CN115545565A - 基于大气环境质量的园区排污总量管控方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供基于大气环境质量的园区排污总量管控方法和系统，包括根据工业园区的情况布设大气的监测监控点位；根据监测监控点位获取工业园区的大气质量信息；对获取的信息进行处理，包括：核算工业园区内大气污染物的实际排放量；综合工业园区的地形地貌信息、气象信息显示基于园区地图的当前浓度分布热力图与排放强度分布图；根据核算的实际排放量、园区污染物允许排放总量和显示的当前浓度分布热力图与排放强度分布图对工业园区排污进行计划制定和管控。本发明解决了污染源末端监控尤其是废气监控覆盖不足以及无组织气体排放的情况，对于园区超标排放情况，结合气象、周边大气环境等，人工给出减污增效的建议报告助力园区精准管控。
Description
技术领域
本发明涉及工业园区环境管理技术领域，具体为基于大气环境质量的园区排污总量管控方法和系统。
背景技术
工业园区生态环境智慧化管理研究的意义在于提高园区环境管理能力，切实提高园区环保管理人员工作效率，提高园区企业环境治理能力，提倡企业升级转型，科学化绿色管理，促进工业园区环境数据收集与应用，提升园区品牌价值；过去由于监测监控能力不足，对企业、工业园区的排污总量无法进行实质性的监测和控制，即便是开展污染源普查，也不能实现排污总量的实时监控、动态管理，企业在一定时间内到底排放多少污染物无法说清楚；按照排污许可制度设计，企业应依照排污许可证许可的排放浓度和总量排放污染物，超浓度、超总量排放就应受到处罚；而事实上，目前起主导作用的仍是排污浓度控制，几乎没有企业因为排污超量被处罚。因此，排污总量测算是一个普遍难题，是精细化环境监管的能力短板。
目前排污总量核算对要求安装自动监测设施的污染物项目，采用符合监测规范的有效自动监测数据，对未安装自动监测设施采用物料衡算法以及产排污系数法，根据质量守恒定律，利用物料数量或者元素数量在输入端与输出端之间的平衡关系，核算污染物实际排放量；即：G=G1+G2，式中：G投入物料量总和，G1所得产品量总和，G2物料或产品流失重量之和；
利用监控数据以及产排污系数法及物料衡算法能实现对园区内所有企业的排污总量核算，但由于园区所属企业无法做到监控全覆盖，对于装有监控设备以外的方式无法做到数据及时更新，通常需要一个季度甚至一年核算一次，不利于园区污染物排放尤其是大气环境的精准管控。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供基于大气环境质量的园区排污总量管控方法和系统，可以解决现有由于园区所属企业无法做到监控全覆盖，对于装有监控设备以外的方式无法做到数据及时更新，通常需要一个季度甚至一年核算一次，不利于园区污染物排放尤其是大气环境的精准管控的问题。
为了实现上述目的，本发明是技术方案如下：
本发明是通过如下的技术方案来实现：基于大气环境质量的园区排污总量管控方法，包括以下步骤：
步骤一：根据工业园区的情况布设大气的监测监控点位；
步骤二：根据所述监测监控点位获取工业园区的大气质量信息；
步骤三：对获取的所述信息进行处理，包括：
核算工业园区内大气污染物的实际排放量；
综合工业园区的地形地貌信息、气象信息显示基于园区地图的当前浓度分布热力图与排放强度分布图；
步骤四：根据核算的实际排放量、园区污染物允许排放总量和显示的当前浓度分布热力图与排放强度分布图对工业园区排污进行计划制定和管控。
进一步的，所述综合工业园区的地形地貌信息、气象信息显示基于园区地图的当前浓度分布热力图与排放强度分布图，包括：
通过监测监控点位获取的园区大气质量信息，综合工业园区基础地形地貌信息、实时气象信息，根据协方差函数对随机过程/随机场进行空间建模和预测的回归算法，形成浓度分布热力图；
根据监测监控点位获得的废气信息形成排放强度分布图。
进一步的，所述根据核算的实际排放量、园区污染物允许排放总量和显示的当前浓度分布热力图与排放强度分布图对工业园区排污进行计划制定和管控，包括：
根据园区污染物允许排放总量制定排污计划；
根据制定的排污计划与实际排放的关系形成超标预警；
将超标预警信息通过监控管理平台进行推送；
通过当前浓度分布热力图与排放强度分布图对园区企业进行分类分级管控。
进一步的，所述制定的排污计划包括：把全年的园区污染物允许排放总量目标分解到每个月，制定每个月的排污计划。
进一步的，所述根据工业园区的情况包括根据工业园区的产业定位、企业分布、实际开发面积和未来发展需求。
进一步的，所述布设大气的监测监控点位，包括：
在工业园区主导风向的上、下风向布设标准空气站和VOCs空气站；
在工业园区周边和内部布设微型空气站。
进一步的，所述标准空气站、VOCs空气站、微型空气站用于监测气象五参数、PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3和VOCs。
进一步的，所述核算工业园区内大气污染物的实际排放量，包括对工业园区内有组织的实际排放量核算和无组织的实际排放量核算；所述实际排放量核算包括：
获得工业园区环境中的背景污染物浓度；
通过监测监控点位实测污染物浓度分布、背景污染物浓度结合大气扩散模型反演得到污染源的实际排放强度；
将所有纳入园区总量核算的污染源的实际排放强度与核算的时间间隔的乘积得到大气污染物的实际排放量。
基于大气环境质量的工业园区排污总量目标管控系统，其特征在于：包括
数据采集系统：所述数据采集系统用于采集工业园区的大气质量信息；
输入系统：所述输入系统用于输入工业园区的位置信息、气象信息；
数据处理系统：包括
实际排放量的核算单元：所述实际排放量的核算单元用于核算工业园区内大气污染物的实际排放量；
显示单元：所述显示单元用于显示基于园区地图的当前浓度分布热力图与排放强度分布图；
管理监控系统：所述管理监控系统用于根据核算的实际排放量、园区污染物允许排放总量和显示单元显示结果对工业园区排污进行计划制定和管控。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
本发明统以加强源头管控、减少污染物排放、改善区域生态环境质量为总体目标，以工业园区周边大气环境质量监测为基础，构建基于大气环境质量在线监控数据的排污总量目标管控系统，动态测算园区污染物实际排放总量同时，在园区内部形成当前浓度分布热力图分布；一是助力园区摸清当前及累积排污总量情况，二是明确污染物浓度分布状况，助力园区精准定位及管控；本发明有效的解决污染源末端监控尤其是废气监控覆盖不足以及无组织气体排放的情况，最后对于园区超标排放情况，系统结合气象、周边大气环境、园区产业结构，人工给出减污增效的建议报告助力园区实现精准管控。
附图说明
参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。其中：
图1为本发明基于大气环境质量的园区排污总量管控方法流程示意图；
图2为本发明基于大气环境质量的工业园区排污总量目标管控系统框图；
图3中A为本发明实施案例的当前浓度分布热力图，B为本发明实施案例的当前排放强度分布图示意图；
图4为本发明基于大气环境质量的工业园区排污总量目标管控方法操作流程示意图。
具体实施方式
容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
基于大气环境质量的园区排污总量管控方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
步骤一：根据工业园区的情况布设大气的监测监控点位；
具体的，所述根据工业园区的情况包括根据工业园区的产业定位、企业分布、实际开发面积和未来发展需求，进行监测监控点位的布设；示例性的，
所述布设大气的监测监控点位，包括：
在工业园区主导风向的上、下风向布设标准空气站（或小型空气站）和VOCs（挥发性有机物）空气站，主要监测指标为气象五参数（温度、气压、湿度、风向、风速）、PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3和VOCs，用于大气环境质量监测和微型空气站监测数据质控。
在工业园区周边和内部布设微型空气站，主要监测指标为气象五参数（温度、气压、湿度、风向、风速）、PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO、O3、VOCs以及排放量较大的特征污染物，用于无组织排放监测和排放总量的确定。
步骤二：根据所述监测监控点位获取工业园区的大气质量信息；
步骤三：对获取的所述信息进行处理，包括：
3.1、核算工业园区内大气污染物的实际排放量；
由于除去有组织的企业排出废气外，还有部分废气因监测监控点位与污染源存在一定的距离，使得大气污染物因挥发等原因散发到空气中，因而在计算实际排放量时需要计算有组织的实际排放量和无组织的实际排放量；因此，所述核算工业园区内大气污染物的实际排放量包括有组织的实际排放量核算和无组织的实际排放量的核算；主要步骤如下：
在核算实际排放量之前首先消除监测数据系统误差，具体的，考虑到微型空气站在布设时很难保持统一，周边微尺度环境一致性考虑不足，且微型空气站本身在数据采集和分析这块，缺乏足够时间分辨率，或者原有部分仪器已发生损坏或者灵敏性降低等问题，需要对采集上来的监测监控数据采用归一化的方式做系统误差订正，并结合全园区整体数据情况做质量控制，提高数据一致性。
（3.11）获取园区本地气象数据信息
综合利用监测监控点位的监测气象数据、实时更新的公开气象数据以及气象数值模拟方法模拟的数据，获取充分完备的园区实时气象场数据，并进一步计算园区局部风场、湍流、大气稳定度等污染扩散相关参数。
（3.12）获取园区基础信息
在核算前，应明确园区的污染排放区域（至少为主要污染源）、监测监控点位的站点以及园区边界等基础信息；对于园区周边的、可能对模拟核算产生影响的污染源，其排放影响应不计入源强核算中，必要时也应进行定位溯源或实地调研。
（3.13）获取背景浓度
通过实时风向信息、污染源位置信息以及监测监控点位的站点位置信息，动态判断监测监控点位的上、下风向类型，结合监测站点的污染物浓度相对大小情况，获得环境中背景污染物浓度。
根据实地计算对比得知，在大多数情况下可以直接使用当前时刻上风向空气站浓度数据作为园区背景污染物浓度值；此外，也可将上风向站点污染物浓度作为初始值，将污染物背景浓度作为待优化的参数进行反演。
（3.14）污染源-监测站点特征矩阵的生成
根据园区地形特征、污染源及监测监控点位的相对位置、实时气象特征以及污染因子本征特性，生成污染源-监测站点（监测监控点位）特征矩阵。
（3.15）通过监测监控点位实测污染物浓度分布、背景污染物浓度结合大气扩散模型反演得到污染源的实际排放强度；即通过园区监测监控点位监测数据计算的大气污染物浓度分布；通过大气污染物浓度分布以及获得的背景污染物浓度，再根据污染源到监测监控点位污染贡献优化污染源排放强度，使得模型模拟浓度与实测浓度趋于一致，由此得到实际排放强度；具体的，通过分析大气污染物浓度的离散化空间分布及其随时间的变化特征，并从大气背景浓度场中通过分离变量法得到工业园区集中污染源相关烟羽扩散的时空分布特征型和特征值；通过满足理论模型强度的大气扩散模型反演得到相应的园区污染源位置、排放强度；将反演得到的污染源排放强度作为大气污染物的实际排放强度。
（3.16）核算时段排放总量
排放总量为所有纳入园区总量核算的污染源的排放强度与核算的时间间隔的乘积；一般核算时间间隔为1小时，总量核算结果应折算为吨。
另外为了提高准确度；可采用多种大气扩散模型进行模拟计算，并对不同的模型分配权重得到最后的实际排放强度，不同模型的权重分配主要根据模型模拟的污染浓度分布与基站监测数据的平均相对误差来确定。
3.2、综合工业园区的地形地貌信息、气象信息显示基于园区地图的当前浓度分布热力图与排放强度分布图；
具体的，通过监测监控点位获取的园区大气质量信息，综合工业园区的地形地貌信息、气象信息显示基于园区地图的当前浓度分布热力图与排放强度分布图，包括：
1、通过综合园区位置信息的基础地形地貌信息、实时气象信息以及污染源和监测监控点位获取的大气质量信息，根据协方差函数对随机过程/随机场进行空间建模和预测（插值）的回归算法，形成浓度分布热力图；解释说明的是：这里的随机过程/随机场是指的二维平面，如GIS地图的任意平面；协方差函数即克里金插值法；是利用克里金插值通过监测站点信息对园区的污染物浓度分布进行建模预测，通过插值形成浓度分布热力图；其中浓度分布热力图如图3中的A所示；
同时根据监测监控点位获得的废气信息形成排放强度分布图，如图3中的B所示。
步骤四：根据核算的实际排放量、园区污染物允许排放总量和显示的当前浓度分布热力图与排放强度分布图对工业园区排污进行计划制定和管控；具体为：
4.1、根据园区污染物允许排放总量制定排污计划，包括，把全年的园区污染物允许排放总量目标分解到每个月，制定每个月的排污计划；
4.2、根据制定的排污计划与实际排放的关系形成超标预警；
即根据排污计划与实际排放的差值确定是否产生超标，当排污计划小于实际排放时，即说明造成了超标，此时可进行预警提醒；
4.3、将超标预警信息通过监控管理平台进行推送；
监控管理平台在监测到有超标排放时，即把超标预的警信息推送到相关管理人员，提醒相关管理人员及时处理；
4.4、通过当前浓度分布热力图与排放强度分布图对园区企业进行分类分级管控。
按照当前浓度分布热力图与排放强度分布图实现分类分级管控，最后对于园区超标排放情况，系统结合气象、周边大气环境、园区产业结构，人工给出减污增效的建议报告助力园区实现精准管控；本发明的管控方法操作流程与结果显示如图4所示。
本发明研发基于集成了污染物溯源和大数据治理技术为一体的智慧精准管控体系，通过综合园区基础地形地貌信息、污染源和监测监控点位获取的大气质量信息以及实时气象信息，使用插值可视化时，形成浓度分布热力图，可有效直观的看到园区大气浓度分布；本发明根据监测的实际排放量结合许可排放量，进行企业园区排放量的计划，用于把全年的目标分解到每个月，制定每个月的排污计划，通过计划与实际排放的关系形成超标预警，按照权限关系推送给相关责任人，按照当前浓度分布热力图与排放强度分布图实现分类分级管控，最后对于园区超标排放情况，系统结合气象、周边大气环境、园区产业结构，人工给出减污增效的建议报告助力园区实现精准管控。
基于大气环境质量的工业园区排污总量目标管控系统，如图2所示，包括：
数据采集系统：所述数据采集系统用于采集工业园区的大气质量信息；
输入系统：所述输入系统用于输入工业园区的位置信息、气象信息；
数据处理系统：包括
实际排放量的核算单元：所述实际排放量的核算单元用于核算工业园区内大气污染物的实际排放量；
显示单元：所述显示单元用于显示基于园区地图的当前浓度分布热力图与排放强度分布图；
管理监控系统：所述管理监控系统用于根据核算的实际排放量、园区污染物允许排放总量和显示单元显示结果对工业园区排污进行计划制定和管控。
本发明提出的基于大气环境质量的工业园区排污总量目标管控，其中数据采集系统用于采集大气质量的信息，其中所述数据采集系统包括准空气站或者小型空气站、微型空气站；其布设的位置为：在工业园区主导风向的上、下风向布设标准空气站（或小型空气站）和VOCs（挥发性有机物）空气站，主要监测指标为气象五参数（温度、气压、湿度、风向、风速）、PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3和VOCs，用于大气环境质量监测和微型空气站监测数据质控；在工业园区周边和内部布设微型空气站，主要监测指标为气象五参数（温度、气压、湿度、风向、风速）、PM2.5、PM10、NO2、VOCs以及排放量较大的特征污染物，用于无组织排放监测和排放总量的确定；用于监测工业园区内部各个位置的大气环境，便于后续计算分析无组织排放废气的污染源和污染强度，便于形成当前浓度分布热力图与排放强度分布图，并方便计算工业园区整体大气状况，便于为废气治理和管控做计划。
所述输入系统用于输入工业园区的实时气象信息和工业园区的地形地貌信息；综合污染源和监测监控点位获取的大气质量信息对园区的排放量进行计划，并通过热力图以及排放强度图显示当前污染物的位置强度等，最后对于园区超标排放情况，系统结合气象、周边大气环境、园区产业结构，人工给出减污增效的建议报告助力园区实现精准管控。
本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.基于大气环境质量的园区排污总量管控方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：根据工业园区的情况布设大气的监测监控点位；
步骤二：根据所述监测监控点位获取工业园区的大气质量信息；
步骤三：对获取的所述信息进行处理，包括：
核算工业园区内大气污染物的实际排放量；
综合工业园区的地形地貌信息、气象信息显示基于园区地图的当前浓度分布热力图与排放强度分布图；
步骤四：根据核算的实际排放量、园区污染物允许排放总量和显示的当前浓度分布热力图与排放强度分布图对工业园区排污进行计划制定和管控。
2.根据权利要求1所述的基于大气环境质量的园区排污总量管控方法，其特征在于：所述综合工业园区的地形地貌信息、气象信息显示基于园区地图的当前浓度分布热力图与排放强度分布图，包括：
通过监测监控点位获取的园区大气质量信息，综合工业园区基础地形地貌信息、实时气象信息，根据协方差函数对随机过程/随机场进行空间建模和预测的回归算法，形成浓度分布热力图；
根据监测监控点位获得的废气信息形成排放强度分布图。
3.根据权利要求1所述的基于大气环境质量的园区排污总量管控方法，其特征在于：所述根据核算的实际排放量、园区污染物允许排放总量和显示的当前浓度分布热力图与排放强度分布图对工业园区排污进行计划制定和管控，包括：
根据园区污染物允许排放总量制定排污计划；
根据制定的排污计划与实际排放的关系形成超标预警；
将超标预警信息通过监控管理平台进行推送；
通过当前浓度分布热力图与排放强度分布图对园区企业进行分类分级管控。
4.根据权利要求3所述的基于大气环境质量的园区排污总量管控方法，其特征在于：所述制定的排污计划包括：把全年的园区污染物允许排放总量目标分解到每个月，制定每个月的排污计划。
5.根据权利要求1所述的基于大气环境质量的园区排污总量管控方法，其特征在于：所述根据工业园区的情况包括根据工业园区的产业定位、企业分布、实际开发面积和未来发展需求。
6.根据权利要求5所述的基于大气环境质量的园区排污总量管控方法，其特征在于：所述布设大气的监测监控点位，包括：
在工业园区主导风向的上、下风向布设标准空气站和VOCs空气站；
在工业园区周边和内部布设微型空气站。
7.根据权利要求6所述的基于大气环境质量的园区排污总量管控方法，其特征在于：所述标准空气站、VOCs空气站、微型空气站用于监测气象五参数、PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3和VOCs。
8.根据权利要求1所述的基于大气环境质量的园区排污总量管控方法，其特征在于：所述核算工业园区内大气污染物的实际排放量，包括对工业园区内有组织的实际排放量核算和无组织的实际排放量核算；所述实际排放量核算包括：
获得工业园区环境中的背景污染物浓度；
通过监测监控点位实测污染物浓度分布、背景污染物浓度结合大气扩散模型反演得到污染源的实际排放强度；
将所有纳入园区总量核算的污染源的实际排放强度与核算的时间间隔的乘积得到大气污染物的实际排放量。
9.基于大气环境质量的工业园区排污总量目标管控系统，其特征在于：包括
数据采集系统：所述数据采集系统用于采集工业园区的大气质量信息；
输入系统：所述输入系统用于输入工业园区的位置信息、气象信息；
数据处理系统：包括
实际排放量的核算单元：所述实际排放量的核算单元用于核算工业园区内大气污染物的实际排放量；
显示单元：所述显示单元用于显示基于园区地图的当前浓度分布热力图与排放强度分布图；
管理监控系统：所述管理监控系统用于根据核算的实际排放量、园区污染物允许排放总量和显示单元显示结果对工业园区排污进行计划制定和管控。
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| CN202211478678.1A CN115545565A (zh) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 基于大气环境质量的园区排污总量管控方法和系统 |
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