WHO-Ⅱ和Ⅲ过渡阶段目标要求下的珠三角区域排放宏观约束

2021-08-27杨再东

智能城市 2021年15期

杨再东

（广东省环境科学研究院，广东广州 510045）

空气质量的好坏通常与大气污染物排放量有直接关系，因此，进一步强化大气污染物排放总量的宏观约束不仅是有效制定减排控制情景的重要前提，更是污染防治工作中的重要任务。本研究拟采用统计学方法建立污染物排放量与浓度之间的响应关系，并结合简单箱模型的A值法，估算WHO-Ⅱ和Ⅲ过渡阶段目标要求下珠三角区域大气污染物排放的宏观约束值，为区域排放限值的分配方案和减排控制情景的制定提供科学的依据。

1 研究方法

1.1 A值法

本研究在估算珠三角区域排放宏观约束的过程中，选用A值法计算各污染物排放量，作为模型预测的一个对比参照，也可辅助验证模型计算结果的可靠性。

A值法理想大气环境容量的一般计算公式：

式中：a——总量下标；Ai——地理区域性总量控制系数（km2/a），Qa——区域理想大气环境容量（t/a），104t/a；104km2/a；S——各类控制区域总面积（km2）；Si——研究区域第i个分区面积（km2）；Csi——研究区域第i个分区某种污染物的年平均浓度限值（mg/m3）；Cb——第i分区污染物背景浓度值（mg/m3）。

研究采用的空气质量数据包括PM10、PM2.5、NO2、O3-8 h-90per、SO2和CO-95per六项常规污染物浓度，主要通过广东省历年环境状况公报和现有监测数据分析得到，在使用A值法估算珠三角在WHO-Ⅱ和Ⅲ过渡阶段目标要求下各污染物排放浓度约束时，本研究拟选取2018年作为基准年，将各城市2018年污染物年均浓度作为该地区背景浓度值。

1.2 总量控制系数A的确定

在研究区域面积和污染物浓度限值确定的情况下，控制系数A的取值将直接影响大气污染物允许排放总量限值，并最终影响区域环境质量的保护目标或各污染源污染物削减的公正性。

本研究结合珠三角各个区域实际地理信息、气候条件和社会经济发展状况，利用WRF气象模式计算了珠三角各城市的总量控制系数，有效减少了排放总量约束计算的误差：

式中：Hi——第i分区大气混合层高度（m）；Ai——第i分区总量控制系数（km2/a），104km2/a；——第i分区大气混合层平均风速（m/s）。

表1 2018年珠三角各城市总量控制系数（A）及区域面积

1.3 相关性分析法

相关性分析是数理统计科学中运用统计推断的方式，研究变量间相关关系的有无和相关关系形式的重要工具，同时也是回归分析和数字建模过程中最重要的一个环节。通过分析自变量与因变量的相关性，可剔除与因变量相关关系不显著、甚至不相关的自变量，使因变量与每一个自变量之间的相关关系显著存在，达到模型优化的目的。

本研究在预测WHO-Ⅱ和Ⅲ过渡阶段目标要求下珠三角地区污染物排放宏观约束时，拟通过分析主要污染物浓度与前提物（一次和二次）排放量的相关性，利用Matlab分别拟合最能反映浓度与排放量关系的回归方程，估算在WHO-Ⅱ和Ⅲ过渡阶段污染物浓度限值下，珠三角地区各污染物排放量限值。

2 2018年背景下珠三角排放约束情况

基于A值法测算，珠三角地区在WHO-Ⅱ阶段目标要求下，PM10和PM2.5分别需要在2018年的基础上减排1.71 万t和7.13 万t，重点减排的城市包括江门、肇庆和广州。其中江门市PM10和PM2.5减排量均为1.11 万t，肇庆市PM10和PM2.5减排量分别为1.09 万t和3.06 万t，广州为0.5 万t和1.25 万t。

在WHO-Ⅲ阶段目标要求下，珠三角地区需要在2018年基础上分别对PM10和PM2.5减排20.41 万t和16.48 万t。从城市层面来看，珠三角各城市均需对颗粒物进行减排，重点减排的城市有肇庆、江门、惠州和广州，肇庆需减排5.46 万t和5.25 万t，其次为江门市，分别减排4.8 万t和2.95 万t。珠三角SO2浓度相对较低，即使在WHO-Ⅱ阶段和准则值目标要求下，珠三角SO2仍有可排放的空间，允许排放量分别为37.43 万t和9.38 万t。

3 WHO-Ⅱ和Ⅲ过渡目标下宏观排放约束总量

本研究在计算珠三角地区在WHO-Ⅱ和Ⅲ过渡目标下污染物排放宏观约束总量时，基于式（1）不计背景浓度Cb的影响，直接估算目标污染物浓度限值下污染物排放的总大气环境容量作为宏观排放约束：

计算得到珠三角各城市污染物排放宏观约束，如图1和图2所示。

图1 WHO-Ⅱ过渡阶段珠三角PM10、PM2.5和SO2宏观约束总量

图2 WHO-Ⅲ过渡阶段珠三角PM10、PM2.5和SO2宏观约束总量

珠三角地区在WHO-Ⅱ阶段要求下可排放PM10、PM2.5和SO2分别为47 万t、23 万t、47 万t；在WHO-Ⅲ阶段要求下可排放PM10、PM2.5和SO2分别为28 万t、1 419 万t。

从空间分布来看，在WHO-Ⅱ和Ⅲ阶段目标要求下，珠三角地区面积较小的城市污染物排放约束量普遍小于面积较大的江门市、肇庆市、广州市和惠州市。各城市PM2.5排放量的约束值均为最小，是制约珠三角乃至广东省环境空气质量进一步优化和改善的主要问题。

4 相关性分析及排放约束预测

4.1 线性分析法

经研究发现，珠三角地区SO2、NO2以及颗粒物（PM10、PM2.5）排放量与其前体物浓度呈极高的线性相关性，相关性系数R为分别为0.98、0.81、0.87和0.72。

根据污染物与其前体物的线性相关性预测得到珠三角在WHO-Ⅱ和Ⅲ过渡阶段目标要求下SO2、NO2、PM10和PM2.5排放量约束分别约为80 万t和39 万t、87 万t和87 万t、49 万t和26 万t、16 万t和5 万t。

4.2 非线性分析法

研究结果显示，PM2.5浓度削减量与其前体物NOx、NH3、VOCs和SO2减排比例之间分别呈四次、三次、二次多项式和线性关系，通过拟合珠三角PM2.5浓度响应值与各前体物削减比例的非线性响应关系，预测得到珠三角在WHO-Ⅱ和Ⅲ过渡阶段下NOx、NH3、VOCs和SO2排放约束分别约为72 万t和54 万t、17 万t和15 万t、91 万t和92 万t、26 万t和24 万t。