引导项目优化选址的大气环境区位指数研究

1、 报名号 学生姓名 韩 煜 引导项目优化选址的大气环境区位指数研究(所属学科 环境科学)韩 煜山东省实验中学2012年2月引导项目优化选址的大气环境区位指数研究摘 要目前的项目选址多受投资者意愿、土地规划等影响，在环境方面政府部门主要对其建成时是否会出现污染超标等问题进行审查，环保角度上对项目选址的引导性不足，可能使项目厂址布置在城镇、村庄、学校等大气环保对象周围，影响到环境持续安全和经济做大做强。迫切需要一种方法来科学引导项目优化选址，以维系城镇、村庄、学校等环保对象的大气环境安全，维护社会和谐稳定，并免除经济持续发展之忧。本文提出了引导项目优化选址的大气环境区位指数、大气环境区位指数变化梯

2、度、大气环境区位指数变化拐度等概念，给出了其计算模型，分析了其研究意义，探讨了其研究过程，并以济南市某建设项目为例进行了应用研究。该研究具有科学性、实用性且简便、易行，可量化认识项目与大气环保对象之间区位关系的适宜性，可科学引导项目选址到合理的位置，促成良性的经济社会布局。关键词： 项目选址、大气环境区位指数、大气环境区位指数变化梯度、大气环境区位指数变化拐度、大气环境安全、社会和谐稳定、经济持续发展1 研究背景上高中后回家、返校途中，发现一些企业距城镇、村庄、学校较近，企业烟囱冒出的废气很容易飘到其上空，污染其大气环境。经了解，这类现象在很多城市都较普遍。近些年来，江苏、广东、山东等省出现的

3、血铅事件，无不与排污企业与附近村庄距离较近有关。2007年10月以来，湖北省长江大学的师生也曾先后多次向有关部门举报，要求取缔学校附近涉嫌污染校园的小钢厂1。经了解，目前的项目选址多受投资者意愿、土地规划等影响，在环境方面政府部门主要是对其建成时是否会出现污染超标等问题进行审查23，环保角度上对项目选址的引导性不足，使得项目选址的随意性较大，难以促使项目优化选址，可能将项目厂址布置在城镇、村庄、学校等周围。虽然项目建成时环境达标，但对城镇、村庄、学校等存在污染威胁，当项目扩建、经济再发展时就可能会出现城镇、村庄、学校污染超标问题，此时投入大量治污费用也可能收效甚微。若是政府有关部门从环保角度对

4、项目选址有一个科学的指导性意见，便能更好地保护城镇、村庄、学校等的大气环境，维护社会和谐稳定，并免除经济持续发展的后顾之忧。在老师的指导下，本文探讨一个可引导项目优化选址的大气环境区位指数，试图从技术层面来认识、解决这个问题。2 概念的提出2.1 理论、技术依据在某个区域内，项目选择不同的位置进行建设会对区域内的环保对象造成不同的大气污染影响。换个角度也可以讲，区域内的不同位置对于项目建设会有不同的大气环境适宜程度。依据环境科学理论，可以定义一个概念，通过数学处理建立其模型，用来量化不同位置的这种环境适宜差异性，来引导项目优化选址。我们将该概念命名为某项目在某位置的大气环境区位指数。国内外研究

5、了不同的数学模式来模拟大气污染源排污在不同地理条件、气象条件、不同时空尺度的污染影响，并开发了相应的计算软件23。利用污染源参数、气象参数等数据，可以方便地研究污染源在某位置时其排放强度与其大气污染浓度之间的输入-响应关系。这为计算某项目在某位置的大气环境区位指数提供了技术支持。2.2 有关分析、设想2.2.1 关于大气污染物的分析项目一般排放多种大气污染物，应选择项目的最敏感大气污染物进行研究。最敏感的大气污染物是对当地环境危害大、污染浓度最易超标的大气污染物。如果不易把握污染物之间的敏感差别，则对各污染物分别进行研究，比较其研究结果，决定项目选址最差适宜性的污染物便是项目的最敏感大气污染物

6、。2.2.2 关于污染影响时期的分析长期的平均污染影响与地理、气象条件关系密切，存在着较稳定的空间差异；而短期污染影响随机偶发性强，年际变化大。为认识项目选址适宜性，大气环境区位指数应该针对长期的平均污染状况进行研究。2.2.3 关于项目“代表”的分析项目一般包含多个不同的污染源。可选择项目的一个污染源作为项目“代表”，将项目内各污染源对某环保对象的污染情况等价转换到项目“代表”上，针对该项目“代表”进行研究。根据文献2，项目内各污染源对某环保对象的共同污染贡献有 （QjKj）=C (j=1,m) 式中，m项目内的污染源个数；Qj项目的第j个污染源的排放强度，g/s；Kj项目的第j个污染源的排

7、放强度与其造成的某环保对象污染浓度之间的输入-响应系数，(mg/m3)/(g/s)；C项目对某环保对象的污染浓度，mg/m3。由上式，可将项目各污染源的排放强度等价转换为项目“代表”（项目的一个污染源）的等价排放强度。有Qj等= C/Kj= （QjKj）/Kj 式中，Qj等针对某环保对象的项目“代表”（第j个污染源）等价排放强度，g/s。仅考虑项目“代表”排污时，也可以得到某环保对象决定的项目“代表”的允许排放强度，有 Qj等允=（C目-C0）/Kj 式中，Qj等允项目“代表”（第j个污染源）的等价允许排放强度，g/s；C目某环保对象的环境目标值，mg/m3；C0某环保对象的环境背景浓度，mg

8、/m3。2.2.4 大气环境区位指数的设想项目在某位置的大气环境区位指数，应该从大气环境保护角度量化指示着某位置对项目选址的适宜程度。因此，它应与项目在某位置的允许排放强度成正比，以反映允许排放强度越大越适宜选址；它应与项目实际排放强度成反比，以反映实际排放强度越大，选址的适宜空间范围越小；它应是一个无量纲的概念，具有特定的量的特性，其大小不受相关因素单位的影响；另外其取值状况也应直观易理解，体现其指示意义。我们可以设想，项目在某位置的大气环境区位指数为项目在某位置的允许排放强度与项目实际排放强度的比值与1的差值，即为项目在某位置的允许排放强度超出项目实际排放强度的倍数。显然，如果项目在某位置

9、的允许排放强度大于项目实际排放强度，则此位置的大气环境区位指数大于零，表示此位置不是项目选址的禁区位置。允许排放强度超出项目实际排放强度的倍数越大，则大气环境区位指数越大，环境安全性越好，此位置越适宜项目选址。另外，由式、式，项目在某位置的允许排放强度与项目排放强度比值与1的差值有Qj等允/Qj等-1=（C目-C0）/ （QjKj）-1 可见，不管选择项目哪个污染源作为项目“代表”，大气环境区位指数值相同。即，大气环境区位指数与选择哪个污染源作为项目“代表”无关。2.2.5 环保对象对大气环境区位指数取值的影响分析不同的环保对象，决定着项目在某位置有着不同的大气环境区位指数。环保对象的数量与分

10、布，决定着项目在某位置的大气环境区位指数。项目在某位置的大气环境区位指数值，应该为各环保对象决定的大气环境区位指数值的最小者。2.3 概念的定义2.3.1 大气环境区位指数某位置对于某项目的大气环境区位指数定义为：某位置周围的各个环保对象决定的某项目在某位置时的允许排放强度与其实际排放强度比值与1的差值中的最小值。其概念模型为P= minkQjk等允/Qjk等-1 (j=1,m；k=1,n) 式中，P某位置对于某项目的大气环境区位指数；Qjk等允某项目在某位置时第k个环保对象决定的项目“代表”（项目第j个污染源）的等价允许排放强度，g/s；Qjk等某项目在某位置时第k个环保对象决定的项目“代表

11、”（项目第j个污染源）的等价排放强度，g/s； m、n项目的污染源数量、大气环保对象的数量。由式、式，有P=mink（Ck目-Ck0）/ （QjKjk）-1 = mink C目-C0+（QjKj）/ （QjKj） 式中，Ck目第k个环保对象的环境目标值，mg/m3；Ck0第k个环保对象的环境背景浓度，mg/m3；QJ某项目第j个污染源的排放强度，g/s；Kjk项目位于某位置时其第j个污染源的排放强度与其造成的第k个环保对象污染浓度之间的输入-响应系数，(mg/m3)/(g/s)。如果项目仅有一个污染源排放敏感大气污染物，并且各环保对象的环境目标值相同，而环保对象的背景浓度可以忽略时，则上式变为

12、P= C目/Q maxk（Kk）-1 式中，C目各环保对象的环境目标值，mg/m3；Q某项目的排放强度，g/s；Kk项目位于某位置时其排放强度与其造成的第k个环保对象污染浓度之间的输入-响应系数，(mg/m3)/(g/s)。显然，采用计算模型或，可以计算某项目在区域内任意位置的大气环境区位指数，据其可判定某项目选址的适宜性，引导项目优化选址。大气环境区位指数的不同取值范围对于项目选址的指示意义（如禁止、可接受、基本适宜、适宜、赞赏等）应该是不同的。下一步需基于对大气污染物的易累积性、区域偶发性污染气象条件、不同类型项目在不同类型生产地域综合体的地位与作用、不同类型项目排污的稳定性与事故性、不同

13、选址位置的社会接受性等方面的调查分析，细化研究项目的大气环境区位指数不同取值范围的指示意义，以利于依据大气环境区位指数准确把握项目选址的环境适宜性。某项目选址优化中，如果项目选址的经济社会费用变化不大可以忽略，或者大气环境区位指数增大而其经济社会费用减小，那么，大气环境区位指数越大（为正值）的位置，项目选址越趋于合理。2.3.2 大气环境区位指数变化梯度、大气环境区位指数变化拐度项目选址中，大气环境区位指数、经济社会费用均增大时，合理的选址需兼顾大气环境保护与经济社会费用，在保障大气环境区位指数达到一定水平（原有项目为可接受水平、新建项目为适宜水平）后，并非大气环境区位指数越大选址越合理。我们

14、通过定义区位指数变化梯度、区位指数变化拐度两个概念，来量化项目选址中的区位指数变化与相应的经济社会费用变化之间的数量对比关系，了解项目选址转移的必要性。区位指数变化梯度定义为：某项目由上一个位置转移到某位置的区位指数变化梯度，是指沿项目转移方向，上一个位置至某位置的大气环境区位指数的变化量与其经济社会费用的变化量的比值。其计算模型为：Pi=(Pi-Pi-1)/(Fi-Fi-1) (i=2,n) 式中，Pi 某项目自第i-1位置至第i位置的区位指数变化梯度，万元-1；Pi、Pi-1某项目在第i位置、第i-1位置的大气环境区位指数；Fi、Fi-1某项目在第i位置、第i-1位置的经济社会费用，万元；

15、n某项目选址的备选位置总数。显然，区位指数变化梯度的大小反映着某项目位置转移的必要程度。下一步需基于对不同类型、不同规模项目的排污变化及其经济社会费用等方面的调查分析，细化研究不同类型、不同规模项目大气环境区位指数变化梯度不同取值范围的指示意义，以利于依据大气环境区位指数变化梯度准确把握项目选址转移的必要性。区位指数变化拐度定义为：某项目由某位置转移至下一个位置的区位指数变化拐度，是指沿项目转移方向，某位置至下一个位置的区位指数变化梯度的变化量与项目经济社会费用的变化量的比值。其计算模型为：Pi=(Pi+1-Pi)/(Fi+1-Fi) (i=2,n-1) 式中，Pi某项目自第i位置至第i+1位

16、置的区位指数变化拐度，万元-2；Pi+1 、Pi某项目自第i位置至第i+1位置、自第i-1位置转至第i位置的区位指数变化梯度，万元-1。 显然，区位指数变化拐度的大小反映着某项目选址从某个位置向下一个位置不断转移的必要性。区位指数变化拐度为负值时，项目继续移位的必要性降低；区位指数变化拐度为正值时，项目继续移位的必要性增强。3 研究意义3.1 量化认识项目与大气环保对象之间区位关系的适宜性，促进项目、环保对象位置的优化调整若某现有项目在选址处的大气环境区位指数值较高，如属于适宜、赞赏水平，则说明项目与大气环保对象间相处和谐，区位关系良好，其位置可进一步集聚较大、较多的同类项目来促进发展。若大气

17、环境区位指数的值较低，如属于基本适宜水平，则说明项目与环保对象之间的区位关系尚可，但是存在潜在的对立、冲突，其位置处不宜再集聚同类项目建设，除非对大气环境区位指数值更低的项目（由同一环保对象制约）实施排污削减甚至实施项目搬迁，或者搬离影响大气环境区位指数值的环保对象，提升大气环境区位指数值至更高的水平，避免环保压力。若大气环境区位指数值很低，如属于禁止水平，则说明项目与环保对象之间的区位关系差，出现了严重地对立、冲突，应尽快对大气环境区位指数值更低的现有项目（由同一环保对象制约）实施排污削减甚至搬迁，或者尽快搬离影响大气环境区位指数值的环保对象，提升项目选址的大气环境区位指数至少至可接受水平以

18、上，或者对本项目实施排污削减甚至搬迁，减免项目与环保对象的冲突对立性。对区域内各现有项目的大气环境区位指数进行研究，按指数大小及其所属适宜水平对项目进行排序，可充分认识区域内各项目与环保对象之间区位关系的适宜性，促进项目、环保对象位置的优化调整。3.2 科学引导项目优化选址，促成良性的经济社会布局据了解，环保部门在进行项目环保审批时，判断其选址是否可行的主要依据是项目建成时污染浓度是否超标。从宏观、长期发展角度来看，这是对项目选址的最低环保要求。本文依据环保对象分布决定下的某项目选址的大气环境区位指数的空间分布及其指示意义，结合对大气环境区位指数变化梯度、大气环境区位指数变化拐度的研究来优化某

19、项目的选址。若大气环境区位指数的空间分布不理想，如大气环境区位指数值偏低，则对靠近环保对象、允许排放强度小的位置的项目（其大气环境区位指数更低）实施排污削减甚至实施项目搬迁，或者搬离影响大气环境区位指数值的环保对象，来提升大气环境区位指数值至更高的水平。该研究可将项目选址引导至合理的位置，促成良性的经济社会布局，利于大气环境安全、社会和谐稳定和经济持续发展。4 研究过程4.1 量化认识某项目与大气环保对象之间的区位关系的研究过程明确出某项目位置周围分布的各个大气环保对象。应把法定的、有决定意义的环保对象均作为区位关系研究的环保对象。根据环境质量标准等，明确出各个大气环保对象长期的环境目标值。选

20、择适宜的污染模拟数学模式，明确污染源参数、气象参数等数据，利用计算软件计算出某项目各污染源与各环保对象之间的输入-响应系数。应用计算模型或，计算出项目在选址处的大气环境区位指数。依据区位指数数值及其指示意义（如禁止、可接受、基本适宜、适宜、赞赏等），准确把握项目与大气环保对象之间区位关系的适宜程度。如果需要削减相关排污甚至搬迁相关污染源，或者搬迁环保对象，来提升项目在选址处的大气环境区位指数，欲探讨相关措施的可行性，可借用计算模型、，来研究项目选址的大气环境区位指数的提升幅度与相关措施费用的比值等关系。综合、比较采取不同措施的研究结果，确定出可行的大气环境区位指数提升措施。4.2 科学引导某项

21、目优化选址的研究过程将某项目的选址考察范围及其附近区域确定为研究范围,将研究范围进行直角坐标网格化处理（应根据选址考察精度合理确定网格间距）。明确出研究范围的各个大气环保对象及其长期环境目标值。明确出污染模拟模式和污染源参数、气象参数等数据。利用计算软件计算出某项目在各网格点时的污染源与环保对象之间的输入-响应系数。应用计算模型或，计算出各网格点的大气环境区位指数。利用绘图软件绘制大气环境区位指数分布图，据此落实某项目合理的选址方案。如果大气环境区位指数分布不理想，需要通过搬迁环保对象、削减相关项目排污或搬迁相关污染项目，来调整大气环境区位指数空间分布时，则运用4.1中的进行相应研究，并再次进

22、行大气环境区位分布的研究，落实某项目合理的选址方案。某项目选址中，若需要讨论经济社会费用变化、大气环境区位指数变化的对比关系，探讨选址转移的必要性，则应用计算模型、计算区位指数变化梯度、区位指数变化拐度，进行相应研究。若有多个项目同时需要优化选址，则按照敏感污染物排放强度的大小对项目进行排序（由大到小），依次完成各项目的优化选址研究。通过研究将高污染项目、低污染项目依次合理选址，利于经济做大做强，并降低经济发展与大气环境保护之间的制约。5 应用研究以济南市已批准建设的某项目为例已得到政府批准在建的某项目位于济南市东部新区的力诺工业园内，周围有彩石山庄、西彩石村等环保对象（图1、表1）。查阅项目

23、的环境影响报告书得知，项目的敏感污染物为二甲苯，排放二甲苯的污染源为麝香酮车间，预计的麝香酮车间二甲苯排放情况见表2。图1 项目周围大气环境保护对象的分布表1 项目周围大气环保对象的方位、距离环保对象区域特征相对项目麝香酮车间的方位相对项目麝香酮车间的距离（米）居住人数（人）彩石山庄居住区E100900西彩石村农村SE6427500跑马场生活娱乐设施SW1240 神武村农村WNW13575500省科学院科研单位NE14902000青年政治学院学校NW21665000章锦村农村WSW29732800恒大名都居住区NW38202500表2 项目麝香酮车间的二甲苯排放情况污染源 废气量 (万Nm3/

24、h)排气筒高度/内径(m)排气温度()排放强度（kg/h）麝香酮车间3 40/0.6201.03 5.1 项目厂址的环保制约性由项目环境影响报告书得知，项目建成时不对环保对象造成严重污染影响。但是，厂址距彩石山庄较近，对彩石山庄有一定的二甲苯污染浓度（据环境影响报告书，小时浓度达0.0017 mg/m3），厂址具有环保制约性。5.2 应用大气环境区位指数，分析项目厂址区位关系的适宜性在济南市气象部门收集了2010年逐时24次地面气象观测数据，由中国气象局下发各省mm5v3中尺度数值模拟格点数据中提取了2010年当地探空气象资料。根据前苏联居民区大气中有害物质的最大允许浓度标准等，确定了环保对象

25、的二甲苯年平均浓度目标值为0.024mg/m3。利用Aermod模式计算软件，应用气象等相关参数，计算了项目污染源的二甲苯排放强度与项目附近各环保对象的二甲苯污染浓度之间的输入-响应系数（表3）。表3 项目与附近环保对象之间二甲苯的输入-响应系数 单位：(mg/m3)/(g/s)环保对象彩石山庄西彩石村跑马场神武村省科学院青年政治学院章锦村恒大名都综合结果输入-响应系数0.002480.000150.000250.000070.000270.000010.000090.00001取最大值0.00248采用计算模型，得知项目选址的大气环境区位指数为32.81，大于0。项目厂址不是项目禁区位置（已

26、环评审批），但是此处未必是最适宜的位置。5.3 研究大气环境区位指数的分布，推荐合理的项目选址将力诺工业园作为项目选址考察范围，对力诺工业园及其周围进行网格化（200米200米）处理，划分出99个网格（图2），在力诺工业园内进行优化选址。图2 力诺工业园及其周边区域的网格化处理利用Aermod模式计算软件，应用气象等参数，计算了项目在各网格点的二甲苯排放强度与各环保对象二甲苯污染浓度之间的输入-响应系数。采用计算模型，得到各网格点的大气环境区位指数，绘制了项目选址的大气环境区位指数分布图（图3、图4）。据计算结果，力诺工业园内A点位置的大气环境区位指数值最高，为168.46，是最佳的大气环境安全位置，具有最好的选址环境适宜性。需要说明的是，大气环境区位指数值最高的A点位置并不是其周围环保对象连线形成的几何图形的几何中心位置。A点位置靠近经十东路，交通方便，地势较平坦，基建费用低，项目在A点位置建设的经济社会费用较低。因此A点位置应是合理的项目选址。图3 项目在力诺工业园选址的大气环境区位指数立体分布图4 项目在力诺工业园选址的大气环境区位指数等值线分布5.4 应用大气环境区位指数，讨论居住区搬迁问题