易愛華，陳陸霞，李颯

(1.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境工程評估中心，北京 100012；2.國家環(huán)境保護環(huán)境影響評價數(shù)值模擬重點實驗室，北京 100012；3.北京尚云環(huán)境有限公司，北京 100081)

近年來，大氣細顆粒物PM2.5的污染問題，已逐漸成為關乎民生的重要議題[1-2]。隨著PM2.5被增設為《環(huán)境空氣質量標準》(GB 3095—2012)基本項目，建設項目/規(guī)劃項目環(huán)境影響評價工作也逐步開始了PM2.5的達標評價[3]。新修訂的《環(huán)境影響評價技術導則 大氣環(huán)境》(HJ 2.2—2018)(以下簡稱大氣導則)中明確提出“當建設項目/規(guī)劃項目排放的SO2和NOx年排放總量大于或等于500t/a時，評價因子應增加二次污染物PM2.5”。至此，PM2.5達標評價正式成為建設項目/規(guī)劃項目環(huán)境影響評價工作的重要內容之一[4]。

為解決建設項目環(huán)境影響評價中二次PM2.5影響預測問題，大氣導則在參考美國新源許可PM2.5影響預測方法[5]的基礎上，提出了多方案組合的二次PM2.5預測方法。當采用CALPUFF做進一步影響分析時，可選擇模型模擬法預測二次PM2.5；當采用其他中小尺度模型做進一步影響分析時，則可利用系數(shù)法快速計算二次PM2.5。

1 大氣導則推薦二次PM2.5預測方法

大氣導則要求“當建設項目/規(guī)劃項目排放的SO2和NOx年排放總量大于或等于500 t/a時，評價因子應增加二次污染物PM2.5”，同時規(guī)定對于規(guī)劃項目，當SO2和NOx年排放總量大于或等于2000 t/a時，應采用網(wǎng)格模型預測二次PM2.5；對于建設項目和SO2+NOx年排放總量小于2000 t/a的規(guī)劃項目，二次PM2.5預測方法有模型模擬法和系數(shù)法。新修訂導則推薦二次PM2.5預測方法見表1。

表1 二次污染物預測方法

2 模型模擬法介紹

大氣導則推薦的模型模擬法預測二次PM2.5根據(jù)預測模型的不同可以細分為兩種方法，一種是基于CMAQ、CAMx等區(qū)域光化學網(wǎng)格模型復雜的大氣物理和大氣化學轉化機制，精準預測二次PM2.5的方法；一種是基于CALPUFF簡單的化學轉化機制預測二次PM2.5的方法?？紤]到CMAQ、CAMx等區(qū)域光化學建模過程較為復雜、專業(yè)水平要求較高、預測周期相對較長等特點，大氣導則中規(guī)定網(wǎng)格模型模擬法僅適用于SO2+NOx≥2000t/a的規(guī)劃項目環(huán)境影響評價。建設項目環(huán)境影響評價過程中的模型模擬法則指CALPUFF模型模擬法，通過簡單的化學轉化機制模擬二次PM2.5的輸送、轉化過程，預測二次PM2.5。

根據(jù)A User’s Guide for the CALPUFF Dispersion Model(Version5)，CALPUFF預測二次PM2.5的化學轉化機制主要有以下三種[6]：

(3)自定義。允許用戶自定義24小時循環(huán)的化學轉化速率，但這一轉化速率只隨時間變化，在空間上是不變的。

實際模型模擬過程中，關于二次PM2.5的計算，用戶可以根據(jù)當?shù)氐臐穸葪l件、空氣氧化性等選擇MESOPUFF Ⅱ機制、RIVAD/ARM3機制中的一種，用于模擬二次PM2.5的轉化情況。一般地，模式中默認選項為MESOPUFF Ⅱ機制。

3 系數(shù)法介紹

大氣環(huán)境中的PM2.5按其來源主要分為兩類：一類是污染源直接排放的細顆粒物，稱為一次PM2.5；另一類是通過大氣中的化學過程使原來的氣態(tài)組分氧化而產(chǎn)生的細粒子，主要包括硫酸鹽、硝酸鹽和一些有機化合物，稱為二次PM2.5[7]。已有研究成果表明，PM2.5中二次顆粒物占有相當大的比重，而NOx和SO2作為二次顆粒物的前體物，在其生成過程中發(fā)揮著重要作用[8-9]。研究數(shù)據(jù)顯示，空氣細粒子組分中，硫酸鹽約占41%以上，硝酸鹽約占18%以上[10-15]。因此，研究空氣中SO2向硫酸鹽、NO2向硝酸鹽的轉化系數(shù)，即可簡單估算二次PM2.5濃度。

為說明區(qū)域達到平衡狀態(tài)下硫酸鹽/二氧化硫、硝酸鹽/二氧化氮濃度比例關系，大氣導則編制組基于李洋等人的研究思路，利用CAMx模型對轉化系數(shù)進行了再次計算，并與全國部分組份站二次PM2.5成分分析結果進行了比對驗證。同時為簡化計算過程、統(tǒng)一估算方法，最終確定轉換系數(shù)取全國統(tǒng)一值，即取SO2轉化系數(shù)φSO2=0.58、取NO2轉化系數(shù)φNO2=0.44。系數(shù)法計算二次PM2.5最終計算公式詳見公式(1)。

C二次PM2.5=φSO2×CSO2+φNO2×CNO2

(1)

式中：C二次PM2.5為PM2.5二次污染物質量濃度，μg/m3；φSO2、φNO2為SO2、NO2濃度換算為PM2.5濃度的系數(shù)；CSO2、CNO2為SO2、NO2的預測質量濃度，μg/m3。

4 兩種方法對比分析

4.1 基本情況概述

大氣導則提出的模型模擬法和系數(shù)法為建設項目二次PM2.5影響預測提供了有效的解決方案。但大氣導則對兩種方法的差異性并沒有給出具體說明，目前科研論文中也缺乏有關兩種方法預測結果差異水平的研究。為了進一步說明系數(shù)法中SO2和NOx轉化系數(shù)的合理性，驗證兩種方法在預測同一項目時預測結果的差異性，為實際工作中技術人員選擇合適的二次PM2.5預測方法提供指導，本文分別采用模型模擬法、系數(shù)法預測了不同地區(qū)SO2、NOx年排放總量≥500t/a的三個項目(項目基本情況見表2)二次PM2.5環(huán)境影響，并對預測結果進行了差異性分析。

表2 項目基本情況表

4.2 差異性分析

分別采用AERMOD系數(shù)法和CALPUFF模型模擬法預測二次PM2.5濃度，并做差值分析(差值=系數(shù)法預測值-模型模擬法預測值，正值代表AERMOD系數(shù)折算預測結果大于CALPUFF模擬預測結果，下同)。

差值分析結果表明，所選項目二次PM2.5日均濃度差值范圍為0.04μg/m3～4.75μg/m3，差值占標率最大值為6.33%，最小值為0.05%；二次PM2.5年均濃度差值范圍為0.02μg/m3～0.82μg/m3，占標率最大值為2.35%，最小值為0.06%。差值均為正值，表明AERMOD系數(shù)法預測結果較CALPUFF模型模擬法計算結果偏保守。

表3 各項目二次PM2.5日均濃度預測結果 單位：μg/m3

表4 各項目二次PM2.5年均濃度預測結果 單位：μg/m3

圖1 二次PM2.5日均濃度比值分析圖

圖2 二次PM2.5年均濃度比值分析圖

將AERMOD系數(shù)法和CALPUFF模型模擬法預測二次PM2.5濃度結果做比值分析[比值=(系數(shù)法預測值-模型模擬法預測值)/模型模擬法預測值，比值越大代表AERMOD系數(shù)折算預測結果與CALPUFF模擬預測結果差異越大，下同]。

比值分析結果表明，所選項目二次PM2.5日均濃度比值均值為2.25，最大值為5.16，最小值為0.08；二次PM2.5年均濃度比值均值為10.71，最大值為26.22，最小值為0.89。同一項目同一敏感點處二次PM2.5年均濃度比值普遍大于日均濃度比值，兩種方法在預測二次PM2.5日均濃度時差異較小。

5 小 結

大氣導則在參考美國新源許可PM2.5影響預測方法的基礎上，提出了多方案組合的二次PM2.5預測方法。當采用CALPUFF做進一步影響分析時，可選擇模型模擬法預測二次PM2.5，共有MESOPUFF Ⅱ、RIVAD/ARM3和自定義三種轉化機制可選擇；當采用其他中小尺度模型做進一步影響分析時，則可利用系數(shù)法快速計算二次PM2.5。大氣導則最終確定SO2轉化系數(shù)為0.58、NO2轉化系數(shù)為0.44。分別采用模型模擬法和系數(shù)法預測了不同地區(qū)SO2、NOx年排放總量≥500 t/a的三個項目二次PM2.5環(huán)境影響。結果表明，AERMOD系數(shù)法計算結果較CALPUFF模型模擬法計算結果偏保守，在預測二次PM2.5日均濃度時，AERMOD系數(shù)法與CALPUFF模型模擬法的比值范圍為0.08～5.16，均值為2.35；在預測二次PM2.5年均濃度時兩種方法比值范圍為0.89～26.22，均值為10.71；兩種方法在預測二次PM2.5日均濃度時差異較小。