基于灰色理论的大气 总量预测规划方案；在大气总量预测规划方案的基础上，结合总量分配方法，构建了大 气总量分配削减方案。将两方案结合，最终建立了大气总量控制规划。 以大气总量预测为基础建立的区域大气总量控制规划，分为城市和污染源两个层 次。大气总量预测规划方案属于城市层次，它可为地方各级人民政府提供大气环境总量 参考数据，使其实施相应的管理政策来改善环境质量。大气总量分配削减方案属于污染 源层次，它可为各个( 类) 污染源提供经优化的未来总量分配方案，使其采取相应的措施 削减排放量。两个方案联合即构成城市大气总量控制规划，它可以通过对未来排放量的 预测而对未来环境容量的利用做出预先安排。 为说明规划的有效性，本文以大连为案例详细阐明了总量控制规划制定的全过程。 案例分析结果表明，控制规划科学合理，预测情况与实际情况亦大致相符，并且可操作 性强，具有很好的应用价值。 关键词：大气总量控制；总量控制规划；灰色理论；新陈代谢酬( 1 。1 ) 法 灰色理论在大气总量控制规划中的应用 a p p l i c a t i o no fg r a yt h e o r yi nt o t a le m i s s i o nc o n t r o lp r o g r a m m i n g o fa t m o s p h e r i cp o l l u t a n t a b s t r a c t t o t a le m i s s i o nc o n t r o lo fa t m o s p h e r i cp o u u t a n ti st oc o n t r o la i rp o l l u t i o nf r o ma n i n t e g r a t e dv i e w p o i n t , a n di ti sa ne f f e c t i v ew a y t oi m p r o v et h eq u a l i t yo f r e g i o n a la t m o s p h e r i c e n v i r o n m e n t a c c o r d i n gt oi t sa i m s ，i tc a nb ed i v i d e di n t ot w oc a t o g o f i e s o n ei st o t a l e m i s s i o nc o n t r o lo fi n t e g r a t i v em a n a g i n ga t m o s p h e r i cp o l l u t a n t , w h i c hc o n f i r m sr e a s o n a b l e a n di m p a r t i a lp r o j e c tt oc u td o w na t m o s p h e r i cp o l l u t a n tf o rs o l v i n ge x i s t i n ga t m o s p h e r i c p o l l u t i o n 1 1 1 eo t h e ri st o t a le m i s s i o nc o n t r o lp r o g r a m m i n go fa t m o s p h e r i cp o l l u t a n t , w h i c h a r r a n g e sf u t u r ea t m o s p h e r i cp o l l u t a n tc a p a c i t yi na d v a n c eb yf o r e c a s t i n gt o t a le m i s s i o no f f u t u r ep o l l u t a n t 1 1 l ef o r m e rk i n df o r m st h ef o u n d a t i o no fa l lk i n d so fm e t h o d sp r e v a l e n tp r e s e n t l yf o r t o t a le m i s s i o nc o n t r o lo f a t m o s p h e r i cp o l l u t a n t a n dt h e s em e t h o d sh a v em a d e m u c he f f e c ti n p r a c t i c e t h e ya r en o tt ob ep e r f e c t , b e c a u s et h 盯c a n tp r e v e n ta i rp o l l u t i o ni na d v a n c e h o w e v e r ，b e c a u s eo f t h ec o m p l e x i t yo f t h ea t m o s p h e r i cs y s t e m , r e s e a r c h e sf o rt o t a le m i s s i o n c o n t r o lp r o g r a m m i n go fa t m o s p h e r i cp o l l u t a n th a v e b e e nv e r ya c a r c e s oi t sn e c e s s a r yt od o f u r t h e rr e s e a r c ho nt h em e t h o do ft o t a le m i s s i o nc o n t r o lp r o g r a m m i n go fa t m o s p h e r i c p o l l u t a n t ，e s p e c i a l l yp r e d i c t i o nm o d e l sf o rt o t a le m i s s i o no fa t m o s p h e r i cp o h u t a n t a n dt h e y a r ea l s ot h eo b j e c t i v e so fo u rr e s e a r c h t h em a i nc o n t e n to ft h ep a p e ri st oi n t r o d u c eg r a yt h e o r yt op r e d i c tt o t a le m i s s i o no f a t m o s p h e r i cp o l l u t a n ta n dt ob u i l da ni n t e g r a t e dt o t a le m i s s i o nc o n t r o lp r o g r a m m i n go f a t m o s p h e r i cp o l l u t a n ti nd a l i a nb a s e do ni t n 尬d e t a i l sa r ea sf o u o w ： ( 1 ) me s s e n c eo f f o r e c a s tm e t h o d sf o rt o t a le m i s s i o nc o n t r o lo f a t m o s p h e r i cp o l l u t a n ti s d i s c u s s e d , a n dt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ff o r e c a s tm e t h o d sw h i c ha r ew i d e l yu s e d c u r r e n t l ya r ea n a l y z e d t h e ni n f o r m a t i o nr e n e w a lg m ( 1 ，1 ) m o d e l i si n t r o d u c e dt of o r e c a s t t o t a le m i s s i o no f f u t u r ea l m o s p h c r i cp o l l u t a n tf o rt h ef i r s tt i m e , a n d p r e d i c t i o nm o d e lf o rt o t a l e m i s s i o no f a t m o s p h e r i cp o l l u t a n ti se s t a b l i s h e d ( 2 ) c o m b i n i n gt h ef o r e c a s tm o d e la n di m p r o v e dav a l u em e t h o d ，p r e d i c t i o n - l a y o u t p r o j e c tf o rt o t a le m i s s i o no fa t m o s p h e r i cp o l l u t a n tb a s e do ng r a yt h e o r yi sb u i l t t h e nb a s e d o np r e d i c t i o n - l a y o u tp r o j e c t , d i s l r i b u t i o n - r e d u c t i o np r o j e c tf o rt o t a le m i s s i o no fa t m o s p h e r i c p o l l u t a n ti se s t a b l i s h e db yc o m b i n i n gw i t hd i s t r i b u t i v em e t h o d s f i n a l l yu n i t i n ga b o v et w o p r o j e c t s ，t h ep r o g r a m m i n gf o rt o t a le m i s s i o nc o n t r o lo f a t m o s p h e r i cp o l l u t a n ti so b t a i n e d 大连理工大学硕士学位论文 t h ee s t a b l i s h e dp r o g r a m m i n gc a nb ed i v i d e di n t ot w ol a y e r s ：c i t yl a y e ra n dp o u u f i o n s o u r c el a y e r p r e d i c t i o n - l a y o u tp r o j e c tb e l o n g i n gt oc i t yl a y e rc a l lp r o v i d er e f e r e n c e dd a t af o r a l ll e v e l sl o c a lg o v e r n m e n ta n dg o v e r n m e n tc a ni m p l e m e n tc o r r e s p o n d i n gp o l i c yt oi m p r o v e e n v i r o n m e n t a lq u a l 时a n dd i s t r i b u t i o n - r e d u c t i o np r o j e c tb e l o n g i n gt op o l l u t i o ns o u r c el a y e r c 缸p r o v i d ed i s t r i b u t i v ep l a no ft o t a le m i s s i o nf o rp o l l u t i o ns o u r c e sa n dc o r p o r a t i o nc a n f o l l o wi tt ot a k ea c t i o nt or e d u c et h ee m i s s i o n a sac o m b i n a t i o n , t o t a le m i s s i o nc o n t r o l p r o g r a m m i n go fa t m o s p h e r i cp o l l u t a n tc a na r r a n g ef u t u r ea t m o s p h e r i cp o l l u t a n tc a p a c i t yi n a d v a n c eb yf o r e c a s t i n gt o t a le m i s s i o no f f u t u r ep o l l u t a n t ， t os h o wt h ee f f e c to ft h ep r o g r a m m i n gp r e s e n t e di nt h ep a p e r , d a l i a nc i t ya sac a s ei s a n a l y s e dt od i s p l a yt h ep r o c e s so fm a k i n gat o t a le m i s s i o nc o n t r o lp r o g r a m m i n g a n dt h e p r o g r a m m i n gb a s e do n 伊a yt h e o r y s h o w se x c e l l e n tc a p a b i l i t ya n di t i sp r o v e dt ob e c x e r c i s a b l e r e a s o n 曲l er e s u l t sa r eo b t a i n e da se x p e c t e d t h u st h ep r o g r a m m i n gp o s s e s s e s e x c e l l e n ta d v a n t a g e sf o rp r a c t i c a la p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：t o t a le m i s s i o nc o n t r o lo fa t m o s p h e r i cp o l l u t a n t ；p r o g r a m m i n go ft o t a l e m i s s i o nc o n t r o l ；g r a yt h e o r y ；i n f o r m a t i o nr e n e w a lg m ( 1 ，1 ) m o d e l 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，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的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：塾! ! 塑 日期：型：2 ：翌 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名： 麴坠 导师签名：i 拯组遂 ， 皇竺6 年生月上竺日 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 大气污染总量控制思想的形成 人类进入工业文明时代以来，科学技术水平突飞猛进，人口数量急剧膨胀，经济飞 速发展。在经济利益的驱动下，人类对自然环境毫不怜惜地进行大规模的开发利用，与 此同时，一些环境灾难也出现了。这些环境问题展示出与以往不同的性质，已经从根本 上影响了人类社会的生存和发展。其中大气环境污染问题，更是因为涉及面广泛，影响 程度深远而被普遍关注。据1 9 9 8 年世界卫生组织公布的一项报告，在全球环境监测网 所覆盖的5 4 个国家的2 7 2 个城市中，空气污染最严重的1 0 个城市，我国就占了7 个( 太 原、北京、乌鲁木齐、兰州、重庆、济南、石家庄) ，且排名均靠前； 2 0 0 5 年国家城 市环境管理和综合整治年度报告对全国5 0 9 个城市的考核结果显示：4 4 9 的城市环 境空气质量超过国家二级标准，其中有4 3 个城市环境空气质量劣于国家三级标准。这 些触目惊心的数字充分说明了我国大气污染状况严重，空气质量状况不容乐观。 空气是人类生存的第一需要，空气清洁关系到人类的身心健康。因此，控制大气污 染是改善人类环境，保障人类身心健康的第一任务。工业革命时期，人们曾经将工厂烟 囱中排放的滚滚浓烟视为工业发达的象征，但随着经济的发展、生活水平的提高以及大 气环境污染的日益加剧，人们逐渐认识到工业生产对环境空气和人类生活造成的危害， 开始采取各种措施控制大气污染。如今，大气污染控制己成为国际化问题，由一个地区 或一个国家的局部控制，发展成为国际间的联合控制( 如臭氧层的保护计划、温室气体 的排放问题) ，空气污染已经成为全球性问题【1 1 。1 9 9 2 年6 月联合国召开了环境与发展 大会，会议通过了环境与发展的里约热内卢宣言的地球宪章。为实现这个宪章，制 定了 2 1 世纪议程，将可持续发展列为人类共同追求的目标【2 ，3 l 。 从可持续发展理论来看，环境空气质量资源是有限的，随着污染的增加，环境的纳 污能力在逐渐减少，为保证人类生产和生活的正常进行，必须有计划、有步骤地进行大 气环境污染的总量控制，方能保持环境与社会经济的协调发展。所以总量控制是可持续 发展思想的一种体现 4 1 。 总量控制一词是在二十世纪六十年代提出的，近几年来，出现了总量控制广义化， 即将总量控制理解为控制区域的总排放量，使之不超过环境容量。我国的大气污染排放 控制经历了浓度控制、p 值( 地理区域性点源排放控制系数) 控制以及总量控制和浓度控 制相结合三个过程。1 9 8 8 年第三次全国环境会议之后，提出了在我国开始同时实行浓度 控制与总量控制相结合的污染控制政策。浓度控制方法的依据是国家排放标准，具体说 灰色理论在大气总量控制规划中的应用 来是国家制定全国统一执行的大气污染物浓度排放标准。p 值控制法将烟囱排放高度和 允许排放量用一个p 值联系起来，通过地面大气污染质量浓度的限定，给出p 值，就可 以调整污染源高度和排放量，由此达到控制大气污染的目的。基于浓度控制和p 值控制 理论的管理方法对控制大气污染起到了重要作用，促进了污染源的治理，普及了污染治 理措施，推动了大气污染防治技术的改进和发展【5 】。然而，浓度控制和p 值控制归根结 底，都是针对单个污染源的控制方法，它只能限制污染源的排放量，而不能限制污染源 数量的增加。长期的实践也表明，以往的大气环境管理体制本身存在着某些不合理现象 和缺陷，主要表现在以下五个方面【6 j ： ( 1 ) 由于未能建立起大气污染物排放量变化与大气环境质量之间以及实现区域大气 环境质量目标与分步削减污染物排放总量之间的定量关系，使得多数区域未能制订出行 之有效的环境规划，未能有目标、分步骤地采取控制大气污染的措旌来控制排放总量， 距离改善区域大气环境质量目标还有很大的差距。 ( 2 ) 实行浓度控制，无法阻止污染源密集区域形成，也无法控制污染物排放总量的 增加，既不利于形成合理的工业布局，也不利于对城市低矮面源和无组织排放源的定量 控制，致使有些地方环境质量状况非但没有改善而且还有继续恶化的趋势。 ( 3 ) 各国制订的统一大气污染物排放标准是维持基本环境条件的最低标准，它没有 考虑大气污染的地域性差别和当地大气污染特征以及经济技术条件，造成对某些地区 “过严”，而对另外一些地区“过宽”的不合理现象，从而不能有效地保护和改善污染 严重地区以及环境敏感地区的环境质量。 ( 4 ) 能源、资源的浪费以及不合理的使用是造成各国大气污染严重的原因之一，浓 度控制的着眼点是控制各个污染源的排放口，这不利于引导企业从生产全过程采取措施 来降低单位产品的能耗和物耗。 ( 5 ) 由于污染物排放量没有与环境质量挂钩，大气环境还没有真正被看作是一种资 源。长期无偿或微偿地使用环境资源，免费或廉价地消费环境资源是导致环境质量下降、 生态环境恶化的重要原因之一。 目前，我国工业迅速发展，城市工业区发展日趋完善，过去一些工业企业在城市中 由于分布不合理，造成局部污染的现象逐步消失，取而代之的是以工业区将这些工业企 业积聚一起，使城市规划布局更具合理性。污染源集中分布和污染物集中排放给治理污 染和环境管理带来方便，有利于环境保护。但同时我们也不得不面对这样一种局面，工 业密集区内每一个污染源都达到了国家规定的浓度控制标准，但区域内的大气环境质量 却因为污染物排放量绝对总量增多而严重超标【7 】。其结果是，我国大气环境虽然近些年 来有所改善，但在工业生产集中的城市，污染仍十分严重，大气污染控制进展缓慢。纵 大连理工大学硕士学位论文 观其原因，除了设备、技术、工艺等硬件因素外，缺乏完善的控制方法也是另一重要因 素。显然，单纯实行浓度控制和p 值控制在工业密集区已无法控制区域环境质量的恶化， 因此，必须将控制区域环境作为一个整体，按照其各功能区对环境质量目标值的要求， 计算出整个区域内允许排放的污染物总量，再将总量优化分配到每一个污染源，以此确 定各污染源的允许排放量。通过控制区域的排污总量，最终达到控制区域大气环境质量 的目的，这就是总量控制的思想。 实践表明，大气污染物总量控制是解决大气环境污染的理想途径，是控制大气污染 的必由之路。它不仅仅是把总量削减指标分配到污染源的技术方法；它更将促进对环境 保护的再认识，提高企业治理环境的自觉性和主动性；在环境管理上针对性更强，使管 理部门把力量放在规划、方针、政策、法规、监督和指导的主要任务上，使管理具有更 大灵活性，从而适应社会经济发展新形势的需要。大气污染物总量控制对环境目标的实 现、区域经济的发展、环境管理体制的改革有着深远的意义。 近年来，世界各国一些大城市都先后进行了大气污染物总量控制的研究和试点工 作，积累了许多有价值的经验。尽管如此，大气污染物总量控制作为一种新型的污染控 制方法，无论在理论上还是方法上都还很不成熟，目前尚缺乏较好、较系统的分析和研 究，因此，大气污染物总量控制方法还需进一步探索和完善。 1 2 大气总量控制的基本理论 1 2 1 总量控制的概念 大气总量控制是将管理的地域或空间( 例如行政区、流域、环境功能区等) 作为一个 整体，根据要实现的环境质量目标，确定该地域或空间一定时间内可容纳的大气污染物 总量，采取措施使得所有污染源排入这一地域或空间内的污染物总量不超过可容纳的污 染物总量，保证实现环境质量目槲川。 具体地说，总量控制是指将管理的控制区域作为一个整体，根据要实现的环境质量 目标，确定控制区域一定时间内允许容纳的污染物总量，然后依据一定的原则和方法将 允许容纳总量分配到控制区域内的各个排污单位，确定每个排污单位的允许排放量，并 以此作为排污单位的排放总量控制指标。通过控制这个指标，结合实际污染物排放总量， 对各单位超出的排放量进行削减，以达到控制区域的大气环境质量目标。总量控制是对 以浓度控制为基础的环境政策的一次重大改革，是一项综合性的系统工程。实践表明， 大气污染总量控制是解决大气环境污染的理想途径，是控制大气环境污染的必由之路。 灰色理论在大气总量控制规划中的应用 1 2 2 总量控制的特点 总量控制与浓度控制和p 值控制相比主要有以下的几个方面的优点： ( 1 ) 将污染源排放量控制与区域环境质量挂起钩来，具有很强的针对性，可为政府 进行环境管理提供定量的决策依据，进而有计划、有目标地采取措旋有效控制和改善所 辖区的大气环境质量。 ( 2 ) 总量控制克服了以往控制的统一排放标准，忽视污染源的排放在空间、时间、 排放方式和不同外部环境( 如气象条件、地形、水文) 上的差异的缺点，体现了根据地区 和功能差异、分类指导、宽严有别的原则，有利于分清主次，使有限的投资发挥最好的 环境效果。 ( 3 ) 总量控制的对象是排污单位( 企业) ，而不是污染源；只管理到企业的总排放量， 而不管企业内部各种污染源如何排放，企业可以按照自己拥有的总量指标来排放。总量 要求可以使企业明确自己的环保责任和目标，有计划地削减污染物排放总量或制订合理 的生产发展计划，强化企业内部环境管理。 ( 4 ) 总量控制一般以年为时间单位，执行尺度的放宽，增加了可操作性，排污者也 有了履行责任的灵活性，企业有充分的自主权选择成本低的削减污染的方式：就地削减 或者公司购买排污权，降低了区域污染控制的成本【9 】。总量控制概念的引入，为制订大 气环境资源有偿使用的经济政策提供了依据，有偿使用是有效保护大气环境质量不可缺 少的一环。 1 2 3 总量控制的内涵 总量控制首先是一种环境管理思想，同时也可作为一种环境管理的手段，即控制一 定时间、区域内排污单位污染物排放总量的环境管理手段。总量控制的核心问题包括两 点，一是总量问题，即如何计算控制区域污染物的实际排放量和如何确定控制区域的污 染物允许排放量，二是分配问题，即如何将允许排放量优化分配到各污染源并最终确定 各污染源的排污削减量【1 0 1 。前者主要取决于自然环境特性，即大气环境在不同时间对不 同污染物的迁移转化能力；后者则是根据环境及经济目标来优化决策污染负荷分配方 案。 1 2 4 总量控制在国外的发展概况 国外从七十年代开始了大气污染物总量控制的研究与实旌，1 9 7 9 年1 1 月在瑞士日 内瓦，包括美国、加拿大、原苏联在内的3 4 个国家和欧洲共同体，签署了“长城越界 空气大气污染的协定书”( 日内瓦公约) 。1 9 8 4 年3 月6 日在加拿大渥太华召开的环境部 长会议上，参加会议的1 0 个国家结成“百分之三十俱乐部”。1 9 8 5 年7 月8 日在赫尔 4 大连理工大学硕士学位论文 辛基签署了第一个硫协议书，于1 9 8 7 年9 月2 日生效，基本目标是以1 9 8 0 年水平为计 算减少量的基准，尽早但最迟在1 9 9 3 年以前，把二氧化硫的年排放量至少减少3 0 。 在上述这些国际公约的基础上，日本、北美及欧洲等国先后制定了相应的本国的大气总 量控制政策。 ( 1 ) 日本总量控制方法l l l j 1 9 6 8 年日本首先提出了一种全新的管理思想“污染物总量控制”和污染物总量控制 方法，确定对东京、大阪实行大气污染物总量控制。从昭和4 9 年( 1 9 7 4 年) 起，在大气 污染防治法规中导入总量控制的规定，首先在1 1 个指定地区对二氧化硫排放实行总量 控制，并在其后两年时间内扩展到2 4 个地区。其技术步骤及内容详见表1 1 。 表1 1 日本总量控制技术步骤及内容 t a b 1 1t e c h n i c a ls t e p sa n dc o n t e n t so f t o t a le m i s s i o nc o n t r o lo f a l m o s p h e d cp o u u t a n ti n a p a a 在详细广泛的动态信息系统和雄厚经费的支持下，日本的大气污染物总量控制效果 非常明显，大气环境质量得到显著改善。 ( 2 ) 美国的“排污交易”政荆1 2 1 1 9 7 9 年美国环保局开始试行一项著名的“泡泡”政策，这项政策允许在一定范围内 对污染物的控制进行选择，对一些难以控制、治理费用大的污染源少削减，而对那些容 易控制、治理费用少的污染源多削减其排放。这一政策首先给予企业以经济上的刺激， 允许其选择治理方案，取得明显的经济效益和环境效益。 在这种管理思想的激励下，1 9 8 6 年，美国环保局扩大了泡泡政策的应用范围，由单 个泡泡政策发展成“多泡”政策，而且推出了“排污补偿”政策，允许不同工厂和企业 转让、交换排污削减量。这为工厂和企业在如何进行费用最省的污染削减方面提供了新 的选择。 灰色理论在大气总量控制规划中的应用 在1 9 9 0 年的洁净空气法修正案中，美国又大大扩展了以排污交易作为空气质 量政策组成部分的应用范围。它通过补偿、气泡、狰得、排污银行四项政策加以贯彻。 这四项政策都与排污减少信用有关。排污减少信用指盈余的、可实施的、永久性、可定 量的排污量。它可存入银行，也可在气泡、补偿、净得计划中使用。美国国会批准可以 用排污交易作为实现减少硫氧化物排放，以减轻酸雨威胁的手段。该政策实施以后，对 二氧化硫污染的控制十分有效，二氧化硫浓度明显降低【1 3 ，1 4 】。此外，这项政策还保证了 每年减少1 0 0 0 万吨硫氧化物排放量是发生在那些能够以最低廉的代价控制排放的污染 源，这无疑大大节约了硫氧化物排放治理的费用，否则，单纯用指令性管理方式控制， 削减1 0 0 0 万吨硫氧化物，需耗资几十亿美元。 由于排污交易政策在经济上有较大的刺激性，便于企业灵活的进行污染控制，从而 具有资源优化配置与节省成本，环境达标速度快，促进技术革命，促进公平与效益统一 等特征【1 5 1 ，无论是在环境还是经济上都获得了巨大效益。 ( 3 ) 德国排污许可证u q 1 9 8 6 年，德国在法规文件空气质量控制技术指南( t e c h n i c a li n s t r u c t i o n o na i r q u a l i t y c o n t r 0 1 ) q a ，提出实行质量目标总量控制，主要表现形式是采用排污许可证制度。 其做法是将控制区域划分为评价单元，在环境质量现状测定的基础上，得出现状( 初始) 浓度分布。对于新建源则采用高斯扩散模型计算其附加浓度负荷，在与现状( 初始) 浓度 叠加后，看其是否超过环境质量限值，来决定是否发给许可证。 综上所述，国际上控制大气污染物排放通常采用以下两种方法：一是政策手段，即 通过政府制定有关控制排放法律、法规及管理办法和国家空气质量标准等途径，要求采 用最佳可用技术( 如最先进的脱硫技术) 进行治理，以降低大气污染物排放量；二是经济 手段，即经政府批准，通过征收排污费、污染税或能源税、发放排污许可证和排污权交 易等途径，鼓励和刺激削减大气污染物排放量。这样的控制手段，注重的是对污染源最 佳可用技术的研究，强调的是利用经济杠杆对大气污染物排放量削减进行调节，而对总 量控制的技术方法的关注度则明显下降，仍停留在高斯扩散模型计算阶段。 1 2 5 总量控制在我国的发展概况 我国在总量控制方面的理论研究和实际应用均起步较晚。2 0 世纪8 0 年代末期，我 国开始从日本引进大气污染总量控制方法。最近二十多年来我国大气环境工作者借鉴国 外的经验，超前地预测到我国大气污染将要面临的问题，进行了大量大气污染物总量控 制的基础性研究，在区域大气污染物总量控制方法，污染源条件、地形条件和气象条件 对大气污染物总量控制结果的影响，大气环境过程分析、大气环境质量模拟以及大气环 一6 一 大连理工大学硕士学位论文 境容量等方面作了大量研究工作n 7 - 2 0 ，这些工作为实施大气污染总量控制奠定了理论基 础，提供了技术方法。1 9 9 1 年国家环境保护局组织编写并出版了城市大气污染总量控 制方法手册，结合我国国情，详细介绍了我国城市地区推行区域总量控制的指导思想、 原则、技术路线和方法，重点以a - p 值为基础，结合多源模拟法、优化规划法，进行总 量控制计算和总量负荷分配，并在此基础上制定总量控制的实施方法。同年，为建立与 实施污染物总量控制相应的法规体系以及配套的管理办法，进一步解决污染控制技术在 污染物总量控制中的运用问题，国家环保局在上海、天津、沈阳、广州等1 6 个城市进 行了以污染物总量控制为核心的排放大气污染物许可证制度试点工作【6 】。通过试点，提 出了适合几种不同类型城市的实用污染物总量控制基本方法和污染物总量控制监控手 段，为污染物总量控制的实施提供了经验。 ( 1 ) 青岛市大气环境质量控制规划研究【2 1 1 刘忠等在其研究项目中，通过对污染物进行总量控制来实现对青岛市大气环境质量 的控制规划。其主要内容包括四个部分： 准备合适的总量控制规划设计条件 包括规划区域范围、规划指标及年限、大气环境功能区划、气象条件设计、大气污 染源控制各选方案等。 确定污染源与控制点的输入响应关系 建立以高斯烟羽模式为基础，附加各种修正的青岛市大气环境质量模式( 日均浓度) ， 给出青岛市基准年( 1 9 9 0 年) 7 3 1 个、规划水平年( 2 0 0 0 年和2 0 1 0 年) 7 6 2 个大气污染源与 2 0 个控制点在不同设计条件下、不同污染排放状态( 现状、预测) 下的输入响应关系，为 总量控制规划奠定基础。 污染负荷分配 在规划中尝试两种负荷分配方法，一为源强优化分配，单纯从环境资源分配的角度 出发，根据源强优化分配结果，提出大气污染源布局的建议；二为经济优化分配，采用 “费用浓度比”具体将污染负荷分配到污染源的方法，利用离散优化及其快速排除解法 求解，提出可供实施的污染源排放量的最佳组合。 比较分析综合效益 通过总量控制规划，努力使环境、经济效益体现在区域总效益中，提出在区域内实 现环境目标的最小投资方案，以此作为环境管理的总量控制方案。 根据其最终规划结果，青岛市的大气环境质量得到明显改善，同时在规划模型中考 虑了经济技术的承受能力，在实际有较强可行性。该规划研究提出的部分方案已在青岛 市得到落实和应用。 灰色理论在大气总量控制规划中的应用 ( 2 ) 福建泉州市大气污染物总量控制及分配吲 通过对泉州市区内大气污染源进行详细调查，根据泉州市气象气候特征，制定总量 控制方案，最后对方案进行经济评价，对方案进行调整，得出切实可行的总量控制方案， 为政府及环境保护部门的决策提供科学依据。 其基本步骤如下： 根据城市功能分区，环境功能区划制定各区污染物总量预分配值。 利用数学模型模拟可能的污染物浓度分布。 将模拟结果对照环境目标，调整各区污染物分配值以最终达到环境目标的要求。 根据社会、经济及环境的可持续发展原则，验证污染物分配值的合理性。 确定最终各区污染物总量分配值。 提出相应的大气综合整治的对策建议，以达到污染物总量控制的目的。 根据最终的可行性分析表明】，泉州规划区的污染物总量分配值是合理可行的，可 保证经济、社会、环境快速、稳定、可持续地发展。 如上所述，我国大气污染总量控制工作的重心是围绕总量确定和总量分配两点展开 的对技术方法的研究。它一直以解决现有的环境空气污染问题为目的，意在针对如何确 定控制区域大气污染物的实际排放量及允许排放量，以及如何将允许排放总量优化分配 给各个污染源这两步骤提出相应的技术方法，寻找出公平合理的污染物削减方案。可喜 的是，经过3 0 多年的努力，我国总量控制技术方法发展形势良好，总量确定方面的a 值法( 国家标准中规定) ，总量分配方面的a - p 值法，基于城市多源模型的平权分配法， 优化分配法等三类方法已被提出并得到广泛使用。 但我国大气总量控制技术方法的发展也存在着缺陷，即它对大气总量控制规划研究 很少。而大气总量控制规划可以通过对未来排放量的预测而对环境容量的利用做出预先 的安排，所以它是可以真正的做到防大气污染于未然，而不再使大气污染控制停留在综 合治理阶段的一种控制方法。它使大气污染末端管理向源头管理转变，体现了可持续发 展思想。鉴于我国总量控制方法发展的这种局限性，本文将大气总量控制规划作为主要 研究课题，对其进行深入研究。 1 3 课题研究目的、内容及意义 1 3 1 目的 大气污染总量控制，从其目的出发分为两种刚：第一种是为解决现有环境空气质量 超标问题，寻找公平合理的污染物削减方案，称为大气污染综合治理总量控制；另一种 一8 一 大连理工大学硕士学位论文 是通过对未来排放量进行预测而对未来环境容量的利用做出预先安排的方案，称为大气 污染总量控制规划。二者的比较见表1 2 。 表1 2 两个方案的比较 t a b1 2 c o m p a r i s o n o f t w o p r o j e c t s 总量确定 总量分配 现状排放量确定 预测排放量确定 允许排放量确定 利用a - p 值法， 基于城市多源模型的平权分配法， 优化分配法等方法对总量进行分配 由表i 2 可知，两种控制方案的内容都是围绕总量确定和总量分配这两个核心内容 展开；它们的区别体现在总量确定方面，前者是将现状排放量与允许量进行比较，而后 者是将预测的排放量与允许量进行比较；而在总量分配方面，二者使用的是相同的分配 方法，如a - p 值法，基于城市多源模型的平权分配法，优化分配法等。 我国对大气污染物总量控制实用方法的研究工作始于2 0 世纪7 0 年代初，至今已有 3 0 多年历史。3 0 年来，我国先后在一些城市开展了污染物总量控制试点工作，在容量 总量控制、目标总量控制和行业总量控制等方面探索并积累了宝贵的经验口1 0 】口日。在前 人工作的基础上，各种总量控制方法也逐渐发展与成熟起来。但这些方法多属于第一种 方案大气污染综合治理总量控制，侧重于选择区域目前排放量作为总量控制的目 标。 与之相比，对第二种方案大气污染总量控制规划方向的研究很少。而这种现状导致 大气未来的总量难以被估计，所以相当一部分的区域大气控制都在重复着污染超标一 削减的治理过程，环境效益无从谈起。因此，要想推动我国大气总量控制的发展，应更 多从未来总量控制方向着手，通过对未来排放量进行预测而对未来环境容量的利用做出 科学合理的安排，然后根据分配结果，找到目前控制的薄弱环节，有目的有计划的采取 措拖改善环境质量，最终使其未来总量符合要求。由此可见，深入研究大气总量控制规 划，对推动我国区域大气总量控制发展具有重大的现实意义。 由表i _ 2 可知，大气总量控制规划的最核心内容是区域大气总量的预测模型。但因 为大气环境系统很复杂，区域大气总量直接与污染源分布、气象条件、地形地貌等因 灰色理论在大气总量控制规划中的应用 素相关，是一个多因素、多层次的复杂系统，而大气总量的变化只是这一系统内部各 因素之间相互制约、相互影响和协调发展的结果。所以要建立一个能准确、定量描述 这些因素与大气总量变化趋势之间关系的预测模型是很困难的。因此对大气污染物总 量预测方法的深入研究是建立大气总量控制规划的基础，也是本文研究的重中之重。 1 3 2 内容 本文的研究工作包括以下两个方面：一是对大气总量控制技术方法的分析；二是对 大气总量控制规划的建立。 大气总量控制技术方法的研究工作主要是指分析总量确定和总量分配过程中可使 用的技术手段，如a 值法，p 值法，基于城市多源模型的平权分配法，优化分配法等。 由于它们不仅是大气综合治理总量控制也是大气总量控制规划的理论基础，因此应认真 探讨各技术方法的本质与内涵，分析各类现行方法的弊端和局限性，最终将改进后更合 理的技术方法引入到大气污染总量控制规划中，为其提供有利的技术支持。 大气总量控制规划研究是本文的主要内容，它主要包括基础研究工作、预测模型的 筛选和大气总量控制规划的确立等。 ( 1 ) 基础研究工作 基础研究工作是进行基础数据的收集和整理分析，其中包含确定污染因子、污染源 调查、城市大气污染现状数据收集与分析、城市建设与发展规划、气象资料的收集与分 析以及其他相关资料的收集与整理。 ( 2 ) 预测模型的筛选 众多现有的预测模型各有特点，对各种相关因素有着不同的考虑。同时，各种方法 在对一些不确定性因素的假设和参数确定时，会造成计算结果与实际情况有所偏差。另 外，由于不同城市的地理条件和气象影响因素等方面存在着较大的差异，应用不同的模 型进行模拟所得出的结果不同。所以，为了取得接近实际的计算结果，必须从理论和实 际两方面对模型的性能和精度进行比较，筛选最适合某城市特点的预测模型进行计算。 ( 3 ) 大气总量控制规划的确立 大气总量预测规划方案 首先通过理论分析和实例验证筛选出最优的大气总量预测模型，利用最优模型对某 城市大气未来总量进行预测，得到该城市大气污染物的未来排放量；利用改进a 值法求 出未来城市大气污染物的允许容量；将二者做比较，若该城市的未来排放量小于最大允 许容量，则说明未来城市大气质量满足环境质量目标。若该城市大气的未来排放量大于 最大允许容量，则说明未来城市大气污染超标。 一1 0 大连理工大学硕士学位论文 大气总量分配削减方案 当污染排放的削减量大于零，即城市的未来排放量与最大允许容量差值大于零时， 需要通过总量分配削减方案，确定各