城市大气环境污染与大气质量评级预测_以兰州市为例_刘瑾

随着工业生产、交通运输、燃煤采暖等活动的加剧，造成的大气环境污染日益严重，特别是冬季尤为严重，其污染类型为典型的复杂地形城市颗粒物和煤烟型污染，只有清楚的了解大气污染因子、污染类型及污染现状，评价过去、现在和未来的大气环境质量，正确地推算和预测污染物在大气中浓度的时空分布，估计人类活动，特别是工程项目对环境造成的影响，这样才能有效地控制和治理大气污染[10]。

１大气污染及其主要影响因素［１￣３．，５］
自20世纪以来，气候变暖，生物多样性减少，臭
氧层破坏，酸雨，淡水资源的缺乏，土地荒漠化等全球性问题正严重困扰着我们，环境问题早已成为世界各国共同的热点。

随着各类环境问题的显现，人们对各种污染的危害性和环境保护的重要性认识不断加深。

大气污染主要是由于燃料的燃烧、汽车尾气的排放以及某些工厂排出的有害气体等造成的。

目前比较引人注意的污染物是粉尘、可吸入颗粒物（PM 10、
PM 2.5）、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等。

兰州市是
全国大气污染严重的城市之一，特别是冬季尤为严重，其污染类型为典型的复杂地形城市颗粒物和煤烟型污染。

要有效地治理大气污染，就必须清楚了解大气污染因子、污染类型及污染现状。

1.1大气污染相关环境概念
地球周围有一层很厚的气体，称这种气体为大
气，称这一层气体为大气圈。

大气的上界至少应高于
1200km 。

近代卫星探测资料表明，大气上界约为2000～3000km 处。

在这样厚的大气层里，和我们关系
最为密切的是低层大气。

低层大气是由干洁空气、水汽和杂质等三部分组成。

低层大气中的气体组分可分为两部分，一部分是气体组分比例基本上不随时间、空间而变，称为不变气体组分。

它以氮、氧、氩为主。

一部分是气体组分比例随时间、空间而变化，称为可变气体组分。

除氮、氧、氩以外的干洁空气的其它组分均为可变气体组分。

它以水蒸气、二氧化碳、臭氧为主，其中影响人类生活环境的主要有二氧化碳、臭氧等。

大气中的二氧化碳主要来源于燃料的燃烧、动植物的呼吸及有机物的腐败；一般说来，大气中的二氧化碳含量，城市比农村多，陆地比海上多，低处比高处多。

在20km 以上的大气层中，空气中二氧化碳的平均含量显著减少。

摘要：从气象、地域等方面分析了兰州市大气污染的主要污染源及污染成因，了解环境影响评价的重要性，认识了环境评价的主要程序、内容，以及手段，介绍了常见的预测模型分析方法。

关键词：大气污染；空气质量评价；大气预测；预测模型中图分类号：X820.2
文献标识码：A
文章编号：（G ）01-0079（2013）01-55-59-05
城市大气环境污染与大气质量评级预测
———以兰州市为例
刘瑾
（甘肃农业大学
甘肃兰州
730000）
收稿日期：2012-07-27
作者简介：刘瑾，工程师，从事环境评价工作，现为在读研究生.
环境评价（５５～５９）
环境研究与监测
第1期
2013年3月
环境研究与监测第26卷
臭氧是高空氧分子被高能量光量子撞击离解出氧原子，氧原子再与其它氧分子结合的产物。

大气中臭氧的含量虽少，但在大气中起着很大的作用。

臭氧能吸收波长短于0.29μm的紫外线部分，这就保护了人类和动植物的有机体免受过量紫外线照射危害。

对大气状态和大气物理现象给予描述的物理量叫气象要素。

这些气象要素的变化揭示了大气中的物理过程。

气象要素主要有：气温、气压、气湿、风向、风速、云况、云量、能见度、降水、蒸发量、日照时数、太阳辐射、地面及大气辐射等。

这些气象要素的数值，都是通过观测获得的。

根据大气圈中大气组成状况及大气在垂直高度上的温度变化而划分的大气圈层的结构，可以分为五层，即对流层，平流层、中间层、暖层和散逸层。

长期造成兰州市空气污染的成因之一逆温层就是其中的平流层。

一般由于太阳辐射从地面反射到空气的价位，是越接近地面越显著，因此近空温度高，随高度的增加气温也越低。

在兰州，这种情况正好相反，近空的气温反而更低，导致污染物停留在近空，排放不出去。

1.2大气污染成因
所谓大气污染，是大气中污染物或由它转化成的二次污染物的浓度达到了有害程度的现象。

大气污染的形成及危害程度，不仅是以空气中是否存在某种有害物质来衡量，还需以其作用于生物及非生物体的浓度和作用时间来决定。

大气中污染物是指由人类活动或自然过程进入大气环境中引起污染的物质。

常见的有近百种，根据存在状态的不同，大气污染物可概括为气溶胶污染物和气态污染物两大类。

气溶胶系指分散在气体介质中，以液体或固体微粒为分散相，粒径大部分小于lμm的微粒。

它具有胶体性质，对光线有散射作用。

气溶胶在气体介质中作布朗运动，不因重力作用而沉降。

根据气溶胶物理状态的不同可分为粉尘、烟、雾等。

气态污染物包括无机污染物和有机污染物两大类。

无机污染物有含硫气体、碳氧化物、含氮气体、卤素及卤化物、光化学产物(无机光化学氧化剂)、氰化物(HCN)等；有机污染物有碳氢化合物(CH4、C2H4，C6H6、苯并a芘等)，脂肪族化合物(甲醛、丙酮、有机酸、醇、过氧酰基亚硝酸酯或硝酸酯)。

大气的污染具有量微和易变的特点。

空气的总量是很大的，但其中污染物质的含量甚微，常用mg／m3，或ppm来表示，大气中污染物质的量随着时间、空间的变化而变化。

进入大气中污染物质在输送和扩散过程中，它们会相互作用产生新的污染物质。

大气污染的这些特点对污染物的测定和控制均带来困难，要求有较精密的测量仪器和设备。

影响大气污染的主要因素是：污染物的排放情况、大气的自净过程以及污染物在大气中的转化情况。

1.1.1污染物的排放与排放量、污染源、排放高度等有关
与排放量的关系：在其他条件相同的情况下，单位时间内排放的污染物越多，则对大气的污染越重。

在同类生产中排放量决定于生产过程、管理制度、净化设备的有无及其净化效果等。

除上述情况对大气污染有规律性的变化外，生产的临时改变，原料及燃料的改变，生产事故等都能使排放量发生不规则的变化。

与污染源距离的关系：污染物被大气所稀释的程度与污染源排出后到达观察点所通过的距离有关。

经过的距离越远，其污染物扩散开的断面越大，稀释程度也越大，因而浓度越低。

与排放高度的关系：其他条件相同时，污染物排放的高度越高，相应高度处的风速亦越大，加速了污染物与大气的混合。

当排出物扩散到地面时，其扩散开的面积也越大，污染物的浓度也越低。

1.1.2大气的自净过程
污染物进入大气后，大气能通过各种方式摆脱混入的污染物而恢复其自然组成，这个过程即为大气的自净过程。

自净作用有两种形式：
稀释作用：污染物与大气混合而使污染物浓度降低，称为稀释。

大气中污染物的稀释程度与气象因素有关。

沉降和其他作用：污染物从大气中沉降或通过其他作用而被除去，这些污染物在大气中因物理学、物理化学作用被净化的过程进行得十分缓慢，比较有实际意义的还是大气对污染物的扩散稀释作用。

1.1.3污染物在大气中的转化
污染物在大气中的转化是十分复杂的。

目前有
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些问题还不清楚。

就已知而言，如二氧化硫可转变为硫酸烟雾，氮氧化物及有机物质在阳光照射下，可变为臭氧、醛类、过乙酰硝酸酯等。

转化后的生成物比原来污染物的危害有的更为严重。

２大气环境影响评价[6~9]
为了有效地控制和治理大气污染，就必须评价过去、现在和未来的大气环境质量。

正确地推算和预测污染物在大气中浓度的时空分布；估计人类活动，特别是工程项目对环境造成的影响。

这就是大气环境质量评价及影响预测。

通过对建设项目大气环境影响评价，查清建设项目周围的大气环境质量现状，预测建设项目建成后可能对周围的大气环境产生的影响，并作出评价。

对设计中拟采取的大气污染防治措施进行可行性论证，提出建议，使建设项目建成后对大气环境质量的影响控制在大气环境质量标准容许的范围内。

大气环境影响评价是对建设项目的大气环境可行性的论证。

它是大气污染防治设计的依据之一，是环境管理的依据。

2.1大气环境影响评级的基本任务
大气环境影响评价的基本任务是从保护环境的目的出发，通过调查、预测等手段，分析、判断建设项目在建设施工期和建成后生产期所排放的气载污染物对大气环境质量影响的程度和范围，为该建设项目的厂址选择、污染源设置、制定大气污染防治措施以及其它有关的工程设计提供科学依据或指导性意见。

根据评价项目的主要污染物排放量、周围地形的复杂程度以及当地执行的大气环境质量标准等因素,将大气环境影响评价工作划分为一、二、三级。

建设项目的大气环境影响评价范围，主要根据项目的级别确定，此外还需考虑评价区内和评价区边界外有关区域（以下简称界外区域）的地形、地理特征及该区域内是否包括大中城区、自然保护区、风景名胜区等环境保护敏感区。

对于新建项目，以项目建议书批准的内容为准,按最终规定的规模,作出完整的评价；对于改、扩建项目，既评价改、扩建工程，也要评价现有工程；改扩建项目的主要污染物计算时给出：现有工程排放量，新扩建工程排放量以及预计现有工程经改造后污染物的削减量，并按上述三个量计算最终排放量。

除调查统计主要污染物的正常生产的排放量外，对于毒性较大的物质还应估计其非正常排放量。

如点火开炉，设备检修，原燃料中毒性较大成分含量波动，净化措施达不到应有效率的设备及管理事故等。

2.2大气污染评价主要程序
图1大气环境影响评价的主要工作程序
大气环境影响评价的主要工作程序和内容大体上可按“三三制”来理解和记忆。

即：准备、正式工作和编制报告书三个阶段；在正式工作阶段中依次包含调查、预测和评价三大部分；“调查”部分中主要包括污染源、气象条件和环境质量现状三个方面。

2.3评价等级
P i=(Q i/C0i)×109
式中：Q i（t/h）为第i类污染物单位时间的排放量；C0i（mg/m3）为第i类污染物空气质量标准）；
评价工作等级的划分还应注意以下几个问题：
（1）第i类污染物空气质量标准C0i（mg/m3）按“环境空气质量标准”（GB3095—1996）二级、一小时平均值计算,对于该标准未包括的项目，可参照TJ36—1979中的相应值选用。

在上述两个标准中，只规定日平均容许浓度限值的大气污染物，C0i一般可取日平均容许浓度限值的三倍，但对于致癌物质，毒性可积累或毒性较大的物质如苯、汞、铅等，可直接取其日平均容许浓度限值（GB/T-13201-1991）。

（2）应当注意到确定P i是在准备工作阶段进行的。

P i的公式中从表面上未考虑排放高度(H)，这主要是因为Q i和H不是独立的。

当Q i和H二者之一确定之后，另一因子在初步设计时，已经按排放标准估算后初步确定（H最终的允许值应在评价后给出）。

如果P i的公式中再含有H，必将出现矛盾的结果。

行业不同主要反映在其排出的大气污染物的种类和排放量可能不同，而这一差别可由Q i和C0i反映；因此行业类别可不于考虑。

2.4大气环境调查
大气环境调查是环境空气质量预测和评价的基准备工作调查污染源
正式工作预测气象条件
编制报告书评价环境质量现状
大气
环境
影响
评价
刘瑾：城市大气环境污染与大气质量评级预测
第1期57
环境研究与监测第26卷
础。

如果调查的资料不准确或不充分，再先进和精确的模式也难以给出满意的预测结果。

调查的目的除了为下一步的预测提供必要的输入参数之外，还可直接为评价提供背景数据和有关信息。

调查的主要内容为污染源、气象条件、环境质量现状。

污染源：兰州市主要污染源为工业污染源、其次为交通污染、采暖污染、沙尘和浮尘。

气象条件：除了大家都比较熟悉的逆温层现象外，兰州市地面风场静风频率较高也是一大特点。

兰州市是我国典型的山城城市，大风经常被四周大山阻挡和屏蔽。

静风现象的增多不利于兰州大气污染物向城区外围扩散稀释，直接导致大气质量下降。

３大气环境影响预测[11~12]
3.1空气质量预测模型的作用
空气质量预测模型是大气环境影响预测的主要分析手段；它在大气环境影响评价、制定大气排放标准以及日常对大气环境质量控制和管理等方面具有非常重要的作用。

不论在时间和空间上，还是在分辨个别污染源对环境质量的贡献上，空气质量监测都有其局限性。

唯有采用空气质量模式预测才能比较完善地解决下述问题：
（1）预测未来建设项目建成后对空气质量影响的程度和范围；
（2）比较各种建设方案对空气质量的影响；
（3）给出各类或各个污染源对任一接受点污染物浓度的贡献(污染分担率)；
（4）优化城市或区域的污染源布局；
（5）制定合理的大气排放标准以及实施科学的总量控制和日常的环境质量管理。

按照污染物的排放方式，可以将大气污染源分为点源、线源和面源。

随着所处大气环境和污染物排放方式的不同，计算大气环境影响的模型也不同。

现如今预测模型日渐成熟，兰州市各大环境评价机构多是购买现成软件，使用方便快捷。

常用的有美国EPA推荐的AERMOD模型等[1]。

AERMOD模型在稳定边界层（SBL）,垂直方向和水平方向的浓度分布上都可看作是高斯分布；在对流边界层（CBL）,水平方
向的浓度分布仍可看作是高斯分布,而垂直方向的浓度分布则使用了双高斯概率密度函数来表达(pdf)，考虑了对流条件下浮力烟羽和混合层顶的相互作用，即浮力烟羽抬升到混合层顶部附近时，考虑了三个方面的问题：①烟羽到达混合层顶时，除了完全反射和完全穿透之外，还有“部分穿透和部分反射”问题；
②穿透进入混合层上部稳定层中的烟羽，经过一段时间之后，还将重新进入混合层，并扩散到地面；③烟羽向混合层顶端冲击的同时，虽然在水平方向也有扩散，但相当缓慢，一直到烟羽的浮力消散在环境湍流之中，烟羽向上的速度消失之后，才滞后地扩散到地面；具有计算建筑物下洗功能。

3.2预测方法
预测方法大体上可分为三大类：物理方法，经验方法和数学方法。

物理模式是指利用风洞或水槽等实验设备模拟手段，给出预测结果的方法。

这类模拟的过程较复杂，需要具有一定水平的专业人员以及必要的专门设备。

物理模拟可模拟复杂地形、建筑物下洗、多个相邻排放源等问题。

经验方法是在统计、分析历史资料的基础上，结合未来的发展规划进行预测。

数学方法是指利用数学模式进行计算或模拟。

近二十年以来，由于计算机技术的飞速发展，数学方法应用得较为普遍。

按经典的划分法，数学方法可分三大类：第一类是基于Taylor统计理论的所谓“统计理论”；第二类是求解守恒方程组，假设湍流通量正比于平均梯度的所谓“梯度理论”或其它湍流闭合理论；第三类是基于因次分析的“相似理论”。

有关利用“梯度理论”求解平流扩散方程和应用属于“统计理论”范畴的随机游动模式（或Monte Carlo模式）的文献，见诸报导得较多；而后者由于克服了数值求解平流扩散方程时的“假扩散”问题，近年来发展尤为迅速。

４总结
环评中大气预测存在的主要问题影响结果的因素很多，除污染源因素之外，项目所在区域地形条件、地表特征、气象参数的不同，以及预测范围、预测方法、预测方案的选择都会影响到最终结论。

虽然《大气环境影响评价导则大气环境》（HJ／T2．2—1993）[4]对预测模式的基本公式作了规定，但未提供
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４结束语
高校景观水环境是高校人文、生态环境的重要
组成部分，是大学生对校园文化环境的心理要求。

通过对华侨大学厦门新校区地表生态景观湿地和景观水环境的监测与评价，将为其他高校在校园景观生态的规划建设方面提供参考。

参考文献
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和投资倾斜。

常规水电站建设周期为3~4a ，每kw 建设安装费用7000~10000元。

该装置建设周期为电站建设周期的1/10，每kw 建设安装费用约为水电站投资的1/3左右。

我国海岸线绵延数千公里，蕴含着巨大的水力资源，合理开发研究利用这些水力资源可以缓解我国电力供应紧张局面，特别是沿海的电力供应，支持岛屿经济建设，为海洋环境测量仪器补充电力，优化电力供应结构。

因此，水流发电的研究对我国发电产业的发展具有重大影响。

参考文献
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统一的计算程序，不同环评人员在大气预测中的编程理念及方法处理的差异，以及不同预测方法或模式的不同，都可能出现千差万别的预测结果。

兰州市作为建国后重点建设的新兴工业城市之一，除了其工业布局和能源结构不合理，兰州的大气污染正严重阻碍经济的发展，环境空气质量的整治势在必行。

我们正通过各种研究和探索，寻找最适合兰州特色的整治方案。

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刘瑾：城市大气环境污染与大气质量评级预测
第1期（上接第54页）
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