“三线一单”大气管控单元划分法在上海的应用

严茹莎，安静宇，朱润非，周洁玫，黄成，鲍仙华

(1. 上海市环境科学研究院，上海 200233； 2. 国家环境保护城市大气复合污染成因与防治重点实验室，上海 200233)

为落实党中央对生态文明建设的一系列重大决策部署，生态环境部于2018年初印发了《“三线一单”编制技术指南》(试行)(以下简称《指南》)，旨在以“三线”框住空间利用格局和开发强度，用“一单”规范开发行为[1]。为贯彻以习近平同志为核心的党中央作出的关于长江经济带的重大战略决策[2]，“三线一单”工作已在长江经济带多个省市展开。上海市处于长江经济带核心位置，在推动长江经济带发展中承担着重要的使命和责任，在2018年5月率先开展了“三线一单”编制工作。

上海市地处长江三角洲前缘，为平原地形，属亚热带季风气候，常年湿润多雨，四季分明。人口密度高，城镇化水平高于全国水平，环境资源压力较大，尤其是以细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)为主的复合型污染日益凸显[3-4]。因此，通过“三线一单”的编制，制定大气环境准入原则，改善人居环境，从而实现社会经济可持续发展。本研究依据《指南》对长三角经济带“三线一单”的编制要求，基于研究团队现有排放清单基础及各类污染源的最新实测数据和最新统计数据，更新了上海市2017年污染源排放清单；根据上海市发展定位、社会经济特征及大气污染排放特征，研究大气环境管控单元的划分方法和初步成果。

1 研究方法

1.1 排放清单更新方法

本研究针对上海市重点源开展了排放因子和成分谱实测，在此基础上建立了上海市大气污染源本地化排放因子和成分谱数据库。在活动水平方面，本研究采用了上海市环境统计数据、污染物普查资料以及实地调查结果。在排放因子方面，主要采用本研究建立的大气污染源排放因子数据库。根据活动水平数据的可获取情况，固定燃烧源、工艺过程和工业溶剂使用等工业点源主要采取自下而上的方法进行计算，其他排放源主要采用自上而下的方法进行计算。其中，固定燃烧源采用物料衡算法和排放系数法相结合的方法计算，二氧化硫(SO2)、可吸入颗粒物(PM2.5、PM10)采用与硫分和灰分相关的物料衡算法计算，其他污染物主要采用排放系数法计算。工艺过程源主要采用排放系数法计算。工业溶剂使用源主要根据涂料和溶剂使用量及其挥发性有机物(VOCs)含量等信息采用物料衡算法进行计算。机动车和非道路移动机械主要采用排放模型结合经本地化校正的排放因子进行计算。船舶采用功率法结合自动识别系统(AIS)数据进行计算。其他污染源均采用排放系数法计算。

1.2 管控单元划分方法

上海市大气环境管控单元分为优先管控单元、重点管控单元及一般管控单元，其中重点管控单元又划分为高排放区、弱扩散区、布局敏感区和受体敏感区，一般管控单元为除优先管控单元及重点管控单元以外的剩余区域。

(1)优先管控单元

根据《指南》要求，将大气环境一类功能区定义为大气环境优先保护区[1]。大气环境一类功能区指自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区[5]。自然保护区是指自然生态系统、珍稀濒危动植物物种的天然集中分布区，有特殊意义的自然遗迹等保护对象所在区域，依法划出一定面积予以特殊保护和管理的区域。风景名胜区指具有观赏、文化和科学价值、自然景物、人文景物比较集中，环境优美，具有一定规模和范围，可供人们游览、休息或进行科学、文化活动的地区。需要特殊保护的地区指因国家政治、军事和为国际交往服务需要，对环境空气质量有严格要求的区域。这类区域往往是珍稀动植物集中分布区，拥有丰富的自然资源及生态资源，需要特殊保护，因此不宜有人为污染源的分布，以免破坏其生态系统和内部生物及名胜古迹。

(2)高排放区

根据《指南》要求，将环境空气二类功能区中的工业集聚区等定义为高排放区[1]。本研究根据上海市大气污染源排放特征，以及大气环境目标、大气环境容量和减排潜力，划定上海市大气环境高排放重点管控区。大气污染源数据来自上海市2017年大气污染源排放清单，通过分析上海市工业点源的排放空间分布特征及排放量，调研上海市在能源领域以及钢铁、石化、化工等主要工业领域的减排潜力，并结合上海市产业区块的现状特征和未来规划布局特征，进而划定部分工业用地为高排放区。

另外，上海作为全球重要的交通运输枢纽，上海港的运载能力位于世界前列，船舶港口排放对上海市大气环境造成较大的压力，因此上海市根据自身排放特征，将部分重点港口也划定为高排放区。

(3)弱扩散及布局敏感区

根据《指南》要求，将上风向、扩散通道、环流通道等影响空气质量区域定义为布局敏感区，静风或风速较小的区域定义为弱扩散区[1]。本研究将弱扩散区具体定义为由于气象扩散条件较差而导致的污染物浓度容易积累的区域。将布局敏感区定义为由于地理位置较为不利而容易导致全市大气污染浓度升高的区域。本研究利用WRF-CAMx模型系统计算，弱扩散值Mi具体计算公式如下：

布局敏感值Ni具体计算公式如下：

模型气象场由WRF V3.9.1(Weather Research and Forecasting，简称为WRF)提供，空气质量模型为CAMx-V6.40版本(Comprehensive Air Quality Model with Extensions，简称CAMx)。为提高计算效率，采用三层嵌套网格，网格水平格距分辨率分别为36 km×36 km、12 km×12 km和3 km×3 km，格点数分别为196×136，159×204，120×120。长三角人为源排放清单采用自下而上更新建立的区域大气污染物排放清单；长三角以外区域采用MEIC—2012和MIX—2010排放清单[6]；天然源排放清单均由MEGAN-V2.10[7]模型计算提供。利用CAMx-V6.40耦合的来源追踪模块(SA)来计算PM2.5浓度贡献，假设每个网格排放量相等，追踪区域设置为769个，各区域分辨率为3 km×3 km与模拟网格分辨率一致，其覆盖了上海市除水域外的所有地理范围，每个区域的PM2.5浓度来源可标记为来自本网格排放以及来自该网格外排放。模拟时间段为2017年1月、4月、7月和10月。

(4)受体敏感区

根据《指南》要求，受体敏感区是指城镇中心及集中居住、医疗、教育等敏感区域[1]。本研究充分调研了上海市人口规模特征以及居住分布特征，通过分析上海市对人居结构的整体规划，制定受体敏感区域，目的是用于保护人体健康及其他较为敏感受体。

人居规划信息来自《上海市城市总体规划(2017—2035年)》[8]对上海市规划形成“主城区—新城—新市镇—乡村”的城乡体系的定义，并结合上海市在不同区县、乡镇、新城等单元的人口数量，将人口密度较大的区域划定为受体敏感区，在该区域禁止开发工业，并逐渐淘汰或转移现有工业企业。

2 排放清单

对上海市2017年各类排放源的计算结果显示，上海市SO2、NOX、VOCs、一次PM2.5及NH3的排放量分别为6.29万吨、31.48万吨、33.37万吨、5.08万吨及8.16万吨。上海市各领域污染物排放量详见表1。

从2017年排放状况来看，SO2排放贡献主要来自工业源和移动源； NOX占比较高的行业主要为移动源，其中包括船舶、机动车、非道路移动机械，另外工业领域源也有贡献；VOCs排放主要来自工业生产以及工业溶剂使用和民用溶剂使用等领域；一次PM2.5排放以扬尘源为主，包括施工扬尘、道路扬尘、堆场扬尘；NH3排放主要来源为农业源。

表1 上海市2017年大气污染物排放量(单位：万吨/年)

从目前的排放构成看，近年来随着电厂超低排放改造、工业锅炉及炉窑的清洁能源替代以及经营性小茶炉、小炉灶的取缔等一系列减排措施的实施，SO2得到了有效的控制，未来SO2在上海的减排空间较为有限。近年来NOX的减排措施主要包括来自电厂脱硝工程、锅炉清洁能源替代，另外在机动车领域也有一定成效，如排放标准提升和黄标车淘汰等减排措施。但目前上海市NOX排放量较大，尤其是在交通领域，除了机动车以外，船舶排放贡献也很大，因此未来上海应侧重对机动车和船舶NOX控制措施的制定。上海VOCs的排放量大、强度高，产业领域是VOCs的主要来源，近年来实施了针对重点工业行业的VOCs综合整治，但效果并不显著，未来应持续实施工业源VOCs总量控制，有效削减VOCs排放量。一次PM2.5的削减主要来自扬尘及工业源的治理，并取得了一定成绩，但在施工扬尘、道路扬尘等方面依然存在一定的减排空间，未来应进一步加强一次PM2.5的治理。NH3排放近年来取得的成效较小，未来针对农业源包括畜禽养殖和农业施肥方面需进一步深化治理。

3 管控单元划分

3.1 优先管控单元

根据《上海市环境空气质量功能区划(2011年修订版)》[9]，全市环境空气质量功能区分为一类区和二类区。其中一类区包括崇明生态岛、横沙岛度假旅游风景区、金山三岛海洋生态自然保护区、佘山国家度假旅游区、太阳岛自然风景保护区、淀山湖风景水体风貌保护区。

其中全市环境空气质量功能一类区具体划定为：

(1)崇明生态岛：崇明区除西部物流区(长江北支—崇海大桥—陈海公路—三华公路—长江岸边)和南部城市化地区(岱山路—南横引河—四效河—长江岸边)以外的地区。

(2)横沙岛度假旅游风景区：横沙岛全岛范围。

(3)金山三岛海洋生态自然保护区：大金山岛、小金山岛、浮山岛(龟山)。

(4)佘山国家度假旅游区：陈泗公路—方松公路—沈砖公路—辰山塘—山前路—外青松公路—佘北公路。

(5)太阳岛自然风景保护区：东泖河东岸—太阳岛北端—西泖河西岸—清水港南岸—新朱枫公路—太浦河南岸—西泖河西岸—太阳岛南端。

(6)淀山湖风景水体风貌保护区：淀山湖沿岸纵深陆域2公里范围内。具体如表2所示。

表2 大气优先保护区划定结果

3.2 重点管控单元

(1)高排放区

从上海市工业布局来看，“十二五”期间，为进一步强化规划引领，统筹优化全市工业区块规划布局，上海市确定了104个国家级、市级、区级工业产业园区和产业基地，引导工业向产业园区和产业基地集聚发展。目前，上海市形成了以国家级开发区为龙头、市级开发区为支撑，各类工业集中区为补充的发展格局。基于2017年污染源排放清单统计，上海市104个工业地块包括了全市工业行业污染物排放的62%～82%，须纳入上海市重点管控，并针对不同类型工业区制定不同的管控方案。

另外，根据本研究更新的2017年污染源清单数据，全市码头港作机械SO2、NOX、VOCs、PM2.5的排放总量分别占全市所有非道路移动机械排放的21%、23%、18%和18%，占比较高。同时，上海港作为全国主要航运枢纽，船舶排放量大，2017年全市船舶排放量SO2、NOX分别为1.71万吨、9.24万吨，分别占全市SO2总排放量的27%、全市NOX总排放量的29%。港口船舶排放对上海贡献量大，上海核心港区考虑纳入本市大气重点管控区域。

综上分析，上海市大气污染物高排放区包括上海市104个工业地块以及上海市核心港口区域，包括宝山港区、罗泾港区及外高桥港区划定为高排放区。经计算，这些区域占地面积为1043 km2，占比为15.7%。

(2)弱扩散区及布局敏感区

WRF—CAMx计算结果显示，相对弱扩散值在上海整体呈现西高东低的分布特征，其中扩散较差的区域主要包括青浦、松江、闵行等区，而东部的浦东新区、宝山区以及上海城区等地方的气象扩散条件总体较为有利。

相对布局敏感值较高的区域主要集中在上海的中南部区域，包括浦东新区的西南部、奉贤区的北部、金山区东北部以及松江和闵行南部等地，而沿上海市界边缘区域的污染源布局较为不敏感，对上海市全市的PM2.5浓度贡献较小。这主要是由于在上海中心的位置，无论是受何种风向影响，对其局地或者周边区域都会造成输送影响，而周边区域只在其处于上风向时对上海市会造成污染输送。

另外，各区域相对弱扩散值基本集中在0.9～1.2之间，占全市面积的96%，表明各区域大气扩散条件总体差异不大。同样，上海市布局敏感值基本集中在0.8～1.3之间，占全市面积的80%以上，表明各区域布局敏感性总体差异不大。因此，上海市不再单独划定弱扩散区及布局敏感区，但在未来城市规划过程中，需要考虑上海市这一特征，对于污染源的布局应避免在上海市西部扩散条件较差，以及中南部布局相对较为敏感的区域设立。

(3)受体敏感区

根据《上海市城市总体规划(2017—2035年)》[8]，上海市整体规划形成“主城区—新城—新市镇—乡村”的城乡体系。主城区包括中心城及周边虹桥、川沙、宝山、闵行4个主城片区，总面积约1161平方公里，常住人口规模约1447万人，将作为全球城市功能的主要承载区。新城包括嘉定新城、松江新城、奉贤新城、青浦新城、南汇新城，现状常住人口规模约228万人，将逐步承接全球城市核心功能。此外，位于金山滨海地区的金山卫镇、山阳镇和崇明城桥地区的城桥镇，作为规划核心镇。

根据城市常住人口密度比较，上海市内环内人口密度为2.99万人/平方公里，外环内人口密度为1.71万人/平方公里，而郊区新城的人口密度为0.5万人/平方公里，中心城区呈现人口高度密集的特征，另外医疗、服务等行业也在该区域高度集中，本研究将上海市中心城区划定为受体敏感区，具体包括黄浦区、徐汇区、长宁区、静安区、普陀区、虹口区及杨浦区和浦东新区外环线以内共计8个区域。

3.3 一般管控单元

上海市大气环境一般管控区为除了大气环境重点管控区和受体敏感区之外的其他二类功能区。由于上海城市化水平高，除大气重点管控区以外的其他二类功能区基本以城镇生活空间及农业空间为主，据统计占全市面积63.5%。

3.4 管控单元划定结果

综上分析，本研究将上海市总体划定为三类大气环境管控区，具体包括6个大气优先保护区，115个大气重点管控区，1个大气环境一般管控区，其中重点管控区分为107个高排放区及8个受体敏感区。大气优先保护区占全市总面积14.6%，重点管控区占全市面积21.9%，一般管控区占全市面积63.5%，具体如表3所示。

表3 上海市大气环境管控分区划定结果

4 结论与建议

本研究以《指南》为基础，充分考虑上海自然地理特征、社会经济特征和污染排放特征，利用排放清单计算技术、数值模型等手段更新了2017年大气污染源排放清单，并划定了大气环境管控单元。上海市大气环境管控单元划定结果为6个大气优先保护单元，115个大气重点管控单元，1个大气环境一般管控单元。其中，大气优先保护单元占全市总面积14.6%，重点管控单元占全市面积21.9%，一般管控单元占全市面积63.5%。上海市各区域大气扩散条件及布局敏感性总体差异较小，不再单独划定弱扩散区及布局敏感区，但在未来城市规划过程中，需要考虑上海市这一特征，应避免在扩散条件较差及布局相对较为敏感的区域布局污染源。

大气环境管控单元的划分旨在针对不同的环境特征提出不同的大气环境管控要求，因此需体现其差异化、层级化的管理特征。针对大气环境优先保护单元，应禁止新增污染源，并淘汰现有污染源；针对重点管控单元中的高排放区，应针对其排放特征和产业特征，制定分阶段管控要求，以治理、改造为主要手段；针对重点管控单元中的受体敏感区应逐步淘汰和转型工业污染源；一般管控单元其空间差异较大，总体产业管控要求以治理为主，并逐步实现集中化转移。