应用多源模式核定重点城市大气环境容量技术验收细则.doc

应用多源模式核定重点城市大气环境容量技术验收细则（征求意见稿）中国环境规划院2004.11、概述 本细则将根据国家环境保护总局的“城市大气环境容量核定工作方案”中基本要求、基本方法、技术路线和主要内容，进一步细化，补充相关内容，解决重点城市大气污染物排放，进而确定大气环境容量的科学评估方法问题。在充分利用现有相关数据资料的基础上，建立一套科学、有效估算大气环境容量的方法，确保113个重点城市的大气环境容量核定验收。本实施细则为“城市大气环境容量核定工作方案”的细化和补充。2、大气环境容量2. 1大气环境容量 容量是在一定空间容纳某种物质的能力。环境容量是指某一环境区域内对人类活动造成影响的最大容纳量。就污染而言污染物存在的数量超过最大容纳量，这一环境的生态平衡和正常功能就会遭到破坏。大气环境容量是一种特殊的环境资源，它与其它自然资源在使用上有着明显的差异。鉴于环境条件和污染物排放的复杂性，准确计算一定空间环境的大气环境容量是十分困难的，因为大气是没有边界的，一定空间区域内外的污染物互相影响、传输、扩散。在做一定的假设后，可借助数学模型模拟估算一定条件下的大气环境容量。确定一个地区后，根据国家标准用A-P值法很容易得到该城市的一个大气环境容量，主要考虑的是当地的区域面积和多年平均风速，也就是通风量。这个大气环境容量定义为理想大气环境容量。实际大气环境容量是指：对于一定地区，根据其自然净化能力，在特定的污染源布局和气象条件下，为达到环境目标值，所允许的大气污染物最大排放量总和，也就是平常所说的城市区域大气环境总量。环境目标值即所确定的相应等级的国家或地方环境大气环境质量标准。这个大气环境容量是可以执行的。一般要小于理想大气环境容量。在确定地区空间内，大气环境容量并不是唯一的常量。在大气的环境目标值确定以后，当污染源的排放量一定时，大气环境容量可以随污染源的位置和排放高度、气象条件、季节、地形条件等的不同而变化。对于整个城市来说，它的实际环境容量比理论环境容量（均匀混合后的容量）要小。因为，城市包含了不能布局污染源的区域。已经确定的大气环境容量应该留有一定的余地，以便今后可利用环境容量合理布局新开发区和新建设项目，以利于国民经济的可持续发展。2.2空气污染评估方法 在大气容量规划区，以达到大气环境质量目标为目的，把城市的社会经济发展、产业、能源结构，机动车保有量、工业布局，地形、地貌，气象条件，大气污染物排放、污染源状况，以及污染物浓度分布特征等综合起来进行分析，建立基本的污染源、地区地形和气象条件与污染物浓度的动态响应关系-空气质量模式。把污染源排放控制指标与地区的环境质量直接挂沟，根据该地区的大气自净能力，确定该规划区的大气环境容量，编制各地大气环境容量核定报告书。3.城市大气环境容量规划区的确定和划分3.1 城市大气环境容量规划区的确定 大气容量规划区应根据城市地区的社会经济发展、产业、交通流量、能源结构，工业布局，道路条件，地形、地貌，气象条件，污染源状况，以及污染物浓度分布特征等综合起来进行分析，按当地行政区划，由当地政府确定。大气容量规划区分为基准规划区、核心规划区和外围规划区等。城市基本情况及区域图，要包括市区面积，人口、GDP、能源结构消耗量，监测点位置图，主要污染源位置。3.2大气容量规划区划分原则3.2.1基准规划区城市排放污染物大气容量规划区为排放量控制的基础。按当地行政区划，以城市的市区和郊区的城市建成区为主确定。基准大气容量规划区应作为一个整体，一个城市只能有一个，不能分区执行。3.2.2 核心规划区核心大气容量规划区为城市的中心区。核心大气容量规划区内的重点大气污染源应搬迁。余下大气污染源与基准大气容量规划区一样，必须执行区域排放量控制标准。第一步执行国家浓度排放标准，第二步执行国家排放限量标准，第三步执行区域排放量控制标准，即根据需要确定每个源的排放量。3.2.3 重点规划区 城市区域内的特殊地区可以定为重点大气容量规划区，重点大气容量规划区可以与核心大气容量规划区重合，与核心大气容量规划区内大气污染源同等对待。3.2.4外围规划区 考虑到相邻区域的高架大气污染源对基准规划区和核心规划区可能产生的影响，在基准规划区外围设立外围规划区。外围划区为一个环形区域，宽度为10公里。根据城市所在地的具体情况，在城市的主导风向和次主导风向或盛行风向上可以增加到20公里。外围规划区的大气污染源分为二类考虑。第一类为排放高度100米以下的大气污染源，这类源对基准区和核心区的影响不予考虑。第二类为排放高度100米以上的高架源。这些污染源必须执行国家浓度排放标准和国家排放限量标准。3.2.5超标区和超标点根据模式计算和环境监测，确定出浓度超标的局部地区和个别点为超标区和超标点，再以这些点的浓度为控制基础，确定城市大气污染源排放量。3.2.6基准控制点建模后，就可以计算基准控制区内所有计算点的地面浓度，进一步绘制污染物地面浓度分布图。为了判断某一城市地区的大气质量是否达到预定的环境目标值，一般在这个地区内设置一系列有代表性的计算点，只要这些点的空气质量能达到环境目标值，则认为整个研究地区的空气质量能达到环境目标值。基准控制点就是进行总量控制和环境容量研究作为控制比较的基准的计算点。基准控制点不得小于30个。在城市基准控制区内一般都有中心控制区和重点控制区，中心控制区和重点控制区内的网格中心点都应该作为基准控制点，超标区和超标点应该作为基准控制点，城市现有大气环境监测点必须是基准控制点。另外城市区域内的特殊敏感点也应该是基准控制点。具体方法有：（1） 峰值法采用计算模式计算基基准控制区内所有计算点的地面浓度，选择浓度最大的m个点，然后再采用计算模式分类计算各种类型污染源在基本控制区内所有计算点的地面浓度，分别选择各类污染源影响最大的m个点，这些点与大气环境监测点相加，如果达到一定数量就可以结束。（2） 核心区和重点控制区法这种方法前面已经介绍过，就是选择城市中心区和重点控制区内所有网格中心点作为控制点。当然如果城市区域内大气环境监测点不在这些点中，必须增加进来。（3） 9点平均法9点平均法就是每增加一个敏感点，该点周围8个网格中心点也同时增加作为基准控制点，用以平抑该点带来的峰值作用。这样地方环境保护部门可以根据多年的监测和管理经验提出一些点作为敏感点。具体做法是就是在原来的几十个基准控制点上再增加9个点。如果增加点位置与别的控制点重合，只计算一次。3.3大气容量规划区的划分确定大气容量规划区后，根据大气容量规划区的大小，将大气容量规划区初始网格化。根据城市区域面积，选择500500米或10001000米的或者20002000基本网格。如图1所示，有一个城市东西10km，南北12km，以10001000m为基本网格，共划分1012个网格，做为城市大气容量规划区。区内有点源、线源、面源。点源在大气容量规划区内根据坐标安放。基本面源应与网格尺度相当。变尺度面源可大或小于网格尺度。为了面源大小可灵活变化，特设立面源比例因子。比例因子等于面源长度与基本网格长度之比。如面源长度为2000米，网格长度为1000米，则面源比例因子为2.0。线源为交通流动源，应该根据各个城市具体情况，分别考虑成不同种类的线源。线源要分段给出每段的起点坐标和终点坐标。计算点和浓度控制点，二者可以重合。 3.4划分示例图 1 网格划分如图所示，某一个城市东西10km，南北12km，以10001000m为基本网格，共划分1012个网格，做为汽车污染物排放大气容量规划区。区内有点源、面源、线源。大气容量规划区内有点源若干个，第一号源X坐标3.2、Y坐标4.3、以下依次输入烟囱高度、出口烟气速度，烟囱出口直径，烟气温度，污染物排放源强等。基本尺度面源有48个，第一号面源X坐标2.5、Y坐标9.5，源高40m，源强5000mg/s等，面源比例因子为1.0。变尺度面源有18个，第一号面源X坐标1.0、Y坐标11.0，源高40m，源强2500mg/s等，面源比例因子为2.0。线源分为不同类别，第一类第一号线源分为10段，第一段X0=7.0、Y0=9.0、X1=8.0、Y1=10.0 ，源强500mg/s 。第二段X1=8.0、Y1=10.0 ， X2=9.0、Y2=11.0，源强600mg/s。4、大气污染源数据收集和分析4.1大气污染源的类别 大气容量规划区内的大气污染源可以分为点源、面源（体源）、线源。4.1.1点源 大工厂、发电厂的连续排放污染物的大烟囱可以作为点源来处理。要了解污染物的成分、性质、数量（源强）以及它随时间变化的规律，烟囱高度、位置、烟气温度、烟气速度、烟囱出口直径等具体参数。4.1.2面源（体源）低矮分散的点源，包括居民区杂乱无章的小火炉、茶炉、取暖锅炉和中小工厂的锅炉、窑炉及无组织排放等，这类源排放量少，但数量非常多，在模式计算时都作为面源处理。有些大城市还应该把面源分类，按排放源高、燃料类型、燃烧方式及排放系数的不同分别处理，最后得出城市面源源强和时间变化规律的清单。一般情况下面源都有一定的排放高度，象天安门广场一样的面源极其少见，只有在城市区域中的水面有可能出现，因此大部分面源同时也是体源。4.1.3线源流动源，主要是汽车等交通工具的污染物排放当做线源处理，线源为交通流动源，应该根据各个城市具体情况，分别考虑成不同种类的线源。线源要分段给出每段的起点和终点，源强，汽车类型。燃料类型，排放系数，排放源的时间变化规律。流动源还应该包括火车，内河航运，飞机跑道。也应该当做线源处理。4.1.4污染源的划分大气污染源数据是进行大气环境容量测算的基础，大气污染源调查和收集要满足模型计算输入数据的需求。充分利用现有已经成果和资料，可在其基础上补充和验证，避免重复工作。依据排放源高度，可将排放源划分成点源和面源进行计算。同时考虑到不同高度的排放源对当地环境质量影响的差异以及管理需求，对高于180（含）m的高架源，在容量测算时要特别考虑，在污染源排放清单组特别注明，高于180（含）m的高架源。位置及排放量。把大量低矮分散的点源作为面源是一种假设。那些作为点源，那些并入面源是人为规定的。其目的是在允许的精度内尽量减少工作量。具体的划分标准各有不同。一种是按源强划分，把源强低于某一数值的点源并入面源，具体数值根据城市大小来确定。有的以整个城市总排放量的一定比率来划分，入以城市的总排放量的0.03%作为划分标准。还有的以一定的累计概率来划分。还有一种方法是按烟囱高度来划分，根据城市大小和特点，采用30m、50m或100m作为标准。另一种方法是比较点源高度和面源垂直扩散的高度，并以此作为划分的标准。若某一点源的有效高度，就把它当做单独的点源，否则并入到面源中。L是基本面源单元的边长。具体划分时应该全面考虑源强、源高和城市特点。面源可以分为成不同的类型，不同源高。在同一个面源基本单元内可以有不同源高的面源。一般街道的线源也可有不单独处理，统计到面源里，大的主要交通干线和高速公路等应该单独加以考虑。火车，内河航运，飞机跑道的线源按照同样原则处理。有些特殊的排放源虽然高度有限，但排放量大，应重点单独考虑。在此基础上整理成为污染源数据库。4.2污染源的调查为建立污染源数据库，必须对大气容量规划区内的大气污染物源进行详细调查。4.2. 1点源为计算和控制需要便利，在一个城市中，点源数目要控制在一定数量以内。点源具体调查内容和例子见表1。表1 点源调查内容1 源号2序号3 单位名称4 x坐标5 y坐标11东方发电厂3.651.46 海拔高度，m7 排放源高（烟囱高度），m8烟气流速 m/s9出口直径 m10烟气温度 K3010013.5539511燃料类型12基准污染物源强 t/y13基准污染物源强 kg/d14基准污染物源强 mg/s15源强比例系数无烟煤500000116 源强日变化系数控制值（类型）17源强年日变化类型（全年均衡、各季、月不同）21 源强比例系数为第I种污染物源强与基准污染物源强的比值，也可以是单位换算比值等。源强日变化系数为1-24时逐时排放污染物与平均排放污染物之比，共24个数据，其和等于24。如表2给出3种典型污染源的24 小时源强日变化系数。第一种是均衡生产的污染源，第二种是一班制工厂供热锅炉的系数，第三种是间歇供暖的采暖锅炉。源类型可以选择多种 。 源强日变化系数也可以有多种。 表2 污染源源强日变化系数时间1（均衡生产）2310.90.60.420.90.60.430.90.60.440.90.60.450.90.61.660.90.61.471.01.41.481.11.41.491.11.41.4101.11.41.4111.11.41.4121.01.00.4131.11.40.4141.11.40.4151.11.40.4161.11.41.6171.01.41.4181.01.41.4191.01.01.4201.00.61.4211.00.61.4221.00.61.4230.90.61.4240.90.60.44.2.2线源对于机动车排放污染较重的城市（划分标准见表3），需要将高速路、快速路和主干路作为线源，选用合适模型进行处理。机动车源的排放高度定为1米。表3 机动车排放污染程度划分标准参考指标划分限值（建议）折算等级值备注人均GDP水平（元/人）PP2500038000P250002P80001机动车保有量（万辆）VV1003包括摩托车50V1002V0.083以各城市环境空气质量监测数据为准0.041000B0.9143700.8650140.2818460.396353010001000BC0.9193250.8750860.2295000.314238010001000C0.9242790.8851570.1771540.232123010001000CD0.9268490.8869400.1439400.189396010001000D0.9294810.8887230.1107260.146669010001000DE0.9251180.8927940.09856310.124308010001000E0.9208180.8968640.0860010.124308010001000F0.9294810.8887230.05536340.073348010001000表 8 垂直扩散参数幂函数表达式数据扩散参数稳定度等级(PS)2下风距离，mA1.121541.52602.108810.07999040.008547710.0002115450300300500500B0.9410151.093560.1271900.05702510500500BC0.9410151.007700.1146820.07571820500500C0.9175950.1068030CD0.8386280.7564100.8155750.1261520.2356670.1366590200020001000010000D0.8262120.6320230.5553600.1046340.4001670.8107631100010001000010000DEo.7768640.5723470.4991490.1046340.4001671.038100200020001000010000E0.7883700.5651880.4147430.09275290.4333841.732410100010001000010000F0.784400.5259690.3226590.06207650.3700152.406910100010001000010000(3) 丘陵山区的农村或城市，其扩散参数选取方法同工业区。8.1.2 小风静风时间扩散参数小风静风时最好选用Turner扩散参数，具体数值见表9，也可以选用表10数据。表9 小风静风扩散参数稳定度ag扩散时间(S)syABCDEF0.8903390.896350.8867060.8854741.425011.015380.6824040.6100320000szABABCDDEFEFEF1.011281.1102560.9125110.8557560.7011540.7742200.6309290.4974850.3607630.1920240.4264040.4469051.300230.5232751.408004.098320100100001000100001000100030003000表中扩散参数为时间指数形式，即：表10 小风和静风扩散参数的系数稳定度（PS）U100.5m/s1.5m/sU100.5m/sU100.5m/s1.5m/sU100.5/sA0.930.760.151.57B0.760.560.470.47C0.550.350.210.21D0.470.270.120.12E0.440.240.070.07F0.440.240.050.058.2 地面风速修正 气象部门提供的地面风速为离地面10m高度处10分钟平均风速。模式计算里需分别采用烟囱出口高度和烟云有效高度的平均风速。采用下式修正：风速廓线指数m值可以采用当地实际测量值，也可以取GB3840-91文件中推荐值，具体数值见表11。表11 风速廓线指数m稳定度ABCDEF城市0.100.15.0.200.250.300.30农村0.070.070.100.150.250.258.3 气态污染物模式(1) 有风时(u1.0m/s)，采用常规高斯烟流模式式中：C-污染物地面浓度，mg/m3 ue-有效源高处平均风速，m/s X-下风向距离，m y横向距离，m H-有效源高，m -污染物半居留期，h -水平方向扩散参数，m -垂直方向扩散参数，m(2) 小风静风时(u1.0m/s)，采用烟团模式式中：T-积分时间(静风持续时间)(s) R-距离。 -顺风向扩散参数(3) 月 、季、年采用长期平均浓度公式和烟团模式，按稳定度、风向、风速联合频率加权计算。式中：-I类稳定度、J风向、k级风速的发生频率； -I类稳定度静风发生频率 n-风速等级8.4 颗粒物模式(1) 有风时(u1.0m/s)，采用倾斜烟羽模式式中：-地面反射系数； -沉降速度(m/s)。(2) 小风静风时(u1.0m/s)采用沉降烟团模式(3)长期平均浓度月 、季、年采用长期平均浓度公式和烟团模式，按稳定度、风向、风速联合频率加权计算。-即沉降烟团模式8.5 山区地形修正山区复杂地形计算时采用经地形修正的模型(1) 有风时(u1.0m/s)，采用高斯烟流模式式中：C-污染物地面浓度，mg/m3 -地形修正后的有效源高，m (2) 小风静风时(u1.0m/s)，采用烟团模式(3) 经过地形修正后的有效源高按以下三种情况确定 不稳定时 当ZtHe时 Ht=0.75He 当ZtHe时 Ht=0.5He 当ZtHe时 Ht=0.25He 当Zt1.0m/s）且烟气温度与环境温度差大于等于35度（）时采用浮力通量表示为：.式中： Hs 排气筒几何高度，m us 排气筒出口高度处平均风速，m/s采用热排放率表示为： （2） 静风（u=1.0m/s）且烟气温度与环境温度差大于等于35度（）时采用浮力通量表示为式中S为大气稳定度参数为位稳，为大气的位温梯度为干绝热递减率，=0.0098m/K， 所以S为 为大气的温度梯度（E类稳定度时取0.02K/m，E类稳定度时取0.035K/m E类稳定度时取0.0102K/m，F类稳定度时取0.0252K/m）采用热排放率表示为（3） 冷排放，即烟气温度与环境温度差小于35度（）时沿用过去GB公式采用浮力通量表