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 蔣家文 錢楓（北京市環(huán)境保護科學研究就，北京.t«XB7）摘 要：本文結(jié)合原國家科學技術委員會“九五”賣點科技項目一 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，保后對系統(tǒng)功能.If體結(jié)構(gòu)、開發(fā)思路和過程進行了論述.一、建立系統(tǒng)的目的和意義中國二十一世紀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)展的一個必要手段。計算機技術和系統(tǒng)分析方法的應用是實現(xiàn)這種科學管理模式的關鍍.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行污染源的定量分 析，如計算I#放fit大小，而R要進行字間分析，如計算排放議與環(huán)境濃度關系。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，支持數(shù)字思維與空間思維同時進行， 比傳統(tǒng)的地圖分析和僅僅對統(tǒng)計數(shù)據(jù)的定量分析方法有質(zhì)的改進。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，是實現(xiàn)西城區(qū)大氣環(huán)境科學管理和決策的關 鍵，具有気大的現(xiàn)實意義。二、本系統(tǒng)的主要特點1. 先進性本系統(tǒng)采用地理信息系統(tǒng)技術，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)與地域肖機地聯(lián)系起來，并使它們之間的關系趨勢目了然。本系統(tǒng)在ArcView 3.0a及其空間分析模塊和Delphi 3.0 ±進行開發(fā)，我們在Arc View 3.0a及其 空間分折模塊基礎上開發(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的計算機技術如面向?qū)ο?編程和動態(tài)鏈接庫技術，便得整個系統(tǒng)各個模塊有機結(jié)合。從國內(nèi)外報道的地理信息系統(tǒng)應用中， 我們尚未發(fā)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)與大氣污染空間模擬，總量控制有機融合的報道。無疑，這將填補地理 信息系統(tǒng)在這方面應用的空口，具有先進性。2. 科學性本系統(tǒng)大氣壞境質(zhì)星數(shù)值模擬，是以基于“高斯撲式”的城市多源大氣擴散模式理論為基礎， 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，因此具有堅實的理論基礎。3. 實用性、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的關系，及可行的管理措施。因此，在整個研究 過程中，必須與社區(qū)內(nèi)的實際悄況相結(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，即使不懂計算機 語言的借理人員，經(jīng)過短時間的了解和培訓，便可熟練操作。三、系統(tǒng)分析與設計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 算機為實施總

6、量控制提供了有力的工具，人們可以充分利用計算機運算速度快、存儲容量大的特點， 通過對大量數(shù)據(jù)的錄入、查詢、統(tǒng)計、分析來拿握污染物的動向，污染源與環(huán)境質(zhì)宜關系。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.申報的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理， 做到動態(tài)跟蹤，計算、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)應當本若實用和為環(huán)保局日常管理服務的宗旨， 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.可進行空何査詢.包括：大氣污染潔空何査詢.其中包含兩個內(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)項冃審批拌污申報登記數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)污染

8、物數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)錄入修改計算制除檢素報表圖3環(huán)境管理功舵r I I I項目幕礎 數(shù)據(jù)錄入壞境預測113a. 排污申報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、計算 統(tǒng)計、報表、檢索等功能，以便于日常工作的管理使用.b. 項目審批功能項目審批是壞保部門對環(huán)境彩響評價制度和“三同時"制度的具體實施，加強環(huán)境項目的審批, 可以冇效控制新污染源的產(chǎn)生.在進行總量控制的前提下，合理審批，以達到經(jīng)濟效益、環(huán)境效益 和社會效益的統(tǒng)一.本功能應能為審批提供輔助決策信息。項目審批數(shù)捺庫應含有建設單位、建設地點、建設項目， 主要污染設備等，然后，綜合全區(qū)污染源悄況

9、進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)具體情況進行 決策.(3) 匯總統(tǒng)計分析功能，如圖4。匯總統(tǒng)計分析 子系統(tǒng)排放總ft匯總街道統(tǒng)計圖4匯總統(tǒng)計分析功能除塵器結(jié)枸分析排放貢獻持序在呈礎數(shù)據(jù)輸入計算機后，應對這些大氣污染源數(shù)據(jù)分門別類進行統(tǒng)計分析，從中得出一些信 息，從而為壞保局曰常管理和決策服務。統(tǒng)計分析內(nèi)容包括： 統(tǒng)計匯總本區(qū)污染物排放鼠；統(tǒng)計本區(qū)十個街逍污染物排放量、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行排序； 分別按二氣化硫和煙塵對環(huán)境濃度貢獻大小進行大氣污染源排序.由于地理位置關系，相同排放量對環(huán)境污染程度不同，通過大氣污染擴散摸式計算，我們能夠 計算出各個大氣污染源對環(huán)境濃度頁獻大小，從而找出真丘的重點污染源。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.計漳最大允許排

11、放童通過線性規(guī)劃模型，分別計算三種不同大氣環(huán)境質(zhì)最目標下，即；比1995年略有改善10%； 保留小煤爐.且比1995年略有改善(】曲)；達到二級環(huán)境標準，各個污染源的最大允許排放童和 應削減量.這些數(shù)據(jù)將是總量控制的基礎，以及為制定削減方案提供科學依據(jù)。b.削減方案設計分析功能設計多種可行的削減方案，如置換天然氣、神華煤，增加脫硫設施，改善除塵器效率等；并對 各種削減方案進行綜合費用效果分析，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； 神華煤推廣應用：單背除塵器改成多管式旋風除塵器； 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)分析與設計通過對系統(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，從而實現(xiàn)環(huán)境地浬伯息功能。 屬性數(shù)據(jù)管理與分析實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與編輯功能、基礎數(shù)據(jù)査誨、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、總量控制模型、大 氣擴散模型和削減方案及其費用效果分析。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 行空間數(shù)據(jù)管理與分析：選用Delphi 3.0這快速應用開發(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 技術實現(xiàn)與ArcView 3.0系統(tǒng)的有機結(jié)合。為實現(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)設計從整體結(jié)構(gòu)圖可以看出，我們用Delphi 3.0開發(fā)了以下的模塊：基礎數(shù)據(jù)采集：實現(xiàn)對大氣污染源數(shù)據(jù)錄入、修改、增加、刪除、污染物排放量計算、檢 索等功能.數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析：實現(xiàn)對基礎數(shù)據(jù)分門別類統(tǒng)計，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、污染物排放量排隊分析、環(huán)境濃度貢獻排隊分析。總量控制模型：通過線性規(guī)劃模型和大氣擴散模

14、型計算1 kmXlkni網(wǎng)格最大允許排放嚴， 進而計算出各個污染源的最大允許排放量和應削減屍。削減方案設計分析：設計多種可行削減方案，對各種削減方案進行綜合費用效果分析.并 通過大氣擴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： 通過對基礎數(shù)據(jù)的地理編碼，實現(xiàn)耳體污染源落圖，建立污染源專業(yè)圖層，實現(xiàn)污染源分 布顯示，污染源空間杏詢等功能； 通過對統(tǒng)計數(shù)據(jù)的地理編碼，實現(xiàn)統(tǒng)計數(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通過對大氣擴散模塑模擬的大氣環(huán)境質(zhì)童結(jié)果進行地理編碼，利用空間分析模塊進行空間 插值，從而實現(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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