1、第5章 城市空氣質量管理本章提要了解城市環境空氣質量的特點及城市空氣質量管理控制系統的構成；理解空氣污染管理控制政策制定的原則方法；了解我國的空氣質量控制法規體系和現行的環境空氣質量標準和大氣污染排放標準情況；了解空氣質量規劃的內容、制定原則和方法，掌握大氣污染物總量控制的概念。了解空氣質量模型的作用和建立步驟。能根據得到的空氣污染物監測數據計算空氣污染指數。1本章目錄5.1 城市空氣環境質量特點 5.2 城市空氣質量管理體系5.3 城市空氣質量管理的法規標準體系5.4 城市空氣質量規劃(自學）5.5 城市空氣質量模型概述（介紹）5.6 城市空氣質量報告及預報25.1城市空氣環境質量特點人多！

2、 城市由于其高密度的人口、能源使用密度和物流密度的狀況，使得其空氣質量呈現出較鄉村地區高得多的污染形態。能源結構不合理！ 良好的城市生態系統的布局與功能規劃一方面可有效的控制城市區域的能量流和物質流，使其與更大區域的生態系統相融合擴大城市空氣環境的容量，另一方面可減少污染物的生成量或通過合理安排污染源的布局以減低對周圍環境的危害程度。 3城市空氣污染的最大來源是能源的生產和交通。 從能源生產的角度控制污染通過對城市功能的規劃可調整產業結構從而對城市的能源消耗量和能源消耗密度分布產生影響。從提高能源利用效率的角度，在滿足經濟發展和生活需求等的前提下控制單位活動的能耗。 城市綠化和建筑空間結構的安

3、排可在一定程度上影響城市區域的空氣流動方式，在一定程度上通過擴散稀釋和植被對污染物的一定的吸附、吸收作用來增大空氣的環境承載容量。 進一步，將來可以通過城市周圍的較大地區范圍的植被規劃產生對太陽輻射和水分蒸騰的影響，在一定程度上營造小氣候，減少城市地區一些不利污染擴散的天氣條件的出現。 4對于城市交通污染制定政策的出發點是：減少運輸要求、在多種運輸方式中選用污染較小的方式及通過交通管理來控制交通污染。 減少運輸要求意味著城市總的運輸里程數的下降從而減少了機動車污染的排放量。(用快遞、少逛街）運輸方式，對于一定的運輸量可以通過多種途徑完成，且各個途徑的污染產生量是各不相同的。（公共交通）5丹麥的

4、哥本哈根曾進行過交通方式改變對空氣污染影響的研究。使用的交通工具為汽油小轎車和柴油公共汽車。各種情景的模擬情況如表5.1所示。 表5.1 各交通方案情景污染物排放情況COHCNOXPM公共汽車1364156小客定流動情況665890110基準情況1001001001006從表5.1中可以看出，即使在可以不受限制地改變城市交通方案的前提下，要確定出最優的交通污染控制策略也不是一件容易的事。在國外，推薦采用的有效措施包括對人流量大的商業、娛樂和工作單位比較密集的區域提供良好的公共交通，并禁止小客車的停放或提高停車費。另外，軌道交通是改善城市交通和空氣污染控制的最好方式之一

5、。 7在交通流量和交通方式均已確定的情況下，還可以通過道路調整和交通管理來控制污染排放量。 對城市公路交通體系而言，平均車速越低，意味著加速、減速和停車的幾率越大，排放的污染物也越多 國外研究表明小客車的平均車速從20km/h增加到40km/h時可降低HC和CO排放量4050%，NOX 30% 。公共交通專用通道（71路）的設置在提高輸送能力的基礎上有時也能減少污染物排放。在道路設計中爬升的位置和坡度的選擇對污染排放也有著相當的影響。 85.2城市空氣質量管理體系城市空氣質量管理系統是城市有關管理部門從保護城市中的敏感成員或大部分居民健康的角度出發而設立的一套管理控制體系。城市空氣質量管理系統

6、的主要職能是監督和管理，它并不能執行空氣污染治理的基本任務。城市空氣質量管理系統的組成部分應包括城市空氣質量監測網，污染源排放清單調查、數值預報模型、空氣質量標準和公共信息發布和一系列有效的污染控制政策、措施以及實施這些政策措施所需的資源和法律行政保障，同時還必須包括對污染控制政策、措施的費用效能評價體系。 9圖5.1 城市空氣質量管理系統圖示10表5.2 建立一個城市空氣質量控制系統的步驟步驟1：方案的評價和分析 A評價識別污染源對污染源進行定量空氣污染監測評估污染空氣暴露條件確定污染源與暴露濃度的關系估算污染源的相對貢獻，并評估環境損害 B方案分析調研短期和長期控制方案進行費用效益/費用效

7、能分析建立控制策略和投資計劃步驟2：空氣污染控制建立規章制度和實施條例教育提高公眾的環境意識實施環境投資計劃步驟3建立起空氣質量信息系統115.3城市空氣質量管理的法規標準體系5.3.1制定空氣污染管理控制政策、法規的原則方法1）費用效益分析 費用效益策略要求將空氣污染物造成的所有損失費用和控制空氣污染物所需的費用進行量化，然后通過比較選擇出一項或多項污染損失和控制費用之和最小的污染控制方案為實施方案，從而達到最優的費用效益比。 圖5.2所示為污染造成公眾健康和財產的理論損失費用與控制費用的比較。 12在理論上，基于費用效益分析來制定污染控制策略是最佳的方式。但費用效益分析存在著各式各樣的實際

8、和理論上的問題。首先，它設想損失和控制費用很容易定量化。一般情況下控制費用很容易被量化，但空氣污染造成損失費用的性質和大小則受到許多不確定因素的影響。第二，它假設在最佳點前的公眾健康和財產損失費用在社會和政治上是可以接受的。但對那些制定規章制度管理人員來說，要做出保護誰或保護什么這樣的決定是非常棘手的。 132）排放標準策略 在排放標準策略中，控制過程是通過限定某種或某類污染源所能排放的一種或多種污染物的最大量來實現的（通常采用單位時間或單位熱輸入量的污染物排放質量來表示）。排放標準對于所有的污染源都是相同的。 在美國，除有害或有毒污染物的控制外，在采用排放標準策略時，會在很大程度上受到可行性

9、觀念的影響，即制定的排放標準應當是在考慮控制費用的前提下所可能達到的污染削減的最高程度。 在歐洲，基于最佳可行性基礎上的排放物標準政策已成為傳統的空氣污染控制方式。 14“可行”這個詞意味經濟、技術和政治上的可行性。最佳可行方法可能是最好的工業企業對某一類污染源所能達到的控制程度，或是從其他行業借鑒來的可合理應用的技術。這種方式意味著隨著控制技術的改進和經濟承受能力的增強，污染排放標準會變得嚴厲（至少對新污染源如此）。歐洲的最佳可行方法與美國所采用的排放限值方法中稱為可合理獲取的控制技術（RACT, Reasonably Available Control Technology）相當。污染源標

10、準策略也可要求更嚴格地控制污染物的排放。對于那些被認為會造成特殊健康危害污染物（如汞、鈹、苯、放射性同位素、石棉等），美國要求其排放減少的程度能體現最新的控制技術發展水平，即所謂的最佳控制技術（BACT，Best Available Control Technology）。BACT標準的目標是在技術可行的條件下最大限度的減少排放物，而不太考慮投資運行費用的限制。 15排放物標準最大的優點就是簡單。排放物標準中通常只包括允許的排放速率和相應的用來確定是否超標的測試方法，而不需要龐大昂貴的空氣質量監測網絡、判定是否達到標準的數學模型及復雜的技術，也無需進行公共政策的決策。某一種類污染源中的所有個體

11、必須滿足相同要求而無需考慮現有的空氣質量。從管理的立場出發，它是一項很吸引人的控制策略。 16用排放標準作為控制策略存在的主要缺點或問題 一刀切!173）空氣質量標準策略 空氣質量標準策略的出發點 廣為接受的毒物學原則：在污染物閾值濃度（能觀察到產生毒害作用的最小劑量）以下的暴露是較為安全的，因此一定程度的空氣污染是可以接受的，而且在法律上也是允許的。 空氣質量標準是對空氣中存在的需控制污染物的濃度值的法律限制。 18空氣污染物的環境空氣質量標準的頒布過程往往包括如下的程序：對科學證據的充分調研綜述，可接受污染程度的建議;管理當局的最后決定。 很多數情況下，在污染的程度及其影響和必須采取的保護

12、程度等方面還存在相當大的科學上的不確定性。制定環境空氣質量標準是一個困難又費力的過程 19在美國，要求環保局頒布空氣質量標準時要特別考慮那些比較敏感的人群（哮喘病患者、心血管病患者、兒童、老人、體弱者等）并留有足夠的安全余地。結果環境空氣質量標準要比為保護健康的成年工作者的職業衛生標準嚴格得多。由于空氣質量標準策略是基于存在一個暴露安全水平這樣一種設定（即存在一個閾值），因此不適用于那些沒有危害閾值的污染物。如苯這類致癌物質是不存在一個暴露安全閾值的。204）經濟策略 在排放稅或收費策略中，污染源會根據其排放速率的大小被征收一定尺度的費用或征稅。對于污染源而言，有交稅和將污染排放減少到無須交稅

13、程度這兩種選擇。 某一種污染源要減小其費用或稅金支出的愿望，在理論上就形成了通過減少污染排放而減輕納稅義務的經濟動機。 21因為空氣污染控制涉及到的費用很大，各種以市場經濟為基礎的備選方法在美國得到發展和利用。這些方法中最先的出現的是所謂的打包政策，允許企業通過工廠的點源和散發性源的控制來在總體上減少排放。即對每個工廠在劃定的范圍內給出一個最大排放限制值。在這個劃定的范圍內，在排放總量不增加的前提下，只要能削減內部某地的排污量，就允許其它某點排放源的排放量增加。該政策和其他一些政策演變發展成所謂的排放交易。在這種政策下，企業可通過較先進的控制措施獲得一定的排放減少額度，可把它積累用于將來擴大生

14、產或公開與別的公司作交易。但在使用這種額度時，有關管理當局必須采取限制措施以確保局地的環境空氣質量不超標。22235.3.2我國的空氣質量控制法規標準體系1）我國的空氣質量控制法規體系 空氣污染防治法規體系屬于環境保護法一個部分。 中華人民共和國環境保護法是環境保護領域的基本法,是環境保護專項法的基本依據。 大氣污染防治法是5個專項環境保護法之一。大氣法規定： 地方政府對本轄區的大氣環境質量負責 政府環保行政主管部門起監督管理作用 機動車船由公安、交通、鐵路和漁業監督管理 其他政府有關部門在其職責范圍內監督管理 24大氣法關于法規標準的制定 國家環境保護行政主管部門制定國家大氣環境質量標準和排

15、放標準； 省市自治區可對國家未規定的項目制訂地方標準，或制訂嚴于國家標準的地方標準，同時上報國家環境保護行政主管部門備案。 已有地方標準的地區按地方標準執行。25我國目前對空氣質量控制采用的是排放標準為主和考慮空氣質量標準并輔以一定的行政和經濟政策手段。26我國現行國家環境標準體系國家環境標準體系國家環境保護標準地方環境保護標準國家環境保護行業標準國家環境質量標準國家污染物排放標準國家環境監測方法標準國家環境標準樣品標準國家環境基礎標準地方環境質量標準地方污染物排放標準27環境空氣質量標準 我國1982年制定并于1996、2000年修訂的環境空氣質量標準GB30951996），對一些量大面廣、

16、環境影響較普遍的大氣廣域污染物環境空氣濃度制定了限定標準。 空氣質量標準分為三級，以便進行管理。 第一級標準是為保護廣大自然生態和舒適美好的生活條件要求而應達到的水平； 第二級標準是為保護廣大人民健康和城市生態應達到的水平； 第三級標準是為大氣污染狀況已經比較嚴重的工業城鎮或工業區制定的過渡性管理標準，是保護大多數人的健康和城市一般的植物需要應達到的水平。 其他輔助的包括：我國于1962年頒發并于1979年修訂的工業企業設計衛生標準（TJ361979）中規定了“居住區大氣中有害物質的最高允許濃度”。一些污染物在國家沒有制定它們的大氣環境質量標準時，可以使用該標準。28大氣污染物排放標準 大氣污

17、染物排放標準是控制污染物的排放量和進行凈化裝置設計的依據，是控制大氣污染的關鍵，同時也是環境管理部門的執法依據。 制定大氣污染排放標準應遵循的原則是，以大氣環境質量標準為依據，必須綜合考慮經濟上的合理性、技術上的可行性和地區差異性，按最佳適用技術確定的方法和按污染物在大氣中的擴散規律推算的方法制定排放標準。29最佳適用技術是指現階段實際應用效果最好，且經濟合理的污染物控制技術。按該技術確定污染物排放標準，就是根據污染現狀，最佳控制技術的效果和對現有控制得好的污染源進行損益分析來確定排放標準。這種方法的優點是便于實施，便于監督，缺點就是有時不一定能滿足大氣環境質量標準，有時又可能顯得過嚴。按污染

18、物在大氣中擴散規律推算排放標準的方法，是以大氣環境質量標準為依據，應用大氣污染擴散模式推算出不同煙囪高度時污染物容許排放量或排放濃度，或根據污染物排放量推算出最低煙囪高度。30我國目前執行的大氣污染物排放標準是大氣污染物綜合排放標準GBl62971996，其中規定了33種大氣污染物的排放限值，其指標體系為最高允許排放濃度、最高允許排放速率和無組織排放監控濃度限值。按照綜合性排放標準與行業性排放標準不交叉執行的原則，仍繼續執行的行業性標準有： 鍋爐大氣污染物排放標準GBl32712001 工業爐窯大氣污染物排放標準GB90781996 火電廠大氣污染物排放標準GBl32232003 煉焦爐大氣污

19、染物排放標準GBl61711996 水泥廠大氣污染物排放標準GB49152006 惡臭污染物排放標準GBl45541993 汽車大氣污染物排放標準GBl4761.114761.7 摩托車排氣污染物排放標準GBl462193。31制定地方大氣污染物排放標準的技術方法 我國于1983年制定并于1991年修訂的制定地方大氣污染物排放標準的技術方法GBT1320191，以環境空氣質量標準為控制目標，在大氣污染物擴散稀釋規律的基礎上，使用控制區排放總量允許限值和點源排放允許限值控制大氣污染的方法，來制定地方大氣污染物排放標準。 此外，各地還可結合當地技術經濟條件，應用最佳可行和最佳實用技術方法或其他總量

20、控制方法制定地方大氣污染物排放標準。氣態污染物排放控制分為總量控制區和非總量控制區。總量控制區是當地政府根據城鎮規劃、經濟發展與環境保護要求而決定對大氣污染物排放實行總量控制的區域。總量控制區以外的區域稱為非總量控制區。但對大面積酸雨危害地區應盡量設置SO2和NO2排放總量控制區。 32環境保護行業標準目前包括:清潔生產標準環境影響評價技術導則環境監測技術規范和方法環境保護驗收技術規范環境工程技術規范環境監測儀器環保產品和環境標志產品技術要求等335.4 城市空氣質量規劃 城市大氣環境規劃是環境規劃的一個重要組成部分。它旨在為控制和改善城市大氣環境質量提供保障，通過研究城市這個特定區域內氣候特

21、征、工業布置、能源消耗、城鎮建設、人口密度、交通運輸、經濟文化等，采取調整產業結構、合理用地、改造交通線路、改變能源結構和供能方式、規范大氣污染物排放行為標準、優化綠地系統等方式，實現空氣質量的提高。345.4.1 空氣環境規劃的內容*城市大氣環境規劃的主要內容如下：大氣環境現狀評價與環境問題分析。大氣環境功能區劃與環境目標確定。污染物削減計劃、污染控制措施及管理方案的篩選與優化。大氣環境保護戰略與污染綜合防治措施。 355.4.2大氣環境規劃的基本原則1）環境保護基本國策和可持續發展戰略2）經濟建設、城鄉建設、環境建設同步規劃、同步實施、同步發展 3）以生態理論為指導，合理開發利用資源為核心

22、4）預防為主，保護優先5）以改善環境質量為目標，保障環境安全6）實事求是、因地制宜365.4.4 空氣環境規劃的方法1）環境系統分析方法環境系統分析法是環境規劃中較常用的方法。即為了給決策者提供決策的信息和資料，規劃人員使用現代的科學方法、手段和工具對環境目標、環境功能、費用和效益等進行調研、分析、處理有關數據資料，據此建立系統模型或若干個替代方案，并進行優化。環境系統分析方法的環境要素包括如下幾點： 環境系統目標、費用和效益 、模型 、替代方案 、最佳方案 372）空氣質量經濟能源系統分析 大氣污染的主要原因是能源的燃燒，而能源的消耗又是一定社會經濟發展的前提，因此在能源消耗、經濟發展和大氣

23、環境質量三者之間存在著相互依存又相互制約的關系。 把大氣環境質量、經濟和能源作為一個系統分析時，系統的目標包括3個方面。 大氣環境質量目標。大氣環境質量目標用具有代表性的空間點處的污染物濃度表示。在大氣環境規劃中以居住區、政治文化中心區、商業區、工業區、主要交通干線等作為濃度控制點；根據城市的能源結構，選擇二氧化硫、氮氧化物、總懸浮顆粒物、可吸入顆粒物等作為主要的大氣環境質量目標； 為滿足一定環境質量目標對廢氣進行治理的費用； 地區的總能耗水平。38系統的約束條件有3個：能源需求的約束；資源條件的約束；環境質量的約束。 大氣污染控制系統規劃包括對大氣環境功能的區劃，對各種污染源治理方法的選擇，

24、污染物的遷移和分布分析，其目標是區域污染控制總費用最低，而約束條件則是對污染物排放量的限制或污染物的大氣環境質量目標。 393）規劃方法與技術 環境規劃是環境決策在時間和空間上的具體安排，規劃過程也是決策過程。 常用的環境規劃方法與技術包括線性規劃法、整數規劃法、動態規劃法和離散規劃法等 規劃的方法有很多種，隨著科學技術手段的不斷發展，規劃手段和技術也正在蓬勃發展 404）大氣污染物總量控制* 污染物總量控制是指對規定的環境單元之內的排污組織和個人排放某一種或多種污染物的數量實行控制的制度。被控制的污染和指標值可以根據不同時期、不同環境單元的環境質量要求確定。 我國實行的總量控制是目標總量控制

25、與容量總量控制相結合的方法。即可以根據環境單元的具體情況采用容量總量控制與目標總量控制。 41 污染源與環境目標是總量控制規劃的兩個對象，其主要任務有兩個: 一是污染源廢氣排放量與環境保護目標之間的輸入與響應關系。該階段是以認識環境自凈規律、環境容量、污染物遷移轉化規律等為基礎，屬于認識和理解自然規律階段； 二是為實現某一環境目標，在限定的時間、投資和技術條件下，制定控制與治理費用最小的優化決策方案。該階段主要研究技術經濟約束、管理措施與工程效益等問題，屬于改造世界階段，也是規劃目的的體現。 42 總量控制模型大體分兩類： 一是只對環境質量超標區域產生的影響源分配削減量，亦稱最大復合濃度法；

26、二是計算每一個污染源對受點濃度的實際貢獻，然后統籌分配允許排放量，亦稱線性規劃法。 前者使用簡單，但連續性和穩定性差；后者工作量大，連續性和穩定性好，而且具備定量統籌社會效益、經濟效益的好處，為常用規劃方法。 在此過程中，選擇適合當地氣象和地理條件的擴散模型、確定環境質量保證率，都是所應注意的技術關鍵。43大氣污染總量控制規劃的技術路線*： 從功能區劃分及功能區環境質量目標出發，考察排污源與受點（功能區）大氣質量間的關系，分析達到功能區環境質量要求的途徑與措施，編制達標方案，進行費用效益分析，再進行協調與綜合，分析目標可達性或進行目標調整，形成一個系統分析閉合過程。445.5城市空氣質量模型概

27、述對于城市大氣環境的管理、評價、規劃和預測，需要應用空氣質量模式解決以下問題：空氣污染物濃度分布的模擬計算 、濃度分布的變化 、濃度分布的時空變化、極高濃度出現的時間地域 、進行空氣污染指數預報等等。城市空氣質量模型有以下主要類型： 城市多源模式 城市光化學模式，屬于網格模式。線源模式 污染氣象傳輸矩陣 45常用城市空氣質量模式箱模式單箱模式多箱模式如目前用于我國城市空氣污染指數預報的CAPPS模式城市多源模式如EPA推薦的ISC模式（Industrial Source Complex Model）光化學模式如EPA推薦的UAMV（Urban Airshed Model）模式線源模式如CALI

28、NE模式，用于計算公路的污染物排放46城市空氣質量模式的發展第一代模式Photochemical Box ModelOZIP/EKMA (for ozone)http:/scram001/tt22.htm ISC3, CALPUFF, AERMOD (for primary pollutants)Gaussian Dispersion Model47城市空氣質量模式的發展第二代模式 Eulerian Grid Models :UAM, RADM, REMSAD, ROMhttp:/asmdnerl/modeling.htm48城市空氣質量模式的發展第三代模式（Models-3）One Atmo

29、sphere的概念Air ToxicsOzoneAcid RainVisibility PM2.5Water Quality.OHNOx + VOC + OH + hv - O3SOx or NOx + NH3 + OH - (NH4)2SO4 or NH4NO3SO2 + OH - H2SO4NO2 + OH - HNO3VOC + OH -Orgainic PM OH Air Toxics(POM, PAH, Hg(II), etc.) Fine PM(Nitrate, Sulfate, Organic PM) NOx + SOx + OH (Lake Acidification, Eut

30、rophication) One Atmosphere One Atmosphere 49空氣質量模式的基本結構可以用圖5.3表示：50研究建立和應用一個空氣質量模式，一般要經過以下步驟： 確定模式類型。 選定模式包含的主要大氣過程，設計和調試有關程序。 選用主要大氣過程所需要的參數（邊界條件）。 匯集地形、氣象、污染源及環境監測資料；選擇數值計算方法，設計和調試有關部門的預處理程序。如果是新建模式，需對各大氣過程的代表性參數進行靈敏度檢驗，比較各個參數的相對重要性。實際計算：需根據工作目的、輸入數據、計算機能力等選定時間和空間步長。 應用環境檢測數據進行可靠性檢驗。515.6 城市空氣質量報

31、告及預報5.6.1 城市空氣質量報告*對于空氣質量，通常采用各種指數的形式來表達。如果空氣質量達到了某種污染物的健康空氣質量標準，就將此時的空氣質量指數定義為100。如果空氣質量較健康標準差，指數就大于100，如果空氣質量較健康標準好，指數就小于100。 目前我國計入空氣污染指數的項目包括：可吸入顆粒物（PM10）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）和臭氧（O3）。空氣污染指數的范圍從0到500，其中50，100和200分別對應于我國環境空氣質量標準中的一、二、三級標準的污染物平均濃度限值，500則對應于對人體健康產生明顯危害的污染水平。 52表5.3 空氣污染指數分級濃

32、度限值 空氣污染指數污染物濃度(mg/Nm3)AQIPM10日均值SO2日均值NO2日均值CO小時均值O3小時均值500.0500.0500.08050.1201000.1500.1500.120100.2002000.3500.8000.280600.4003000.4201.6000.565900.8004000.5002.1000.7501201.0005000.6002.6200.9401501.20053表5.4 空氣污染指數及對應的空氣質量級別 空氣污染指數(API) 空氣質量級別 空氣質量狀況 對健康的影響 對應空氣質量的適用范圍 050 優 可正常活動 自然保護區、風景名勝區和其它需要特殊保護的地區 51100 良 可正常活動 城鎮規劃中確定的居住區、商業交通居民混合區、文化區、一般工業區和農村地區 101200 普通(輕度污染) 長期接觸，易感人群癥狀有輕度加劇，健康人群出現刺激癥狀 特定工業區 201300 不佳(中度污染) 一定時間接觸后，心臟病和肺病患者癥狀顯著加劇，運動耐受力降低，健康人群中普遍出現癥狀 300 差(重度污染) 健康人除出現較強烈癥狀，降低運動耐受力外，長期接觸會提前出現某些疾病 54 污染物的分指數Ii可由其實測濃度值Ci按照分段線性方程計算。當某種污染物濃度Ci,jCiCi,j+1時，其污染分指