DOI：10.13209/j.0479-8023.2011.078
北京大学学报(自然科学版), 第47卷, 第3期, 2011年5月
Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 47, No. 3 (May 2011)
区域规划累积环境影响评价方法框架研究
都小尚 刘永 郭怀成† 刘慧 阳平坚 杨永辉
北京大学环境科学与工程学院, 北京 100871; † 通信作者, E-mail: hcguo@pku. edu. cn
摘要 鉴于累积环境影响评价在区域规划环评中的重要性和必要性, 提出包括规划描述、影响识别、尺度确定、因果分析、评价基准、情景构建、累积评价与预警、减缓措施以及适应调控等主要步骤在内的累积环境影响评价方法框架。同时, 考虑到累积环境影响的不确定性和动态性特征, 采用情景分析和系统动力学模型相结合的方法, 模拟、分析和评价区域规划在时间和空间尺度上的累积环境影响。基于该方法框架, 以郑州航空港地区总体规划为例, 开展了评价区域环境空气和地表水环境质量的累积环境影响评价和预警实证研究。设计了基准情景、零方案情景、规划方案情景以及改善型情景4种情景模式, 分别对规划方案实施的区域水环境、大气环境的累积影响做出评价; 并提出包括生态空间格局调控优化、产业结构调控与布局优化以及污染防治等在内的减缓措施, 以及跟踪监测评估与适应性反馈调控对策。. 关键词 累积环境影响评价; 规划环评; 情景分析; 郑州航空港地区 中图分类号 X820
An Integrated Methodology Framework for Cumulative Environmental
Assessment of Regional Development Plan
DU Xiaoshang, LIU Yong, GUO Huaicheng, LIU Hui, YANG Pingjian, YANG Yonghui
College of Environmental Science and Engineering, Peking University, Beijing 100871;
† Corresponding author, E-mail: [email protected]
†
Abstract An integrated methodology framework was proposed to acknowledge the important role of cumulative environmental assessment (CEA) in the strategic environmental assessment of regional development plan (RDP). The developed CEA framework consisted of nine steps, including (a) analysis of regional development plan, (b) identification of environmental responses, (c) determination of CEA scales, (d) network analysis of pressures and responses, (e) baselines for CEA, (f) scenarios development, (g) cumulative assessment and early warning, (h) mitigative measures of environmental consequences, and (i) adaptive management. Scenario analysis and system dynamic (SD) models were integrated to deal with the uncertainties and dynamics in the RDP system. The cumulative environmental consequences at various temporal and spatial scales were assessed using the integrated models. The RDP of Zhengzhou Airport Zone (ZZAZ) was taken as a case and its CEA and early warning for regional air and ground water was carried out. Four scenarios were proposed after the comprehensive of ZZAZ’s RDP and the identification of environmental consequences. System dynamic model was developed for temporal and spatial CEA, combined with air and water mechanistic models. Several strategies were proposed based on CEA results to mitigate the consequences, including (a) adjustment of spatial ecological patterns at regional scale, (b) optimization of regional industries structure, (c) pollution control, and (d) adaptive management.
Key words cumulative environmental assessment; strategic environmental assessment; scenario analysis; Zhengzhou Airport Zone
国家重点基础研究发展计划(2005CB724205)和国家水体污染重大专项(2008ZX07102−01)资助 收稿日期: 2010-06-22; 修回日期: 2010-08-01; 网络出版日期: 2011-04-29 网络出版地址: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2442.N.20110429.1341.001.html
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第3期 都小尚等: 区域规划累积环境影响评价方法框架研究
累积环境影响是指“当一项行动与其他过去、现在和可以预见的将来的行动结合在一起时所产生的对环境增加的影响”[1−2]。累积环境影响可反映发生在某一时间段内特定源的集合环境效应, 因此开展累积环境影响评价(CEA)已成为战略环评(SEA)的自20世纪80年代以来, 已有相当一项重要内容。
多的研究关注于累积环境影响评价的概念和实践, 其中国际上具有代表性的研究案例主要集中于美国、加拿大、澳大利亚和荷兰等国, 以美国和加拿大为主。在研究框架上, 除关注于尺度问题外, 目前已有研究基于累积影响的关键问题提出包括问题识别、分析和管理3个阶段在内的CEA概念框 架; 在研究对象与尺度上, 目前的研究涵盖了河流生态系统、湿地、交通以及区域影响等方面
[5−9]
[4]
[1]
[3]
[2]
1 方法
1.1 总体思路
累积环境影响评价的目的在于系统分析和评估累积环境变化的过程, 在识别和描述累积影响源、累积过程及累积影响的基础上, 估计和预测人类活动在不同时空尺度上的累积影响及其对社会经济发展的反馈效应[12]。因此在累积环境影响评价研究中, 需要选择合适的方法来分析、模拟和预测环境影响, 并充分考虑到累积的不确定性。就区域规划环境影响评价而言, CEA的关键在于预测规划方案, 也即拟实施的社会经济活动, 在规划期内对环境受体系统所可能产生的累积效应。
由于区域“经济-社会-环境”复合巨系统的复杂性、非线性、多变量和多反馈特征, 使得采用系统分析的方法来模拟子系统间的关联并预测时间尺度上的累积效应成为必然; 而其中系统动力学(SD)模型的应用最为广泛。系统动力学模型可预测社会经济活动在不同时间点的环境压力(如产污总量), 也即时间尺度的累积效应; 再依据时间累积按环境受体的空间状态概率分布规律选择合适的机理模型求算污染物排放总量的长期空间浓度分布, 并叠加GIS分析, 即可得到空间尺度的累积效应; 将时空累积分别与按零方案发展预测的时空累积叠加, 即可得到未来时空累积的总影响。
区域规划实施的另一个重要特征在于其不确定性, 尤其是长时间序列规划方案的不确定性, 对此可采用情景分析的方法。CEA情景分析主要包括3个步骤: 1) 在历史回顾、现状调查与监测以及环境评价基础上, 分析得到影响规划实施的驱动因子, 设计不同的情景模式(如零方案、规划方案和改善方案), 构建区域“经济-社会-环境”系统动力学模型(SD模型)。根据构建的SD模型获取各情景(方案)在未来的累积环境影响,进行分析; 2) 对照评价基线分析不同时空尺度上的累积影响; 3) 累积影响的规划和管理以及跟踪监测与适应性调控。CEA情景可分为3类: 1) 原始情景: 规划之前的情况, 可通过历史资料分析和推断来确定; 2) 当前情景: 指近期与现状; 3) 将来情景, 分为无拟议行动和有拟议行动两种。比较当前情景与原始情景可以分析过去和现在开发行动的累积影响; 比较将来情景(无拟议行动)与当前情景可以分析将来其他开发行动的累积影响; 比较将来情景(有拟议行动)与将来情景(无拟议行动) 可以分析拟议行动对累积影响的贡献, 此外, 通过
553
。
在不同对象的累积影响评价框架方面, 已有研究基于景观生态学方法提出了湿地累积影响评价的5步骤概念框架, 包括定义目标和标准、定义评估概要指数、选择景观指标、进行评估和评估报告; 此外, 还有研究基于SEA提出重点公共交通工程的CEA方法框架[8]。在CEA研究方法上, 目前也有不同的分类, 如基于压力的方法和基于效果的方法, 分析方法以及规划方法等
[5, 10−11]
[7]
。
我国的累积环境影响研究起步较晚, 目前研究多集中在对概念[2,12]、指标体系[13]、评价思路、内地和香港的环评实践比较[1]、国内外综述[2]以及部分技术方法在CEA中的应用等方面的初步探讨; 具体研究案例涵盖流域梯级开发岸工程建设项目发
[15]
[14]
[13]
、半封闭海湾内海以及湿地资源开
[11,16]
、区域开发
[11]
等; 在研究方法上, 目前采用情景分析
和系统动力学[17]等模型方法。尽管现有研究对CEA的重要性以及不纳入CEA的弊端有非常深入的理解, 并开展了一系列初步的方法探索和实证研究, 但由于CEA所分析对象系统的复杂性及累积影响的不确定性, 目前CEA的研究方法体系仍亟待系统化和完善, 且CEA案例研究仍处于起步阶段。考虑到目前我国战略环评的主要形式为规划环境影响评价, 如不恰当地考虑累积影响, 则评价结果的有效性和可靠性将无法保障。为此, 本文结合我国规划环评的特点, 提出CEA的评价思路和技术方法, 并以郑州航空港地区总体规划环境影响评价为例开展CEA案例研究, 旨在完善我国目前规划环评中CEA在方法和技术上存在的问题, 并为规划环评的科学决策提供技术支持。
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情景设定, 可以进行更详细的累积影响分析[11]。
同时考虑邻域主要项目(活动)的影响以及累积影响的空间滞后效应来确定。
4) 因果分析: 依据CEA矩阵来识别规划的主要累积影响源、影响种类、影响途径以及环境受体, 并以此构建因果反馈网络图, 为评价对象、评价基准以及预测模型的选择等提供指导。
5) 评价基准: 依据影响识别和因果分析结果, 确定累积评价的对象目标、指标体系以及评价的环境基线(如采用环境标准阈值)。
6) 情景构建: 在规划方案以及考虑邻域影响的基础上, 识别影响规划实施的主要驱动因子, 并结合利益相关者意愿, 设计出多个发展情景作为累积影响预测和评价的基础。
7) 累积评价与预警: 包括累积影响时空耦合、预测、评价和预警。时空耦合和预测见下式: SDM→Qij→Qijf (=QijWijf) →M(air,water) →Cijf 。 i为情景, j为时段, f为功能区; SDM为系统动力学模型; Qij为i情景j时段区域污染物年排放总量, 即区域时间累积水平; Qijf为i情景j时段f
功能区基于产
1.2 方法框架
在系统分析现有累积影响评价方法框架的基础上, 本文提出包括“规划描述—影响识别—尺度确定—因果分析—评价基准—情景构建—累积评价与预警—减缓措施—适应调控”等主要步骤在内的CEA方法框架(图1)。
性质、1) 规划描述: 综合分析拟评规划的背景、发展方向、发展方案以及发展目标等内容。
2) 影响识别: 构建以规划方案中的不同发展内容为矩阵行、以环境受体为矩阵列的CEA分析矩阵, 在征询专家与利益相关者的基础上, 分析拟评规划的正负面效应、主次要以及长短期影响, 并采取定量或定性方法分析累积影响的不确定性。
3) 时空尺度确定: 时间尺度可依据规划方案的时段和CEA的矩阵分析结果, 在考虑累积影响的种类和时间延迟效应的基础上确定; 空间尺度则需通过对规划区域边界以及对规划方案中污染物累积排放总量的最大迁移扩散距离和影响距离的分析, 并
图1 累积环境影响评价方法框架
Fig. 1 Methodology framework for cumulative environmental assessment
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第3期 都小尚等: 区域规划累积环境影响评价方法框架研究
业和人口规划布局按GDP和人口求算的年排污总量, 即功能区时间累积水平, Qijf=QijWijf ; Wijf为i情景 j时段f功能区基于产业和人口规划布局按GDP和人口求算的年排污总量分配系数权重; M(air,water)为环境空气和地表水质量模型; Cijf为i情景j时段f功能区或地表水各监测断面污染物年平均浓度, 即空间累积水平。然后, 以选定的评价基准为标尺, 对区域环境空气和地表水的累积效应预测结果做出时空累积效果综合评价; 在此基础上开展评价区域环境空气和地表水环境质量的预警。预警方法以其按功能区预测的年均污染物浓度空间分布为基础, 分别采用我国现行的城市空气质量日报——空气污染指数API(air pollution index)和地表水环境水质级别指数WQI (water quality index)的技术方法, 将年均污染物浓度空间分布转化为日均污染物浓度空间分布, 应用到本文累积影响预警。预警级别根据区域实际情况划分为4级: 1级——蓝色安全预警、2级——较不安全黄色预警、3级——很不安全橙色预警和4级——极不安全红色预警。
8) 减缓措施: 依据累积影响评价结论与预警, 制定包括规划方案调整、污染防治和生态保护在内的减缓措施并纳入区域规划、决策、实施和环境管理中。
9) 适应调控: 依据评价结论和管理需求制定长期跟踪监测方案, 在持续监测和评估的基础上, 对规划方案做出反馈、修正和适应性调控。
图2 规划区域
Fig. 2 Case study area
2 案例: 郑州航空港地区总体规划的
累积环境影响评价
2.1 区域背景
以机场为核心, 综合开发航空运输、物流、商务会展、旅游休闲及机场民用产业的航空港规划建设, 已成为目前世界各国加快城市现代化进程和推动区域经济社会发展的重要支撑之一。郑州航空港地区位于郑州市南部, 西面以京广铁路为界, 东、南、北三面以国家南水北调工程走廊为界, 面积138 《郑州航空km, 辖新郑市及中牟县部分乡镇(图2)。
港地区总体规划(2008—2035)》的编制目的在于依托郑州良好的区位条件和市场需求, 通过航空港的建设促进区域发展。为全面评估规划实施的环境影响并提出减缓措施, 需开展规划环境影响评价研究, 其中尤为重要的是评估规划实施的累积环境影响。
2
为
3
个时段
,
其中近期为
2008
—2012年, 中期为2013—2020年, 远期为2021—2035年。规划总体目标以发展现代物流业、出口加工业、航空制造业和现代服务业为主, 建设交通便利、经济繁荣、社会稳定、布局合理、设施完善、环境优美的生态型航空新城; 空间布局上分为北部片区、机场核心区和南部片区3个部分。北部物流商贸区以物流商贸功能为主, 主要布局郑州出口加工区、会展商贸区、高新产业及研发基地、生态休闲居住区等; 机场核心区主要布局机场运行相关的功能区; 南部临空产业区以临空产业制造功能为主, 主要布局航空制造业工业园区、高新技术产业园区等, 是航空港区的主要工业区。规划到2035年, 航空港区城市建设用地规模为94.1 km2, 人口43万人; 规划绿地占城市建设用地18.5%; 生活污水集中处理率达85%, 工业污水达标排放率达100%, 河流水质功能达标; 区域
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2.2 规划描述与影响识别
《郑州航空港地区总体规划(2008—2035)》分
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环境噪声达标率100%, 交通噪声达标率95%。
在规划分析的基础上, 甄别规划的潜在环境影响对象, 并通过实地调研、专家调查和访问等多种形式, 利用群决策技术, 分析航空港区总体规划的环境影响及累积效应, 初步构建累积影响识别矩阵。在两轮邀请相关专家对矩阵完善之后, 本文识别出航空港区总体规划的潜在累积环境影响, 共分为6类34项, 主要涵盖了大气、水、噪声、生态、人体健康、饮用水安全、文化遗产及生物多样性等。
(GB3095—1996)Ⅱ级标准及《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅴ类标准。
2.4 情景构建与模拟分析
为更好地比较和分析规划方案实施的环境影响, 本文设定了4种情景类型: 1) 基准情景, 即评价基准年; 2) 零方案情景, 即没有拟实施规划情况下的区域发展, 作为对规划情景的参照; 3) 规划方案情景, 依据总体规划设定的发展模式; 4) 改善型情景, 在对上述情景分析的基础上, 依据预测的环境问题对规划情景所做出的调整改善。采用系统动力学(SD)模型对零方案及规划方案情景进行模拟; 郑州航空港区可分为人口、经济、水资源和污染4个相互关联的子系统。用VENSIM 软件建立系统流程图, 系统中含248个变量, 以这些变量为基础建立方程组, 共含153个方程。本文仅以工业COD污染控制为例做进一步解释(图4); 其中工业分为食品制造业、电子信息业、生物制药业、纺织服装业、机械制造业、石油化工业、其他产业等7类。
图5显示了SD模型模拟的不同情景下COD, SO2, NO2和PM10的排放量, 主要包括基准情景2007年、零方案情景(O)以及规划方案情景(P)。由图5及港区环境容量可知, 在规划方案的情景下, COD, NO2和PM10的排放量均超过对应的环境容量, 因此需采用环境改善型的情景调控模式。
在结合地方决策者意愿调查的基础上, 本文设计了3种改善型情景: 1) 资源环境约束型发展情景, 社会经济要素仍遵循规划方案, 但改善资源消费模式和环境模式,
降低资源消耗系数和污染物排放系
2.3 尺度确定、因果分析与评价基准
郑州航空港区规划CEA的时间尺度与规划的3个时间阶段相吻合, 分别分析在各阶段末的累积影响, 尤其是评价到2035年的影响; 空间尺度涵盖规划的138 km2, 根据对区域调研分析, 区域外的外来环境影响较小, 因此在本研究中暂不考虑临域发展的影响。依据环境影响识别的结果, 航空港区总体规划累积环境影响源主要是区域功能区的实施、工业发展、机场、人口以及基础设施; 受体主要是土地利用格局、环境要素、绿地、水资源、南水北调工程以及生态系统; 其影响途径网络详见图3。图3对累积影响评价起到整体指导作用。限于篇幅, 本文从中选取主要受体大气、地表水进行累积影响评价, 旨在说明上文提出的方法框架的科学性、合理性和实用性。评价基准的选取分为两个步骤: 1) 确定评价目标与指标, 根据现状评价、累积影响评价特征及地方利益相关者意见征求, 确定主要的评价指标, 以环境要素为例, 包括COD, SO2, NO2, PM10等; 2) 评价标准的确定, 选用《环境空气质量标准》
P1的主要受体为R1, R2, R32, R34, R35, R5, R6; P2的主要受体为R1, R2, R3, R4, R5, R6; P3的主要受体为
R32, R34, R35, R4; P4的主要受体为R1, R2, R32, R35, R4, R5, R6; P5的主要受体为R1, R32, R34, R6; E1效应来自R1, R2, R3, R4, R5, R6; E2效应主要来自R1, R2, R3, R6
图3 郑州航空港地区总体规划累积影响网络分析
Fig. 3 Network analysis for cumulative environmental assessment of Zhengzhou Airport Zone development plan
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图4 工业COD污染控制子系统流程
Fig. 4 Flow chart of industrial COD pollution control in Vensim
图5 基准情景、零方案情景和规划方案情景下的污染物排放量(横线为容量)
Fig. 5 Different pollutants discharges under various scenarios
数, 提高中水回用率和污染处理率; 2) 社会经济约束型发展情景, 从源头调整产业发展模式, 制定资源节约、环境友好型的产业结构调整与引导战略; 3) 协调发展型情景, 结合前两种情景模式, 同时对产
业发展模式、资源消费模式和环境模式进行调整。在不同情景下, 根据调研和文献分析, 调整相应参数, 重新输入SD模型进行模拟求解。本文以NO2排放量为例, 阐释不同改善情景下的排放情况(表
557
北京大学学报(自然科学版) 第47卷
表1 不同情景下的NO2排放预测
Table 1 NO2 discharges under various scenarios t/a
情景
源类型 点源排放量
工业排放
资源环境约束型 发展情景(情景I)
采暖锅炉 机场锅炉 其他生活源 面源排放量 点源排放量
工业排放
社会经济约束型 发展情景(情景II)
采暖锅炉 机场锅炉 其他生活源 面源排放量 点源排放量
工业排放
协调发展型情景 (情景III)
采暖锅炉 机场锅炉 其他生活源 面源排放量
2007年
891.09 346.31 261.48 271.80 11.50 3313.36 891.09 346.31 261.48 271.80 11.50 3313.36
2012年 2020年 2035年 1680.31 987.74 498.53 0.00 22.07 6394.46 1509.42 867.99 447.39 0.00 22.07 5789.51
2694.56 2112.05 521.40 12.26 48.84 10444.50 2099.42 1587.96 450.36 12.26 48.84 8337.71
4245.31 4053.92 32.49 67.58 91.32 16900.00 2838.00 2646.61 32.49 67.58 91.32 11918.10
891.09 1544.72 261.48 460.31 11.50 22.07 3313.36 5914.46
2205.74 3238.29 469.89 32.49 48.84 91.32 8714.07 13335.10
346.31 890.36 1674.74 3046.90 271.80 0.00 12.26 67.58
1)。3种情景下, NO2产生量较零方案和规划方案都有显著减少, 说明采取环保措施对NO2的产生量有明显的削减作用。但3种情景间存在明显差异。综合分析, 采取环保措施减少NO2的产生固然能在减排方面起到很好的作用, 但长期来看, 产业结构的低污染、低能耗化调整更能起到显著效果。
预测污染物排放总量迁移扩散后的浓度空间分布, 并在GIS中分功能区表达, 对照评价基准评估累积效应和尺度, 尤其是对敏感点的影响; 水环境的空间累积影响与大气环境类似。但其中均需解决一个关键问题: 大气环境和水环境的长期浓度求算和表达。水环境的长期浓度求算采用下列思路: 分季收集或监测河流的水文资料和数据并将其分组, 分别统计发生的概率和计算在各组条件下的污染物浓度, 然后按各组水文条件下发生的天数, 以概率加权平均求其长期平均浓度, 从而获得长期的累积水平。同理, 大气环境的长期浓度求算采用如下思路:
2.5 累积影响评价
累积影响评价可分为时间累积和空间累积。时间尺度的累积评价可根据规划方案以及本研究开发的SD模型, 预测不同情景的主要污染物排放总量, 并对比现状总量, 采用类比法分析其在不同时间尺度上可能的累积效应和影响。以大气污染物的时间尺度累积影响为例(图5和表1): 零方案下, SO2, NO2均未超标, PM10超标1.13~1.48倍; 规划情景下, SO2未超标, 但NO2在2035年超标0.06倍, PM10在各规划年限均超标, 超标倍数为0.53~1.06倍。PM10在2035年比2020年有所下降, 原因可能为生态建设和污染控制措施的逐步加强和建设活动的减弱所致。改善方案情景下, 情景Ⅰ下NO2在2035年超
收集评价区域多年气象资料, 分段统计一年四季大气扩散参数, 分段计算各气象条件下的污染物浓度空间分布, 按发生频率加权平均, 获得长期累积水平。
以2035年的NO2为例, 其空间累积影响预测主要是评价在规划方案情景下, 各功能区NO2的年平均浓度。主要步骤为: 1) 根据SD模型预测规划方案的结果, 得出2035年大气NO2排放量; 2) 依照规划布局和实际可能的污染源分布, 将产业类型分配在相应的坐标点; 3) 模型预测, 本研究采用ADMS模型, 气象数据采用2008年观测值, 并假设面源为低架点源。由模型预测可知, 到2035年, 港区部分区域薛店居住区、台商工业园区、南部高新产业发展区的NO2浓度超过其功能区标准(环境空气质量标准(GB3095—1996)NO2二级标准, 年均浓度值
标, PM10在各规划年限均超标, 总趋势和超标倍数基本与规划方案一致。情景Ⅱ和情景Ⅲ下, SO2, NO2均达标, 但PM10均超标, 超标倍数比情景Ⅰ和规划方案有明显下降。情景Ⅱ总体略优于情景Ⅲ。
空间尺度的累积评价采用环境数学模型和GIS的组合方法。其中, 大气环境采用多维、多箱模型
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第3期 都小尚等: 区域规划累积环境影响评价方法框架研究
0.05 mg/m3)要求(图6), 功能区超标数量比例达20%, 超标面积比例达13%。NO2排放较大的污染源出现在南区薛店镇附近, 其次是机场和北部居民区。对区域内和周边地区环境空气NO2的浓度贡献最大值约0.08 mg/m3。薛店镇位于港区南片区的工业区内, 目前排放较为严重的食品加工业, 如统一企业、正林食品厂分布此区, 故NO2排放量较大, 污染贡献高。另外, 机场飞机和机动车也有相当量的氮氧化物排放。北部NO2贡献较大的污染源是居民生活能耗排放。叠加该地区所有污染源贡献, NO2年均浓度可达0.08 mg/m, 出现在主导风向下污染较重的南部片区。由图6可以看出, 航空港地区的开发对周边大气NO2的年均浓度贡献很小, 大约在0.002 mg/m左右, 对周边影响不大。
以2035年的NO2为例, 参照GB/T 13201—91《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》, 年均值和日均值可按0.33:0.12的比例关系换算。 将表2中NO2年均值换算为日均值, 按方法框架7)累积评价与预警中的预警方法求得NO2的API为56.25, 对照预警级别, 尽管NO2的个别功能区出现超标, 但由于超标面积比较小, 整体上2035年规划方案NO2的区域累积影响预警为1级蓝色安全级。考虑到对薛店居住区的影响和区域环境质量总体要求
,
需调整规划方案并采用减缓措施以降低规划方
3
3
表2 2035年规划方案各功能区NO2预测浓度值
Table 2 Prediction results of NO2 concentration for
planning scenario in different funtion areas in 2035 mg/m3
模拟点
孟庄居住区 出口加工区
北
部片区
教育研发区
北部高新产业发展区 中央商务区 北部滨水居住区 保税物流园区 薛店居住区 台商工业园区
南部片区
南部高新产业发展区 航空制造业发展区 空港新城次中心区 南部滨水居住区 苑陵古城遗址保护区
机场
机场核心区
年均值
SO2 NO2 PM10 0.01 0.02 0.1 0.01 0.02 0.2 0.01 0.02 0.02 0.01 0.02 0.02 0.01 0.02 0.02 0.05 0.015 0.1 0.05 0.02 0.1 0.05 0.08 0.4 0.02 0.05 0.3 0.02 0.08 0.4 0.01 0.02 0.2 0.015 0.04 0.005 0.02 0.005 0.02
0.2 0.2 0.2
0.05 0.02 0.02
案的累积影响。
2.6 影响减缓与适应调控
基于上文累积影响评价的结论, 需要采用3个方面的影响减缓措施。
1) 基于景观生态学理念的区域空间格局调控与优化, 对必要的自然斑块通过设置绿色廊道缓冲区加以保护, 并对敏感区域的空间格局进行调控。具体措施包括: 通过保护景观战略要地2343公顷的枣林、10.9 km2的张庄森林公园和南水北调中线干渠左右两侧200 m为控制范围、总体控制面积为7.8 km2的环境敏感区域以及苑陵古城遗址并利用港区交通网络和南水北调工程, 搭建自然景观廊道, 增强自然景观斑块的连通度等措施, 优化构建景观安全格局。
2) 基于循环经济理念的区域产业结构调控与布局优化。具体措施包括: 以循环经济理念指导,
通过产业结构调整替代方案设计延伸产业链, 减轻结构污染; 开展清洁生产, 建设生态工业园区, 降低企业污染; 优化产业布局, 减小规划污染的范围和程度。
3) 基于总量控制与资源承载力的污染防治措施与对策。具体包括: 进行河道整治、建设污水处
图6 2035年各功能分区NO2污染物预测浓度值
Fig. 6 NO2 concentration forecasting in 2035
理厂、推行中水回用、充分利用再生水资源等, 削减COD污染负荷; 实行集中供热、推行洁净煤、天
559
北京大学学报(自然科学版) 第47卷
然气、太阳能等清洁能源、推广先进的脱硫、脱氮技术、控制机动车尾气污染、加强各类扬尘污染管理等削减SO2, NO2和PM10污染负荷。
总体上, 采用“过程控制—结构优化—循环经济—协调发展”的基本思路, 提出包括大气环境、水环境、噪声以及固废等在内的污染防治对策。在此基础上, 制定跟踪监测和评价计划, 开展对规划实施的跟踪监测与评估, 并按照“区域规划—规划环评—区域可持续发展方案—方案执行—监测与跟踪—预警—响应和调整—反馈”的迭代反馈模式, 开展适应性反馈调控。
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3 结语
1) 区域规划环评的累积影响评价主要包括9个步骤: 规划描述—影响识别—尺度确定—因果分析—评价基准—情景构建—累积评价与预警—减缓措施—适应调控; 采用系统动力学模拟和情景分析相结合的方法可有效处理规划环评的累积影响评价中的不确定性和动态性特征。
2) 在郑州航空港区的案例中, 规划方案的实施对区域的水环境、大气环境累积影响结果比较显著, 需采取包括区域生态空间格局调控与优化、区域产业结构调控与布局优化以及污染防治等在内的减缓措施, 并开展跟踪监测评估与适应性反馈调控。
3) 通过案例应用, 验证了本文方法框架的科学性、先进性、实用性和可操作性。但该方法应用在预测长期累积影响时, 需假设环境空气、地表水环境的相关参数空间状态概率分布在未来较长时期内不会发生较大改变, 在一定程度上影响了预测的精确性。改进的措施即开展基础研究, 收集长时间序列的大量环境参数历史数据, 并对社会经济环境的发展对其的影响做出预测, 据此开展CEA预测, 可提高预测的精确性, 但需要耗费大量的时间和精力, 短期内不会有较大进展。
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DOI：10.13209/j.0479-8023.2011.078
北京大学学报(自然科学版), 第47卷, 第3期, 2011年5月
Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 47, No. 3 (May 2011)
区域规划累积环境影响评价方法框架研究
都小尚 刘永 郭怀成† 刘慧 阳平坚 杨永辉
北京大学环境科学与工程学院, 北京 100871; † 通信作者, E-mail: hcguo@pku. edu. cn
摘要 鉴于累积环境影响评价在区域规划环评中的重要性和必要性, 提出包括规划描述、影响识别、尺度确定、因果分析、评价基准、情景构建、累积评价与预警、减缓措施以及适应调控等主要步骤在内的累积环境影响评价方法框架。同时, 考虑到累积环境影响的不确定性和动态性特征, 采用情景分析和系统动力学模型相结合的方法, 模拟、分析和评价区域规划在时间和空间尺度上的累积环境影响。基于该方法框架, 以郑州航空港地区总体规划为例, 开展了评价区域环境空气和地表水环境质量的累积环境影响评价和预警实证研究。设计了基准情景、零方案情景、规划方案情景以及改善型情景4种情景模式, 分别对规划方案实施的区域水环境、大气环境的累积影响做出评价; 并提出包括生态空间格局调控优化、产业结构调控与布局优化以及污染防治等在内的减缓措施, 以及跟踪监测评估与适应性反馈调控对策。. 关键词 累积环境影响评价; 规划环评; 情景分析; 郑州航空港地区 中图分类号 X820
An Integrated Methodology Framework for Cumulative Environmental
Assessment of Regional Development Plan
DU Xiaoshang, LIU Yong, GUO Huaicheng, LIU Hui, YANG Pingjian, YANG Yonghui
College of Environmental Science and Engineering, Peking University, Beijing 100871;
† Corresponding author, E-mail: [email protected]
†
Abstract An integrated methodology framework was proposed to acknowledge the important role of cumulative environmental assessment (CEA) in the strategic environmental assessment of regional development plan (RDP). The developed CEA framework consisted of nine steps, including (a) analysis of regional development plan, (b) identification of environmental responses, (c) determination of CEA scales, (d) network analysis of pressures and responses, (e) baselines for CEA, (f) scenarios development, (g) cumulative assessment and early warning, (h) mitigative measures of environmental consequences, and (i) adaptive management. Scenario analysis and system dynamic (SD) models were integrated to deal with the uncertainties and dynamics in the RDP system. The cumulative environmental consequences at various temporal and spatial scales were assessed using the integrated models. The RDP of Zhengzhou Airport Zone (ZZAZ) was taken as a case and its CEA and early warning for regional air and ground water was carried out. Four scenarios were proposed after the comprehensive of ZZAZ’s RDP and the identification of environmental consequences. System dynamic model was developed for temporal and spatial CEA, combined with air and water mechanistic models. Several strategies were proposed based on CEA results to mitigate the consequences, including (a) adjustment of spatial ecological patterns at regional scale, (b) optimization of regional industries structure, (c) pollution control, and (d) adaptive management.
Key words cumulative environmental assessment; strategic environmental assessment; scenario analysis; Zhengzhou Airport Zone
国家重点基础研究发展计划(2005CB724205)和国家水体污染重大专项(2008ZX07102−01)资助 收稿日期: 2010-06-22; 修回日期: 2010-08-01; 网络出版日期: 2011-04-29 网络出版地址: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2442.N.20110429.1341.001.html
552
第3期 都小尚等: 区域规划累积环境影响评价方法框架研究
累积环境影响是指“当一项行动与其他过去、现在和可以预见的将来的行动结合在一起时所产生的对环境增加的影响”[1−2]。累积环境影响可反映发生在某一时间段内特定源的集合环境效应, 因此开展累积环境影响评价(CEA)已成为战略环评(SEA)的自20世纪80年代以来, 已有相当一项重要内容。
多的研究关注于累积环境影响评价的概念和实践, 其中国际上具有代表性的研究案例主要集中于美国、加拿大、澳大利亚和荷兰等国, 以美国和加拿大为主。在研究框架上, 除关注于尺度问题外, 目前已有研究基于累积影响的关键问题提出包括问题识别、分析和管理3个阶段在内的CEA概念框 架; 在研究对象与尺度上, 目前的研究涵盖了河流生态系统、湿地、交通以及区域影响等方面
[5−9]
[4]
[1]
[3]
[2]
1 方法
1.1 总体思路
累积环境影响评价的目的在于系统分析和评估累积环境变化的过程, 在识别和描述累积影响源、累积过程及累积影响的基础上, 估计和预测人类活动在不同时空尺度上的累积影响及其对社会经济发展的反馈效应[12]。因此在累积环境影响评价研究中, 需要选择合适的方法来分析、模拟和预测环境影响, 并充分考虑到累积的不确定性。就区域规划环境影响评价而言, CEA的关键在于预测规划方案, 也即拟实施的社会经济活动, 在规划期内对环境受体系统所可能产生的累积效应。
由于区域“经济-社会-环境”复合巨系统的复杂性、非线性、多变量和多反馈特征, 使得采用系统分析的方法来模拟子系统间的关联并预测时间尺度上的累积效应成为必然; 而其中系统动力学(SD)模型的应用最为广泛。系统动力学模型可预测社会经济活动在不同时间点的环境压力(如产污总量), 也即时间尺度的累积效应; 再依据时间累积按环境受体的空间状态概率分布规律选择合适的机理模型求算污染物排放总量的长期空间浓度分布, 并叠加GIS分析, 即可得到空间尺度的累积效应; 将时空累积分别与按零方案发展预测的时空累积叠加, 即可得到未来时空累积的总影响。
区域规划实施的另一个重要特征在于其不确定性, 尤其是长时间序列规划方案的不确定性, 对此可采用情景分析的方法。CEA情景分析主要包括3个步骤: 1) 在历史回顾、现状调查与监测以及环境评价基础上, 分析得到影响规划实施的驱动因子, 设计不同的情景模式(如零方案、规划方案和改善方案), 构建区域“经济-社会-环境”系统动力学模型(SD模型)。根据构建的SD模型获取各情景(方案)在未来的累积环境影响,进行分析; 2) 对照评价基线分析不同时空尺度上的累积影响; 3) 累积影响的规划和管理以及跟踪监测与适应性调控。CEA情景可分为3类: 1) 原始情景: 规划之前的情况, 可通过历史资料分析和推断来确定; 2) 当前情景: 指近期与现状; 3) 将来情景, 分为无拟议行动和有拟议行动两种。比较当前情景与原始情景可以分析过去和现在开发行动的累积影响; 比较将来情景(无拟议行动)与当前情景可以分析将来其他开发行动的累积影响; 比较将来情景(有拟议行动)与将来情景(无拟议行动) 可以分析拟议行动对累积影响的贡献, 此外, 通过
553
。
在不同对象的累积影响评价框架方面, 已有研究基于景观生态学方法提出了湿地累积影响评价的5步骤概念框架, 包括定义目标和标准、定义评估概要指数、选择景观指标、进行评估和评估报告; 此外, 还有研究基于SEA提出重点公共交通工程的CEA方法框架[8]。在CEA研究方法上, 目前也有不同的分类, 如基于压力的方法和基于效果的方法, 分析方法以及规划方法等
[5, 10−11]
[7]
。
我国的累积环境影响研究起步较晚, 目前研究多集中在对概念[2,12]、指标体系[13]、评价思路、内地和香港的环评实践比较[1]、国内外综述[2]以及部分技术方法在CEA中的应用等方面的初步探讨; 具体研究案例涵盖流域梯级开发岸工程建设项目发
[15]
[14]
[13]
、半封闭海湾内海以及湿地资源开
[11,16]
、区域开发
[11]
等; 在研究方法上, 目前采用情景分析
和系统动力学[17]等模型方法。尽管现有研究对CEA的重要性以及不纳入CEA的弊端有非常深入的理解, 并开展了一系列初步的方法探索和实证研究, 但由于CEA所分析对象系统的复杂性及累积影响的不确定性, 目前CEA的研究方法体系仍亟待系统化和完善, 且CEA案例研究仍处于起步阶段。考虑到目前我国战略环评的主要形式为规划环境影响评价, 如不恰当地考虑累积影响, 则评价结果的有效性和可靠性将无法保障。为此, 本文结合我国规划环评的特点, 提出CEA的评价思路和技术方法, 并以郑州航空港地区总体规划环境影响评价为例开展CEA案例研究, 旨在完善我国目前规划环评中CEA在方法和技术上存在的问题, 并为规划环评的科学决策提供技术支持。
北京大学学报(自然科学版) 第47卷
情景设定, 可以进行更详细的累积影响分析[11]。
同时考虑邻域主要项目(活动)的影响以及累积影响的空间滞后效应来确定。
4) 因果分析: 依据CEA矩阵来识别规划的主要累积影响源、影响种类、影响途径以及环境受体, 并以此构建因果反馈网络图, 为评价对象、评价基准以及预测模型的选择等提供指导。
5) 评价基准: 依据影响识别和因果分析结果, 确定累积评价的对象目标、指标体系以及评价的环境基线(如采用环境标准阈值)。
6) 情景构建: 在规划方案以及考虑邻域影响的基础上, 识别影响规划实施的主要驱动因子, 并结合利益相关者意愿, 设计出多个发展情景作为累积影响预测和评价的基础。
7) 累积评价与预警: 包括累积影响时空耦合、预测、评价和预警。时空耦合和预测见下式: SDM→Qij→Qijf (=QijWijf) →M(air,water) →Cijf 。 i为情景, j为时段, f为功能区; SDM为系统动力学模型; Qij为i情景j时段区域污染物年排放总量, 即区域时间累积水平; Qijf为i情景j时段f
功能区基于产
1.2 方法框架
在系统分析现有累积影响评价方法框架的基础上, 本文提出包括“规划描述—影响识别—尺度确定—因果分析—评价基准—情景构建—累积评价与预警—减缓措施—适应调控”等主要步骤在内的CEA方法框架(图1)。
性质、1) 规划描述: 综合分析拟评规划的背景、发展方向、发展方案以及发展目标等内容。
2) 影响识别: 构建以规划方案中的不同发展内容为矩阵行、以环境受体为矩阵列的CEA分析矩阵, 在征询专家与利益相关者的基础上, 分析拟评规划的正负面效应、主次要以及长短期影响, 并采取定量或定性方法分析累积影响的不确定性。
3) 时空尺度确定: 时间尺度可依据规划方案的时段和CEA的矩阵分析结果, 在考虑累积影响的种类和时间延迟效应的基础上确定; 空间尺度则需通过对规划区域边界以及对规划方案中污染物累积排放总量的最大迁移扩散距离和影响距离的分析, 并
图1 累积环境影响评价方法框架
Fig. 1 Methodology framework for cumulative environmental assessment
554
第3期 都小尚等: 区域规划累积环境影响评价方法框架研究
业和人口规划布局按GDP和人口求算的年排污总量, 即功能区时间累积水平, Qijf=QijWijf ; Wijf为i情景 j时段f功能区基于产业和人口规划布局按GDP和人口求算的年排污总量分配系数权重; M(air,water)为环境空气和地表水质量模型; Cijf为i情景j时段f功能区或地表水各监测断面污染物年平均浓度, 即空间累积水平。然后, 以选定的评价基准为标尺, 对区域环境空气和地表水的累积效应预测结果做出时空累积效果综合评价; 在此基础上开展评价区域环境空气和地表水环境质量的预警。预警方法以其按功能区预测的年均污染物浓度空间分布为基础, 分别采用我国现行的城市空气质量日报——空气污染指数API(air pollution index)和地表水环境水质级别指数WQI (water quality index)的技术方法, 将年均污染物浓度空间分布转化为日均污染物浓度空间分布, 应用到本文累积影响预警。预警级别根据区域实际情况划分为4级: 1级——蓝色安全预警、2级——较不安全黄色预警、3级——很不安全橙色预警和4级——极不安全红色预警。
8) 减缓措施: 依据累积影响评价结论与预警, 制定包括规划方案调整、污染防治和生态保护在内的减缓措施并纳入区域规划、决策、实施和环境管理中。
9) 适应调控: 依据评价结论和管理需求制定长期跟踪监测方案, 在持续监测和评估的基础上, 对规划方案做出反馈、修正和适应性调控。
图2 规划区域
Fig. 2 Case study area
2 案例: 郑州航空港地区总体规划的
累积环境影响评价
2.1 区域背景
以机场为核心, 综合开发航空运输、物流、商务会展、旅游休闲及机场民用产业的航空港规划建设, 已成为目前世界各国加快城市现代化进程和推动区域经济社会发展的重要支撑之一。郑州航空港地区位于郑州市南部, 西面以京广铁路为界, 东、南、北三面以国家南水北调工程走廊为界, 面积138 《郑州航空km, 辖新郑市及中牟县部分乡镇(图2)。
港地区总体规划(2008—2035)》的编制目的在于依托郑州良好的区位条件和市场需求, 通过航空港的建设促进区域发展。为全面评估规划实施的环境影响并提出减缓措施, 需开展规划环境影响评价研究, 其中尤为重要的是评估规划实施的累积环境影响。
2
为
3
个时段
,
其中近期为
2008
—2012年, 中期为2013—2020年, 远期为2021—2035年。规划总体目标以发展现代物流业、出口加工业、航空制造业和现代服务业为主, 建设交通便利、经济繁荣、社会稳定、布局合理、设施完善、环境优美的生态型航空新城; 空间布局上分为北部片区、机场核心区和南部片区3个部分。北部物流商贸区以物流商贸功能为主, 主要布局郑州出口加工区、会展商贸区、高新产业及研发基地、生态休闲居住区等; 机场核心区主要布局机场运行相关的功能区; 南部临空产业区以临空产业制造功能为主, 主要布局航空制造业工业园区、高新技术产业园区等, 是航空港区的主要工业区。规划到2035年, 航空港区城市建设用地规模为94.1 km2, 人口43万人; 规划绿地占城市建设用地18.5%; 生活污水集中处理率达85%, 工业污水达标排放率达100%, 河流水质功能达标; 区域
555
2.2 规划描述与影响识别
《郑州航空港地区总体规划(2008—2035)》分
北京大学学报(自然科学版) 第47卷
环境噪声达标率100%, 交通噪声达标率95%。
在规划分析的基础上, 甄别规划的潜在环境影响对象, 并通过实地调研、专家调查和访问等多种形式, 利用群决策技术, 分析航空港区总体规划的环境影响及累积效应, 初步构建累积影响识别矩阵。在两轮邀请相关专家对矩阵完善之后, 本文识别出航空港区总体规划的潜在累积环境影响, 共分为6类34项, 主要涵盖了大气、水、噪声、生态、人体健康、饮用水安全、文化遗产及生物多样性等。
(GB3095—1996)Ⅱ级标准及《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅴ类标准。
2.4 情景构建与模拟分析
为更好地比较和分析规划方案实施的环境影响, 本文设定了4种情景类型: 1) 基准情景, 即评价基准年; 2) 零方案情景, 即没有拟实施规划情况下的区域发展, 作为对规划情景的参照; 3) 规划方案情景, 依据总体规划设定的发展模式; 4) 改善型情景, 在对上述情景分析的基础上, 依据预测的环境问题对规划情景所做出的调整改善。采用系统动力学(SD)模型对零方案及规划方案情景进行模拟; 郑州航空港区可分为人口、经济、水资源和污染4个相互关联的子系统。用VENSIM 软件建立系统流程图, 系统中含248个变量, 以这些变量为基础建立方程组, 共含153个方程。本文仅以工业COD污染控制为例做进一步解释(图4); 其中工业分为食品制造业、电子信息业、生物制药业、纺织服装业、机械制造业、石油化工业、其他产业等7类。
图5显示了SD模型模拟的不同情景下COD, SO2, NO2和PM10的排放量, 主要包括基准情景2007年、零方案情景(O)以及规划方案情景(P)。由图5及港区环境容量可知, 在规划方案的情景下, COD, NO2和PM10的排放量均超过对应的环境容量, 因此需采用环境改善型的情景调控模式。
在结合地方决策者意愿调查的基础上, 本文设计了3种改善型情景: 1) 资源环境约束型发展情景, 社会经济要素仍遵循规划方案, 但改善资源消费模式和环境模式,
降低资源消耗系数和污染物排放系
2.3 尺度确定、因果分析与评价基准
郑州航空港区规划CEA的时间尺度与规划的3个时间阶段相吻合, 分别分析在各阶段末的累积影响, 尤其是评价到2035年的影响; 空间尺度涵盖规划的138 km2, 根据对区域调研分析, 区域外的外来环境影响较小, 因此在本研究中暂不考虑临域发展的影响。依据环境影响识别的结果, 航空港区总体规划累积环境影响源主要是区域功能区的实施、工业发展、机场、人口以及基础设施; 受体主要是土地利用格局、环境要素、绿地、水资源、南水北调工程以及生态系统; 其影响途径网络详见图3。图3对累积影响评价起到整体指导作用。限于篇幅, 本文从中选取主要受体大气、地表水进行累积影响评价, 旨在说明上文提出的方法框架的科学性、合理性和实用性。评价基准的选取分为两个步骤: 1) 确定评价目标与指标, 根据现状评价、累积影响评价特征及地方利益相关者意见征求, 确定主要的评价指标, 以环境要素为例, 包括COD, SO2, NO2, PM10等; 2) 评价标准的确定, 选用《环境空气质量标准》
P1的主要受体为R1, R2, R32, R34, R35, R5, R6; P2的主要受体为R1, R2, R3, R4, R5, R6; P3的主要受体为
R32, R34, R35, R4; P4的主要受体为R1, R2, R32, R35, R4, R5, R6; P5的主要受体为R1, R32, R34, R6; E1效应来自R1, R2, R3, R4, R5, R6; E2效应主要来自R1, R2, R3, R6
图3 郑州航空港地区总体规划累积影响网络分析
Fig. 3 Network analysis for cumulative environmental assessment of Zhengzhou Airport Zone development plan
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第3期 都小尚等: 区域规划累积环境影响评价方法框架研究
图4 工业COD污染控制子系统流程
Fig. 4 Flow chart of industrial COD pollution control in Vensim
图5 基准情景、零方案情景和规划方案情景下的污染物排放量(横线为容量)
Fig. 5 Different pollutants discharges under various scenarios
数, 提高中水回用率和污染处理率; 2) 社会经济约束型发展情景, 从源头调整产业发展模式, 制定资源节约、环境友好型的产业结构调整与引导战略; 3) 协调发展型情景, 结合前两种情景模式, 同时对产
业发展模式、资源消费模式和环境模式进行调整。在不同情景下, 根据调研和文献分析, 调整相应参数, 重新输入SD模型进行模拟求解。本文以NO2排放量为例, 阐释不同改善情景下的排放情况(表
557
北京大学学报(自然科学版) 第47卷
表1 不同情景下的NO2排放预测
Table 1 NO2 discharges under various scenarios t/a
情景
源类型 点源排放量
工业排放
资源环境约束型 发展情景(情景I)
采暖锅炉 机场锅炉 其他生活源 面源排放量 点源排放量
工业排放
社会经济约束型 发展情景(情景II)
采暖锅炉 机场锅炉 其他生活源 面源排放量 点源排放量
工业排放
协调发展型情景 (情景III)
采暖锅炉 机场锅炉 其他生活源 面源排放量
2007年
891.09 346.31 261.48 271.80 11.50 3313.36 891.09 346.31 261.48 271.80 11.50 3313.36
2012年 2020年 2035年 1680.31 987.74 498.53 0.00 22.07 6394.46 1509.42 867.99 447.39 0.00 22.07 5789.51
2694.56 2112.05 521.40 12.26 48.84 10444.50 2099.42 1587.96 450.36 12.26 48.84 8337.71
4245.31 4053.92 32.49 67.58 91.32 16900.00 2838.00 2646.61 32.49 67.58 91.32 11918.10
891.09 1544.72 261.48 460.31 11.50 22.07 3313.36 5914.46
2205.74 3238.29 469.89 32.49 48.84 91.32 8714.07 13335.10
346.31 890.36 1674.74 3046.90 271.80 0.00 12.26 67.58
1)。3种情景下, NO2产生量较零方案和规划方案都有显著减少, 说明采取环保措施对NO2的产生量有明显的削减作用。但3种情景间存在明显差异。综合分析, 采取环保措施减少NO2的产生固然能在减排方面起到很好的作用, 但长期来看, 产业结构的低污染、低能耗化调整更能起到显著效果。
预测污染物排放总量迁移扩散后的浓度空间分布, 并在GIS中分功能区表达, 对照评价基准评估累积效应和尺度, 尤其是对敏感点的影响; 水环境的空间累积影响与大气环境类似。但其中均需解决一个关键问题: 大气环境和水环境的长期浓度求算和表达。水环境的长期浓度求算采用下列思路: 分季收集或监测河流的水文资料和数据并将其分组, 分别统计发生的概率和计算在各组条件下的污染物浓度, 然后按各组水文条件下发生的天数, 以概率加权平均求其长期平均浓度, 从而获得长期的累积水平。同理, 大气环境的长期浓度求算采用如下思路:
2.5 累积影响评价
累积影响评价可分为时间累积和空间累积。时间尺度的累积评价可根据规划方案以及本研究开发的SD模型, 预测不同情景的主要污染物排放总量, 并对比现状总量, 采用类比法分析其在不同时间尺度上可能的累积效应和影响。以大气污染物的时间尺度累积影响为例(图5和表1): 零方案下, SO2, NO2均未超标, PM10超标1.13~1.48倍; 规划情景下, SO2未超标, 但NO2在2035年超标0.06倍, PM10在各规划年限均超标, 超标倍数为0.53~1.06倍。PM10在2035年比2020年有所下降, 原因可能为生态建设和污染控制措施的逐步加强和建设活动的减弱所致。改善方案情景下, 情景Ⅰ下NO2在2035年超
收集评价区域多年气象资料, 分段统计一年四季大气扩散参数, 分段计算各气象条件下的污染物浓度空间分布, 按发生频率加权平均, 获得长期累积水平。
以2035年的NO2为例, 其空间累积影响预测主要是评价在规划方案情景下, 各功能区NO2的年平均浓度。主要步骤为: 1) 根据SD模型预测规划方案的结果, 得出2035年大气NO2排放量; 2) 依照规划布局和实际可能的污染源分布, 将产业类型分配在相应的坐标点; 3) 模型预测, 本研究采用ADMS模型, 气象数据采用2008年观测值, 并假设面源为低架点源。由模型预测可知, 到2035年, 港区部分区域薛店居住区、台商工业园区、南部高新产业发展区的NO2浓度超过其功能区标准(环境空气质量标准(GB3095—1996)NO2二级标准, 年均浓度值
标, PM10在各规划年限均超标, 总趋势和超标倍数基本与规划方案一致。情景Ⅱ和情景Ⅲ下, SO2, NO2均达标, 但PM10均超标, 超标倍数比情景Ⅰ和规划方案有明显下降。情景Ⅱ总体略优于情景Ⅲ。
空间尺度的累积评价采用环境数学模型和GIS的组合方法。其中, 大气环境采用多维、多箱模型
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第3期 都小尚等: 区域规划累积环境影响评价方法框架研究
0.05 mg/m3)要求(图6), 功能区超标数量比例达20%, 超标面积比例达13%。NO2排放较大的污染源出现在南区薛店镇附近, 其次是机场和北部居民区。对区域内和周边地区环境空气NO2的浓度贡献最大值约0.08 mg/m3。薛店镇位于港区南片区的工业区内, 目前排放较为严重的食品加工业, 如统一企业、正林食品厂分布此区, 故NO2排放量较大, 污染贡献高。另外, 机场飞机和机动车也有相当量的氮氧化物排放。北部NO2贡献较大的污染源是居民生活能耗排放。叠加该地区所有污染源贡献, NO2年均浓度可达0.08 mg/m, 出现在主导风向下污染较重的南部片区。由图6可以看出, 航空港地区的开发对周边大气NO2的年均浓度贡献很小, 大约在0.002 mg/m左右, 对周边影响不大。
以2035年的NO2为例, 参照GB/T 13201—91《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》, 年均值和日均值可按0.33:0.12的比例关系换算。 将表2中NO2年均值换算为日均值, 按方法框架7)累积评价与预警中的预警方法求得NO2的API为56.25, 对照预警级别, 尽管NO2的个别功能区出现超标, 但由于超标面积比较小, 整体上2035年规划方案NO2的区域累积影响预警为1级蓝色安全级。考虑到对薛店居住区的影响和区域环境质量总体要求
,
需调整规划方案并采用减缓措施以降低规划方
3
3
表2 2035年规划方案各功能区NO2预测浓度值
Table 2 Prediction results of NO2 concentration for
planning scenario in different funtion areas in 2035 mg/m3
模拟点
孟庄居住区 出口加工区
北
部片区
教育研发区
北部高新产业发展区 中央商务区 北部滨水居住区 保税物流园区 薛店居住区 台商工业园区
南部片区
南部高新产业发展区 航空制造业发展区 空港新城次中心区 南部滨水居住区 苑陵古城遗址保护区
机场
机场核心区
年均值
SO2 NO2 PM10 0.01 0.02 0.1 0.01 0.02 0.2 0.01 0.02 0.02 0.01 0.02 0.02 0.01 0.02 0.02 0.05 0.015 0.1 0.05 0.02 0.1 0.05 0.08 0.4 0.02 0.05 0.3 0.02 0.08 0.4 0.01 0.02 0.2 0.015 0.04 0.005 0.02 0.005 0.02
0.2 0.2 0.2
0.05 0.02 0.02
案的累积影响。
2.6 影响减缓与适应调控
基于上文累积影响评价的结论, 需要采用3个方面的影响减缓措施。
1) 基于景观生态学理念的区域空间格局调控与优化, 对必要的自然斑块通过设置绿色廊道缓冲区加以保护, 并对敏感区域的空间格局进行调控。具体措施包括: 通过保护景观战略要地2343公顷的枣林、10.9 km2的张庄森林公园和南水北调中线干渠左右两侧200 m为控制范围、总体控制面积为7.8 km2的环境敏感区域以及苑陵古城遗址并利用港区交通网络和南水北调工程, 搭建自然景观廊道, 增强自然景观斑块的连通度等措施, 优化构建景观安全格局。
2) 基于循环经济理念的区域产业结构调控与布局优化。具体措施包括: 以循环经济理念指导,
通过产业结构调整替代方案设计延伸产业链, 减轻结构污染; 开展清洁生产, 建设生态工业园区, 降低企业污染; 优化产业布局, 减小规划污染的范围和程度。
3) 基于总量控制与资源承载力的污染防治措施与对策。具体包括: 进行河道整治、建设污水处
图6 2035年各功能分区NO2污染物预测浓度值
Fig. 6 NO2 concentration forecasting in 2035
理厂、推行中水回用、充分利用再生水资源等, 削减COD污染负荷; 实行集中供热、推行洁净煤、天
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北京大学学报(自然科学版) 第47卷
然气、太阳能等清洁能源、推广先进的脱硫、脱氮技术、控制机动车尾气污染、加强各类扬尘污染管理等削减SO2, NO2和PM10污染负荷。
总体上, 采用“过程控制—结构优化—循环经济—协调发展”的基本思路, 提出包括大气环境、水环境、噪声以及固废等在内的污染防治对策。在此基础上, 制定跟踪监测和评价计划, 开展对规划实施的跟踪监测与评估, 并按照“区域规划—规划环评—区域可持续发展方案—方案执行—监测与跟踪—预警—响应和调整—反馈”的迭代反馈模式, 开展适应性反馈调控。
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3 结语
1) 区域规划环评的累积影响评价主要包括9个步骤: 规划描述—影响识别—尺度确定—因果分析—评价基准—情景构建—累积评价与预警—减缓措施—适应调控; 采用系统动力学模拟和情景分析相结合的方法可有效处理规划环评的累积影响评价中的不确定性和动态性特征。
2) 在郑州航空港区的案例中, 规划方案的实施对区域的水环境、大气环境累积影响结果比较显著, 需采取包括区域生态空间格局调控与优化、区域产业结构调控与布局优化以及污染防治等在内的减缓措施, 并开展跟踪监测评估与适应性反馈调控。
3) 通过案例应用, 验证了本文方法框架的科学性、先进性、实用性和可操作性。但该方法应用在预测长期累积影响时, 需假设环境空气、地表水环境的相关参数空间状态概率分布在未来较长时期内不会发生较大改变, 在一定程度上影响了预测的精确性。改进的措施即开展基础研究, 收集长时间序列的大量环境参数历史数据, 并对社会经济环境的发展对其的影响做出预测, 据此开展CEA预测, 可提高预测的精确性, 但需要耗费大量的时间和精力, 短期内不会有较大进展。
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