基于GIS的ADMS大气环境数值模拟在产业空间布局优化上的应用研究——以上海某产业园区规划环评为例

王春雷，肖可心

（上海同渠工程咨询有限公司，上海 200092）

近年来，产业园区作为工业发展的阵地，起到了促进经济发展、引导产业集聚、引领科技创新的重要作用。但是，产业园区往往在开发建设早期没有进行空间布局规划，规划环境影响评价，产业布局和空间功能分区较为杂乱，加之环境监管不力，容易对环境和周边居民产生不利影响。

目前，针对产业园区规划环境影响评价中的空间布局优化，建议以定性和半定性分析为主[1-3]。赵毅等分别对园区的起步期和成熟期提出了“用地置换、空间优化、产城融合、配套服务”的园区产业选择和空间布局的理念[4]；李萌等基于石化园区产业链延伸规划，建立物料依赖矩阵，对石化园区产业空间布局进行优化[5]。产业园区空间布局优化的定量分析尚处在探索阶段，杨虹等采用Aermod与ArcGIS结合，考虑工业企业大气点源污染产生的影响，探讨了区域布局优化的应用研究[6]；黄小芳基于ArcGIS的图层加权叠加方法，对区域工业用地布局的定量研究做了探索[7]。

从环境空气质量的角度，基于ADMS模型的大气污染物面源污染扩散预测模块，结合ArcGIS的空间叠加功能，本文探讨了在产业园区规划环评中定量分析产业园区空间布局优化的研究方法，并以上海某工业区规划环评为例，开展实证研究。

1 研究方法

结合ADMS软件在大气污染物预测上的能力和ArcGIS在空间信息处理、空间表达上的优势，针对研究区域，从环境空气质量角度提出空间布局优化建议，并将研究方法运用于规划环境影响评价，为政府管理部门未来开展环境管理和土地规划提供决策依据和支持。

1.1 ADMS大气环境数值模拟

已开发的土地根据不同行业单位土地面积排污系数计算污染物排放强度，未开发的土地根据规划用地性质和规划污染源情况进行计算，预测因子为SO2（年均、日均、小时均）、NO2（年均、日均、小时均）、PM10（年均、日均）以及VOCs（一次浓度）。预测采取网格源模式，预测网格取50 m×50 m，x轴从西向东为正，y轴从南到北为正，各网格计算点取各网格中心。

1.2 单因子评价

通过ADMS预测得到各网格计算点污染物浓度数据，由于各个评价因子的浓度数值对环境影响和空间布局的指导意义不同，因此对各指标进行单因子评价，以便更加合理地度量各个因子。单因子评价计算方法如下。

式中，Cixy为第i个评价指标在坐标为（x,y）的计算点的单因子评价指数；Cixy为第i个评价指标在坐标为（x,y）的计算点的预测浓度绝对数值；Ci0为第i个指标的评价标准值。

各指标单因子评价标准值、结果及权重如表1所示。

表1 各指标单因子评价标准值、结果及权重

1.3 权重确定

在专家打分的基础上，采用yaahp软件建立指标判断矩阵，对各评价指标进行权重计算，最终得到各指标权重值，如表3所示。

1.4 ArcGIS叠置分析

首先，将ADMS软件预测并经过单因子评价的网格数据导入ArcGIS10.1软件，使用“Display XY”命令将数据转化为point矢量数据，再通过克里金（Kriging）插值法将矢量数据转化为栅格数据，用Spatial Analyst工具中的Raster Calculator对各个指标进行加权叠置分析，最后对计算结果进行重分类、赋值、系数调节，最终得到产业空间布局指数。对应I～V五类研究区域产业空间布局，笔者提出以下优化建议，如表2所示。

表2 产业空间布局指数分类及对应优化建议

2 实证应用

2.1 研究区域概况

上海某工业区规划面积8.25 km2，园区共入驻企业109家，95%为工业企业，主导产业为精密机械、电子电器、纺织化纤、轻工、金属制品，产业集聚度达到88.64%。园区企业生产工艺、锅炉燃烧产生的废气中含有SO2、NO2、PM10、VOCs等污染物，对周围环境和居民产生潜在影响。本研究借园区开展规划环评的契机，通过定量化的手段提出园区产业空间布局优化建议。

2.2 ADMS大气环境数值模拟

2.2.1 ADMS模型参数选择

根据园区所在区域的实际情况，ADMS预测模型参数设置如表3所示，预测使用的气象数据来源为研究区域连续一年的气象观测数据。

表3 ADMS预测模型参数设置

2.2.2 ADMS预测结果

研究区域内SO2（年均、日均、小时均）、NO2（年均、日均、小时均）、PM10（年均、日均）及VOCs（一次浓度）共计9项指标的预测浓度如图1所示。

图1 ADMS预测结果

预测结果显示，研究区域内，SO2、NO2、PM10年均污染物浓度以工业区范围向四周均匀扩散；日均污染物浓度从工业区范围向西侧扩散；SO2、NO2小时均污染物浓度从工业区范围向东北方向扩散；VOCs一次浓度从工业区范围向东南方向扩散。

2.3 单因子评价及权重计算结果

计算结果（见表1）显示，SO2（年均、日均、小时均）、NO2（年均、日均、小时均）、PM10（年均、日均）及VOCs（一次浓度）9项指标中，单因子评价结果最大的为VOCs一次浓度，其次为SO2日均浓度。与评价标准进行比较，预测得到的各指标污染物浓度均未超过评价标准限值。各指标权重计算结果如表3所示。

2.4 ArcGIS叠置分析结果及产业空间布局优化建议

由图2可见，I类区域约占研究区域41.14%，各类污染物浓度均较小，环境空气质量较好，建议布局人员活动密集、停留时间长，对环境空气较为敏感的功能，如居住、文教、医疗卫生、行政办公等；II类区域约占研究区域16.93%，环境空气质量相对较好，可布置人员密度较低且停留时间较短的用地类型，如商业配套设施、金融贸易、公园、休闲绿地等；III～V类区域约占研究区域41.93%，环境空气质量相对I、II类区域较差，适宜布置工业、仓储用地。其中，III类区域可布置一类工业用地，引进无大气污染物排放的工业企业、仓储、生产性服务业项目，起到与I、II类用地间的过渡作用；IV类区可布置二类工业用地，可引进存在大气污染物排放的企业、项目，但应做好源头控制、加强管控，确保污染物达标排放；V类区应以控制现状企业污染物排放为主，推进“腾笼换鸟”，逐步淘汰污染物排放量大的项目，改善区域环境空气质量。

图2 ArcGIS大气污染物叠加影响结果

3 结论

一是运用ADMS模型对区域内大气污染物进行数值模拟计算，通过单因子评价对预测数据进行评价，用yaahp软件对各指标赋予权重。通过ArcGIS的空间叠加功能，得到产业空间布局指数，提出了I～V五类产业空间布局优化建议。

二是ADMS预测及单因子评价结果显示，单因子评价结果最大的为VOCs一次浓度，其次为SO2日均浓度，预测得到的各指标污染物浓度均满足相应的评价标准限值。

三是ArcGIS叠加分析结果显示，I类区域约占研究区域41.14%，建议布局居住、文教、医疗卫生、行政办公等；II类区域约占研究区域16.93%，建议布局如商业配套设施、金融贸易、公园、休闲绿地等；III～V类区域约占研究区域41.93%，适宜布置工业、仓储用地。

四是III～V类区域中，III类区域可布置一类工业用地，作为与I、II类用地间的过渡区域；IV类区可布置二类工业用地，但应做好源头控制、加强管控，确保污染物达标排放；V类区应以控制现状企业污染物排放为主，推进“腾笼换鸟”，逐步淘汰污染物排放量大的项目，改善区域环境空气质量。