基于空氣質(zhì)量模型評(píng)估產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響
——以蘇南某產(chǎn)業(yè)園區(qū)為例

臘孟珂 林立清（南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210093）

基于空氣質(zhì)量模型評(píng)估產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響
——以蘇南某產(chǎn)業(yè)園區(qū)為例

臘孟珂 林立清（南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210093）

本文以蘇南某工業(yè)園區(qū)為例，采用空氣質(zhì)量模型AERMOD模型預(yù)測(cè)園區(qū)內(nèi)常規(guī)污染物濃度，多尺度空氣質(zhì)量模型CMAQ（Community Multiscale Air Quality）預(yù)測(cè)O3、PM2.5等二次污染物濃度，以評(píng)估該園區(qū)土地利用和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃調(diào)整對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，預(yù)測(cè)近期（2020年）和預(yù)測(cè)遠(yuǎn)期（2030年）該園區(qū)內(nèi)各類污染物的最大濃度均滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求。規(guī)劃方案實(shí)施后，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、交通結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整將會(huì)改善區(qū)域內(nèi)一次污染物和細(xì)顆粒物污染狀況。長(zhǎng)三角地區(qū)屬于VOCs控制區(qū)，NOX的減少將會(huì)在一定程度上增加O3的平均濃度。

產(chǎn)業(yè)園區(qū);空氣質(zhì)量模型;AERMOD WRF-CMAQ

隨著我國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的深入，各類產(chǎn)業(yè)園區(qū)在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)聚集的同時(shí)也產(chǎn)生了一系列的大氣環(huán)境問題。如何客觀準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和把控產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃對(duì)區(qū)域環(huán)境的影響，是目前環(huán)評(píng)工作面臨的重要課題。

目前空氣質(zhì)量模型已廣泛應(yīng)用于不同類型的產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)工作中[1]。馬明亮等[2]（2011）利用大氣污染擴(kuò)散模式ADMS對(duì)西寧市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃項(xiàng)目污染源對(duì)市區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響進(jìn)行模擬，結(jié)果表明市區(qū)空氣質(zhì)量將不受規(guī)劃的影響。于文濤（2012）[3]選擇AERMOD大氣預(yù)測(cè)模型，對(duì)內(nèi)蒙古大路工業(yè)園區(qū)大氣環(huán)境影響進(jìn)行了近期（2015年）預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)SO2、NOX小時(shí)和日均濃度均未超標(biāo)。

本研究以蘇南某工業(yè)園區(qū)為例，采用AERMOD模型對(duì)園區(qū)中常規(guī)污染物進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)采用多尺度空氣質(zhì)量模型CMAQ（Community Multiscale Air Quality）預(yù)測(cè) O3、PM2.5二次污染物濃度，評(píng)估該園區(qū)土地利用和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃調(diào)整對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響。

1 研究方法

1.1 常規(guī)污染物預(yù)測(cè)方法

1.1.1 AERMOD模型介紹

AERMOD模式由美國(guó)國(guó)家環(huán)保署（USEPA）聯(lián)合美國(guó)氣象學(xué)會(huì)組建法規(guī)模式改善委員會(huì)（AERMIC）開發(fā)，以擴(kuò)散統(tǒng)計(jì)理論為出發(fā)點(diǎn)，假設(shè)污染物的濃度分布在一定程度上服從高斯分布。

1.1.2 模擬區(qū)域與模擬時(shí)間

模擬區(qū)域采用分辨率為0.3km×0.3km的網(wǎng)格，覆蓋蘇南某工業(yè)園區(qū)，并適當(dāng)擴(kuò)展到周邊區(qū)域。模擬時(shí)間選取了2012年1、4、7和10月，模擬分析典型季節(jié)的大氣空氣質(zhì)量。

1.1.3 氣象資料

本研究選用該工業(yè)園區(qū)附近氣象站的觀測(cè)資料，包括地面風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、降水量等，作為大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)的地面氣象數(shù)據(jù)。將中尺度氣象模式WRF（Weather Research and Fore?casting Model）V3.2對(duì)2012年氣象場(chǎng)模擬的結(jié)果作為模式的高空輸入?yún)?shù)。

1.2 二次污染物影響預(yù)測(cè)方法

1.2.1 CMAQ模型介紹

本研究采用USEPA開發(fā)的第三代區(qū)域空氣質(zhì)量模式CMAQ對(duì)該園區(qū)二次污染物PM2.5、O3進(jìn)行預(yù)測(cè)。該模式考慮實(shí)際大氣中不同物種之間的轉(zhuǎn)換和相互影響，實(shí)現(xiàn)多個(gè)物質(zhì)和多個(gè)污染問題在多個(gè)空間尺度上的同時(shí)模擬[5]。模式系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖1所示。

圖1 CMAQ模式系統(tǒng)流程

圖2 嵌套網(wǎng)格示意圖

1.2.2 模擬區(qū)域與模擬時(shí)間

本研究選擇蘭伯特投影坐標(biāo)系，采用三層網(wǎng)格嵌套，網(wǎng)格分辨率分別為81km×81km、27km×27km、9km×9km，第一層網(wǎng)格覆蓋了中國(guó)的大部分區(qū)域，第二層主要包括華東區(qū)域，第三層覆蓋了整個(gè)長(zhǎng)三角區(qū)域，如圖2所示。模型在垂直方向上將地面到對(duì)流層頂劃分為36層，最高層為50 hpa。模擬時(shí)間為2012年1、4、7和10月4個(gè)典型月份，為消除初始條件的影響，每個(gè)模擬時(shí)段提前5個(gè)模擬日開始。

1.2.3 源排放清單

排放源清單以INTEX-B（The Intercontinental Chemical Transport Experiment-Phase B）2006年亞洲排放源清單為基礎(chǔ)，根據(jù)2010年長(zhǎng)三角地區(qū)的工業(yè)交通等信息和園區(qū)范圍內(nèi)2012年的工業(yè)源、交通源進(jìn)行了補(bǔ)充更新及替代。

2 結(jié)果與討論

2.1 常規(guī)污染物影響預(yù)測(cè)結(jié)果

2.1.1 工業(yè)污染源影響預(yù)測(cè)

預(yù)測(cè)表明，規(guī)劃近期（2020年）和規(guī)劃遠(yuǎn)期（2030年）SO2、NOX、HCl、硫酸霧、甲苯、二甲苯的最大小時(shí)濃度貢獻(xiàn)值占標(biāo)率分別為10.81%、35.12%、19.26%、16.71%、5.49%、11.47%，和4.45%、27.24%、11.96%、5.16%、5.22%、10.83%。

規(guī)劃近期和規(guī)劃遠(yuǎn)期該工業(yè)園區(qū)中各種常規(guī)污染物SO2、NOX、PM10、HCl、硫酸霧的日均最大濃度貢獻(xiàn)值分別占評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的5.02%、14.99%、10.56%、9.16%、7.66%和1.91%、13.30%、10.57%、5.33%、2.64%。

規(guī)劃近期和規(guī)劃遠(yuǎn)期該工業(yè)園區(qū)中各種常規(guī)污染物SO2、NOX、PM10、鉛的年均濃度最大貢獻(xiàn)值占標(biāo)率分別為2.49%、12.67%、5.54%、2.16%和1.29%、7.31%、5.52%、2.16%。

結(jié)果表明，該園區(qū)工業(yè)污染源的污染貢獻(xiàn)值均未超過標(biāo)準(zhǔn)。隨著園區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，眾多高能耗、高污染的企業(yè)將退出園區(qū)或者進(jìn)行優(yōu)化生產(chǎn)，園區(qū)的空氣質(zhì)量將在規(guī)劃期得到明顯好轉(zhuǎn)。

圖3 產(chǎn)業(yè)園區(qū)主要污染物模擬值與監(jiān)測(cè)值對(duì)比

2.1.2 交通污染源影響預(yù)測(cè)

預(yù)測(cè)結(jié)果表明，規(guī)劃遠(yuǎn)期機(jī)動(dòng)車對(duì)大氣環(huán)境的影響明顯降低，但隨著機(jī)動(dòng)車保有量的增加，交通源的貢獻(xiàn)仍然不能忽視，該園區(qū)需要繼續(xù)優(yōu)化居民出行結(jié)構(gòu)，鼓勵(lì)大家多使用公共交通工具。

2.1.3 綜合疊加影響預(yù)測(cè)

綜合考慮園區(qū)工業(yè)源和交通源的影響后發(fā)現(xiàn)，交通源對(duì)近地面NOX的貢獻(xiàn)相對(duì)較大，年均貢獻(xiàn)為3.92 μg∕m3，占兩者總貢獻(xiàn)的80%；對(duì)于PM10來說工業(yè)源的貢獻(xiàn)較大，且表現(xiàn)為明顯的點(diǎn)源擴(kuò)散特征。

2.2 二次污染物影響預(yù)測(cè)結(jié)果

2.2.1 WRF-CMAQ模式驗(yàn)證

該園區(qū)2012年1月、4月、7月、10月各項(xiàng)主要空氣質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)測(cè)值與模擬值的對(duì)比情況見圖3所示，使用兩倍誤差統(tǒng)計(jì)指標(biāo) FAC2 檢驗(yàn)?zāi)M的準(zhǔn)確性，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到 SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO的FAC2值均大于70%，說明CMAQ模式對(duì)園區(qū)大氣污染物的模擬總體可行。

2.2.2 規(guī)劃期大氣環(huán)境影響分析

利用CMAQ模式將現(xiàn)狀（2012年）作為基準(zhǔn)情景，評(píng)估規(guī)劃近期（2020年）和規(guī)劃遠(yuǎn)期（2030年）園區(qū)產(chǎn)業(yè)調(diào)整對(duì)該工業(yè)園區(qū)乃至整個(gè)長(zhǎng)三角地區(qū)空氣質(zhì)量的影響。預(yù)測(cè)表明，規(guī)劃近期隨著減排力度的加大，大氣中NOX和SO2濃度的降低使得通過化學(xué)反應(yīng)生成的硫酸鹽、硝酸鹽濃度明顯下降，而硫酸鹽、硝酸鹽又是細(xì)顆粒物的主要前體物。因此園區(qū)對(duì)于常規(guī)污染物的控制可有助于整個(gè)長(zhǎng)三角地區(qū)PM2.5濃度的減少，且濃度減少的中心出現(xiàn)在園區(qū)附近，然后向周邊遞減。臭氧濃度在園區(qū)附近存在一定程度的增加，因?yàn)殚L(zhǎng)三角地區(qū)屬于VOCs控制區(qū)，園區(qū)對(duì)于NOX的控制將會(huì)在一定程度上增加臭氧的平均濃度。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）蘇南某工業(yè)園區(qū)規(guī)劃近期（2020年）和規(guī)劃遠(yuǎn)期（2030年）常規(guī)污染物SO2、NOX、PM10、HCl、硫酸霧、甲苯、二甲苯和鉛的小時(shí)、日均及年均最大濃度貢獻(xiàn)值占標(biāo)率均能滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）常規(guī)污染物的預(yù)測(cè)結(jié)果表明，園區(qū)本輪規(guī)劃方案實(shí)施后，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、交通結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整將會(huì)改善區(qū)域的環(huán)境空氣質(zhì)量。

（3）二次污染物的預(yù)測(cè)結(jié)果表明，規(guī)劃期園區(qū)對(duì)NOX、SO2的減排控制可以有效改善區(qū)域的細(xì)顆粒物污染；長(zhǎng)三角地區(qū)屬于VOCs控制區(qū)，園區(qū)對(duì)于NOX的控制將會(huì)一定程度導(dǎo)致臭氧濃度的增加。

[1]田軍,葛春風(fēng),甄瑞卿,等.CMAQ模型在大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境影響評(píng)價(jià),2016,38(6):1-3.

[2]馬明亮,申紅艷,張加昆,等.區(qū)域規(guī)劃開發(fā)對(duì)西寧市環(huán)境空氣影響模擬研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(15):9225-9228.

[3]于文濤.化工園區(qū)規(guī)劃環(huán)評(píng)大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究[D].內(nèi)蒙古大學(xué),2012.

[4]王占山，李曉倩，王宗爽，等．空氣質(zhì)量模型CMAQ的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J]．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2013，36(S1)：386—391.

[5]Dennis R L,Byun D W,Novak J H,et al.The next genera?tion of integrated air quality modeling:EPA's models-3[J].Atmo?spheric Environment,1996,30(12):1925-1938.

[6]周磊,周洋毅,吳建.浙江省火電行業(yè)主要污染物減排環(huán)境效益研究[J].中國(guó)環(huán)境管理,2015,7(5):89-95.

[7]馬芳,王麗濤,潘雪梅.基于MM5-Models-3∕CMAQ的中國(guó)地區(qū)大氣污染模擬[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,27(4):46-51.

臘孟珂（1983-），女，漢，河南南陽(yáng)，南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份公司，工程師，碩士，主要研究方向?yàn)橐?guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)、戰(zhàn)略環(huán)境影響評(píng)價(jià)、環(huán)境規(guī)劃與管理、環(huán)境政策研究。

林立清，男，碩士，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境規(guī)劃與管理、環(huán)境政策研究。