大气环境规划课件

主讲：孟伟庆环境规划学EnvironmentalPlanning1环境规划第十章大气环境规划2023/7/242第一节大气污染源与污染物一大气污染由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现足够的浓度，达到了足够的时间并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。 大气污染对人体的舒适、健康的危害，包括对人体的正常生活环境和生理机能的影响，引起急性病、慢性病以致死亡，而福利指与人类协调并存的生物、自然资源以及财产、器物等。 根据影响范围，大气污染可分作四类：①局部地区污染，如工厂或单位烟囱排气引起的污染；②地区性污染，如工业区及其附近地区或整个城市大气受到污染③广域污染，是指跨越行政区划的广大地域的大气污染；④全球性大气污染，某些超越国界，具有全球性影响的大气污染，例如全球变暖、臭氧层破坏2023/7/2434二大气污染物源与污染物人为大气污染物：(1)燃料燃烧；(2)工业生产过程；(3)交通运输；天然大气污染源森林火灾、火山爆发、自然溢出煤气和天然气、煤田和油田以及腐烂的动植物等；根据一次污染物和二次污染物的特征，可将人为污染源分为一级污染源和二级污染源（即继发性污染源）

2023/7/244大气污染物是指由于人类活动或自然过程排入大气、并对人类或环境产生有害影响的物质。大气污染物的种类很多，根据其存在的特征可分为气溶胶状污染物和气体状态污染物两类。气溶胶状污染物：气溶胶是指空气中的固体粒子和液体粒子或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体。大气中的气体状态污染物以分子状态存在。又称为气态污染物。气态污染物的种类很多，大部分为无机气体。常见的有5类：以SO2为主的含硫化合物；以NO和NO2为主的含氮化合物；碳的氧化物（CO、CO2）；碳氢化合物（如烷烃CnH2n+2、烯烃CnH2n和芳香烃类）；卤族化合物（如HF、HC1等）。对于气态污染物，也可分为一次污染物和二次污染物。2023/7/245一大气环境现状调查与分析 （1）污染源调查和评价 目的是弄清规划区域污染的来源。根据污染源的类型、性质、排放量、排放特征及相对位置和当地的风向、风速等气象资料，分析和估计它们对该规划区域的影响程度，并通过污染源的评价，确定出该规划区域的主要污染源和主要污染物。 （2）大气环境现状评价 大气环境质量的现状评价是弄清大气污染物来源、性质、数量和分布的重要手段。依据此评价结果，可以了解大气环境质量现状的优劣为确定大气环境的控制目标提供依据；也可通过大气污染物浓度的时空分布特征，了解当地烟气扩散的特征和污染物来源，进行大气污染趋势分析，并可为建立污染源和大气环境质量的响应关系提供基础数据。在进行大气污染源调查与分析时，能流分析是一种重要的方法。第二节大气环境规划的内容2023/7/246（3）能流分析 能流分析是大气环境规划基本方法之一。能流分析按照能源利用现状与规划用能的实际情况，以用能部门为终端，采用网络图的方法加以直接和抽象的表征，构成宏观能流网络图。能流分析对能源的输入、转换、分配和使用的全过程系统分析，以剖析大气污染物产生、治理、排放规律，找出主要环境问题，找出解决问题的最佳方案，以达到减少能量流失、降低能源消耗、降低大气污染的目的。第二节大气环境规划的内容2023/7/247二大气环境功能区划 大气环境功能区划是按功能区对大气污染物实行总量控制和进行大气环境管理的依据。大气环境功能区是因其区域社会功能不同而对环境保护提出不同要求的地区，功能区数目不限，但应由当地人民政府根据国家有关规定及城市发展总体规划划分为一、二、三类大气环境功能区。(一)大气环境功能区划的目的①保证区域社会功能正常发挥②充分考虑规划区的地理、气候条件，科学合理地划分大气环境功能区③有利于因地制宜采取对策第二节大气环境规划的内容2023/7/248二大气环境功能区划(二)大气环境功能区划的划分方法划分大气环境功能区的方法一般有：多因子综合评分法、模糊聚类分析法、生态适宜度分析法及层次分析法等。现以多因子综合评分法为例说明如何进行大气环境功能区的划分。 根据国家有关规定，属于一类功能区的有自然保护区、风景游览区、国家级名胜古迹、疗养地及特殊区域等。对属于农村的区域，根据国家规定可划为二类功能区。上述两部分在区域划分时较容易确定，只得将剩余的区域分成若干子区，如各小行政区等。依据各个子区所具有的社会功能、气候地理特征及环境现状小功能状态判别要素，将其中有定量描述的要素，按数量范围的变化定性化。在此基础上应用多因子综合评分法，确定这些子区的环境功能划分。大气环境功能区划分可采取以下步骤：第二节大气环境规划的内容2023/7/249二大气环境功能区划(二)大气环境功能区划的划分方法（1）确定评价因子对于二类功能区，评价因子可选择人口密度、商业密度、科教医疗单位密度、单位面积污染物排放量、风向（污染系数）、单位面积工业产值和污染强度。对于二类功能区还需考虑气流通畅程度。使用这些评价因子基本上能反映二类功能区及三类功能区的特征。风向（污染系数）是划分大气环境功能区时应考虑的重要因素.第二节大气环境规划的内容2023/7/2410二大气环境功能区划(二)大气环境功能区划的划分方法（2）单因子分级评分标准的确定二类功能区单因子分级评分标准见表。单因子分为五级，即很不适合、不适合、基本适合、适合和很适合。为了减少各评价因子定性描述带来的人为因素的影响，使评价结果能较好地与实际相符合，需要制定各评价因子的分级判断标准。对于人口密度、商业密度、科教医疗单位密度、单位面积工业产值及单位面积污染物排放量等，评价指标分别取子区各项指标与所有子区各项指标平均值之比值，根据比值的大小进行分级，评价描述可以分别为很小、较小、一般、较大和很大。第二节大气环境规划的内容2023/7/2411二大气环境功能区划(二)大气环境功能区划的划分方法

（5）评价结果的最终确定 对每一个子区，分别按上述方法对其划分为二类功能区的适合程度进行评价。若评价结果为很适合或适合，则该子区为二类功能区；若为不适合或很不适合，则该子区为三类功能区；若评价结果为基本适合，则进一步对其划分为三类功能区的适合程度进行评价。若三类功能区的评价结果为适合或很适合，则该子区为三类功能区：若为不适合或很不适合，则为二类功能区；若也为基本适合。则需通过比较A和B的大小来确定，具体见表10.3。第二节大气环境规划的内容2023/7/2412二大气环境功能区划(二)大气环境功能区划的划分方法表10.3大气环境功能区划的确定方法

第二节大气环境规划的内容评价描述单因子综合评分值比较功能区属于二类功能区属于三类功能区—二类功能区很适合或适合－—三类功能区基本适合 很适合或适合

A≤B二类功能区基本适合A>B三类功能区不适合或很不适合—二类功能区不适合或很不适合－ —三类功能区2023/7/2413二大气环境功能区划(二)大气环境功能区划的划分方法

表中的A和B的计算公式如下：

式中：X2max、X2min、X2分别为二类功能区基本适合的上下限和该子区域为二类功能区的综合评分值。 X3max、X3min、X3别为三类功能区基本适合的上下限和该子区域为三类功能区的综合评分值。第二节大气环境规划的内容2023/7/2414三大气影响预测 在进行大气污染预测时，首先应确定主要大气污染物，以及影响排污量增长的主要因素；然后预测排污量增长对大气环境质量的影响。这就需要确定描述环境质量的指标体系，并建立或选择能够表达这种关系的数学模型。大气污染预测主要包括两个部分，一是污染物排放量（源强）预测，二是大气环境质量变化预测。（1）大气污染源源强预测 源强是研究大气污染的基础数据，其定义就是污染物的排放速率。对瞬时点源，源强就是点源一次排放的总量；对连续点源，源强就是点源在单位时间里的排放量。第二节大气环境规划的内容2023/7/2415三大气影响预测（1）源强预测的一般模型 预测源强的一般模型为： Qi＝KiWi（1-ηi） 式中： Qi——源强，对瞬时排放源以kg或t计；对连续稳定排放源以kg/h或t/d； Ki——某种污染物的排放因子； Wi—燃料的消耗量，对固体燃料以kg或t计；对液体燃料以L计；对气体燃料以100m3计；时间单位以h或d计； ηi——净化设备对污染物的去除效率； i——污染物的编号。第二节大气环境规划的内容2023/7/2416三大气影响预测（2）耗煤量预测 ①工业耗煤量预测 工业耗煤量的预测方法有：弹性系数法、回归分析法、灰色预测等几种常用的方法。以弹性系数法为例，其预测方法如下： E=Eo（1+α）（t-t0） M＝M0（1+β）（t-t0） 式中： E——预测年工业耗煤量，×104t/a； Eo——基准年工业耗煤量，×104t/a； M——预测年工业总产值，×104t/a； M0——基准年工业总产量，×104t/a； t——预测年； t0——基准年。第二节大气环境规划的内容2023/7/2417三大气影响预测（2）耗煤量预测 ②民用耗煤量预测 Es＝As·S 式中： Es——预测年取暖耗煤量，×104t/a； S——预测年取暖面积，m2； As——取暖耗煤系数，t/m2。 （3）污染物排放量预测第二节大气环境规划的内容2023/7/2418三大气影响预测（3）污染物排放量预测 ①二氧化硫排放量预测 若将燃烧量记为W，煤中的全硫分含量记为S，根据硫燃烧的化学反应方程式，可用下式计算吨煤燃烧后二氧化硫的排放量，即： GSO2＝1.6WS 式中： GSO2——二氧化硫排放量，t/a； W——燃煤量，t/a； S——煤中的全硫分含量，%。第二节大气环境规划的内容2023/7/2419三大气影响预测（3）污染物排放量预测 ②烟尘排放量预测 G尘＝W·A·B（1-η） 式中： G尘——烟尘排放量，t/a； A——煤的灰分，％； B——烟气中烟尘的质量分数； W——燃煤量，t/a； q——除尘效率，%。 若安装二级除尘器，η＝η1（1-η1）（1-η2），η1为一级除尘效率，η2为二级除尘效率。 ③氮氧化物与一氧化碳排放量预测 燃煤过程中氮氧化物与一氧化碳的排放量，可以根据锅炉类型和用途，以及排放系数进行预测。第二节大气环境规划的内容2023/7/2420三大气影响预测（二）大气环境质量预测 大气环境质量预测是为了了解未来一定时期的经济、社会活动对大气环境带来的影响，以便采取改善大气环境质量的措施。因此，作为大气环境质量预测的主要内容是预测大气环境中污染物的含量。目前大气环境质量的预测方法较多，常用方法如下： （1）箱式模型 箱式模型是研究大气污染物排放量与大气环境质量之间关系的一种最简单的模式。利用箱式模型预测大气环境质量主要适用于城市家庭炉灶和低矮烟囱分布不均匀的面源。一般对一个城市可以划分为若干个小区，把每个小区看作是一个箱子，通过各箱的输入—输出关系，即可预测大气中污染物的浓度。第二节大气环境规划的内容2023/7/2421三大气影响预测 用箱式方法预测大气污染物浓度的模型为： ρB=+ρB0式中：ρB——大气污染物浓度预测值，mg/m2（标）； Q——面源源强，t/a； M——进入箱内的平均风速，m/s； L——箱的边长，m； H——箱高，即大气混合层高度，m； ρB0——预测区大气环境背景浓度值，mg/m2（标）。 在应用箱式模型时，对模型中的大气混合层高度H，有两种确定的方法：一种是从预测地区气象部门直接获得，另一种是利用有关气象资料，通过绝热曲线法求解大气混合层高度，具体过程可参考有关资料。第二节大气环境规划的内容2023/7/2422三大气影响预测（二）大气环境质量预测 大气环境质量预测是为了了解未来一定时期的经济、社会活动对大气环境带来的影响，以便采取改善大气环境质量的措施。因此，作为大气环境质量预测的主要内容是预测大气环境中污染物的含量。目前大气环境质量的预测方法较多，常用方法如下： （1）箱式模型 箱式模型是研究大气污染物排放量与大气环境质量之间关系的一种最简单的模式。利用箱式模型预测大气环境质量主要适用于城市家庭炉灶和低矮烟囱分布不均匀的面源。一般对一个城市可以划分为若干个小区，把每个小区看作是一个箱子，通过各箱的输入—输出关系，即可预测大气中污染物的浓度。用箱式方法预测大气污染物浓度的模型为： ρB=+ρB0第二节大气环境规划的内容2023/7/2423三大气影响预测（二）大气环境质量预测 （2）高斯扩散模型 高斯扩扩散模型认为仅是由于风使烟向下风方向移动，且在这一方向上没有扩散，仅在与烟轴成直角的方向上才有扩散。这一模型假定烟流截面上的浓度分布为二维高斯分布。高斯扩散模型由于计算简单、形式简明，因此是目前常用的预测模型之一。若烟的有效排放高度为He，排放的是气体或气溶胶（粒子直径约20um），假设地面对烟全部反射，即没有沉降和化学反应发生时，在空间任一点（x，y，z）处的某污染物的浓度C可以用下式求出：

第二节大气环境规划的内容2023/7/2424三大气影响预测（二）大气环境质量预测

式中：q——污染物排放源强，g/s；C——污染物的浓度，mg/m3； ——平均风速，m/s；σy——用浓度标淮偏差表示的y轴上的扩散参数；σz——用浓度标淮偏差表示的z轴上的扩散参数；He——为烟流中心线距地面的高度，即烟囱的有效高度。 上式适用于假定在烟流移动方向上忽略扩散。若排放是连续的，或排放时间不小于从源到计算位置的运动时间时，这种假设条件就可以成立，即可以忽略输送方向上的扩散。第二节大气环境规划的内容2023/7/2425三大气影响预测

（二）大气环境质量预测 大气环境质量预测是为了了解未来一定时期的经济、社会活动对大气环境带来的影响，以便采取改善大气环境质量的措施。因此，作为大气环境质量预测的主要内容是预测大气环境中污染物的含量。目前大气环境质量的预测方法较多，常用方法如下： （1）箱式模型 箱式模型是研究大气污染物排放量与大气环境质量之间关系的一种最简单的模式。利用箱式模型预测大气环境质量主要适用于城市家庭炉灶和低矮烟囱分布不均匀的面源。一般对一个城市可以划分为若干个小区，把每个小区看作是一个箱子，通过各箱的输入—输出关系，即可预测大气中污染物的浓度。用箱式方法预测大气污染物浓度的模型为： ρB=+ρB0第二节大气环境规划的内容2023/7/2426四大气环境目标与指标体系 （1）大气环境规划目标 大气环境规划的最终目的是要实现设定的环境目标。大气环境规划目标的制定要根据国家的要求和本规划区域（省域、市域、城镇等）的性质功能，从实际出发，既不能超出本规划区域的经济技术发展水平，又要满足人民生活和生产所必须的大气环境质量。可以采用费用效益分析等方法确定最佳控制水平。 大气环境规划目标的决策过程一般是初步拟定大气环境目标，编制达到大气环境目标的方案；论证环境目标方案的可行性，当可行性出现问题时，反馈回去重新修改大气环境目标和实现目标的方案，再进行综合平衡，经过多次反复论证后，比较科学地确定大气环境目标。第二节大气环境规划的内容2023/7/2427（2）大气环境规划指标体系①气象气候指标主要包括气温、气压、风向、风速、风频、日照、大气稳定度和混合层高度等。②大气环境质量指标主要包括总悬浮颗粒物、飘尘、二氧化硫、降尘、氮氧化物、一氧化碳、光化学氧化剂、臭氧、氟化物、苯并芘和细菌总数等。③大气污染控制指标主要包括废气排放总量、二氧化硫排放量及回收率、烟尘排放量、工业粉尘排放量及回收量、烟尘及粉尘的去除率、一氧化硅排放量、氯氧化物排放量、光化学氧化剂排放量、烟尘控制区覆盖率、工艺尾气达标率和汽车尾气达标率等。④城市环境建设指标主要包括城市气化率、城市集中供热率、城市型煤普及率、城市绿地覆盖率和人均公共绿地等。⑤城市社会经济指标主要包括国内生产总值、人均国内生产总值、工业总产值、各行业产值、能耗、各行业能耗、生活耗煤量、万元工业产值能耗、城市人口总量、分区人口数、人口密度及分布和人口自然增长率等。第二节大气环境规划的内容2023/7/2428五大气污染物总量控制

总量控制是一种比较科学的污染控制制度，它是在浓度控制对经济的增长和变化缺乏灵活性、执行标准中忽视经济效益的现实中应运而生的。大气浓度控制解决不了排放浓度达标而环境质量难以达到预期要求的矛盾。 大气污染物总量控制是通过控制给定区域污染源排放总量，并优化分配到源，来确保控制区大气环境质量满足相应的环境目标值的一种方法。大气总量控制绝不仅仅是一种将总量削减指标简单地分配到污染源的技术方法，而是将区域定量管理和经济学的观点引入到环境保护中的综合考虑。大气污染物排放总量控制是改善大气环境质量的重要措施，是大气环境管理的另一种手段。第二节大气环境规划的内容2023/7/2429五大气污染物总量控制①A值法 A值法属于地区系数法，只要给出控制区总面积或几个功能分区的面积，再根据当地总量控制系数A值，就能很快地算出该面积上的总允许排放量。

式中：Qa—区域内某种类污染物年允许排放总量限值，也是城市理想大气容量，104t/a；Qai—第i个分区内某种类污染物年允许排放总量限值，104t/a；A—地理区域性总量控制系数，104km2/a；Ai—第i个分区内某种污染物总量控制系数，104km2/a；S—控制区域总面积，km2；Si—第i个分区面积，km2；Csi—第i个区域某种污染物的年平均浓度限值，mg/m3，计算时减去本底浓度。第二节大气环境规划的内容2023/7/2430五大气污染物总量控制②

P值法

P值法是一种烟囱排放标准的地区系数法，给定烟囱有效高度he（m）和当地点源排放系数P，便可出该烟囱允许排放率Qpi（t/h），烟囱有效高度为he的点源允许排放： Qpi=P×Csi×10-6he2 式中：Csi为排放质量浓度，mg/m3。（2）平权分配法 平权分配法是基于城市多源模式的一种总量控制方法。它是根据多源模式模拟各污染源对控制区域中筛选出来的控制点的污染物浓度贡献率，若控制点处的污染物浓度超标，根据各源贡献率进行削减，使控制点处的污染物浓度符合相应环境标准限值的要求。控制点是标志整个控制区域大气污染物浓度是否达到环境目标值的一些代表点，这些点处的浓度达标情况应能很好地反映整个控制区域的大气环境质量状况。第二节大气环境规划的内容2023/7/2431五大气污染物总量控制（3）优化方法 优化方法是将大气污染控制对策的环境效益和经济费用结合起来的一种方法，它将大气污染总量控制落实到防治对策和防治经费上，运用系统工程的理论和原则，制定出大气环境质量达标,而污染物总排放量最大，治理费用较小的大气污染总量控制方案。优化方法同样利用城市多源模式模拟污染物的扩散过程，建立数学模型，设定目标函数，在控制点浓度达标的约束条件下，求使目标函数最大（或最小）的最优解根据目标函数的不同最优化模型通常分为两种。第二节大气环境规划的内容2023/7/2432五大气污染物总量控制（二）实例——酸雨控制区与二氧化硫控制区（1）“两控区”划分的基本条件

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划分的基本条件。①

酸雨控制区划分的基本条件 一般将pH值＜5.6的降水称为酸雨。酸雨污染是发生在较大范围内的区域性污染。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。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制二氧化硫排放的条件。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：现状监测降水PH＜4.5；硫沉降超过临界负荷；二氧化硫排放量较大的区域。国家级贫困县暂不划入酸雨控制区。第二节大气环境规划的内容2023/7/2433五大气污染物总量控制（二）实例——酸雨控制区与二氧化硫控制区②

二氧化硫污染控制区划分的基本条件 我国环境空气二氧化硫污染集中于城市，污染的主要原因是局部地区大量的燃煤设施排放二氧化硫所致，受外来污染源影响较小，控制二氧化硫污染主要控制局部地区的二氧化硫排放源。二氧化硫年平均浓度的二级标准是保护居民和生态环境不受危害的基本要求，而二氧化硫日平均浓度的三级标准是保护居民和生态环境不受急性危害的最低要求。因此，二氧化硫污染控制区的划分基本条件确定为：近年来环境空气二氧化疏年平均浓度超过国家二级标准；日平均浓度超过国家三级标准；二氧化硫排放量较大；以城市为基本控制单元。国家级贫困县暂不划入二氧化硫污染控制区。二氧化硫污染和酸雨都严重的南方城市，不划入二氧化硫控制区，划入酸雨控制区。第二节大气环境规划的内容2023/7/2434五大气污染物总量控制（二）实例——酸雨控制区与二氧化硫控制区（2）“两控区”的污染控制目标2000年，排放二氧化硫的工业污染源达标排放，并实行二氧化硫排放总量控制；有关重点城市环境空气二氧化硫浓度达到国家环境质量标准，酸雨控制区酸雨恶化的趋势得到缓解。到2010年二氧化硫排放总量控制在2000年排放水平以内；城市环境空气二氧化硫浓度达到国家环境质量标准，酸雨控制区降水pH值小于4.5的面积比2000年有明显减少。（3）二氧化硫总量控制目标的确定首先对污染源排放二氧化硫总量进行分析，剖析城市二氧化硫地面浓度的来源，提出高、中、低源对地面浓度的贡献，由城市污染源排放结构导出该城市的年平均扩散系数，以城市环境质量按功能区达标为前提，确定城市二氧化硫地面环境质量控制目标，制定削减各层高度上的污染源排放量的方案，从而可得出各城市二氧化硫总量控制目标。第二节大气环境规划的内容2023/7/2435五大气污染物总量控制（二）实例——酸雨控制区与二氧化硫控制区（4）控制措施 二氧化硫排放控制措施主要包括：降低煤炭含硫量；控制火电厂、锅炉、民用燃煤炉灶等的二氧化硫排放；加强城市能源基础设施建设；控制工艺过程中的二氧化硫排放；从制定规划、强化监督管理、推行二氧化硫污染防治技术和经济政策、完善酸雨和二氧化硫监测网络、开展科技研究、积极进行宣传培训等方面提出具体计划，实现控制目标。第二节大气环境规划的内容2023/7/2436六大气污染防治措施 大气污染综合防治措施的内容非常丰富。由于各地区或城镇大气污染的特征、条件以及大气污染综合防治的方向和重点不尽相同，因此，大气污染综合防治措施的确定具有很大的区域性，很难找到适合于一切情况的通用措施。下面仅简要介绍我国大气污染综合防治的一般性措施。1减少大气污染物的产生量和排放量2合理利用大气自净能力3完善绿地系统，发展植物净化第二节大气环境规划的内容2023/7/2437六大气污染防治措施1减少大气污染物的产生量和排放量（1）实施清洁生产生产中应尽量采用无害或少害的原材料、清洁燃料，革新生产工艺，采用闭路循环工艺，提高原材料的利用率。加强生产管理，减少跑、冒、滴、漏等，容易产生扬尘的生产过程要尽量采用湿式作业、密闭运转。（2）提高能源利用效率、改善能源结构在规划区要采取有力措施，提高广大群众的节能意识，落实国家鼓励发展的通用节能技术：①推广热电联产、集中供热，提高热电机组的利用率，发展热能梯级利用技术，热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联供技术，提高热能综合利用效率；②发展和推广适合国