彭 珍，劉 夢(mèng)，馬嘉琪，魏亞坤，郭 威，蔡國文

(北京石油化工學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 102617)

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大氣污染源排放清單及其信息化建設(shè)

彭 珍，劉 夢(mèng)，馬嘉琪，魏亞坤，郭 威，蔡國文

(北京石油化工學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 102617)

為了實(shí)現(xiàn)大氣污染源排放清單的信息化，在對(duì)大氣污染排放清單研究的基礎(chǔ)上，通過對(duì)大氣污染源排放清單的分析與污染資料采集的規(guī)范化，采用瀏覽器/服務(wù)器(B/S)軟件架構(gòu)模式和MVC的設(shè)計(jì)模式建立了大氣污染源排放清單信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)可供查詢大氣污染源排放的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染源的計(jì)算與分析，為大氣污染源管理與污染排放決策提供了信息支持。

大氣污染;污染源；排放清單;信息系統(tǒng);排放決策

當(dāng)前，我國大氣污染形勢(shì)十分嚴(yán)峻，以細(xì)顆粒物(PM2.5)為標(biāo)志的區(qū)域性大氣復(fù)合污染問題日益突出，大氣灰霾事件在我國許多地區(qū)頻繁出現(xiàn)，大氣污染已對(duì)居民的生活與健康產(chǎn)生了極大的不良影響。大氣污染源排放清單[1-2]是大氣污染模式重要的起始輸入，是研究空氣污染物在大氣中物理化學(xué)過程的先決條件，對(duì)確立合適的減排方案具有重要的作用。雖然我國已經(jīng)在國家、區(qū)域等層面上建立了大氣污染源排放清單，但因大氣污染清單是動(dòng)態(tài)變化的，目前缺乏對(duì)列表信息的動(dòng)態(tài)管理能力，亟需一種信息化的方式與方法為之架構(gòu)與管理。據(jù)此，筆者根據(jù)大氣污染源列表的特征，實(shí)現(xiàn)了大氣污染源排放清單的信息化。在污染源、污染物信息收集與分析的基礎(chǔ)上，從信息系統(tǒng)的角度采用瀏覽器/服務(wù)器(B/S)軟件架構(gòu)模式和MVC的設(shè)計(jì)模式[3]，實(shí)現(xiàn)了對(duì)污染源、污染排放的信息化管理和建設(shè)，便于從中查詢大氣污染源、污染物排放情況，也便于大氣污染源列表的動(dòng)態(tài)更新與統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

1 大氣污染源排放清單研究

為了掌握全國或區(qū)域污染排放來源和排放量情況，各研究團(tuán)體開展了大氣污染源排放清單的編制工作。大氣污染源排放清單是基于對(duì)某一區(qū)域某段時(shí)期污染情況的調(diào)研，通過統(tǒng)計(jì)分析等方法建立起來的，該清單是區(qū)域污染來源、污染物排放等污染信息分析的基礎(chǔ)。

從污染源的角度，即從機(jī)動(dòng)車、生物質(zhì)、煤炭等污染源展開研究。如北京大學(xué)以中國2002年各省統(tǒng)計(jì)年鑒中關(guān)于機(jī)動(dòng)車和道路信息的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并根據(jù)COPERT III模型計(jì)算出2002年中國各省區(qū)各種機(jī)動(dòng)車類型在城區(qū)、郊區(qū)和高速公路3種行駛工況下的排放因子，應(yīng)用GIS技術(shù)建立了中國機(jī)動(dòng)車的排放源清單[4-5]；黃奕瑋等[6]通過對(duì)江蘇地區(qū)的不同車型和道路類型的機(jī)動(dòng)車排放的污染物進(jìn)行調(diào)研和分析，基于國內(nèi)實(shí)測(cè)的排放因子法和COPERT模型法得到2012年的機(jī)動(dòng)車的大氣排放清單；田賀忠等[7]根據(jù)2000—2007年山東、河南、黑龍江、安徽、河北等省區(qū)秸稈或薪柴燃燒、牲畜糞便生物質(zhì)燃燒消耗量和排放因數(shù)量，建立了中國生物質(zhì)燃燒的大氣污染物排放清單；劉湛等[8]根據(jù)2012年長株潭區(qū)域生物質(zhì)產(chǎn)量和露天焚燒數(shù)據(jù)，通過物料平衡、經(jīng)驗(yàn)估算等方法，估算了長株潭區(qū)域生物質(zhì)開放燃燒所排放的大氣污染物量，建立了2012年長株潭區(qū)域生物質(zhì)開放燃燒的大氣污染清單；潘濤等[9]對(duì)北京、天津、石家莊、南京和鄭州地區(qū)火力發(fā)電(電站鍋爐)、工業(yè)生產(chǎn)和供熱(工業(yè)鍋爐)、炊事及居民消費(fèi)(炊事及冬季供暖)情況進(jìn)行調(diào)研，基于抽樣調(diào)查法、衛(wèi)星遙感法建立了民用燃煤的大氣污染物排放清單，對(duì)煤炭在燃燒過程中產(chǎn)生的SO2等污染性氣體進(jìn)行了分析；程鐘等[10]在污染源普查和環(huán)境統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用排放系數(shù)、模型測(cè)算、物料平衡、經(jīng)驗(yàn)估算等方法定量測(cè)算，在對(duì)工業(yè)企業(yè)、機(jī)動(dòng)車、建筑工地、秸稈焚燒等20多類排放源的研究基礎(chǔ)上，建立2011年常州市大氣污染物排放清單。

從污染物的角度，即包括各類氣體污染物、顆粒物和有色金屬污染物的排放清單。趙斌等[11]通過對(duì)天津市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活的統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行調(diào)研，采用能反映國內(nèi)狀況的排放因子，計(jì)算得到天津市各行業(yè)、各區(qū)縣氮氧化合物、二氧化硫、非甲烷揮發(fā)性有機(jī)物、一氧化碳、氨氣、可吸入顆粒物(PM10)、細(xì)顆粒物污染物(PM2.5)的排放量，發(fā)展了天津市2003年排放源清單；孫雪莉[12]通過對(duì)河北省工業(yè)和重點(diǎn)源無組織地調(diào)研，利用系數(shù)推算和排放因子等方法核算二氧化硫、總懸浮顆粒物、可吸入顆粒物、氮氧化合物、一氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放量，得到河北省大氣污染源排放清單；王錦等[13]根據(jù)2013年北京市工業(yè)、農(nóng)業(yè)和居民生活的統(tǒng)計(jì)資料，以及中國汽車工業(yè)年鑒，計(jì)算了北京市不同行業(yè)二氧化硫、氮氧化合物及可吸入顆粒物排放量，建立了北京市2013 年大氣污染物排放清單；謝瓊芳等[14]通過對(duì)南寧市大氣污染的資料進(jìn)行收集、分析、調(diào)研、估算，得到大氣污染物二氧化硫、氮氧化合物、一氧化碳、可吸入顆粒物、細(xì)顆粒物、揮發(fā)性有機(jī)化合物等主要排放源，編制了2012年南寧市空氣質(zhì)量排放清單；鄭新梅等[15]采用問卷調(diào)查的方法調(diào)研了南京市的電力行業(yè)狀況，并結(jié)合2014年環(huán)境統(tǒng)計(jì)資料，根據(jù)環(huán)保部推薦的大氣污染物排放清單制定指南，建立了2014年電力行業(yè)SO2污染物排放清單；曲益萍[16]通過對(duì)全國典型有害元素汞、砷、硒進(jìn)行調(diào)研與分析，采用自下而上的排放因子法，得到汞、砷、硒污染物的大氣排放清單；王堃等[17]以中國鋼鐵工業(yè)年鑒等統(tǒng)計(jì)資料為基礎(chǔ)，采用自下而上的排放因子法，制定了2011年中國鋼鐵行業(yè)的大氣排放清單，并估算出2011年全國各省區(qū)鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)導(dǎo)致的典型有害重金屬(汞、鉛、鎘、砷、鉻、鎳)大氣排放量。

以清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院為代表的科研團(tuán)隊(duì)從污染物種類和污染源種類兩個(gè)方向出發(fā)，基于各類統(tǒng)計(jì)資料與實(shí)際調(diào)研，編制了全國2015年的大氣污染物源排放清單。總結(jié)大氣污染排放清單編制的貢獻(xiàn)，主要包括：①大氣污染排放清單提供了產(chǎn)生一次污染物的污染源種類，建立了污染源與污染物之間的相關(guān)性，如PM2.5污染物的污染源，在產(chǎn)業(yè)級(jí)有固定燃燒源、工藝過程源和移動(dòng)源3大類。②大氣污染排放清單為大氣污染源進(jìn)行了分級(jí)，實(shí)現(xiàn)了大氣污染源的精細(xì)化分類，如圖1所示。最新的大氣污染源排放清單將污染源分為四級(jí)，第一級(jí)為產(chǎn)業(yè)級(jí)，第二級(jí)為行業(yè)/部門級(jí)，第三級(jí)為燃料/產(chǎn)品級(jí)，第四級(jí)為燃燒/工藝級(jí)，最后還有末端控制技術(shù)。以一次污染物PM2.5的污染源排放清單為例，第一級(jí)產(chǎn)業(yè)污染源分為固定燃燒源、工藝過程源和移動(dòng)源三大類，其中固定污染源又包括電力、供熱、工業(yè)、民用等二級(jí)污染源，工業(yè)污染源的三級(jí)燃料源包括煤炭、柴油、燃料油、天然氣等，天然氣的燃燒工藝源又細(xì)化為流化床爐、層燃爐等。③大氣污染源清單中給出了污染源在不同燃燒/工藝過程中一次污染物產(chǎn)生系數(shù)、污染控制技術(shù)對(duì)污染物去除效率的計(jì)算方法，如對(duì)于固定燃燒源中的第四級(jí)排放源，PM10排放量E可通過式(1)和式(2)計(jì)算得到：

(1)

(2)

式中：A為第四級(jí)排放源對(duì)應(yīng)的燃料消耗量，若排放源為點(diǎn)源則A為該點(diǎn)源的活動(dòng)水平，若排放源為面源則A表示最小行政區(qū)單元(一般為街道或區(qū)縣)的活動(dòng)水平；EF為一次PM10產(chǎn)生系數(shù)；η為污染控制技術(shù)對(duì)PM10去除效率；Aar為平均燃煤收到基灰分；ar為灰分進(jìn)入底灰的比例；fPM10為總顆粒物中PM10所占比例。這些系數(shù)反映了活動(dòng)水平與一次污染物排放之間的量化關(guān)系。

圖1 大氣污染排放清單分級(jí)——以PM 2.5為例

從大氣污染排放清單研究中可以看到，研究工作主要集中在區(qū)域大氣污染源排放清單編制上，而這些大氣污染源排放清單的時(shí)間或區(qū)域各不相同，清單中的排放因子等重要參數(shù)也不盡相同，加之編制工作中存在的不確定性，因此可能會(huì)出現(xiàn)不同的版本信息，且更新不及時(shí)，最終無法對(duì)污染源信息很好地進(jìn)行管理和掌握。也正是由于排放清單信息量的龐大與管理的動(dòng)態(tài)性，手動(dòng)管理污染源信息已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。因此，需要從資訊化的角度，將這些污染源排放清單進(jìn)行合理化管理和自動(dòng)化作業(yè)。

2 大氣污染源排放清單信息化

2.1 信息系統(tǒng)建設(shè)的依據(jù)

從現(xiàn)實(shí)問題出發(fā)，需要經(jīng)過信息抽象、物理建模的過程，才能構(gòu)建出一個(gè)適應(yīng)現(xiàn)實(shí)需求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這是人類對(duì)管理信息系統(tǒng)認(rèn)知的思維過程。相應(yīng)地，現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的信息化建設(shè)需要通過系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)到系統(tǒng)實(shí)施的步驟來完成開發(fā)[18]，管理信息系統(tǒng)開發(fā)與認(rèn)知的關(guān)系與過程如圖2所示。

圖2 管理信息系統(tǒng)開發(fā)與認(rèn)知的關(guān)系與過程

大氣污染源排放清單信息化就是根據(jù)大氣污染源排放清單編制技術(shù)指南，在對(duì)北京市大氣污染源數(shù)據(jù)進(jìn)行收集的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)建立了一個(gè)大氣污染源排放清單信息系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)分析

系統(tǒng)分析更貼近使用者，將解決的現(xiàn)實(shí)問題作為一個(gè)系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)要素進(jìn)行綜合分析，將用戶比較籠統(tǒng)的需求分析成研發(fā)能夠理解的需求。系統(tǒng)分析的主要任務(wù)是：了解現(xiàn)行系統(tǒng)的運(yùn)作方式，理解對(duì)現(xiàn)行系統(tǒng)的改進(jìn)和新系統(tǒng)的需求，并將對(duì)新系統(tǒng)需求的理解用標(biāo)準(zhǔn)的工具表達(dá)出來，也就是邏輯建模。筆者基于對(duì)大氣污染源排放清單的理解與分析，以行業(yè)污染源和燃料污染源為主線，實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣污染源排放清單系統(tǒng)的邏輯建摸。以資料庫分析為例，構(gòu)件實(shí)體與實(shí)體之間關(guān)系的E-R圖[19]，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)圖—E-R圖

圖3描繪了污染排放系統(tǒng)中涉及到的實(shí)體(行業(yè)污染源、燃料污染源、活動(dòng)水平、污染物)及實(shí)體之間的靜態(tài)聯(lián)系(燃料與行業(yè)污染源關(guān)系、活動(dòng)水平與燃料污染源關(guān)系、污染物與行業(yè)污染源關(guān)系)，每個(gè)實(shí)體或?qū)嶓w間聯(lián)系都有自身的屬性(如活動(dòng)水平的主要屬性有地區(qū)、年份、活動(dòng)水平值)。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出能滿足預(yù)定目標(biāo)的系統(tǒng)過程。其是對(duì)系統(tǒng)分析的細(xì)化和具體化，面向的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、設(shè)計(jì)系統(tǒng)的模塊層次結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)以及模塊的控制流程，即完成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物理構(gòu)建。筆者采用的MVC框架設(shè)計(jì)模式，即模型-視圖-控制器，基于面向?qū)ο骍ML的建模思想[20]，對(duì)大氣污染源排放清單系統(tǒng)進(jìn)行物理建模。以污染物排放量的計(jì)算為例，其動(dòng)態(tài)功能設(shè)計(jì)以順序圖體現(xiàn)，如圖4所示。

圖4 污染物排放量計(jì)算的系統(tǒng)順序圖

污染物排放量計(jì)算的具體步驟為：

(1)在主界面中單擊“進(jìn)入計(jì)算界面”，完成計(jì)算界面(視圖層V)的初始化，具體過程為：①通過初始化方法發(fā)送獲取污染物的請(qǐng)求至污染物控制類(控制層C)；②通過污染物實(shí)體類(模型層M)的獲得污染物方法獲取相關(guān)信息；③將獲得的污染物信息加載到計(jì)算界面(視圖層V)的污染物選擇框中。

(2)在計(jì)算界面(視圖層V)的污染物列表中選擇要計(jì)算的污染物。

(3)在計(jì)算界面(視圖層V)中選擇計(jì)算的年份。

(4)激活計(jì)算界面(視圖層V)中的計(jì)算按鈕，完成以下3個(gè)過程：①通過計(jì)算方法發(fā)送計(jì)算排放量的請(qǐng)求到活動(dòng)水平控制類(控制層C)中；②通過調(diào)用活動(dòng)水平實(shí)體類(模型層M)的排放量計(jì)算方法得到該污染物在對(duì)應(yīng)年份的排放量；③將獲得的排放量信息加載到計(jì)算界面(視圖層V)中。

2.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，使用瀏覽器/服務(wù)器(B/S)軟件架構(gòu)，采用Web工具M(jìn)yEclipse 10和數(shù)據(jù)庫Mysql 5.5為開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)了大氣污染源排放清單信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)如圖5所示。

圖5 大氣污染源排放清單信息管理系統(tǒng)的網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

系統(tǒng)提供了兩類身份即管理員和普通使用者兩級(jí)。管理員可以對(duì)系統(tǒng)所有的信息進(jìn)行管理，包括對(duì)污染物信息、污染源信息、活動(dòng)水平信息、用戶信息的增加、刪除、更新和查詢以及污染物排放量的統(tǒng)計(jì)計(jì)算等。如圖6所示為燃料污染源的管理界面示意圖。普通用戶只能獲得系統(tǒng)中用戶自身的管理、污染物信息、污染源信息、活動(dòng)水平信息、污染物排放量的查詢服務(wù)。

圖6 燃料污染源的管理界面示意圖

3 結(jié)論

為了更高效地管理與利用大氣污染排放清單，筆者在對(duì)大氣污染源排放清單研究與分析的基礎(chǔ)上，提出了大氣污染源排放清單信息系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的方法與步驟，通過該系統(tǒng)能夠及時(shí)地更新大氣污染源排放清單數(shù)據(jù)信息，統(tǒng)計(jì)污染排放數(shù)據(jù)，提供全面、靈活、有效的污染信息。

[1] 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.新一批大氣污染物源排放列表編制技術(shù)指南發(fā)布涉及大氣可吸入顆粒物(PM10)、道路機(jī)動(dòng)車、非道路移動(dòng)源、生物質(zhì)燃燒源、揚(yáng)塵顆粒物等[EB/OL].(2015-01-13)[2016-11-23].http://www.mep.gov.cn/xxgk/hjyw/201501/t20150113_294091.htm.

[2] 賀克斌.中國大氣污染物排放清單編制方法及技術(shù)難點(diǎn)[R].北京:清華大學(xué),2015.

[3] 牛德雄,陳華政,李彬,等.基于MVC的JSP軟件開發(fā)案例教程[M].北京：清華大學(xué)出版社,2014:115-145.

[4] 宋翔字,謝紹東.中國機(jī)動(dòng)車排放清單的建立[J].環(huán)境科學(xué),2006,27(6):1041-1045.

[5] 謝紹東,宋翔宇,申新華.應(yīng)用COPERTIII模型計(jì)算中國機(jī)動(dòng)車排放因子[J].環(huán)境科學(xué),2006,27(3):415-419.

[6] 黃奕瑋,趙瑜,楊楊,等.基于不同方法的省級(jí)機(jī)動(dòng)車大氣污染物排放清單研究:以江蘇省為例[EB/OL].(2016-07-18)[2016-11-23].http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/201607-175.

[7] 田賀忠,趙丹,王艷.中國生物質(zhì)燃燒大氣污染物排放清單[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011,31(2)：349-357.

[8] 劉湛,李貝睿,尤翔宇,等.長株潭區(qū)域生物質(zhì)開放燃燒的大氣污染物排放清單及不確定性分析[J].環(huán)境污染與防治,2016,38(1):23-29.

[9] 潘濤,薛亦峰,鐘連紅,等.民用燃煤大氣污染物排放清單的建立方法及應(yīng)用[J].環(huán)境保護(hù),2016,44(6):20-24.

[10] 程鐘,章建寧,周俊,等.常州市大氣污染物排放列表及分布特征[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù),2016,28(3):24-28.

[11] 趙斌,馬建中.天津市大氣污染源排放清單的建立[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008,28(2):368-375.

[12] 孫雪莉.河北省大氣污染源清單建立及影響北京市大氣污染的敏感源篩選[D].北京:北京工業(yè)大學(xué),2007.

[13] 王錦，吉奕康.北京市主要大氣污染源清單及火電廠排放污染物對(duì)霧霾天氣的影響[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào),2015,39(1):78-82.

[14] 謝瓊芳,李偉鏗,龔明睿,等.南寧市大氣污染物排放清單編制及結(jié)果分析[J].中國化工貿(mào)易,2016(3):278-279.

[15] 鄭新梅,李文青.南京市電力行業(yè)二氧化硫排放清單的建立及減排建議[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2016,22(6):106-107.

[16] 曲益萍.典型有害痕量元素汞、砷、硒大氣排放清單研究[D].北京：北京師范大學(xué),2010.

[17] 王堃，滑申冰，田賀忠，等.2011年中國鋼鐵行業(yè)典型有害重金屬大氣排放清單[J].中國環(huán)境科學(xué)，2015,35(10):2934-2938.

[18] 杜娟,趙春艷,王洪英,等.信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2014:8-22.

[19] 葉潮流,章義剛,吳偉，等.數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社,2016:4-17.

[20] 胡智喜,唐學(xué)忠,殷凱.UML面向?qū)ο笙到y(tǒng)分析與設(shè)計(jì)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社,2014:80-96.

PENG Zhen:Assoc. Prof.; School of Economics and Management,Beijing Institute of Petrochemical Technology, Beijing 102617, China.

Atmospheric Pollution Source Emission Inventory and Informatization Construction

PENGZhen,LIUMeng,MAJiaqi,WEIYakun,GUOWei,CAIGuowen

In order to informationize the atmospheric pollution emission, this study sets up an information system of atmospheric pollution emission inventory by browser/server (B/S) software architecture model and MVC design model on the base of analysis of atmospheric pollution emission inventory and of the data collection and data normalization. The system can supply information of atmospheric pollution emission, calculate and analyze the pollution sources, and subsequently provide information supports for the management of atmospheric pollution source, and decision making for atmospheric pollution emission.

atmospheric pollution; pollution source； emission inventory; information system; emission decision

2095-3852(2017)02-0181-05

A

2016-11-23.

彭珍(1981-)，女，山東菏澤人，北京石油化工學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院副教授，主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘與信息系統(tǒng).

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (71601022)；北京市社科基金項(xiàng)目(15JDJGB028)；北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(4173074)；北京市URT基金項(xiàng)目(2016J00152，2016J00153).

TP39

10.3963/j.issn.2095-3852.2017.02.013