“三線一單”大氣管控單元劃分法在上海的應用

嚴茹莎，安靜宇，朱潤非，周潔玫，黃成，鮑仙華

(1. 上海市環境科學研究院，上海 200233； 2. 國家環境保護城市大氣復合污染成因與防治重點實驗室，上海 200233)

為落實黨中央對生態文明建設的一系列重大決策部署，生態環境部于2018年初印發了《“三線一單”編制技術指南》(試行)(以下簡稱《指南》)，旨在以“三線”框住空間利用格局和開發強度，用“一單”規范開發行為[1]。為貫徹以習近平同志為核心的黨中央作出的關于長江經濟帶的重大戰略決策[2]，“三線一單”工作已在長江經濟帶多個省市展開。上海市處于長江經濟帶核心位置，在推動長江經濟帶發展中承擔著重要的使命和責任，在2018年5月率先開展了“三線一單”編制工作。

上海市地處長江三角洲前緣，為平原地形，屬亞熱帶季風氣候，常年濕潤多雨，四季分明。人口密度高，城鎮化水平高于全國水平，環境資源壓力較大，尤其是以細顆粒物(PM2.5)和臭氧(O3)為主的復合型污染日益凸顯[3-4]。因此，通過“三線一單”的編制，制定大氣環境準入原則，改善人居環境，從而實現社會經濟可持續發展。本研究依據《指南》對長三角經濟帶“三線一單”的編制要求，基于研究團隊現有排放清單基礎及各類污染源的最新實測數據和最新統計數據，更新了上海市2017年污染源排放清單；根據上海市發展定位、社會經濟特征及大氣污染排放特征，研究大氣環境管控單元的劃分方法和初步成果。

1 研究方法

1.1 排放清單更新方法

本研究針對上海市重點源開展了排放因子和成分譜實測，在此基礎上建立了上海市大氣污染源本地化排放因子和成分譜數據庫。在活動水平方面，本研究采用了上海市環境統計數據、污染物普查資料以及實地調查結果。在排放因子方面，主要采用本研究建立的大氣污染源排放因子數據庫。根據活動水平數據的可獲取情況，固定燃燒源、工藝過程和工業溶劑使用等工業點源主要采取自下而上的方法進行計算，其他排放源主要采用自上而下的方法進行計算。其中，固定燃燒源采用物料衡算法和排放系數法相結合的方法計算，二氧化硫(SO2)、可吸入顆粒物(PM2.5、PM10)采用與硫分和灰分相關的物料衡算法計算，其他污染物主要采用排放系數法計算。工藝過程源主要采用排放系數法計算。工業溶劑使用源主要根據涂料和溶劑使用量及其揮發性有機物(VOCs)含量等信息采用物料衡算法進行計算。機動車和非道路移動機械主要采用排放模型結合經本地化校正的排放因子進行計算。船舶采用功率法結合自動識別系統(AIS)數據進行計算。其他污染源均采用排放系數法計算。

1.2 管控單元劃分方法

上海市大氣環境管控單元分為優先管控單元、重點管控單元及一般管控單元，其中重點管控單元又劃分為高排放區、弱擴散區、布局敏感區和受體敏感區，一般管控單元為除優先管控單元及重點管控單元以外的剩余區域。

(1)優先管控單元

根據《指南》要求，將大氣環境一類功能區定義為大氣環境優先保護區[1]。大氣環境一類功能區指自然保護區、風景名勝區和其他需要特殊保護的地區[5]。自然保護區是指自然生態系統、珍稀瀕危動植物物種的天然集中分布區，有特殊意義的自然遺跡等保護對象所在區域，依法劃出一定面積予以特殊保護和管理的區域。風景名勝區指具有觀賞、文化和科學價值、自然景物、人文景物比較集中，環境優美，具有一定規模和范圍，可供人們游覽、休息或進行科學、文化活動的地區。需要特殊保護的地區指因國家政治、軍事和為國際交往服務需要，對環境空氣質量有嚴格要求的區域。這類區域往往是珍稀動植物集中分布區，擁有豐富的自然資源及生態資源，需要特殊保護，因此不宜有人為污染源的分布，以免破壞其生態系統和內部生物及名勝古跡。

(2)高排放區

根據《指南》要求，將環境空氣二類功能區中的工業集聚區等定義為高排放區[1]。本研究根據上海市大氣污染源排放特征，以及大氣環境目標、大氣環境容量和減排潛力，劃定上海市大氣環境高排放重點管控區。大氣污染源數據來自上海市2017年大氣污染源排放清單，通過分析上海市工業點源的排放空間分布特征及排放量，調研上海市在能源領域以及鋼鐵、石化、化工等主要工業領域的減排潛力，并結合上海市產業區塊的現狀特征和未來規劃布局特征，進而劃定部分工業用地為高排放區。

另外，上海作為全球重要的交通運輸樞紐，上海港的運載能力位于世界前列，船舶港口排放對上海市大氣環境造成較大的壓力，因此上海市根據自身排放特征，將部分重點港口也劃定為高排放區。

(3)弱擴散及布局敏感區

根據《指南》要求，將上風向、擴散通道、環流通道等影響空氣質量區域定義為布局敏感區，靜風或風速較小的區域定義為弱擴散區[1]。本研究將弱擴散區具體定義為由于氣象擴散條件較差而導致的污染物濃度容易積累的區域。將布局敏感區定義為由于地理位置較為不利而容易導致全市大氣污染濃度升高的區域。本研究利用WRF-CAMx模型系統計算，弱擴散值Mi具體計算公式如下：

布局敏感值Ni具體計算公式如下：

模型氣象場由WRF V3.9.1(Weather Research and Forecasting，簡稱為WRF)提供，空氣質量模型為CAMx-V6.40版本(Comprehensive Air Quality Model with Extensions，簡稱CAMx)。為提高計算效率，采用三層嵌套網格，網格水平格距分辨率分別為36 km×36 km、12 km×12 km和3 km×3 km，格點數分別為196×136，159×204，120×120。長三角人為源排放清單采用自下而上更新建立的區域大氣污染物排放清單；長三角以外區域采用MEIC—2012和MIX—2010排放清單[6]；天然源排放清單均由MEGAN-V2.10[7]模型計算提供。利用CAMx-V6.40耦合的來源追蹤模塊(SA)來計算PM2.5濃度貢獻，假設每個網格排放量相等，追蹤區域設置為769個，各區域分辨率為3 km×3 km與模擬網格分辨率一致，其覆蓋了上海市除水域外的所有地理范圍，每個區域的PM2.5濃度來源可標記為來自本網格排放以及來自該網格外排放。模擬時間段為2017年1月、4月、7月和10月。

(4)受體敏感區

根據《指南》要求，受體敏感區是指城鎮中心及集中居住、醫療、教育等敏感區域[1]。本研究充分調研了上海市人口規模特征以及居住分布特征，通過分析上海市對人居結構的整體規劃，制定受體敏感區域，目的是用于保護人體健康及其他較為敏感受體。

人居規劃信息來自《上海市城市總體規劃(2017—2035年)》[8]對上海市規劃形成“主城區—新城—新市鎮—鄉村”的城鄉體系的定義，并結合上海市在不同區縣、鄉鎮、新城等單元的人口數量，將人口密度較大的區域劃定為受體敏感區，在該區域禁止開發工業，并逐漸淘汰或轉移現有工業企業。

2 排放清單

對上海市2017年各類排放源的計算結果顯示，上海市SO2、NOX、VOCs、一次PM2.5及NH3的排放量分別為6.29萬噸、31.48萬噸、33.37萬噸、5.08萬噸及8.16萬噸。上海市各領域污染物排放量詳見表1。

從2017年排放狀況來看，SO2排放貢獻主要來自工業源和移動源； NOX占比較高的行業主要為移動源，其中包括船舶、機動車、非道路移動機械，另外工業領域源也有貢獻；VOCs排放主要來自工業生產以及工業溶劑使用和民用溶劑使用等領域；一次PM2.5排放以揚塵源為主，包括施工揚塵、道路揚塵、堆場揚塵；NH3排放主要來源為農業源。

表1 上海市2017年大氣污染物排放量(單位：萬噸/年)

從目前的排放構成看，近年來隨著電廠超低排放改造、工業鍋爐及爐窯的清潔能源替代以及經營性小茶爐、小爐灶的取締等一系列減排措施的實施，SO2得到了有效的控制，未來SO2在上海的減排空間較為有限。近年來NOX的減排措施主要包括來自電廠脫硝工程、鍋爐清潔能源替代，另外在機動車領域也有一定成效，如排放標準提升和黃標車淘汰等減排措施。但目前上海市NOX排放量較大，尤其是在交通領域，除了機動車以外，船舶排放貢獻也很大，因此未來上海應側重對機動車和船舶NOX控制措施的制定。上海VOCs的排放量大、強度高，產業領域是VOCs的主要來源，近年來實施了針對重點工業行業的VOCs綜合整治，但效果并不顯著，未來應持續實施工業源VOCs總量控制，有效削減VOCs排放量。一次PM2.5的削減主要來自揚塵及工業源的治理，并取得了一定成績，但在施工揚塵、道路揚塵等方面依然存在一定的減排空間，未來應進一步加強一次PM2.5的治理。NH3排放近年來取得的成效較小，未來針對農業源包括畜禽養殖和農業施肥方面需進一步深化治理。

3 管控單元劃分

3.1 優先管控單元

根據《上海市環境空氣質量功能區劃(2011年修訂版)》[9]，全市環境空氣質量功能區分為一類區和二類區。其中一類區包括崇明生態島、橫沙島度假旅游風景區、金山三島海洋生態自然保護區、佘山國家度假旅游區、太陽島自然風景保護區、淀山湖風景水體風貌保護區。

其中全市環境空氣質量功能一類區具體劃定為：

(1)崇明生態島：崇明區除西部物流區(長江北支—崇海大橋—陳海公路—三華公路—長江岸邊)和南部城市化地區(岱山路—南橫引河—四效河—長江岸邊)以外的地區。

(2)橫沙島度假旅游風景區：橫沙島全島范圍。

(3)金山三島海洋生態自然保護區：大金山島、小金山島、浮山島(龜山)。

(4)佘山國家度假旅游區：陳泗公路—方松公路—沈磚公路—辰山塘—山前路—外青松公路—佘北公路。

(5)太陽島自然風景保護區：東泖河東岸—太陽島北端—西泖河西岸—清水港南岸—新朱楓公路—太浦河南岸—西泖河西岸—太陽島南端。

(6)淀山湖風景水體風貌保護區：淀山湖沿岸縱深陸域2公里范圍內。具體如表2所示。

表2 大氣優先保護區劃定結果

3.2 重點管控單元

(1)高排放區

從上海市工業布局來看，“十二五”期間，為進一步強化規劃引領，統籌優化全市工業區塊規劃布局，上海市確定了104個國家級、市級、區級工業產業園區和產業基地，引導工業向產業園區和產業基地集聚發展。目前，上海市形成了以國家級開發區為龍頭、市級開發區為支撐，各類工業集中區為補充的發展格局。基于2017年污染源排放清單統計，上海市104個工業地塊包括了全市工業行業污染物排放的62%～82%，須納入上海市重點管控，并針對不同類型工業區制定不同的管控方案。

另外，根據本研究更新的2017年污染源清單數據，全市碼頭港作機械SO2、NOX、VOCs、PM2.5的排放總量分別占全市所有非道路移動機械排放的21%、23%、18%和18%，占比較高。同時，上海港作為全國主要航運樞紐，船舶排放量大，2017年全市船舶排放量SO2、NOX分別為1.71萬噸、9.24萬噸，分別占全市SO2總排放量的27%、全市NOX總排放量的29%。港口船舶排放對上海貢獻量大，上海核心港區考慮納入本市大氣重點管控區域。

綜上分析，上海市大氣污染物高排放區包括上海市104個工業地塊以及上海市核心港口區域，包括寶山港區、羅涇港區及外高橋港區劃定為高排放區。經計算，這些區域占地面積為1043 km2，占比為15.7%。

(2)弱擴散區及布局敏感區

WRF—CAMx計算結果顯示，相對弱擴散值在上海整體呈現西高東低的分布特征，其中擴散較差的區域主要包括青浦、松江、閔行等區，而東部的浦東新區、寶山區以及上海城區等地方的氣象擴散條件總體較為有利。

相對布局敏感值較高的區域主要集中在上海的中南部區域，包括浦東新區的西南部、奉賢區的北部、金山區東北部以及松江和閔行南部等地，而沿上海市界邊緣區域的污染源布局較為不敏感，對上海市全市的PM2.5濃度貢獻較小。這主要是由于在上海中心的位置，無論是受何種風向影響，對其局地或者周邊區域都會造成輸送影響，而周邊區域只在其處于上風向時對上海市會造成污染輸送。

另外，各區域相對弱擴散值基本集中在0.9～1.2之間，占全市面積的96%，表明各區域大氣擴散條件總體差異不大。同樣，上海市布局敏感值基本集中在0.8～1.3之間，占全市面積的80%以上，表明各區域布局敏感性總體差異不大。因此，上海市不再單獨劃定弱擴散區及布局敏感區，但在未來城市規劃過程中，需要考慮上海市這一特征，對于污染源的布局應避免在上海市西部擴散條件較差，以及中南部布局相對較為敏感的區域設立。

(3)受體敏感區

根據《上海市城市總體規劃(2017—2035年)》[8]，上海市整體規劃形成“主城區—新城—新市鎮—鄉村”的城鄉體系。主城區包括中心城及周邊虹橋、川沙、寶山、閔行4個主城片區，總面積約1161平方公里，常住人口規模約1447萬人，將作為全球城市功能的主要承載區。新城包括嘉定新城、松江新城、奉賢新城、青浦新城、南匯新城，現狀常住人口規模約228萬人，將逐步承接全球城市核心功能。此外，位于金山濱海地區的金山衛鎮、山陽鎮和崇明城橋地區的城橋鎮，作為規劃核心鎮。

根據城市常住人口密度比較，上海市內環內人口密度為2.99萬人/平方公里，外環內人口密度為1.71萬人/平方公里，而郊區新城的人口密度為0.5萬人/平方公里，中心城區呈現人口高度密集的特征，另外醫療、服務等行業也在該區域高度集中，本研究將上海市中心城區劃定為受體敏感區，具體包括黃浦區、徐匯區、長寧區、靜安區、普陀區、虹口區及楊浦區和浦東新區外環線以內共計8個區域。

3.3 一般管控單元

上海市大氣環境一般管控區為除了大氣環境重點管控區和受體敏感區之外的其他二類功能區。由于上海城市化水平高，除大氣重點管控區以外的其他二類功能區基本以城鎮生活空間及農業空間為主，據統計占全市面積63.5%。

3.4 管控單元劃定結果

綜上分析，本研究將上海市總體劃定為三類大氣環境管控區，具體包括6個大氣優先保護區，115個大氣重點管控區，1個大氣環境一般管控區，其中重點管控區分為107個高排放區及8個受體敏感區。大氣優先保護區占全市總面積14.6%，重點管控區占全市面積21.9%，一般管控區占全市面積63.5%，具體如表3所示。

表3 上海市大氣環境管控分區劃定結果

4 結論與建議

本研究以《指南》為基礎，充分考慮上海自然地理特征、社會經濟特征和污染排放特征，利用排放清單計算技術、數值模型等手段更新了2017年大氣污染源排放清單，并劃定了大氣環境管控單元。上海市大氣環境管控單元劃定結果為6個大氣優先保護單元，115個大氣重點管控單元，1個大氣環境一般管控單元。其中，大氣優先保護單元占全市總面積14.6%，重點管控單元占全市面積21.9%，一般管控單元占全市面積63.5%。上海市各區域大氣擴散條件及布局敏感性總體差異較小，不再單獨劃定弱擴散區及布局敏感區，但在未來城市規劃過程中，需要考慮上海市這一特征，應避免在擴散條件較差及布局相對較為敏感的區域布局污染源。

大氣環境管控單元的劃分旨在針對不同的環境特征提出不同的大氣環境管控要求，因此需體現其差異化、層級化的管理特征。針對大氣環境優先保護單元，應禁止新增污染源，并淘汰現有污染源；針對重點管控單元中的高排放區，應針對其排放特征和產業特征，制定分階段管控要求，以治理、改造為主要手段；針對重點管控單元中的受體敏感區應逐步淘汰和轉型工業污染源；一般管控單元其空間差異較大，總體產業管控要求以治理為主，并逐步實現集中化轉移。