大氣污染物排放總量控制管理信息系統(tǒng)

1、大氣污染物排放總量控制管理信息系統(tǒng)陳波洋 李達(dá) 蔣家文 錢楓（北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究就，北京.t«XB7）摘 要：本文結(jié)合原國家科學(xué)技術(shù)委員會“九五”賣點(diǎn)科技項(xiàng)目一 區(qū)（大吒）污染物 排放總童揑制研究與示范，慨括了建立西城區(qū)大氣污染輸樁放總量控制管理倩息系統(tǒng)的目 的、意義以及本系統(tǒng)的特點(diǎn)，保后對系統(tǒng)功能.If體結(jié)構(gòu)、開發(fā)思路和過程進(jìn)行了論述.一、建立系統(tǒng)的目的和意義中國二十一世紀(jì)議程白皮書確立了我國走可持續(xù)發(fā)展的方向.污染物排放總量控制是可持 續(xù)發(fā)展的一個(gè)必要手段。計(jì)算機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)分析方法的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)這種科學(xué)管理模式的關(guān)鍍.大氣污染源數(shù)據(jù)不僅包括所排放各種污染物數(shù)童的多少，而且包括其

2、排放所在地理位置數(shù)據(jù). 同樣的污染物排放量，由于其所在地理位：S不同，在氣象條件影響下，其污染程度與范圍將有所不 同.這就是大氣污染源的地理空間特性。大氣污染源的地理空間特性決定了人氣污染物排放總最控制必須采用定量與空間分析相結(jié)合的 綜合地理思維工具地理侑息系統(tǒng)（GIS）e大氣污染物拮放總盤控制不僅要進(jìn)行污染源的定量分 析，如計(jì)算I#放fit大小，而R要進(jìn)行字間分析，如計(jì)算排放議與環(huán)境濃度關(guān)系。GIS正是這種結(jié)合. 的完美體現(xiàn)，G1S以數(shù)據(jù)表示空間分布，數(shù)字和圖形融為-體，支持?jǐn)?shù)字思維與空間思維同時(shí)進(jìn)行， 比傳統(tǒng)的地圖分析和僅僅對統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的定量分析方法有質(zhì)的改進(jìn)。北京市西城區(qū)大氣污染物排放總

3、墾控制借理信息系統(tǒng)是定量分析、空間分析和系統(tǒng)分析用結(jié)合的專業(yè)地理信息系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)是我 們課題組探索出的總址控制方法走向?qū)嵺`的必要手段，是實(shí)現(xiàn)西城區(qū)大氣環(huán)境科學(xué)管理和決策的關(guān) 鍵，具有気大的現(xiàn)實(shí)意義。二、本系統(tǒng)的主要特點(diǎn)1. 先進(jìn)性本系統(tǒng)采用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，以直觀的方法組織、分析和管理信息，便總就控制中的屬性數(shù) 據(jù)與地域肖機(jī)地聯(lián)系起來，并使它們之間的關(guān)系趨勢目了然。本系統(tǒng)在ArcView 3.0a及其空間分析模塊和Delphi 3.0 ±進(jìn)行開發(fā)，我們在Arc View 3.0a及其 空間分折模塊基礎(chǔ)上開發(fā)空間信息管理、査詢、分析和模擬功能：在Delphi 30開發(fā)平臺上，開發(fā) 了

4、數(shù)據(jù)采集與編輯功能，總量控制功能和大氣模擬功能我們用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)如面向?qū)ο?編程和動態(tài)鏈接庫技術(shù)，便得整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)模塊有機(jī)結(jié)合。從國內(nèi)外報(bào)道的地理信息系統(tǒng)應(yīng)用中， 我們尚未發(fā)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)與大氣污染空間模擬，總量控制有機(jī)融合的報(bào)道。無疑，這將填補(bǔ)地理 信息系統(tǒng)在這方面應(yīng)用的空口，具有先進(jìn)性。2. 科學(xué)性本系統(tǒng)大氣壞境質(zhì)星數(shù)值模擬，是以基于“高斯撲式”的城市多源大氣擴(kuò)散模式理論為基礎(chǔ)， 采用美國國家環(huán)保周的】SC険式，模擬社區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量，并采用線性規(guī)劃優(yōu)化方法求解污染物最 大允許排放最，即排放總楚，因此具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。3. 實(shí)用性、可操作性和示范性本課題不杲純理論性研究而是蔓摸索出一

5、蠻切實(shí)可行的社區(qū)大氣污染物總雖控制的方法和途 徑，搞淸社區(qū)內(nèi)大氣污染源排放量與環(huán)境質(zhì)SZfuJ的關(guān)系，及可行的管理措施。因此，在整個(gè)研究 過程中，必須與社區(qū)內(nèi)的實(shí)際悄況相結(jié)合，與管理人員密切配臺。這樣.研究出的成果將是實(shí)用的.本系統(tǒng)在Windows NT 4.0操作系統(tǒng)上開發(fā)，具有簡單易1S的圖形用戶界面，即使不懂計(jì)算機(jī) 語言的借理人員，經(jīng)過短時(shí)間的了解和培訓(xùn)，便可熟練操作。三、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)1. 系統(tǒng)功能分析污染物總星:控制足一種有效控制污染物排放，提高和改善環(huán)境質(zhì)呈的手段。根據(jù)總廈控制的耍 求，決策者必須對壞境總眾和冬污染源的基本情況非常清楚，才能正確決策，采取有效的措施。計(jì) 算機(jī)為實(shí)施總

6、量控制提供了有力的工具，人們可以充分利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、存儲容量大的特點(diǎn)， 通過對大量數(shù)據(jù)的錄入、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析來拿握污染物的動向，污染源與環(huán)境質(zhì)宜關(guān)系。西城區(qū) 大氣污染物排放總量控制管理信息系統(tǒng)就是基于此目的.以便對調(diào)査.申報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理， 做到動態(tài)跟蹤，計(jì)算、顯示本地區(qū)的污染源狀況和環(huán)境污染情況.根據(jù)總量控制和環(huán)保局口貼管理要求，本系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)本若實(shí)用和為環(huán)保局日常管理服務(wù)的宗旨， 具有環(huán)境地理信息功能，環(huán)境管理功能，匯總統(tǒng)計(jì)分析功能，和環(huán)境總最控制功能。系統(tǒng)功能如圖 1所示。B0I系統(tǒng)功能分析圖 下面對并功能分別進(jìn)行介紹：(1) 環(huán)境地理信息功能，如圖2環(huán)境定理信息子系統(tǒng)1 1 1

7、 1行政區(qū)域岳 街道 道跑污染源分布顯示空間査詢(污染添査詢街 道査詢網(wǎng)格査詢)環(huán)境質(zhì)量 樓擬顯示圖2環(huán)境地理信息功能a.顯示西城區(qū)行政區(qū)域圖及主要街道、道路，在此基礎(chǔ)上分別顯示大氣污染源的分布情況和 大氣環(huán)境贋試濃度分布。b.可進(jìn)行空何査詢.包括：大氣污染潔空何査詢.其中包含兩個(gè)內(nèi)容：一是杳看某一空間位 買上汚染淋狀況：二是己知榮一污染源，査看其空間位置.街道空間賁詢，査看某一街道污染物排放St,允許樣放童以及削械童狀況。'網(wǎng)格空間查詢，査看某一空間網(wǎng)格lkniXlkm中污染物排放，允許排放繪以及削減產(chǎn)狀況。(2) 環(huán)境管理功能，如圖3.環(huán)境骨理子系統(tǒng)項(xiàng)冃審批拌污申報(bào)登記數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)污染

8、物數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)錄入修改計(jì)算制除檢素報(bào)表圖3環(huán)境管理功舵r I I I項(xiàng)目幕礎(chǔ) 數(shù)據(jù)錄入壞境預(yù)測113a. 排污申報(bào)登記功能提供對人氣污染源數(shù)據(jù)的動態(tài)管理.具有對大氣污染源數(shù)桂錄入、變更、增加、刪除、計(jì)算 統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、檢索等功能，以便于日常工作的管理使用.b. 項(xiàng)目審批功能項(xiàng)目審批是壞保部門對環(huán)境彩響評價(jià)制度和“三同時(shí)"制度的具體實(shí)施，加強(qiáng)環(huán)境項(xiàng)目的審批, 可以冇效控制新污染源的產(chǎn)生.在進(jìn)行總量控制的前提下，合理審批，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益 和社會效益的統(tǒng)一.本功能應(yīng)能為審批提供輔助決策信息。項(xiàng)目審批數(shù)捺庫應(yīng)含有建設(shè)單位、建設(shè)地點(diǎn)、建設(shè)項(xiàng)目， 主要污染設(shè)備等，然后，綜合全區(qū)污染源悄況

9、進(jìn)行壞境虞量模擬分析，提供建成前和建成后的模擬 數(shù)據(jù)，包括二氣化硫和煙塵排放呈及大氣環(huán)境展量的數(shù)據(jù)和圖形，以供決策人員根據(jù)具體情況進(jìn)行 決策.(3) 匯總統(tǒng)計(jì)分析功能，如圖4。匯總統(tǒng)計(jì)分析 子系統(tǒng)排放總ft匯總街道統(tǒng)計(jì)圖4匯總統(tǒng)計(jì)分析功能除塵器結(jié)枸分析排放貢獻(xiàn)持序在呈礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)后，應(yīng)對這些大氣污染源數(shù)據(jù)分門別類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從中得出一些信 息，從而為壞保局曰常管理和決策服務(wù)。統(tǒng)計(jì)分析內(nèi)容包括： 統(tǒng)計(jì)匯總本區(qū)污染物排放鼠；統(tǒng)計(jì)本區(qū)十個(gè)街逍污染物排放量、燃料耗量以及占全區(qū)排放量的百分比： 統(tǒng)計(jì)六類污染源情況，如燃料耗量、污染物扌豐放量以及#自占全區(qū)排放量百分比； 統(tǒng)計(jì)各燃料種類如煙煤、無煙煤

10、、型煤、重油、柴油的年耗雖，以及分別產(chǎn)生的二氧化 硫和煙塵的拮放輦； 統(tǒng)計(jì)各類鍋爐型號的數(shù)量、燃料年耗星、二氧化硫和煙塵排放僦； 統(tǒng)計(jì)各種除塵君的數(shù)最； 分別按二氧化硫和煙塵排放量從人到小對大氣污染源進(jìn)行排序； 分別按二氣化硫和煙塵對環(huán)境濃度貢獻(xiàn)大小進(jìn)行大氣污染源排序.由于地理位置關(guān)系，相同排放量對環(huán)境污染程度不同，通過大氣污染擴(kuò)散摸式計(jì)算，我們能夠 計(jì)算出各個(gè)大氣污染源對環(huán)境濃度頁獻(xiàn)大小，從而找出真丘的重點(diǎn)污染源。所有這些，將使得環(huán)保局管理人員対本區(qū)污染源分布情況，污染物排放因素，以及加強(qiáng)治理， 制定削減方案做到心中有數(shù)。(4) 環(huán)境總星控制功能，如圖5.圖5環(huán)境總控制功能3.計(jì)漳最大允許排

11、放童通過線性規(guī)劃模型，分別計(jì)算三種不同大氣環(huán)境質(zhì)最目標(biāo)下，即；比1995年略有改善10%； 保留小煤爐.且比1995年略有改善(】曲)；達(dá)到二級環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)污染源的最大允許排放童和 應(yīng)削減量.這些數(shù)據(jù)將是總量控制的基礎(chǔ)，以及為制定削減方案提供科學(xué)依據(jù)。b.削減方案設(shè)計(jì)分析功能設(shè)計(jì)多種可行的削減方案，如置換天然氣、神華煤，增加脫硫設(shè)施，改善除塵器效率等；并對 各種削減方案進(jìn)行綜合費(fèi)用效果分析，模擬各種削減方案下的環(huán)境質(zhì)屋狀況，為決策人員提供依據(jù)。削減笛施主要有： 天然氣置換； 神華煤推廣應(yīng)用：單背除塵器改成多管式旋風(fēng)除塵器； 單管除塵器改成脫硫除塵器； 小鍋爐及茶浴爐、大灶燒散煤的改為燒型煤&

12、#39;2. 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)通過對系統(tǒng)功能分析，我們知道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以由空間數(shù)據(jù)管理與分析、屬性數(shù)據(jù)骨理與分析這 兩部分構(gòu)成?？臻g數(shù)據(jù)管理與分析包括電子地圖管理和數(shù)字高程模型，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境地浬伯息功能。 屬性數(shù)據(jù)管理與分析實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與編輯功能、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)査誨、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、總量控制模型、大 氣擴(kuò)散模型和削減方案及其費(fèi)用效果分析。通過對軟件市場的調(diào)査分析.我們選用Arc View 3.0及其空間分析模塊Spatial Analyst 1.0來進(jìn) 行空間數(shù)據(jù)管理與分析：選用Delphi 3.0這快速應(yīng)用開發(fā)工具(Rapid Application Development)來 開發(fā)屬性數(shù)據(jù)管理

13、與分析。Delphi 3.0開發(fā)后的性數(shù)據(jù)管理與分析代碼通過Windows動態(tài)鏈接庫 技術(shù)實(shí)現(xiàn)與ArcView 3.0系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合。為實(shí)現(xiàn)兩者數(shù)據(jù)接口，我們主決以傳統(tǒng)的數(shù)搖庫DBF文 件格式來組織和管理屬性數(shù)據(jù).圖6系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從整體結(jié)構(gòu)圖可以看出，我們用Delphi 3.0開發(fā)了以下的模塊：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集：實(shí)現(xiàn)對大氣污染源數(shù)據(jù)錄入、修改、增加、刪除、污染物排放量計(jì)算、檢 索等功能.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：實(shí)現(xiàn)對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分門別類統(tǒng)計(jì)，包括匯總表、街道排放量分布、燃耗結(jié)構(gòu)、 鍋爐型號、除塵器型號結(jié)構(gòu)、六類污染源統(tǒng)計(jì)、污染物排放量排隊(duì)分析、環(huán)境濃度貢獻(xiàn)排隊(duì)分析?？偭靠刂颇Ｐ停和ㄟ^線性規(guī)劃模型和大氣擴(kuò)散模

14、型計(jì)算1 kmXlkni網(wǎng)格最大允許排放嚴(yán)， 進(jìn)而計(jì)算出各個(gè)污染源的最大允許排放量和應(yīng)削減屍。削減方案設(shè)計(jì)分析：設(shè)計(jì)多種可行削減方案，對各種削減方案進(jìn)行綜合費(fèi)用效果分析.并 通過大氣擴(kuò)散模型模擬各種削減方案下的環(huán)境質(zhì)金狀況。我們用ArcView 3.0及其空間分析模塊開發(fā)的模塊有： 通過對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的地理編碼，實(shí)現(xiàn)耳體污染源落圖，建立污染源專業(yè)圖層，實(shí)現(xiàn)污染源分 布顯示，污染源空間杏詢等功能； 通過對統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的地理編碼，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)空間査詢，包括各街道空間査詢，1 kmXlkm網(wǎng) 格空間査詢I通過對大氣擴(kuò)散模塑模擬的大氣環(huán)境質(zhì)童結(jié)果進(jìn)行地理編碼，利用空間分析模塊進(jìn)行空間 插值，從而實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境質(zhì)

15、fit空間分布顯示（等值線分布圖人115大氣污IM*放總*何息“B卄. . _. _TTThT7九合“02- <'.'" K- ；*<> 3 ru W ' A T 、 ：l八'J5 r*"r" - : *:：，i-： - R ； *403Mft « 41 N B ，"八 ,m«4V«.v4W ，.s kF?.» .3 ，.V，" » ?HBK»。h'- »! im.“.rnai«i :亠-.、/sqh.iwo

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