曲靖市大气环境容量研究

普丽¹，易红宏 ²，唐晓龙²，马洁云¹，袁琴¹，王访¹，王盼¹

(1. 昆明理工大学 环境科学与工程学院，云南 昆明，650500；

2. 北京科技大学 土木与环境工程学院，北京，100083)

摘要：为了协调曲靖市经济、环境可持续发展，合理利用容量资源，选用基于达标保证率90%下的A值法对曲靖市进行现状环境容量核算，结合新的空气质量标准核算“十二五”规划末环境容量，并与灰色模型GM(1,1)预测得到的污染物排放量进行对比分析。研究结果表明：曲靖市2009年SO₂，NO_X和PM₁₀环境容量分别为14.932 6，36.445 7和23.856 7万t，排放量均未超过其环境容量；2015年曲靖市SO₂，NO_X和PM₁₀环境容量与预测得到的排放量相比，NO_X和PM₁₀环境容量仍有富余，而SO₂排放量将超出环境容量6.642 5万t。针对“十二五”末排放量超过环境容量这种状况，对曲靖市“十二五”期间污染物减排提出建议。

关键词：环境容量；A值法；灰色模型；“十二五”减排规划

中图分类号：X51          文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2014)10-3700-05

Atmospheric environmental capacity calculation in Qujing city

PU Li¹, YI Honghong², TANG Xiaolong², MA Jieyun¹, YUAN Qin¹, WANG Fang¹, WANG Pan¹

(1. College of Environmental Science and Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China;

2. School of Civil & Environment Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)

Abstract: In order to coordinate the sustainable development between economy and environment of Qujing city, and reasonably utilize the environmental capacity, a value method based on standard guarantee ratio of 90% was selected for accounting the status of environmental capacity of Qujing city. The environmental capacity was calculated using the new air quality standards at the end of the 12th Five Year pollution reduction plan. The air pollution emissions that were forecasted by grey model GM (1,1) were compared with the environmental capacity of the 12th Five-Year pollution reduction plan. The results indicate that the Qujing city air pollutant emissions of SO₂, NO_X and PM₁₀ are 149 326,365 457 and 238 567 t, respectively, do not exceed their environmental capacity in 2009; the environmental capacities of NO_X and PM₁₀ are still abundant in 2015, while SO₂ emissions will exceed the environmental capacity of 6.642 5 t. In view of this situation, some suggestions about Qujing City during the 12th Five-Year pollutant reduction plan were put forward.

Key words: environmental capacity; A value method; grey model; 12th Five-Year pollutant reduction plan

大气环境容量是指在给定的区域内，达到环境空气保护目标而允许排放的大气污染物总量，是制定大气污染物总量控制的基础和归属^[1]。有效的核定大气环境容量能够为区域大气污染控制、环境规划及合理利用有限的大气环境容量资源提供科学的参考依据，同时促进管理的科学化和系统化。曲靖市是2002年国家下达的进行环境容量测算的重点城市之一，是云南省第二大城市，是滇东中心城市及陆路交通枢纽，以卷烟、机械、能源、化工、食品、冶金工业为主的现代化综合工业基地，据云南省污染物排放清单研究表明^[2]曲靖市SO₂和PM₁₀排放量居云南省首位。因此，研究其环境容量并合理利用容量资源，对曲靖市经济、环境协调可持续发展具有重要意义。本研究选用A值法对曲靖市进行环境容量测算，能够提供区域宏观的容量指导数据，为后续曲靖市环境容量研究工作打下基础，并为中小工业城市环境容量测算研究提供参考依据。已有的A值法环境容量核算的文献大部分集中在A值的修正算法^[3-5]，而本文作者利用达标保证率下的A值在研究现状环境容量的基础上，结合新的GB 3095—2012《环境空气质量标准》对“十二五”末曲靖市环境容量进行核算，并与灰色模型GM(1,1)预测得到的污染物排放量进行对比分析，同时对曲靖市“十二五”期间污染物减排提出建议。

1  研究方法

1.1  研究区域概述

曲靖市位于云南省东部，地处金沙江、珠江两大水系分水岭地带，地理坐标东经103°03'~104°50'、北纬24°19'~27°03'，境内多数地方海拔1 800~2 000 m之间，最高海拔4 017.3 m，最低海拔695 m。市境南北长302 km，东西宽180 km，面积28 904 km²，下辖一区一市七县。2009年末全市常住人口581.7万人，全市实现生产总值861.8亿元，全部工业增加值实现409.4亿元，按可比价计算增长12.6%，对经济增长贡献率为48%。

1.2  A值法

A值法^[6]属于地区系数法，通过控制区总面积、各功能区面积，及总量控制系数A值即可算出该环境控制区的总允许排放量，属于宏观控制。A值法计算公式如下：

式中：Q_a为控制区大气污染物环境容量，10⁴ t/a；Q_ai为第i控制区大气污染物环境容量，10⁴ t/a；A为区域性总量控制系数，10⁴ km²/a；C_si为该分区污染物年均质量浓度限值，mg/m³，Ⅰ类区按《环境空气质量标准》年均一级标准选取，Ⅱ类区按《环境空气质量标准》年均二级标准选取；C_b为环境背景质量浓度，mg/m³；S_i为分区控制区面积，km²；S为总控制区面积，km²。

A值确定：依据GB/T 3840—91中的区域划分选择A值范围，曲靖市属于第六类区域，A值选取范围为2.8~4.2，按照达标率目标90%计算得A值为2.8+(4.2-2.8)×0.1=2.94。

1.3  污染因子、基准年、规划年、控制区划分及执行标准

国家下达的进行环境容量测定的污染物为SO₂，NO₂和PM₁₀，NO₂难以测算的城市可以按NO_X进行测算。因此本文所设立的进行环境容量核算的污染因子为SO₂，NO_X和PM₁₀，核算的基准年为2009年，规划年为2015年。

根据曲靖市行政区划及城市规划，将曲靖市七县一区一市分为9个控制区，各区县市的城市建成区划为Ⅱ类控制区，执行二类标准；其余划为Ⅰ类控制区，执行一类标准。曲靖市基准年和规划年的控制区面积如表1所示。

表1  曲靖市基准年和规划年控制区划分情况

Table 1  Control area of base year and planning year distribute in Qujing city          km²

根据环保部环发[2012]11号文件曲靖市属于环境空气质量新标准GB 3095—2012实施第二阶段(2013年)城市之一，因此各控制区基准年执行GB 3095—1996《环境空气质量标准》，规划年执行GB 3095—2012《环境空气质量标准》。

1.4  环境背景值确定

环境背景值取值原则为：有环境例行监测点的，可采用清洁对照监测点的年平均数据。若清洁对照点难以代表区域清洁水平或清洁对照监测点无年平均数据的，可参考国家空气质量标准中年平均一级标准的50%~70%选取，SO₂和NO₂取50%~60%，PM₁₀取60%~70%^[7]。本文SO₂按空气质量标准中年平均一级标准的50%选取，NO_X背景值浓度为NO₂的年平均一级标准的50%乘上1.25的换算系数^[6]，PM₁₀按60%选取。由于空气质量标准GB 3095—1996和GB 3095—2012中SO₂，NO₂和PM₁₀的年均一级标准浓度值一致，因此基准年和规划年环境背景值质量浓度取值相同，如表2所示。

表2  背景值质量浓度

Table 2  Background concentration

2  研究结果

2.1  现状环境容量核算结果

根据研究方法，对曲靖市SO₂，NO_X和PM₁₀进行现状环境容量核算，并与排放量进行比较，结果见表3。曲靖市各区县市SO₂，NO_X和PM₁₀排放量数据来源于“十一五”环境统计综合年报信息系统中所给出的工业企业、生活及其他污染排放量，并将排放量汇总如表3所示。

由表3可以看出：2009年曲靖市全控制区SO₂，NO_X和PM₁₀的环境容量分别为14.932 6，36.445 7和23.856 7万t，排放量均未超过其环境容量，9个控制区除个别县外均有富余的环境容量，其中，沾益县和富源县SO₂排放量分别超出环境容量0.348 4和3.341 2万t，这是由于沾益县和富源县火电厂SO₂高排放量导致。

2.2  规划年环境容量研究

2.2.1  规划年主要污染物排放量预测

为了将规划年环境容量与排放量进行对比，本文还利用灰色模型对规划年(“十二五”末)曲靖市污染物排放量进行了预测。

污染物的排放与经济发展、人口规模、技术进步、环境规制等相关，是一个灰色量。此次研究采用邓聚龙^[8]首创并得到广泛应用^[9-15]的“部分信息未知而部分信息已知”灰色系统对污染物排放量进行预测。根据曲靖市2005—2009年SO₂，NO_X和PM₁₀排放量(见表4)，用GM(1,1)建模，得到污染物排放量预测模型。SO₂，NO_X和PM₁₀排放量预测模型分别为：

SO₂排放量预测模型：(t+1)=7.941 390·e^{0.066 573t}，(t=1，2，…，分别对应2006年，2007年…)

NO_X排放量预测模型：(t+1)=7.757 343·e^{0.079 191t}，(t=1，2，…，分别对应2007年，2008年…)

PM₁₀排放量预测模型：(t+1)=9.599 514·e^{-0.076 575t}，(t=1，2，…，分别对应2006年，2007年…)

根据刘思峰等^[16]提出的GM(1,1)模型适用范围可知：3种污染物排放量GM(1,1)模型均可用于中长期预测，为了进一步分析模型的可靠性，本文分别对模型进行了后验差检验，当后验比C≤0.35和小误差概率P≥0.95时，模型可靠，这时可根据模型对系统行为进行预测。经检验SO₂排放量预测模型C=0.71，P=0.75，模型精度不高，因此对模型进行修正，首先对残差进行非负处理，其次对残差进行残差GM(1,1)

建模，进一步修正GM(1,1)模型，修正后的预测模型为

(t+1)=

式中：t=1，2，…，分别对应2006年，2007年…。

表3  曲靖市SO₂，NO_X和PM₁₀现状环境容量与排放量

Table 3  Environmental capacity and emission inventory of SO₂, NO_X 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

经残差修正后的SO₂排放量预测模型C=0.01，P=1，模型精度优；NO_X排放量预测模型C=0.02，P=1，模型精度优；PM₁₀排放量预测模型C=0.30，P=1，模型精度优。3种污染物排放量预测模型均可靠，可预测2015年SO₂，NO_X和PM₁₀排放量，预测结果如表5所示。

2.2.2  规划年环境容量与排放量比较

2015年是“十二五”规划末年，结合新的空气质量标准对曲靖市进行环境容量核算，并与排放量进行比较，结果见表6。由表6可知：“十二五”末NO_X和PM₁₀环境容量分别为36.445 6和23.832 6万t，与排放量相比仍有富余的环境容量；SO₂环境容量为15.254 9万t，排放量为21.897 4万t，超出环境容量6.642 5万t，这与曲靖市是云南省最大的能源生产地，集中了燃煤电力和典型重点工业(钢铁、铜冶炼、铅锌冶炼及焦化)等高强度SO₂排放行业有极大关系，且随着人口增长，消耗燃料增多，对SO₂排放量增长有一定贡献，因此导致排放量超出其自身环境容量。

表5  曲靖市2015年SO₂，NO_X和PM₁₀污染物排放量

Table 5  SO₂, NO_X and PM₁₀ pollutant emission in Qujing city in 2015              10⁴ t

3  结论

1) 运用A值法对曲靖市进行了现状年和规划年的宏观大气环境容量核算，2009年整个曲靖市SO₂，NO_X和PM₁₀的环境容量与排放量比较均有富余量，但由于曲靖市火电厂主要分布在沾益县和富源县，SO₂排放量高导致已超过两县自身环境容量。2015年环境容量与GM(1,1)模型预测得到的排放量比较可知，整个曲靖市在“十二五”末NO_X和PM₁₀环境容量尚有富余，而SO₂排放量将超过其自身环境容量，这与曲靖市为云南省最大的能源生产地，集中了燃煤电力和典型重点工业等高强度SO₂排放行业有直接关系。因此，根据曲靖市能源、工业结构、城市性质、污染物排放等，在“十二五”期间大力推进燃煤电厂污染减排、加快非电力重点行业污染防治、大力推广清洁能源使用、加快机动车排气污染防治步伐等措施削减SO₂和控制NO_X和PM₁₀排放尤为必要。

表6  曲靖市2015年 SO₂，NO_X和PM₁₀环境容量和排放量

Table 6  Atmospheric environmental capacity and emission of SO₂, NO_X and PM₁₀ in Qujing city in 2015   10⁴ t/a

2) 此次环境容量研究不仅能为曲靖市后续环境容量研究提供区域宏观容量指导数据，还能为曲靖市污染物减排提供参考依据，并且对于中小工业城市环境容量测算研究具有借鉴价值。

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(编辑  杨幼平)

收稿日期：2013-10-16；修回日期：2013-12-28

基金项目(Foundation item)：云南省环保厅环保专项(KKK0201103002)(Project (KKK0201103002) supported by Environmental Protection Project of Environmental Protection Department of Yunnan Province of China)

通信作者：易红宏(1976-)，女，新疆博乐人，博士，教授，博士生导师，从事大气污染污染控制研究；电话：010-62332747；E-mail：yhhtxl@163.com