数学模型法在城市规划环境影响评价案例中的应用研究——以西安国际港务区规划（一期）环评为例

赵媛媛

（西安国际港务区管理委员会，西安710026）

1 规划环境影响评价的概念

规划环境影响评价，即国际上被普遍认可的战略环境影响评价（Strategic Environmental Assessment，简称SEA），但规划环境影响评价在战略环评中的层次较低[1]，即对具体方案可能造成的环境和生态破坏进行科学的、系统的综合评价，在进行评价的过程中以政策为导向，将政策中的诸多一系列相关特征的目标，从空间和时间方面进行细化和具体化，最终再将具体的工程或项目等行为付诸实践。影响之间关系的定量分析，以得出多种污染物或其他影响因素对环境的累积影响，对预测方案进行优化分析，以及为各个污染源的最佳控制措施提供支撑[2]。

数学模型法对基础数据的要求颇高，因为其仅能在数学模型限定的条件下使用，这就需要较为了解需要预测评价的环境。数学模型法的预测评价成本较高，且一般只能对单个环境因子进行影响分析，适用的范围有限，对规划内容比较具体的规划环评较为适用。

2 数学模型法

3 西安国际港务区规划环评的应用研究

数学模型法是一种客观的预测方法，可以定量地表示出环境要素在时间和空间上的变化规律和过程，根据人们对预测对象认识的程度不同，可将其分为黑箱模型、白箱模型和灰箱模型[5]。

灰箱模型是一种理论与经验相结合的方法，人们面对某些已经较为了解的客观事物，但在其变化机制方面仍不是很熟悉，此时可依靠系统物理、化学或生物方面的特点或联系建立起各种守恒或变化的关系（建立关系的方法即为白箱模型），当某些方面具有不确定性，可以设法将其参数化（即黑箱模型），再根据输入和输出数据之间的关系最终确定所设参数的数值。

环境数学模型包括水文与水动力模型、大气扩散模型、水质模型、沉积物迁移模型、土壤侵蚀模型以及物种栖息地模型等。在实际规划环境影响评价工作中，可以利用数值仿真模拟，通过多个污染物与环境

3.1 环境空气影响预测与评价

3.1.1 汽车尾气影响分析

3.1.1.1 尾气污染物排放源强

根据各种类型机动车流量及尾气污染物的释放系数等参数，经过计算得出，在车流高峰小时行驶汽车尾气污染物的排放源强，计算公式如式（1）：

式中：Qj—j类气态污染物排放源强，mg/（s·m）；Ai—i类型机动车预测年的高峰小时交通量，辆/h；Eij—i类型机动车j类污染物在预测年的单车排放因子，mg/（辆·m）。

气态排放污染物等速工况单车排放因子Eij推荐值如表1所列。

其中预测年的高峰时段每小时交通流量采用《西安国际港务区基础设施建设项目（一期）环境影响报告书》中预测的近远期主干道的交通量计算，详见表2。

表1 机动车单车排放因子推荐值g/km·辆

表2 主干道近远期高峰小时交通量预测结果pcu/h

由于区域道路的联通性，在计算尾气源强时，按照道路交通量最大的纺渭路交通量计算，昼夜间车流量按照2∶1考虑，小型车、中型车及大型车的车型比例按照54∶31∶15考虑，平均行驶速度按照70 km/h计，平均行驶路程按照6.5 km计，则车辆尾气源强见表3。

表3 车辆尾气源强

3.1.1.2 尾气影响预测

由于路网交错复杂，难以用单一的线性污染源来预测，因此采用箱模式进行大气环境预测，箱模式是一种简单的空气质量模式，它是依据现状自然条件和污染物分布特点等，把区域视为由顺风方向的一个或多个矩形箱组成，箱底为下垫面，箱顶为混合层顶，四周由区域范围确定。但由于污染源本身的不确定性及预测模式的误差，预测结果仅仅为定性说明提供参考。

（1）预测模型。

箱模式假设在一个箱体内污染源分布均匀，视为面源，源强为常量，污染物分布并不集中的情况下垂直扩散速度较快，假设大气污染物在箱体内的垂直方向上均匀分布，不计顺风向的扩散，将箱的侧边界及顶边界视为不透壁，若不考虑大气污染物的沉降、转化作用，由平流式扩散方程推导出平衡状态时单个箱体内大气污染物平均浓度，可得到公式（2）：

式中：C—箱内大气污染物平均浓度，mg/m3；

C0—进入箱体上风向边界气流中污染物的本底浓度，mg/m3；

X—箱体顺风方向长度，m；

Q—污染物源强，mg/m2s；

u—箱内平均风速，m/s；

H—混合层高度，m。

对于计算长期污染浓度模式可表示为式（3）：

式中：Φijk—i风向、j稳定度、k地面风速的联合频率，%；

Xi—i风向箱体顺风方向长度，m；

ujk（z）—j稳定度、k地面风速下风速随高度的变化规律；

Hjk—j稳定度、k地面风速下混合层高度，m。

根据《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》（GB/T 3840-91），混合层高度可由式（4）计算：

式中：as，bs—混合层系数，详见表4；

uk—10 m高处k地面风速，m/s，大于6 m/s时取6 m/s；

Ω—地转角速度，取7.29×10－5rad/s；

φ—地理纬度。

表4 混合层系数

（2）参数选择。

（a）预测因子。

针对汽车尾气的影响及危害，选择NOX作为预测因子。

（b）背景浓度。

根据现状监测结果，NO2日均浓度值在0.002～0.044 mg/m3，平均值0.010 mg/m3，按年日均值为日均值的0.4倍换算，年日均值背景浓度为0.004 mg/m3。

（c）源强。

NOX源强见表5。

表5 NOX源强表mg/m2s

（d）顺风向长度。

为简化计算，将规划区近似看做正方形处理，顺风向长度近似值见表6。

表6 顺风向长度km

（3）预测结果。大气环境预测计算结果见表7。

表7 大气环境预测计算结果mg/m3

4 结论

采用箱模式的预测模型对汽车尾气的影响进行预测，由计算结果可知，近、远期规划区内NOX浓度的年均值可以满足《环境空气质量标准》（GB3095—1996）中的二级标准；从影响程度看，虽然集中供热中心燃煤锅炉的NOX排放量也较大，但其影响主要集中在采暖季，对区域环境空气中NOX影响最大的仍是汽车尾气。

[1] 中华人民共和国环境影响评价法[Z].2003.

[2] 杨成湘.战略环境影响评价与长株潭“两型社会”建设[J].中国科技论坛，2010(7):84-89.

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[4] Therivel R，WilsonE，ThompsonS，etal.Strategic environmental assessment[M].Earthscan，London，1992.

[5] Therivel R.Systems of strategic environmental assessment [J].Environmental Impact Assessment Review，1993，13(3): 145-168.

[6] 徐鹤，陈永勤，林健枝，等.中国战略环境评价理论与实践[M].北京：科学出版社，2010.

[7] 蒋宏奇.解读规划环境影响评价[J].环境，2003(7):34-35.

[8]步雪琳.化工石化业存在严重布局性环境风险[N].中国环境报，2006-04-06.

[9] 张素兰.人与自然和谐:和谐社会的基本要义[J].西华师范大学学报:哲学社会科学版，2008(5):122-125.