如东市东安工业集中区二氧化硫大气环境容量研究.doc

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1、精品论文大全如东市东安工业集中区二氧化硫大气环境容量研究查玉含 河海大学环境科学与工程学院，江苏南京（210098） E-mail：gami6666摘要：根据东安工业集中区环境空气质量功能区的划分结果，结合该区总体规划，采用国 标制定地方大气污染物排放标准的技术方法（GB/T13201-91）中规定的以箱模型推导出的宏观总量控制 A 值法预测了东安工业集中区的二氧化硫大气环境容量。结果表明，现状大气中的 SO2 尚有较大的环境容量，因此，现状点源排放的 SO2 不需要削减，也不必要将东 安工业集中区划为 SO2 控制区，空气中 SO2 的剩余容量对今后的工业提供了较大的发展空间 关键词： A

2、值法；箱模型；大气环境容量；总量控制多年来，我国实行浓度控制和 P 值控制有力地促进了城市大气污染治理。然而，由于经 济的持续高速发展，城市大气污染源的不断密集，工业污染物排放量越来越大。尽管每一个 污染源都达到了浓度排放标准，但是由于污染物排放总量的增加，很多地方大气环境质量仍 在不断恶化，出现了继续实行浓度控制已无法实现大气环境质量标准的局面。因此，我国在 上世纪九十年代初期开始在各主要城市实行重点污染物总量控制，便提出了相应的环境容量 的概念。一个地区的大气环境容量是指该区域内的大气净化污染物的能力，通俗地说，是指排放 到大气中的污染物不至于破坏自然界物质循环的极限量。大气环境容量的确定

3、是有效控制大 气环境污染、改善环境质量的基础，是政府制定大气污染控制决策、进行环境管理及环境规 划的主要依据。1. 东安工业集中区简介东安工业集中区位于江苏省如东市，东临黄海。为了加快如东县的开发建设，推进如东 县沿海开发战略的实施，形成沿海开发的新局面，如东县大豫镇人民政府组织编制了如东 经济开发区东安工业集中区布局规划，该工业区是如东县新的经济增长点，集生产科研、 商业办公、居住、物流四大功能为一体的现代化的绿色产业基地。工业区的规划面积为 11.6 平方公里，进驻工业区的主要企业主要以电子、纺织、粗加工等为主。将是一个多产业协调 发展的工业体系。2. 大气环境容量的计算模型大气环境容量的

4、计算方法有很多种模型，其中常见的有 A-P 值法、箱模型、模拟法以 及线性优化法等，A-P 值法是最简单的大气环境容量估算方法，其特点是不需要知道污染源 的布局、排放量和排放方式，就可以估算制定区域的大气环境容量，使用该方法的缺点是没 有考虑污染物质的干、湿沉积及化学转化，因此误差较大。箱模型是把整个分析区域看作是 由一个或多个矩形的箱体组成，它的基本原理是物质守恒原理。箱模型考虑了干、湿沉积及 化学转化的影响，但是单箱没有考虑污染物在垂直方向的扩散系数及风场随高度变化的影 响，也忽略了研究区域大气污染物的分布不均匀性。模拟法是利用环境空气质量模型模拟开 发活动所排放的污染物质引起的环境质量变

5、化是否会导致环境空气质量超标。模拟法适用于 规模较大、具有复杂环境功能的新建开发区。采用模拟法的优势在计算研究区域的大气环境 容量时考虑周边地区发展的影响。但是使用这种方法计算需要通过调查和类比了解或虚拟开-7-发区大气污染源的布局、排放量和排放方式。线性优化方法，对于特定的开发区，如果污染源布局、排放方式已确定，那么我们就可以建立源排放和环境质量之间的输入相应关系，然 后根据区域空气质量环境保护目标，采用最优化方法，便可以计算出各污染源的最大允许排 放量。2.1 总量控制模式建立本次计算采用国家环保总局 1991 年颁布的制定地方大气污染物排放标准的技术方法 GB/T 13201-91中规定

6、的大气污染物排放总量测算方法，是目前国内广泛采用的以箱模型 为基本模型推导出的宏观总量控制法14，通常我们也把这种方法称为箱模型。箱模型也称为 A 值法箱模型，该模型是把环境空间看作一个大的箱体。根据污染物质 的“守恒”的原理来研究箱体中的污染物质的平均浓度随时间和空间的变化规律。假设污染物 浓度在此箱体混合层内处处相等，整个城市具有相同的面源强度 qa （总源强除以面积），城市上空的混合层高度为 Hi ，则距城市上风向边缘 x 处箱中平均浓度可以用下式表示：C = qa xUHi式中： C 箱内混合层内平均浓度，mg/m3；aq 箱内单位面积平均源强，mg/（m2.s）x 沿风向的边界长度，

7、m；（1）上述假设中，对于不同地区的地形、地貌特征、沉降、转化过程也不同，综合考虑以上 因素，箱中任一点的平均浓度为：C =UCB + xqa / HiU + (ud + uw + h / Tc )x / Hi（2）式中： C 为箱内大气污染物平均浓度，mg/m3；U 为平均风速，m/s；ud 为干沉积速度，m/s；Tc 为污染物转化时间常数，s，Tc = T1 2 / 0.693 ；bC 由上风向进入该箱内的大气污染物本底浓度，mg/m3；uw 湿沈积速度，m/s， uw = Wr R ,其中 R 为降水率，mm/a，Wr 为清洗比。若给定平均浓度 C 等于有关大气污染浓度标准限值 Cs ，

8、且设 CB 为零，由式（2）可知：q = C UH/ x + (u+ W R + 0.693 Hi )C（3）Tssidrs1 2 式中： qs 为允许排放率密度，若城市面积为 S ，其等效直径为：x = 2 S （4）假设在整个研究区域内，污染源的分布是均匀的，则在控制周期T 时间内，整个箱体内 允许排放的污染物总量为：Qa = qs ST取T 为一年，则由式（3）（5）可整理得：（5）Q = ACS S + 3.1536C S (u+ W R + 0.693 Hi )（6）aSdrT1 2 式中第一项至第四项分别为平流输送和混合扩散项、干沉积迁移项、湿沉积迁移项和化 学转化项。A 为反映大

9、气环境承载能力的地理区域总量控制系数，单位 104km2/a，计算式如下：A = 3.1536 103 VE / 2（7）其中VE 为通风量，VE = UHi 。除了以上的计算方法外，A 的取值可根据经验参数法5，表 1 即我国分地区总量控制系数 A 值表。表 1 我国分地区总量控制系数 A 值表序号省、市、自治区A1新疆、西藏、青海7.08.42黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古(阴山以北)5.67.03北京、天津、河北、河南、山东4.25.64内蒙古(阴山以南)、山西、陕西(秦岭以北)、宁夏、甘肃(渭河以北)3.54.95上海、广东、广西、湖南、湖北、江苏、浙江、安徽、海南、台湾、福建、江西3.5

10、4.96云南、贵州、四川、甘肃(渭河以南)、陕西(秦岭以南)2.84.27静风区(年平均风速小于 1 m/s )1.42.8从上面的分析可以看出 A 值法中大气污染环境容量限值 Qa 由以下三个因子决定：环境空气质量控制目标 Cs ；地理区域性总量控制系数 A 值；总量控制区域面积 S 。一般总量控制区由 n 个不同功能区组成，污染物排放总量的限值为这 n 个不同功能区（箱体）允许排放量之和，计算式为：nQa = Qaii =1 （8）式中： Qa 总量控制区某种大气污染物年允许排放总量； Qai第 i 功能区某种大气污染物年允许排放总量； n功能区总数；i 总量控制区内各功能分区编号；a 总

11、量下标。2.2 大气污染容量确定大气环境容量是一个取决于自然要素，污染物性质，气象参数及经济技术条件的函数， 通常大气污染物的环境容量应当说主要是扩散稀释的过程作用，而影响大气污染容量主要因素为主导风向、风速，大气污染物本底值等，计算区域的大气环境容量应为：Q容QaQ本式中： Q容 为大气环境容量；Qa 为大气污染物允许排放总量；Q本 为本地大气污染本地总量。（9）3. 区域污染气象学特征3.1 地面风速使用如东市气象站资料，来统计东安工业集中区全年、各季度及各月的平均风速，该区 域年平均风速为 3.56m/s，春、夏、秋、冬四季平均风速值分别为 3.52m/s、3.30m/s、3.72m/s

12、、3.85m/s，冬季风速最大，夏季风速最小。各月的平均风速在 3.24.2m/s 之间，12 月的平均 风速最大，为 4.21m/s，5 月份平均风速最小，为 3.22m/s。风 速 （ m/s）642012345678910 11 12月图 1 月平均风速曲线图3.2 大气稳定度采用 HJ/T2.2-93 推荐的 Pasquill 稳定度分类法，根据如东市近五年时地面气象观测资料， 统计分析得出全年及四季各类大气稳定度的出现频率（%）,详见表 2。表 2 全年及四季大气稳定度出现频率 单位：m稳定度季节不稳定中性稳定ABCDEF春0.310.014.124.448.415.012.327.

13、3夏0.812.017.029.839.420.210.831秋0.110.114.724.936.718.320.238.5冬0.13.910.514.547.619.918.138全年0.39.014.123.443.018.315.333.6由表可见，该地区全年中性、不稳定类（A 类、B 类、C 类）和稳定类（E 类、F 类）出现频率分别为 43.0%、23.4%、33.6%。四个季节中春季中性稳定度出现频率最高，为 48.4%，夏季不稳定类出现频率最高，为 29.8%，冬季稳定类出现频率最高，为 28.0%。总之无论从各季度还是从全年来看，东安工业集中区全年大气稳定度都以中性（D）类为

14、主，其次为稳 定类，不稳定类出现频率最小。其规律与春、夏、秋、冬四季相同，大气稳定度呈中性偏稳 定。3.3 混合层高度实测资料表明：本地区混合层厚度有明显的日变化，清晨混合层厚度较小，日出后随 着地面增温升温，不稳定层逐渐加厚，午后时间混合层厚度最大，随着时间的推移，混合层 厚度逐渐减小，傍晚时分趋近于零，具体见表 4。各类稳定度下的混合层厚度见表 5。表 3 不同时刻的混合层厚度单位：m时间8 时11 时14 时17 时混合层厚度1205287910表 4 各类稳定度下的混合层厚度单位：m稳定度ABCDEF全年平均值实测值120010026914513091304623.4 风速廓线6风速随

15、高度的变化曲线为风速廓线，为了反映近地层中风速随高度的变化情况。本次计 算选用环境影响评价技术导则大气环境（HJ/T2.2-93）推荐的风速廓线指数公式进行模 拟。风廓线指数公式如下：PU Z n =nU 0 Z 0 （9）式中：U0Z0 高度处的风速，m/s；UnZn 高度处的风速，m/s；P风廓线幂指数，取值见表 3。风速高度指数 P 值，根据环境影响评价技术导则（HJ/T2.2-93）中的城市给定值取 值，在不同大气稳定度条件下的 P 取值见表 7.1-3。表 5 不同稳定度下风廓线指数大气稳定度BCDEFP 值0.150.200.250.300.304. 环境容量计算4.1 测算区域的

16、确定本次环境容量测算区为东安工业集中区，总面为 11.6 平方公里。4.2 A 值的确定根据公式（7）来计算地理区域性总量控制系数 A，式中各项参数取值为：地面平均风速为 3.56m/s，混合层高度取 462m，计算得到的 A 值为 4.5104/a。4.3 二氧化硫大气环境容量以二氧化硫为基准污染物：该工业区全部规划为环境空气质量功能区中的二类区，因此以环境空气质量标准中的 二级年平均浓度标准 Cs 0.06 作为控制目标；以如东气象站的气象资料作为计算的基准条件。d将干沉积、湿沉积和化学转化 3 个过程定量的引入总量控制模式进行计算。在城市和工 业区的污染计算中，二氧化硫的半居留期一般取

17、105s。二氧化硫的干沉积速度 u 取 0.008m/s；-5清洗比Ws 取值 1.9104.5104km2/a。,多年降水量的平均值为 1074.1mm/a；混合层高度为 465m；A 值为将以上数据代入（6）式，计算得到东安工业集中区的二氧化硫的大气环境量为 7735t/a5. 结论采用箱模型为基本模型推导出的宏观总量控制 A 值法来计算东安工业集中区二氧化硫 的大气环境容量，得出以下结论：东安工业集中区二氧化硫的大气环境容量为 7735t/a，即 该工业区内每年最大可排放 7735t 的二氧化硫，而根据预测工业区内所有工业二氧化硫排放 总量为每年 113t，因此该工业区有 7622t 的

18、二氧化硫环境容量剩余，完全可以满足当前工业 区生产的需要。参考文献1 GB/T13201-91，制定地方大气污染物排放标准的技术方法S. 1991.2 国家环保局，中国环境科学院. 城市大气污染总量控制方法手册. 北京：中国环境科学出版社，1991.3 徐大海.大气容量的确定和 A-P 值方法M.北京:中国气象科学研究院、国家环保总局环境规划院.20044 王勤耕,吴跃明,李宗恺.一种改进的 A-P 值控制法J.环境科学学报，1997，17（3）：278-2835 鲍仙华，沈虹，肖青，陈长虹；区域环评中大气环境容量计算及总量控制探讨，能源研究与信息，2004.No.2.Vol.20：63-67

19、6 环境影响评价技术导则大气环境(HJ/T2.2-93).北京:国家环境保护总局.1993Study on SO2 atmosphere environment capacity of dongan industrial district in rudongCha YuhanHohai university, Nanjing（210098）AbstractAccording to the division result of the ambient air quality function area of the dongan industrial district,this article

20、applies the macro-scopic total emission control A-value method the technical method of the air pollutant discharging standard GB/T 13201-91 on the basis of box model to survey the SO2 atmosphere environmental capacity of dongan industrial district . The result shows that there is more capacity in th

21、e air to accept SO2, so the amount of SO2 discharged from each stack needs not to be decreased, and it is not necessary also to take Dongan as a control area of SO2, the remained capacity of SO2 let the industry to develop further without limitation of SO2.Keywords；A-value method；box model；Atmosphere environmental capacity；total load control.作者简介：查玉含，女，1981 年生，硕士研究生，主要研究方向是环境水力学、环境影响 评价。