建设项目环境影响评价中二次PM2.5影响预测方法及差异分析

建设项目环境影响评价中二次PM2.5影响预测方法比较研究*

作者 | 易爱华^1,2 陈陆霞^3# 李飒^1,2

（1．生态环境部环境工程评估中心，北京100012；2．国家环境保护环境影响评价数值模拟重点实验室，北京100012；3．北京尚云环境有限公司，北京 100081）

摘要：2018年12月1日实施的《环境影响评价技术导则 大气环境》（HJ2.2-2018），对建设项目环境影响评价中二次PM_2.5影响预测问题，给出了模型模拟法和系数法两种解决方案。在详细介绍模型模拟法和的基础上，对两种方法预测同一项目时，预测结果的差异性进行了比较分析。

差异性比较分析结果表明，就二次PM_2.5日均浓度和年均浓度，AERMOD系数法计算结果较CALPUFF模型模拟法计算结果偏保守；两种方法在预测二次PM_2.5日均浓度时比值介于0.08~5.16，均值为2.35；在预测二次PM_2.5年均浓度时比值介于0.89~26.22，均值为10.71；两种方法在预测二次PM_2.5日均浓度时差异更小。

为解决建设项目环境影响评价中二次PM_2.5影响预测问题，大气导则在参考美国新源许可PM_2.5影响预测方法的基础上，提出了多方案组合的二次PM_2.5预测方法。当采用CALPUFF做进一步影响分析时，可选择模型模拟法预测二次PM_2.5；当采用其他中小尺度模型做进一步影响分析时，则可利用系数法快速计算二次PM_2.5。

01

大气导则推荐二次PM_2.5预测方法

2018大气导则要求“当建设项目/规划项目排放的SO₂和NOx年排放总量大于或等于500 t/a时，评价因子应增加二次污染物PM_2.5”，导则推荐二次PM_2.5预测方法详见表1所示。

02

模型模拟法介绍

建设项目环境影响评价过程中的模型模拟法指CALPUFF模型模拟法，通过简单的化学转化机制模拟二次PM_2.5的输送、转化过程，预测二次PM_2.5。

根据《A User’s Guide for the CALPUFF Dispersion Model（Version5）》，CALPUFF预测二次PM_2.5的化学转化机制主要有以下三种 ^[6]：

（1）MESOPUFF II机制，可模拟SO₂向SO4^2-和NOx 向 NO₃^-的转化，转化过程在气相和液相介质中均可发生，反应速率受到相对湿度、NH₃浓度、O₃浓度、太阳辐射和大气稳定度等多种因素的影响。CALPUFF中采用O₃浓度代表大气的氧化性，通常NOx的氧化速率要快于SO₂，但由于气态氨先与SO₂反应生成硫酸盐，所以硝酸盐的生成会受到空气中氨浓度的限制。

（2）RIVAD/ARM3机制，除考虑SO₂向SO4^2-和NOx 向 NO^3-的转化外，还考虑了NO和NO₂之间的转化过程，因此用户必需先得到各污染源NOx排放中NO和NO₂的比例。OH^—是SO₂ 和 NO₂转化为硫酸盐和硝酸盐的主要氧化剂，RIVAD机制无法计算水相介质中SO₂向硫酸盐的转化，因此硫酸盐的生成浓度会偏低且不受空气中相对湿度的影响。

（3）自定义，允许用户自定义24小时循环的化学转化速率，但这一转化速率只随时间变化，在空间上是不变的。

实际模型模拟过程中，关于二次PM_2.5的计算，用户可以根据当地的湿度条件、空气氧化性等，选择MESOPUFF II机制、RIVAD/ARM3等机制中的一种，用于模拟二次PM_2.5的转化情况。一般地，模式中默认选项为MESOPUFF II机制。

03

系数法简介

研究数据显示，空气细粒子组分中，硫酸盐约占41％以上，硝酸盐约占18％以上^[10-15]，因此研究空气中SO₂向硫酸盐、NO₂向硝酸盐的转化系数，即可简单估算二次PM_2.5浓度。

为说明区域达到平衡状态下硫酸盐/二氧化硫、硝酸盐/二氧化氮浓度比例关系，大气导则编制组基于李洋^[16]等人的研究思路，利用CAMx模型对转化系数进行了再次计算，并与全国部分组分站二次PM_2.5成分分析结果进行了比对验证。

为简化计算过程、统一估算方法，最终确定转换系数取全国统一值，即取SO₂转化系数φ_SO2= 0.58、取NO₂转化系数φ_NO2=0.44。系数法计算二次PM_2.5最终计算公式详见式（4）。

04

两种方法对比分析

4.1基本情况概述

大气导则提出的模型模拟法和系数法为建设项目二次PM_2.5影响预测提供了有效的解决方案。但大气导则对两种方法的差异性并没有给出具体说明，目前科研论文中也缺乏有关两种方法预测结果差异水平的研究。

为了进一步说明系数法中SO₂和NOx转化系数的合理性，验证两种方法在预测同一项目时预测结果的差异性，为实际工作中技术人员选择合适的二次PM_2.5预测方法提供指导，本文分别采用模型模拟法、系数法预测了不同地区SO₂、NOx年排放总量≥500 t/a的三个项目（项目基本情况见表2）二次PM_2.5环境影响，并对预测结果进行了差异性分析。

4.2差异性分析

分别采用AERMOD系数法和CALPUFF模型模拟法预测二次PM_2.5浓度，并做差值分析（差值=系数法预测值-模型模拟法预测值，正值代表AERMOD系数折算预测结果大于CALPUFF模拟预测结果，下同）。

差值分析结果表明，所选项目二次PM_2.5日均浓度差值介于0.04µg/m³~4.75µg/m³，差值占标率最大值为6.33%，最小值为0.05%；二次PM_2.5年均浓度差值介于0.02µg/m³~0.82µg/m³，占标率最大值为2.35%，最小值为0.06%。差值均为正值，表明AERMOD系数法预测结果较CALPUFF模型模拟法计算结果偏保守。

将AERMOD系数法和CALPUFF模型模拟法预测二次PM_2.5浓度结果做比值分析（比值=（系数法预测值-模型模拟法预测值）/模型模拟法预测值，比值越大代表AERMOD系数折算预测结果与CALPUFF模拟预测结果差异越大，下同）。

比值分析结果表明，所选项目二次PM_2.5日均浓度比值均值为2.25，最大值为5.16，最小值为0.08；二次PM_2.5年均浓度比值均值为10.71，最大值为26.22，最小值为0.89。

同一项目同一敏感点处二次PM_2.5年均浓度比值普遍大于日均浓度比值，两种方法在预测二次PM_2.5日均浓度时差异更小。

图1 二次PM_2.5日均浓度比值分析图                     

图2二次PM_2.5年均浓度比值分析图

05

小结

大气导则在参考美国新源许可PM_2.5影响预测方法的基础上，提出了多方案组合的二次PM_2.5预测方法。当采用CALPUFF做进一步影响分析时，可选择模型模拟法预测二次PM_2.5，共有MESOPUFF II、RIVAD/ARM3、自定义三种转化机制可选择；当采用其他中小尺度模型做进一步影响分析时，则可利用系数法快速计算二次PM_2.5，大气导则最终确定SO₂转化系数为0.58、NO₂转化系数为0.44。分别采用模型模拟法和系数法预测了不同地区SO₂、NOx年排放总量≥500 t/a的三个项目二次PM_2.5环境影响，结果表明AERMOD系数法计算结果较CALPUFF模型模拟法计算结果偏保守，在预测二次PM_2.5日均浓度时，AERMOD系数法与CALPUFF模型模拟法的比值介于0.08~5.16，均值为2.35；在预测二次PM_2.5年均浓度时两种方法比值介于0.89~26.22，均值为10.71；两种方法在预测二次PM_2.5日均浓度时差异更小。

编辑：君君.环评互联网

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