陳佳璇,成潤禾,李 巍

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城市工業(yè)大氣污染物排放總量統(tǒng)籌分配研究

陳佳璇,成潤禾,李 巍*

(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院,環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室,北京 100875)

在持續(xù)推進(jìn)環(huán)境空氣質(zhì)量全面達(dá)標(biāo)改善進(jìn)程中,城市大氣污染的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)性特征愈發(fā)受到關(guān)注,但統(tǒng)籌空間和行業(yè)因子的大氣污染物總量分配和控制研究相對薄弱.對此,在篩選城市大氣污染主導(dǎo)行業(yè)和主控因子的基礎(chǔ)上,綜合考慮污染源空間分布和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特征,通過構(gòu)建指標(biāo)體系并采用熵權(quán)法估算空間與行業(yè)總量分配系數(shù),據(jù)此形成空間和行業(yè)統(tǒng)籌分配技術(shù)流程和方法,并應(yīng)用于鄂爾多斯市.結(jié)果表明,該模式可以較好地適應(yīng)大氣污染工業(yè)貢獻(xiàn)相對突出的城市,兼顧產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化和行業(yè)規(guī)模調(diào)控,有助于完善總量分配體系和提高污染控制效果.

城市大氣污染；工業(yè)排放總量；統(tǒng)籌分配；空間分布；主導(dǎo)行業(yè)

污染物排放是影響城市大氣環(huán)境質(zhì)量的主要人為因素[1],其中因工業(yè)生產(chǎn)活動造成的污染物濃度超標(biāo)或過量排放成為大氣環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)改善面臨的主要壓力[2].近年來相關(guān)研究表明,我國城市大氣環(huán)境污染兼具顯著的空間和結(jié)構(gòu)特征.例如,福州、濟(jì)南、烏魯木齊等城市大氣污染的空間分布均與城市工業(yè)布局高度一致[3-5];上海與蘇浙兩省主要城市重點行業(yè)相似系數(shù)年均值高達(dá)0.93,由此產(chǎn)生重復(fù)建設(shè)與過度競爭增加了大氣環(huán)境污染負(fù)荷與治理難度[6];環(huán)渤海地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理化指數(shù)分析也表明,城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展與大氣污染間存在顯著的協(xié)同效應(yīng)[7].總量控制作為重要減排手段,有助于協(xié)調(diào)城市發(fā)展與大氣環(huán)境保護(hù)[8].為此,國家《十三五生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》[9]明確要求改革和完善總量控制制度,大力推行區(qū)域性、行業(yè)性總量控制.

總量限值的合理分配是確保管控措施與制度落實的關(guān)鍵環(huán)節(jié).1993年《城市大氣污染物總量控制方法手冊》[10]較為系統(tǒng)地總結(jié)了城市大氣污染物總量分配的技術(shù)路線與方法,并通過在青島、泉州、大連等城市的試點實施[11],逐漸形成了基于城市各行政分區(qū)排污現(xiàn)狀進(jìn)行負(fù)荷分配的模式[12].王勤耕[13]、許艷玲[14]等分別通過平權(quán)函數(shù)與績效核算的方法,從促進(jìn)公平與提升效率兩方面提出了區(qū)域分配模式改進(jìn)的建議;蔣洪強[15]、喻林超[16]等則將總量分配細(xì)化到城市的主體功能區(qū)與工業(yè)園區(qū).已有研究主要關(guān)注空間和布局因素,大多以行政分區(qū)為基本單元進(jìn)行空間分配,較少考慮產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與行業(yè)特征,綜合空間和行業(yè)因素的總量分配方法明顯欠缺.結(jié)合當(dāng)前加快城市環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)改善、推動城市工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展的實際需求,有必要兼顧污染源空間分布及污染物排放的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特點,進(jìn)一步研究完善城市大氣污染物排放總量分配模式與方法.

1 總量統(tǒng)籌分配技術(shù)流程

工業(yè)大氣污染物空間和行業(yè)的統(tǒng)籌分配,不僅要考慮大氣污染物排放空間差異,還需疊加工業(yè)行業(yè)排放特征,分配過程主要包括4個步驟:

(1)篩選主導(dǎo)行業(yè)和主控因子.首先,結(jié)合城市工業(yè)發(fā)展規(guī)劃與經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù),計算行業(yè)產(chǎn)值占城市GDP增長的比重,將占比超過15%的確定為主導(dǎo)行業(yè);其次,將城市重點管控的常規(guī)大氣污染物與主導(dǎo)行業(yè)特征污染物共同作為統(tǒng)籌分配的主控因子.

(2)確定擬分配總量限值.根據(jù)下達(dá)的工業(yè)污染物排放總量控制指標(biāo)或大氣環(huán)境容量核算成果確定污染物總量管控限值.為確保大氣環(huán)境質(zhì)量能夠全面穩(wěn)定達(dá)標(biāo),需根據(jù)實際情況并結(jié)合專家意見合理預(yù)留一定比例的總量指標(biāo)作為安全余量,暫不參與分配.

(3)估算空間和行業(yè)統(tǒng)籌分配系數(shù).綜合空間與行業(yè)兩個維度,從環(huán)境質(zhì)量、產(chǎn)業(yè)發(fā)展及政策要求三方面梳理具體指標(biāo),構(gòu)建統(tǒng)籌分配指標(biāo)體系.通過指標(biāo)數(shù)據(jù)處理與權(quán)重計算,得到空間與行業(yè)統(tǒng)籌分配系數(shù).

(4)實施統(tǒng)籌分配.依次計算各類大氣污染物的可分配總量與空間及行業(yè)分配系數(shù)矩陣的乘積,將城市工業(yè)大氣污染物排放總量指標(biāo)按系數(shù)比例分配至各空間單元與主導(dǎo)行業(yè),并就分配結(jié)果進(jìn)行討論.

2 總量統(tǒng)籌分配技術(shù)方法

2.1 構(gòu)建統(tǒng)籌分配指標(biāo)體系

采用“目標(biāo)-準(zhǔn)則-系統(tǒng)-指標(biāo)”的框架構(gòu)建統(tǒng)籌分配指標(biāo)體系的四個層次,目標(biāo)層(A)為城市大氣污染物總量的統(tǒng)籌分配,準(zhǔn)則層(B)包括空間(B1)與行業(yè)(B2)兩個分配維度,系統(tǒng)層(C)主要指城市中能對空間或行業(yè)分配產(chǎn)生直接影響的環(huán)境(C1)、經(jīng)濟(jì)(C2)與管理(C3)子系統(tǒng),在每個系統(tǒng)下選擇具體指標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)體系.

進(jìn)行空間分配時,各空間單元的大氣環(huán)境質(zhì)量與容量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平都會影響空間分配系數(shù)的取值,因此需要選擇相應(yīng)指標(biāo),體現(xiàn)空間單元的環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀、污染物擴散條件以及工業(yè)發(fā)展情況;行業(yè)分配除考慮主導(dǎo)行業(yè)經(jīng)濟(jì)與污染貢獻(xiàn)對分配的影響外,還需綜合各類產(chǎn)業(yè)發(fā)展與節(jié)能減排政策規(guī)劃對行業(yè)分配份額的限定與調(diào)控作用,并設(shè)計具體指標(biāo)進(jìn)行描述.

2.2 估算統(tǒng)籌分配系數(shù)

基于構(gòu)建的統(tǒng)籌分配指標(biāo)體系,通過熵權(quán)法確定指數(shù)權(quán)重[17-19].首先建立初始決策矩陣如式(1):

將城市工業(yè)大氣污染物排放總量指標(biāo)按系數(shù)比例分配至各空間單元與主導(dǎo)行業(yè),見式(4):

3 鄂爾多斯市大氣污染物排放總量統(tǒng)籌分配

鄂爾多斯市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部,總面積8.7萬km2,煤炭資源富集,已探明儲量1930億噸,約占全國的1/6,是我國重要的能源化工基地.全市經(jīng)濟(jì)發(fā)展結(jié)構(gòu)性特征顯著,煤炭開采與煤基產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)較為突出,其產(chǎn)值占比多年來保持在80%以上. 2016年,鄂爾多斯市環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良率為90.67%,主要大氣污染物SO2、NO2及PM2.5年均濃度均低于國家二級標(biāo)準(zhǔn).工業(yè)源是目前鄂爾多斯市大氣污染物排放的主要來源,工業(yè)排放SO2與NO占總排放量比例均高于85%.伴隨重化工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展,城市環(huán)境空氣質(zhì)量穩(wěn)定達(dá)標(biāo)面臨較大的污染減排壓力,特別是煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來的VOCs等特征污染物排放亟需加強控制.

3.1 大氣污染物控制總量及利用現(xiàn)狀

鄂爾多斯市《節(jié)能降耗和主要污染物減排工作方案》[20]中設(shè)定了2016年市域內(nèi)各旗區(qū)常規(guī)污染物SO2與NO的控制量,結(jié)合當(dāng)年環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù),分析得到全市各旗區(qū)總量控制任務(wù)完成情況和大氣環(huán)境承載狀況(表1).

鄂爾多斯全市目前已在空間層面進(jìn)行了兩種大氣污染物總量限值的分配,但執(zhí)行效果不如預(yù)期,除鄂托克前旗、杭錦旗、烏審旗外,其他旗區(qū)均存在現(xiàn)狀排放超過總量目標(biāo)的現(xiàn)象;達(dá)拉特旗、東勝區(qū)、準(zhǔn)格爾等旗區(qū)均存在容量過載的風(fēng)險.因此在大氣污染物總量分配時須加強分配限值與環(huán)境容量及質(zhì)量的關(guān)聯(lián);在進(jìn)一步整合各旗區(qū)空間信息的基礎(chǔ)上充分結(jié)合污染物排放的結(jié)構(gòu)性特點,實施空間和行業(yè)的統(tǒng)籌分配,提高總量目標(biāo)的可達(dá)性,確保城市大氣環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)定達(dá)標(biāo)與持續(xù)改善.

3.2 主導(dǎo)行業(yè)及主控因子確定

收集2016年鄂爾多斯工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù),計算

表1 鄂爾多斯各旗區(qū)大氣環(huán)境承載指數(shù)

各工業(yè)行業(yè)產(chǎn)值占GDP增長比重,發(fā)現(xiàn)主要行業(yè)包括煤炭、電力、化工、金屬冶煉及制造業(yè)對GDP增長的貢獻(xiàn)率分別為32.84%、26.29%、24.63%、9.65%和3.30%.因此,將工業(yè)產(chǎn)值占GDP比重超過15%的煤炭、電力及化工行業(yè)確定為統(tǒng)籌分配的主導(dǎo)行業(yè).根據(jù)鄂爾多斯2016年統(tǒng)計年鑒及環(huán)統(tǒng)數(shù)據(jù),除SO2與NO外,鄂爾多斯工業(yè)煙塵與揮發(fā)性有機物(VOCs)排放占總排放量比重較大,分別為77.42%與72.93%,且主導(dǎo)行業(yè)中化學(xué)原料與制品生產(chǎn)及加工業(yè)是工業(yè)VOCs排放的主要來源,據(jù)此可確定鄂爾多斯市進(jìn)行空間與行業(yè)統(tǒng)籌分配的主控因子為常污染物SO2、NO、煙塵及特征污染物VOCs.

3.3 污染物排放總量統(tǒng)籌分配結(jié)果

表2 鄂爾多斯市工業(yè)大氣污染物排放總量統(tǒng)籌分配指標(biāo)體系

注:(1)技術(shù)減排情景下,煤炭礦區(qū)鍋爐及生產(chǎn)井電機改造;煤電行業(yè)超低排放限值取代特別排放限值;化工行業(yè)達(dá)到國際先進(jìn)能耗水平;(2)政策規(guī)劃主要依據(jù)《鄂爾多斯市煤炭產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃(2010-2020)》《內(nèi)蒙古鄂爾多斯煤電基地開發(fā)規(guī)劃》《鄂爾多斯市現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)示范基地規(guī)劃》[27-29].

根據(jù)《鄂爾多斯煤電基地規(guī)劃環(huán)境影響評價》成果,全市“十三五”期間可用于工業(yè)分配的SO2、NO、煙塵及VOCs總量分別為42萬t/a,25萬t/a,10萬t/a與17萬t/a,預(yù)留總量指標(biāo)的20%作為安全余量不用于分配.大氣污染物排放總量的空間分配以各旗區(qū)為基本分配單元,行業(yè)分配的以三大主導(dǎo)行業(yè)及其他行業(yè)為基本分配單元.

表3 鄂爾多斯工業(yè)大氣污染物排放總量統(tǒng)籌分配系數(shù)

基于統(tǒng)籌分配指標(biāo)體系的框架設(shè)計,結(jié)合城市發(fā)展現(xiàn)狀,逐項細(xì)化指標(biāo),建立鄂爾多斯市大氣污染物統(tǒng)籌分配指標(biāo)體系(表2).收集指標(biāo)數(shù)據(jù),計算行業(yè)與空間分配系數(shù)(表3).

將城市四類污染物總量指標(biāo)按系數(shù)比例分配至各空間單元與主導(dǎo)行業(yè),完成鄂爾多斯工業(yè)大氣污染物排放總量的空間和行業(yè)統(tǒng)籌分配,并計算在統(tǒng)籌分配情況下,單位產(chǎn)能污染物排放相較于現(xiàn)狀的變化率(表4).

根據(jù)表4可知,綜合空間和行業(yè)的鄂爾多斯工業(yè)大氣污染物排放總量統(tǒng)籌分配在原有空間分配的基礎(chǔ)上將各類大氣污染物的總量限值進(jìn)一步細(xì)化到主導(dǎo)行業(yè)層面,使各旗區(qū)在工業(yè)發(fā)展過程中獲得更明確的排放要求.在統(tǒng)籌分配時,基于環(huán)境質(zhì)量、污染擴散、行業(yè)減排等方面分別選擇相應(yīng)指標(biāo)求解分配系數(shù).因此在有效執(zhí)行統(tǒng)籌分配結(jié)果的前提下,可保證各旗區(qū)大氣環(huán)境容量不過載,環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)定達(dá)標(biāo).分析各行業(yè)單位產(chǎn)能污染物排放變化情況,煤炭行業(yè)污染物排放量增高,主要由“十三五”期間行業(yè)規(guī)劃產(chǎn)能削減導(dǎo)致.其他行業(yè)污染物排放均呈下降趨勢,其中電力行業(yè)NO與化工行業(yè)VOCs單位產(chǎn)能排放量分別降低52%與31.8%,減排效果顯著.由此可見,在規(guī)劃產(chǎn)能增長的前提下,電力行業(yè)應(yīng)開展落后產(chǎn)能的置換和淘汰,加快機組的超低排放改造;化工行業(yè)則需通過推廣清潔生產(chǎn)技術(shù),延伸產(chǎn)業(yè)鏈條,促進(jìn)傳統(tǒng)煤化工的升級改造,共同保證總量目標(biāo)的實現(xiàn).

表4 鄂爾多斯市工業(yè)大氣污染物排放總量統(tǒng)籌分配結(jié)果(萬t/a)

4 結(jié)論

4.1 我國城市環(huán)境空氣質(zhì)量正在進(jìn)入全面達(dá)標(biāo)和改善階段,結(jié)合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級的污染物減排工作已成為深化大氣污染物總量控制的重要手段.以空間分配和管控為主的模式已不能滿足實際需求,特別是在工業(yè)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展和大氣污染貢獻(xiàn)均比較突出的城市中,僅將總量指標(biāo)分配至空間層面,欠缺對城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)及行業(yè)排放特征的考慮,極易導(dǎo)致工業(yè)污染物排放超出總量分配限值,行業(yè)特征污染物濃度超出質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),造成局域性、結(jié)構(gòu)性大氣環(huán)境污染.因此,統(tǒng)籌空間和行業(yè)因子開展大氣污染總量控制已成為推進(jìn)城市環(huán)境空氣質(zhì)量穩(wěn)定達(dá)標(biāo)和持續(xù)改善的一項重要政策選擇.

4.2 在充分總結(jié)大氣污染物總量空間分配研究和應(yīng)用成果的基礎(chǔ)上,考慮城市常規(guī)及特征大氣污染物達(dá)標(biāo)需求,綜合空間單元和主導(dǎo)行業(yè)減排要求,從產(chǎn)業(yè)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)、減排管理等方面選擇指標(biāo),計算空間和行業(yè)的統(tǒng)籌分配系數(shù).將工業(yè)污染物控制總量管控限值分配給主要縣旗區(qū)和重點行業(yè),可以實現(xiàn)空間和行業(yè)一體化的城市工業(yè)大氣污染物排放總量統(tǒng)籌分配.從而完善區(qū)域性、行業(yè)性大氣污染總量控制制度,并通過總量管控促進(jìn)行業(yè)發(fā)展升級,倒逼城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與優(yōu)化.

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[29] 鄂爾多斯市人民政府,鄂爾多斯市現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)示范基地規(guī)劃[Z]. 2016-06.

Method and application on overall allocation of space and industry for urban industrial total atmospheric pollutant emission.

CHEN Jia-xuan, CHENG Run-he, LI Wei*

(State Key Laboratory of Water Environment Simulation, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)., 2018,38(12)：4737~4741

In the process of improving air quality, the industrial structural characteristics of urban air pollution are increasingly attracting public attention. However, research on the overall planning of total air pollutant allocation giving consideration to both spatial and industrial factors is relatively weak. To address this issue, the present study synthetically considers spatial distribution of pollution resources and industrial structure characteristics based on the screening of leading industries and main-control factors first. Then an indicator system is constructed to enable the estimation of the overall spatial and industrial allocation coefficients with the entropy weight method. Hereby, the overall allocation method and process were established and applied to Ordos City. The result showed that this method can be well adapted to cities where there the industrial contribution to air pollution is prominent. With the consideration of optimization for industrial layout and scale, it will also help to improve the total pollutant allocation system and improve the effect of pollution control.

urban air pollution；total industrial emission；overall allocation；spatial distribution；leading industries

X823,X50.2

A

1000-6923(2018)12-4737-05

陳佳璇(1994-),女,山東日照人,碩士,主要從事戰(zhàn)略環(huán)境影響評價方面研究.發(fā)表論文2篇.

2018-05-16

環(huán)保公益項目“流域綜合規(guī)劃環(huán)境影響評價關(guān)鍵技術(shù)研究”(2013467042)

* 責(zé)任作者, 教授, weili@bnu.edu.cn