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1、第五章 大气环境规划,酸雨危害,“UFO是污染下的大气透镜现象”,全球每年释放二氧化碳达220亿吨，世界城市人口中的一半(约9亿)呼吸着不洁、不健康的空气。大气中有害物质主要通过三个途径侵入人体造成危害：(1)通过人直接呼吸进入人体;(2)附着在食物上或溶于水中随饮食侵入人体；(3)通过接触或刺激皮肤进入人体。大气污染对人的危害大致可分为急性中毒，慢性中毒，致癌三种。,主要途径，危害也最大.,如果大气污染继续发展，以后只能这样出门,第一节 大气环境规划的内容和类型,一、概念大气环境规划平衡和协调某区域大气环境与社会、经济间的关系，以达到大气环境系统功能最优化，并最大限度地发挥大气环境系统组成部
2、分的功能。,二、内容 1、弄清问题环境问题的发生 人口100-200万特大型城市空气污染最重，并呈复合型污染；,煤烟型,汽车尾气型,南方地区酸雨污染现象严重；（酸雨控制区内90%以上城市出现酸雨）北方地区城市颗粒物污染总体高于南方城市。（70%城市颗粒物浓度超过国家二级标准）酸雨SO2 颗粒物尘 因此，我国最重要空气污染物为：SO2、粉尘,我国主要大气污染物为煤烟型污染,（1）翻卷型：出现于大气不稳定状态下，温度随高度增加而降低，烟云在上下左右方向上摆动很大，扩散速度较快，烟云呈剧烈翻卷。由于扩散速度较快，靠近污染源地区污染物落地浓度较高，在较远的下风处污染较轻，该种烟云多发生在晴朗的中午。,
3、（2）锥形烟流：外形类似一个椭圆锥，当烟流离开排放口一定距离后，云轴基本保持水平。烟流比翻卷形规则，大气处于中性或弱稳定，扩散速度及落地浓度均比翻卷形低，污染物运输较远。多出现在阴天或多云天以及冬季夜晚。,（3）扇形烟流：其扩散在垂直方向受到抑制，在水平方向扩散成扇形。大气处于稳定状态，出现逆温层。污染物可以传送到很远的下风向。,（4）屋脊型烟流：其下侧边缘清晰，呈平直状，上部出现湍流扩散，烟囱出口上方大气处于不稳定状态；下方大气则处于稳定状态。烟气中污染物不向下方扩散 而只向上方扩散，对地面污染较小。该种烟型多出现在日落前后。,（5）熏烟型：烟流的上侧边缘清晰，呈平直状，下部有较强的湍流扩散
4、，烟上方有逆温层。烟气上升到一定程度后受到逆温层的控制。烟囱出口上方大气稳定下方不稳定。这种情况下烟云就好象被盖子盖住一样，只能向下部，象烟熏一样直扑地面。在污染源附近的污染物浓度较高，地面污染严重。,2、确定环境目标环境规划的基础 大气环境现状调查、预测。规划区划定将规划区划分为若干网格，以网格点作控制点。注意 网格边长1km；人口密集区域加密为0.5km；规划区应包括全部大气环境质量超标区及影响大的全部污染源;主导风的下风方位，控制区边界应在烟源最大落地浓度以远处，该方位控制区应长于非主导风向方向。,3、建立源与目标的关系4、选择方法建立模型 我国主要针对SO2和TSP（大气总悬浮颗粒物）
5、来建立。5、确定优选方案 重点考虑能源利用等方面问题。6、方案实施,三、大气环境规划的类型 1、大气环境系统,大气环境过程子系统,大气污染控制子系统,大气污染排放子系统,大气环境质量,城市生态子系统,点源、面源、线源,预防为主治理为辅,决定污染物输送能力,以人为主,2、大气环境规划的类型 大气环境质量规划规定大气污染 物限值浓度 大气污染控制规划提出污染排放 总量控制方案,3、能流过程分析能流输入能源总量、结构、污染物含量能流集中转换转换类型、总量、效益投资能流分配各行业分配合理性终端用能用能部门对环境的危害,污染排放量和治理量间平衡关系能流过程优化分析,第二节 大气环境规划的组成,一、大气环
6、境评价和预测 1、评价 区域污染源调查污染源特征及气象特征对环境产生影响 区域大气环境现状评价根据污染现状进行大气污染趋势分析 2、预测 污染物排放量预测，大气环境质量变化预测,二、大气环境规划目标和指标体系 1、目标（质量目标、污染控制目标）2、指标体系(1)气象气候指标：气温、气压、风向、风速、风频、大气稳定度等。(2)大气环境质量指标：总悬浮颗粒物、飘尘、二气化硫、氮氧化物等(3)大气污染控制指标：废气排放总量、二氧化硫排放量及回收率、烟尘及粉尘去除率,（4）城市环境建设指标：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、人均公共绿地等（5）城市社会经济指标：国民生产总值、
7、人均GDP、工业总产值、各行业能耗、人口密度等,三、大气环境功能区划分,1、目的：确定大气环境规划目标计算大气环境容量实施大气污染物总量控制,-满足生活生产各方面对大气环境质量的不同要求.,三、大气环境功能区划分,2、原则：（1）功能和规划相匹配根据区域功能划分功能区。,三、大气环境功能区划分,（2）根据自然条件划分功能区功能区划时应充分考虑地理、气候、生态等自然条件。比如:,利用自然界线（山脉、河流、道路）作为相邻功能区的边界线-方便管理，不需特意去进行边界的处理。,风向问题-应重点保护的一类功能区放在最大风频的上风向，三类放下风向。,三、大气环境功能区划分,（3）根据开发潜力划分如：新经济
8、开发区等,（4）根据社会经济现状、特点和发展趋势划分如：工业区、居民区、开发区、教育文化区等。,三、大气环境功能区划分,（5）根据行政区划分,（6）根据环保重点和特点划分分为：重点保护区、一般保护区、污染控制区、重点污染治理区等。,三、大气环境功能区划分,3、分区类型一类区：自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区；二类区：城镇规划中的确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区；三类区：特定工业区、城市交通枢纽、干线。,环境空气质量标准分为三级：原则上说，一类区执行一级标准；二类区执行二级标准；三类区执行三级标准。,最大风频上风向,最大风频下风向,4、分区步骤 评价因
9、子确定：选取标准：符合该功能区特征 二类功能区：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、污染程度。三类功能区：还需考虑气流通畅程度。,单因子权重的确定单因子综合分级评分标准的确定确定各评价级的综合评分值的上下限 二类功能区可取7个评价因子均是很适合时的平均评分值为很适合的上限；取4个评价因子为很适合，另3个评价因子为适合时的平均评分值当作很适合的下限、适合的上限。同样可得所有等级的上下限。,多因子综合评价法,综合分级评分标准的确定很适合上限：7个评价因子均为很适合时的平均评分值很适合下限：4个很适合，3个适合时的平均评分值,（4）综合分级
10、评分标准的确定,适合上限：7个评价因子均为适合时的平均评分值适合下限:4个适合，3个基本适合时的平均评分值,基本适合上限:7个评价因子均为基本适合时的平均评分值基本适合下限:4个基本适合，3个不适合时的平均评分值,（4）综合分级评分标准的确定,不适合上限:7个评价因子均为不适合时的平均评分值不适合下限:4个不适合，3个很不适合时的平均评分值很不适合上限:7个评价因子均为很不适合时的平均评分值,评价结果的最终确定,（5）评价结果的最终确定,基本适合-AB二类功能区；AB三类功能区,A=（X2max-X2）/（X2max-X2min）B=(X3max-X3)/(X3max-X3min)X2max、
11、X2min、X2-二类功能区基本适合的上下限和该子区的综合评分值。X3max、X3min、X3-三类功能区基本适合的上下限和该子区的综合评分值。,例：环境空气质量功能区划分的方法 5.1 分析区域或城市发展规划，确定环境空气质量功能区划分的范围并准备工作底图。5.2 根据调查和监测数据。以及环境空气质量功能区类别的定义、划分原则等进行综合分析，确定每一单元的功能类别。5.3 把区域类型相同的单元连成片，并绘制在底图上；同时将环境空气质量标准中例行监测的污染物和特殊污染物的日平均值等值线绘制在底图上。5.4 根据环境空气质量管理和城市总体规划的要求，依据被保护对象对环境空气质量的要求，兼顾自然条
12、件和社会经济发展，将已建成区与规划中的开发区等所划区域最终边界的区域功能类型进行反复审核，最后确定该区域的环境空气功能区划分的方案。5.5 对有明显人为氟化物排放源的区域，其功能区应严格按环境空气质量标准中的有关条款进行划分。,环境空气质量功能区划分原则与技术HJ14-1996,环境空气质量功能区划分的要求一、二类功能区不得小于4平方公里。三类区中的生活区，应根据实际情况和可能，有计划地分期分批从三类区迁出。三类区不应设在一、二类功能区的主导风向的上风向。一类区与三类区之间，一类区与二类区之间，二类区与三类区之间设置一定宽度的缓冲带。缓冲带的宽度根据区划面积，污染源分布、大气扩散能力确定，一般
13、情况下一类区与三类区之间的缓冲带宽度不小于500米，其它类别功能区之间的缓冲带宽度不小于300米。缓冲带内的环境空气质量应向要求高的区域靠。位于缓冲带内的污染源，应根据其对环境空气质量要求高的功能区的影响情况，确定该污染源执行排放标准的级别。,环境空气质量功能区划分原则与技术HJ14-1996,一类区：自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的区域；二类区为居住区、商业 交通居民混合区、文化区、工业区和农村地区。,环境空气质量标准（GB3095-2012）,环境空气污染物基本项目浓度限值,环境空气污染物其它项目浓度限值,第三节 大气污染物总量控制,一、概念 大气污染物总量控制 通过控制给定区域
14、污染源允许排放总量，并将其优化分配到源，以确保实现大气环境质量目标值的方法。,二、大气污染物总量控制区边界确定 大气污染物排放总量控制区根据城镇规划、经济发展与环境保护要求而决定对大气污染物排故实行总量控制的区域。总量控制区以外的区域称为非总量控制区。,根据城镇规划、经济发展和环境保护三方面要求确定(1)采用行政边界(2)采用环境影响评价边界,总量控制区一般是：超标区+污染源（完整的控制单元）污染源密集区+影响区域新规划区（开发区、新城市）主要污染源的最大落地浓度应在控制区范围内。,1 A-P值法计算控制区域允许排放总量 A值法原理：假定某城市分为n个区，每分区面积为Si，总面积S为各个分区面
15、积之和。全市排放的允许总量：,三、大气污染物允许排放总量计算方法,为了防止夜间低架源产生污染，需确定夜间低架源的允许排放量（低架源：烟囱高度30米，或无组织排放源）i功能区K污染物的低架源允许排放量:Qbki=Qaki低架源排放分担率 P216表6-4,A值法属于箱式模型。该模型基本原理是将总量控制区上空的空气混合层视为承纳地面排放污染物的一个箱体；污染物排入箱体后假定均匀混合。箱体能够承纳的污染物量与箱体体积(混合层高乘区域面积)、箱体的净化能力以及箱内污染物浓度限值呈正比。,其中箱体高度和自净能力属于自然条件随地区而定，方法中用A值来表示。在不同地区可根据当地的A 值和当地总量控制区的环境
16、空气质量目标以及控制区面积确定总量控制区的污染物年允许排放量,我国大陆全年通风量的分布(徐大海、朱蓉：我国大陆通风量和雨洗能力分布的研究，中国环境科学),我国大气容量系数分布,某城市位于江苏省内，二氧化硫控制区面积267km2，一、二、三类功能区的面积分布为67km2、100km2和100km2，分别执行大气质量标准(标态下)0.02mg/m3、0.06mg/m3和0.1mg/m3。(1)试依据A值法确定各功能区的SO2 允许排放量；(2)已知该市当前的 SO2总排放量为14.6104t/a，计算SO2的削减量。,A值法计算得出各功能区和整个总量控制区的某种污染物的允许排放量，但没有分解到具体
17、的污染源P值法,A值法无法确定每个源的允许排放量。而P值法不能限制区域排放总量。将二者结合起来可以解决两个问题。A-P值法用A值法计算控制区域中允许排放总量，用修正的P值法分配到每个污染源的一种方法。,功能区总允许排放量：在i功能区所有几何高度在100m以下点源及低架源排放的总量不得超过总允许排放量Qaki。,中架点源(100m以下30m以上)主要影响邻近区域所在功能区大气质量。各功能分区中架点源总允许排放量为：第i功能区某污染物的点源调整系数,整个城市中架点源总允许排放量为：,高架点源(100m以上)可以影响全控制区大气质量。各功能分区高架点源总允许排放量为：整个城市高架点源总允许排放量为：
18、,根据Qa、Qb、Qm、Qh可计算全控制区总调整系数：各功能区点源控制系数P可变成Pi（修正）：,各功能区点源新的允许排放率限值为：当实施新的点源允许排放率限值后，各功能区即可保证排放总量不超过总排放总量。,（1）按燃料或原料用量分配（2）一律削减排放量分配（3）优化规划分配原则,四、总量负荷分配原则,等比例削减-以原有排放量为基础；不公平：治理现状、烟囱高度、位置A-P值法-没考虑位置差异按贡献率削减-理论上公平，但不符合源强优化规划原则，不一定是最省钱的,一律削减排放量分配,-在达到环境规划目标的前提，使削减量或削减率最小-省钱省事、有利于发展经济,源强优化分配原则,目标函数:省钱省事、有
19、利于发展经济,源强优化分配原则,污染源排放量削减量总和,污染源排放量削减率总和,环境方面的约束条件：P221页6-28式可以表达为:ij:第i污染源对第j控制点的浓度贡献；Ri:第i污染源排放量的削减率;j:各污染源对j控制点的浓度削减总和。,源强优化分配原则,作为约束条件，上式应改写如下:j-j控制点的污染物浓度削减要求,源强优化分配原则,目标函数：约束条件如前：,第i污染源排放量削减量,第i污染源达标治理投资费用,最小治理费用的分配原则,在达到环境规划目标的前提下，使污染治理费用最小（P222）,第四节 大气环境规划综合防治措施,一、减少排污量1、调整能源结构 使用新能源 燃煤 气体燃料、
20、液体燃料、合成燃料2、污染集中控制 居民采暖集中供热 工业密集点源集中控制，取消小型锅炉,第四节 大气环境规划综合防治措施,3、采用有效的治理方式 控制颗粒物的排放 控制气体污染物排放4、实施清洁生产 以节能、降低物耗、减少污染为目标，以管理技术为手段，实施工业生产全过程控制污染，使污染物的产生量、排放量最小化。5、控制移动源的排放 制定机动车污染警报限值、尾气净化器安装,二、合理利用大气环境容量 1、合理布局大气污染源位置 远离居住区，给出缓冲距离 2、合理布局城市功能区 城市边缘、近郊、远郊的工业区位置布局,三、加强绿化 绿地覆盖率达30%以上，可达到改善大气质量的作用。绿化隔离带工业区与
21、居住区之间。工业区内部隔离植被应低矮，有助于污染气体排放。,第五节 大气污染物总量控制规划实例,酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分 1、“两控区”划分的基本条件 酸雨控制区：现状监测降水pH4.5，硫沉降超过临界负荷，SO2排放量较大的区域；SO2控制区：近年环境空气SO2年超国家二级标准、日平均浓度三级标准，排放量较大，以城市为基本控制单元。,2、“两控区”控制目标 到2010年 SO2排放量控制在2000年排放水平以内；城市环境空气SO2浓度达国家环境质量标准；酸雨控制区降水pH 4.5的面积比2000年有明显减少。,3、主要控制措施降低煤炭含硫量；控制火电厂SO2排放；控制锅炉SO2排放
22、；控制工业炉窑、民用燃煤炉灶的SO2排放；加强城市能源基础设施建设；控制工艺过程中的SO2排放，推行清洁生产工艺。,二氧化硫总量控制目标的确定 1、实施SO2总量控制的技术路线,SO2浓度来源分析,SO2排放总量分析,污染源排放对环境质量影响分析,确定SO2地面环境质量控制目标,制定削减各层高度上污染源排放量方案,2、SO2地面浓度来源分析 单点源下风向最大地面浓度：其中,年平均扩散参数,因此：,最大落地浓度与气象条件、排污强度和烟囱有效高度有关。相同气象及排污强度下，最大落地浓度取决于烟囱有效高度。,最大落地浓度,式中：Q-点源源强 He-有效源高 K仅与气象参数有关,最大落地浓度在此情况下
23、，取决于烟囱有效抬升高度和值。(取值范围l.43.0。)大气不稳定，烟囱有效抬升高度比为2-6，最大落地浓度只相差几倍;大气稳定，最大落地浓度相差十几倍到几百倍。因此，城市SO2环境质量好坏主要决定于中、低源排放，改善城市空气质量关键在于改造城市中、低源。,假定城市SO2年平均浓度为:,令Z=1，X=10，Y=3，城市SO2排放量与浓度的关系模式为：,3、城市SO2排放量与环境质量分析 依据全国污染物排放申报登记得出各重点城市高、中、低烟囱SO2年排放量。依据1996年全国环境质量报告书中给出的SO2年均浓度及年平均扩散系数，确定城市SO2排放量与环境质量的关系。,4、SO2总量控制目标确定
24、设一城市SO2年均浓度达二级标淮，给出4种SO2排放量削减方案，以2010年SO2发展量(假设以5的速度发展)为约束，可得该城市SO2 2010年总量控制目标值。,重点城市SO2总量控制目标值的实例研究 以贵阳和重庆为例 第1 步 SO2年扩散系数的确定 根据公式 求出城市SO2年平均扩散系数K（其中SO2年平均浓度B由1996年度全国环境质量报告书提供）,年平均扩散系数较高，较不利于扩散,年平均扩散系数较低，较利于扩散,计算出的年平均扩散系数K见下表：,第2 步 SO2排放量与环境质量分析 两个城市在不同高度上排放量与地面环境质量的关系,贵阳SO2污染高于重庆,第3步 设定控制方案 根据2010年SO2发展量(假设5速度发展)，假定每个城市SO2年均浓度达二级标准，可给出二氧化硫总量控制设计方案：（见下页）,SO2总量控制方案,第4步 总量控制目标及分析 根据假设的4个方案和SO2空气质量管理模式及年平均扩散系数，可算出4个方案中贵阳和重庆SO2 的2010年总量控制目标值：,贵阳、重庆只有在采取了高方案后，城市二氧化硫的空气质量才能达到二级标准。,
