普麗，易紅宏，唐曉龍，馬潔云，袁琴，王訪，王盼

(1. 昆明理工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明，650500；2. 北京科技大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京，100083)

大氣環(huán)境容量是指在給定的區(qū)域內(nèi)，達(dá)到環(huán)境空氣保護(hù)目標(biāo)而允許排放的大氣污染物總量，是制定大氣污染物總量控制的基礎(chǔ)和歸屬[1]。有效的核定大氣環(huán)境容量能夠為區(qū)域大氣污染控制、環(huán)境規(guī)劃及合理利用有限的大氣環(huán)境容量資源提供科學(xué)的參考依據(jù)，同時促進(jìn)管理的科學(xué)化和系統(tǒng)化。曲靖市是2002 年國家下達(dá)的進(jìn)行環(huán)境容量測算的重點城市之一，是云南省第二大城市，是滇東中心城市及陸路交通樞紐，以卷煙、機械、能源、化工、食品、冶金工業(yè)為主的現(xiàn)代化綜合工業(yè)基地，據(jù)云南省污染物排放清單研究表明[2]曲靖市SO2和PM10排放量居云南省首位。因此，研究其環(huán)境容量并合理利用容量資源，對曲靖市經(jīng)濟、環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本研究選用A 值法對曲靖市進(jìn)行環(huán)境容量測算，能夠提供區(qū)域宏觀的容量指導(dǎo)數(shù)據(jù)，為后續(xù)曲靖市環(huán)境容量研究工作打下基礎(chǔ)，并為中小工業(yè)城市環(huán)境容量測算研究提供參考依據(jù)。已有的A 值法環(huán)境容量核算的文獻(xiàn)大部分集中在A 值的修正算法[3-5]，而本文作者利用達(dá)標(biāo)保證率下的A 值在研究現(xiàn)狀環(huán)境容量的基礎(chǔ)上，結(jié)合新的GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對“十二五”末曲靖市環(huán)境容量進(jìn)行核算，并與灰色模型GM(1,1)預(yù)測得到的污染物排放量進(jìn)行對比分析，同時對曲靖市“十二五”期間污染物減排提出建議。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概述

曲靖市位于云南省東部，地處金沙江、珠江兩大水系分水嶺地帶，地理坐標(biāo)東經(jīng)103°03'～104°50'、北緯24°19'～27°03'，境內(nèi)多數(shù)地方海拔1 800～2 000 m 之間，最高海拔4 017.3 m，最低海拔695 m。市境南北長302 km，東西寬180 km，面積28 904 km2，下轄一區(qū)一市七縣。2009 年末全市常住人口581.7 萬人，全市實現(xiàn)生產(chǎn)總值861.8 億元，全部工業(yè)增加值實現(xiàn)409.4 億元，按可比價計算增長12.6%，對經(jīng)濟增長貢獻(xiàn)率為48%。

1.2 A 值法

A 值法[6]屬于地區(qū)系數(shù)法，通過控制區(qū)總面積、各功能區(qū)面積，及總量控制系數(shù)A 值即可算出該環(huán)境控制區(qū)的總允許排放量，屬于宏觀控制。A 值法計算公式如下：

式中：Qa為控制區(qū)大氣污染物環(huán)境容量，104t/a；Qai為第i 控制區(qū)大氣污染物環(huán)境容量，104t/a；A為區(qū)域性總量控制系數(shù)，104km2/a；Csi為該分區(qū)污染物年均質(zhì)量濃度限值，mg/m3，Ⅰ類區(qū)按《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》年均一級標(biāo)準(zhǔn)選取，Ⅱ類區(qū)按《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》年均二級標(biāo)準(zhǔn)選取；Cb為環(huán)境背景質(zhì)量濃度，mg/m3；Si為分區(qū)控制區(qū)面積，km2；S 為總控制區(qū)面積，km2。

A 值確定：依據(jù)GB/T 3840—91 中的區(qū)域劃分選擇A 值范圍，曲靖市屬于第六類區(qū)域，A 值選取范圍為2.8～4.2，按照達(dá)標(biāo)率目標(biāo)90%計算得A 值為2.8+(4.2-2.8)×0.1=2.94。

1.3 污染因子、基準(zhǔn)年、規(guī)劃年、控制區(qū)劃分及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

國家下達(dá)的進(jìn)行環(huán)境容量測定的污染物為SO2，NO2和PM10，NO2難以測算的城市可以按NOX進(jìn)行測算。因此本文所設(shè)立的進(jìn)行環(huán)境容量核算的污染因子為SO2，NOX和PM10，核算的基準(zhǔn)年為2009 年，規(guī)劃年為2015 年。

根據(jù)曲靖市行政區(qū)劃及城市規(guī)劃，將曲靖市七縣一區(qū)一市分為9 個控制區(qū)，各區(qū)縣市的城市建成區(qū)劃為Ⅱ類控制區(qū)，執(zhí)行二類標(biāo)準(zhǔn)；其余劃為Ⅰ類控制區(qū)，執(zhí)行一類標(biāo)準(zhǔn)。曲靖市基準(zhǔn)年和規(guī)劃年的控制區(qū)面積如表1 所示。

表1 曲靖市基準(zhǔn)年和規(guī)劃年控制區(qū)劃分情況Table 1 Control area of base year and planning year distribute in Qujing city km2

根據(jù)環(huán)保部環(huán)發(fā)[2012]11 號文件曲靖市屬于環(huán)境空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)GB 3095—2012 實施第二階段(2013年)城市之一，因此各控制區(qū)基準(zhǔn)年執(zhí)行GB 3095—1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)劃年執(zhí)行GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。

1.4 環(huán)境背景值確定

環(huán)境背景值取值原則為：有環(huán)境例行監(jiān)測點的，可采用清潔對照監(jiān)測點的年平均數(shù)據(jù)。若清潔對照點難以代表區(qū)域清潔水平或清潔對照監(jiān)測點無年平均數(shù)據(jù)的，可參考國家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中年平均一級標(biāo)準(zhǔn)的50%～70%選取，SO2和NO2取50%～60%，PM10取60%～70%[7]。本文SO2按空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中年平均一級標(biāo)準(zhǔn)的50%選取，NOX背景值濃度為NO2的年平均一級標(biāo)準(zhǔn)的50%乘上1.25 的換算系數(shù)[6]，PM10按60%選取。由于空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 3095—1996 和GB 3095—2012中SO2，NO2和PM10的年均一級標(biāo)準(zhǔn)濃度值一致，因此基準(zhǔn)年和規(guī)劃年環(huán)境背景值質(zhì)量濃度取值相同，如表2 所示。

表2 背景值質(zhì)量濃度Table 2 Background concentration

2 研究結(jié)果

2.1 現(xiàn)狀環(huán)境容量核算結(jié)果

根據(jù)研究方法，對曲靖市SO2，NOX和PM10進(jìn)行現(xiàn)狀環(huán)境容量核算，并與排放量進(jìn)行比較，結(jié)果見表3。曲靖市各區(qū)縣市SO2，NOX和PM10排放量數(shù)據(jù)來源于“十一五”環(huán)境統(tǒng)計綜合年報信息系統(tǒng)中所給出的工業(yè)企業(yè)、生活及其他污染排放量，并將排放量匯總?cè)绫? 所示。

由表3 可以看出：2009 年曲靖市全控制區(qū)SO2，NOX和PM10的環(huán)境容量分別為14.932 6，36.445 7 和23.856 7 萬t，排放量均未超過其環(huán)境容量，9 個控制區(qū)除個別縣外均有富余的環(huán)境容量，其中，沾益縣和富源縣SO2排放量分別超出環(huán)境容量0.348 4 和3.341 2 萬t，這是由于沾益縣和富源縣火電廠SO2高排放量導(dǎo)致。

2.2 規(guī)劃年環(huán)境容量研究

2.2.1 規(guī)劃年主要污染物排放量預(yù)測

為了將規(guī)劃年環(huán)境容量與排放量進(jìn)行對比，本文還利用灰色模型對規(guī)劃年(“十二五”末)曲靖市污染物排放量進(jìn)行了預(yù)測。

污染物的排放與經(jīng)濟發(fā)展、人口規(guī)模、技術(shù)進(jìn)步、環(huán)境規(guī)制等相關(guān)，是一個灰色量。此次研究采用鄧聚龍[8]首創(chuàng)并得到廣泛應(yīng)用[9-15]的“部分信息未知而部分信息已知”灰色系統(tǒng)對污染物排放量進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)曲靖市2005—2009 年SO2，NOX和PM10排放量(見表4)，用GM(1,1)建模，得到污染物排放量預(yù)測模型。SO2，NOX和PM10排放量預(yù)測模型分別為：

根據(jù)劉思峰等[16]提出的GM(1,1)模型適用范圍可知：3 種污染物排放量GM(1,1)模型均可用于中長期預(yù)測，為了進(jìn)一步分析模型的可靠性，本文分別對模型進(jìn)行了后驗差檢驗，當(dāng)后驗比C≤0.35 和小誤差概率P≥0.95 時，模型可靠，這時可根據(jù)模型對系統(tǒng)行為進(jìn)行預(yù)測。經(jīng)檢驗SO2排放量預(yù)測模型C=0.71，P=0.75，模型精度不高，因此對模型進(jìn)行修正，首先對殘差進(jìn)行非負(fù)處理，其次對殘差進(jìn)行殘差GM(1,1)建模，進(jìn)一步修正GM(1,1)模型，修正后的預(yù)測模型為

表3 曲靖市SO2，NOX 和PM10 現(xiàn)狀環(huán)境容量與排放量Table 3 Environmental capacity and emission inventory of SO2, NOX and PM10 in Qujing city in 2009 104 t/a

表4 2005—2009 年曲靖市污染物年排放量Table 4 Qujing city pollutant emission in 2005—2009 104 t/a

式中：t=1，2，…，分別對應(yīng)2006 年，2007 年…。

經(jīng)殘差修正后的SO2排放量預(yù)測模型C=0.01，P=1，模型精度優(yōu)；NOX排放量預(yù)測模型C=0.02，P=1，模型精度優(yōu)；PM10排放量預(yù)測模型C=0.30，P=1，模型精度優(yōu)。3 種污染物排放量預(yù)測模型均可靠，可預(yù)測2015 年SO2，NOX和PM10排放量，預(yù)測結(jié)果如表5 所示。

2.2.2 規(guī)劃年環(huán)境容量與排放量比較

2015 年是“十二五”規(guī)劃末年，結(jié)合新的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對曲靖市進(jìn)行環(huán)境容量核算，并與排放量進(jìn)行比較，結(jié)果見表6。由表6 可知：“十二五”末NOX和PM10環(huán)境容量分別為36.445 6 和23.832 6 萬t，與排放量相比仍有富余的環(huán)境容量；SO2環(huán)境容量為15.254 9 萬t，排放量為21.897 4 萬t，超出環(huán)境容量6.642 5 萬t，這與曲靖市是云南省最大的能源生產(chǎn)地，集中了燃煤電力和典型重點工業(yè)(鋼鐵、銅冶煉、鉛鋅冶煉及焦化)等高強度SO2排放行業(yè)有極大關(guān)系，且隨著人口增長，消耗燃料增多，對SO2排放量增長有一定貢獻(xiàn)，因此導(dǎo)致排放量超出其自身環(huán)境容量。

表5 曲靖市2015 年SO2，NOX 和PM10 污染物排放量Table 5 SO2,NOX and PM10 pollutant emission in Qujing city in 2015 104 t

3 結(jié)論

1) 運用A 值法對曲靖市進(jìn)行了現(xiàn)狀年和規(guī)劃年的宏觀大氣環(huán)境容量核算，2009 年整個曲靖市SO2，NOX和PM10的環(huán)境容量與排放量比較均有富余量，但由于曲靖市火電廠主要分布在沾益縣和富源縣，SO2排放量高導(dǎo)致已超過兩縣自身環(huán)境容量。2015 年環(huán)境容量與GM(1,1)模型預(yù)測得到的排放量比較可知，整個曲靖市在“十二五”末NOX和PM10環(huán)境容量尚有富余，而SO2排放量將超過其自身環(huán)境容量，這與曲靖市為云南省最大的能源生產(chǎn)地，集中了燃煤電力和典型重點工業(yè)等高強度SO2排放行業(yè)有直接關(guān)系。因此，根據(jù)曲靖市能源、工業(yè)結(jié)構(gòu)、城市性質(zhì)、污染物排放等，在“十二五”期間大力推進(jìn)燃煤電廠污染減排、加快非電力重點行業(yè)污染防治、大力推廣清潔能源使用、加快機動車排氣污染防治步伐等措施削減SO2和控制NOX和PM10排放尤為必要。

表6 曲靖市2015 年SO2，NOX和PM10 環(huán)境容量和排放量Table 6 Atmospheric environmental capacity and emission of SO2, NOX and PM10 in Qujing city in 2015 104 t/a

2) 此次環(huán)境容量研究不僅能為曲靖市后續(xù)環(huán)境容量研究提供區(qū)域宏觀容量指導(dǎo)數(shù)據(jù)，還能為曲靖市污染物減排提供參考依據(jù)，并且對于中小工業(yè)城市環(huán)境容量測算研究具有借鑒價值。

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