基于系统动力学的以GDP-PM_(2.5)达标为约束的大气环境承载力模型研究——以武汉市为例

当前在环境规划编制中,存在对环境容量和环境承载力弱化分析的倾向,导致环境规划科学性和逻辑性不足。面对以PM_(2.5)为特征的复合型空气污染,传统的大气容量计算方法具有局限性。以武汉市为例,基于系统动力学建立了武汉市"经济-能源-大气环境"的系统动力学多目标规划模型,不去模拟复杂的大气传输扩散的物理化学过程,而是基于统计数据和社会、经济发展目标,建立了系统中不同变量的动态数量关系,预测了武汉市2016—2030年在3种情景下GDP、PM_(2.5)年均浓度和6种大气污染物排放量的变化趋势,并计算出以GDP-PM_(2.5)达标为约束的大气环境容量和大气环境承载力的阈值,可为制定城市大气中PM_(2.5)污染的控制措施提供科学依据,实现了对环境容量与环境-经济发展趋势的同步测算。     

系统动力学预测区域减排措施对GDP和PM_(2.5)的影响

中国的灰霾十分严重,如何有效地控制某一地区的PM_(2.5)浓度,同时保证GDP的中高速增长,需要建立GDP-PM_(2.5)的量化关系模型,做好宏观预测。充分利用城市大气污染物、气象、经济的多年统计数据,以及该地PM_(2.5)源解析、源清单和大气边界层信息,从中确定2种重要的辅助变量,一是单位GDP某种大气污染物排放量,二是各污染物形成PM_(2.5)的转化率,它们把GDP、PM_(2.5)和污染物排放量联系起来。再运用系统动力学(SD)建立GDP和PM_(2.5)动态关系模型。文章以东莞为例,预测了"确保经济、确保环境、源头治理、全面治理"这4种模式下污染物减排措施对GDP和PM_(2.5)的影响,并提出定量的减排建议。预测结果显示,"全面治理"的发展模式较为合理,既能保证经济的可持续发展,又能实现东莞PM_(2.5)减排目标。     

以GDP-PM2.5达标为约束的东莞大气环境容量及承载力研究

东莞市计划到2017年PM_(2.5)年均浓度达到国家二级标准(35μg·m~(-3)),GDP年均增长率至少不低于7%.面对复合型为特征的PM_(2.5)大气污染,传统的环境容量和承载力计算方法具有局限性.因此,本文基于经济、气象、能源、环境等关键信息,利用系统动力学(SD)建立了GDPPM_(2.5)宏观动态统计模型.考虑到PM_(2.5)年均浓度等统计值本身就是污染物不断生成又不断扩散、沉降达到动态平衡的综合结果.因此,SD模型可不从理化角度去模拟复杂的大气传输和扩散过程,而是通过引入各污染物的比例系数μ,构建转化率η,建立GDP、PM_(2.5)年均浓度、五大污染物(VOCs、SO2、NOx、NH3、一次PM_(2.5))排放量等变量之间的逻辑联系,为分析和预测工作奠定基础.同时,本文梳理了大气环境压力、承载力和容量的定义,强调了三者之间的相互作用、密不可分的动态关系,建设性地提出了度量承载力的11项指标(5个显性、6个隐性).最后,利用模型模拟预测了"综合治理"模式下2012—2020年间以GDP-PM_(2.5)达标为约束的五大污染物的大气环境压力、容量和承载力.结果表明,预计PM_(2.5)浓度达标约在2017年上半年,对应的SO_2、NO_x、VOCs、NH_3、一次PM_(2.5)容量分别为84987、138849、100875、7751、17402 t;承载力隐性部分各项阈值分别为GDP总量7074亿元、新增绿色GDP 737亿元、煤炭2120万t(以标煤计)、石油552万t(以标煤计)、天然气663万t(以标煤计)、新能源630万t(以标煤计);承载力显性部分各阈值(相对于2012年5年累积减排量)分别为SO264271 t、NOx128831 t、VOCs 108337 t、NH34070 t、一次PM_(2.5)35863 t.本研究为东莞市大气减排提供了具体目标和参考数值.     

环境承载力概念辨析与测算

对"环境承载力"的定义与理解,有狭义与广义之分。本文再定义和拓展了环境承载力的内涵。运用系统动力学方法可以有效地分析某一地区的环境容量与广义环境承载力的对应关系,将现实的排污-控污水平与达标的环境承载力水平的动态变化充分展示,有利于从多方面和不同阶段对污染源进行控制,也为生态环保制度的完善改进指出了合理的、明确的方向。当前有了新《环保法》及十类环境管理制度的基本框架,还需要对各种暴露出来的问题及本质原因进行梳理,妥善解决排污指标分配、监管、执法中存在的众多矛盾。不同时期、不同地区的环保制度应有不同的重点与表述;各地要因地制宜,妥善筹措环保资金;企业需要促进环保技术与产品不断完善。制度状态体现了社会与人民的意志与行动能力,决定环保水平。环保制度是环境承载力的重要组成部分,必须走环境法治道路,这是从根本上控制污染和防止生态退化的保证。