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基于 CEMS 全国污染源清单数据库系统开发与应用 * 伯鑫1， 2何友江3商国栋4丁峰1， 2赵晓宏1， 2 1. 环境保护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. 中国环境科学研究院， 北京 100012; 4. 清华大学环境学院， 北京 100084 摘要 目前中国污染源排放清单一般未考虑在线监测数据， 也未考虑环评、 验收等数据。以全国重点行业在线监测点 源数据为基础， 根据环评、 验收等环境保护部审批数据对 CEMS 数据进行补充、 优化， 建立基于 CEMS 全国污染源清单 数据库系统。该系统包含采集优化系统和统计分析系统两大部分， 采集优化系统模块主要包括交换平台、 采集、 优化 数据、 导出清单、 导出到统计分析系统等模块， 统计分析系统主要包括展示功能、 统计分析等模块。以火电行业为例， 生成了 2011 年火电 CEMS 污染源清单。结果显示 我国火电企业排口、 大气污染物排放量在地区分布上极不平衡， 大 部分均集中在华东、 中南、 华北， 西北地区分布较少。 关键词 在线监测; 数据库; 排放清单; 污染源; 大气污染 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201408025 DEVELOPMENT AND APPLICATION OF THE NATIONAL POLLUTANT EMISSION INVENTOＲY DATABASE SYSTEM WITH CEMS Bo Xin1， 2He Youjiang3Shang Guodong4Ding Feng1， 2Zhao Xiaohong1， 2 1. The Appraisal Center for Environment and Engineering，the State Environmental Protection Ministry，Beijing 100012，China; 2. State Environmental Protection Key Laboratory of Numerical Modeling for Environment Impact Assessment，Beijing 100012，China; 3. Chinese Ｒesearch Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China; 4. School of Environment，Tsinghua University，Beijing 100084，China AbstractChinese pollution emission inventory generally takes no consideration of the online monitoring data，EIA data． The national pollutant emission inventory database system with CEMS had been developed based on the point source online monitoring data of the national key industries，which was optimized according to the EIA and approval and acceptance report from the Ministry of Environmental Protection． The database system was composed of the data collection and optimization system and the statistical analysis system． The data collection and optimization system mainly contained five modules，such as ination exchange plat，collection，optimization，export into inventory and export into the statistical analysis system． The statistical analysis system was developed for data processing and report presentation． With the help of the database system， the pollution emission inventory of the thermal power industries in 2011 was generated．It seemed that the geographic distribution of the thermal power industries and air pollutant emissions in China was extremely uneven，almost concentrated in the district of East，South and North China but rarely in northwest district． KeywordsCEMS;database system;emission inventory;pollution sources;air pollution * 国家环保公益性行业科研专项 201309062 。 收稿日期 2013 －10 －14 0引言 污染源排放是影响环境空气质量最重要的因素， 污染源排放清单是开展大气环境规划、 大气环境影响 评价以及大气污染扩散输送模拟的基础， 规范化的污 染源清单数据可有效提高环评、 规划和模拟等研究工 作效率， 并减小因污染源清单所导致的偏差［1 ］。 目前已编制的污染源排放清单一般是基于历史 统计等数据 污普等 开展的， 多采用排放因子方法， 缺少在线监测点源数据 CEMS 。污染源排放是实 时动态变化的， 特别是一些大点源如火电厂等随时间 501 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment 变化很大且没有固定的规律; 不同单位编制的污染源 清单， 其数据格式、 标准都不够统一， 阻碍了环境信息 化发展和数据交流; 已有污染源排放清单缺少环评、 验收等数据， 无法考虑新增、 淘汰等污染源变化情况， 不能反映真实排放情况［2- 10 ］。而另一方面， CEMS、 环 评、 验收等数据目前多用于核定征收排污费、 项目审 批等工作， 用于污染源排放清单等科研工作还处于空 白状态 ［11- 15 ］。 本研究以全国重点行业在线监测点源数据 CEMS 为基础， 根据已有的污染源编码、 清单建立 方法等成果 基于环评、 验收等环境保护部审批数 据 对 CEMS 数据进行补偿、 优化， 建立基于 CEMS 全 国污染源清单数据库系统， 生成不同行业的污染源清 单， 开展相关案例应用研究。 1技术路线 全国污染源清单数据库系统技术路线见图 1。 图 1全国污染源清单数据库系统技术路线 Fig．1Technology roadmap for the the national pollutant emission inventory database system with CEMS 2原始数据情况 本研究主要数据来源为全国重点污染源在线监 控数据 CEMS ， 具体数据信息包括企业基本情况、 排放口参数以及二氧化硫、 氮氧化物、 烟尘污染物逐 时排放参数、 排放量等重要信息一亿多条。 数据优化工作的数据来源主要为国家级和省级 审批的环评、 验收等数据 即污染源编码、 清单建立 方法等成果 。 1 CEMS 数据。20 世纪 90 年代， 原国家环境保 护局委托开发以污染源自动监控为核心内容的环境 监理信息系统， 针对重点污染源实施在线监测管 理 ［16 ］。目前， 一万五千多家重点企业已实施了自动 监控， 建设了部、 省、 市三级上下联通、 纵向延伸、 横向 共享的环保监控体系， 并建立了一套比较完整的全国 CEMS 数据传输、 管理系统。本研究通过采集环境保 护部环境监察局 CEMS 数据， 建立基于 CEMS 全国污 染源清单数据库系统。 2 环评、 验收等数据。2012 年， 随着国家环境信 息与统计能力建设项目的建设和实施 ， “两级部署、 四级联网” 国家、 省、 市、 县建设项目审批系统初步建 成。四级联网审批系统上报数据包括完成的建设项 目环评审批和竣工环保验收相关信息。具体数据包 括环评审批项目的环评报告书、 评估意见、 项目批文、 审批登记表等信息， 和完成竣工验收项目的验收监测 调查 报告、 技术审查意见、 项目批文及“三同时” 验 收登记表等文件信息。具体数据信息包括项目投资、 项目位置、 主要污染物排放量 二氧化硫、 烟尘、 工业 粉尘、 氮氧化物 等。本研究通过国家级和省级审批 的环评、 验收等数据来补充、 优化 CEMS 原始数据集。 3基于 CEMS 全国污染源清单数据库系统开发 3. 1系统开发需求 自动采集、 自动传输、 自动处理、 自动分析 CEMS 原始数据集， 实现数字化环境管理; 建立重点区域、 重 点行业以及全国污染源清单原始数据集， 结合污染源 清单前处理模型数据要求进行转换、 优化等处理， 形 成不同层次、 不同时段污染源排放清单 全国、 重点 区域、 重点行业等 ; 按全国、 重点区域、 重点行业等 条件来统计污染源分布、 污染源数量、 产能、 污染物总 量等信息， 并自动输出结果展示。根据上述开发需 求， 整个全国污染源清单数据库系统分采集优化系统 和统计分析系统两大部分。 3. 2采集优化系统 采集优化系统是基于 J2EE 平台设计和开发， J2EE 平台提供了客户端组件、 Web 组件、 业务组件的 实现模型以及访问各类服务的标准接口组件， 具有易 维护性 ［17 ］。采集优化系统设计见图 2。 3. 2. 1交换平台 交换平台主要通过 SQL SEＲVEＲ 数据库的 SSIS 组件 MICＲOSOFT SQL SEＲVEＲ 2005 INTEGＲATION SEＲVICES 完成 CEMS 数据交换， 交换后的数据进入 SQL 数据库， 交换平台实现逻辑见图 3。 3. 2. 2采集模块 采集模块从 SQL 数据库 原始数据库 自动抽取 601 环境工程 Environmental Engineering 图 2采集优化系统 Fig．2The sketch of the data collection and optimization system 图 3交换共享平台实现逻辑 Fig．3The logic model of the ination exchange plat CEMS 数据到 OＲACLE 数据库 优化数据库 ， 并根 据设定的频率更新数据。 3. 2. 3优化数据模块 目前部分原始 CEMS 数据质量还不高， 主要是因 为一些企业上报的数据不规范， 上报的污染源参数也 不齐全， 存在缺测、 漏测以及异常数据。 对此， 本研究通过优化数据模块对原始数据进行 优化工作， 优化数据模块是指采集过来的 CEMS 数据 按列表方式展现出来， 根据已有的污染源编码、 清单 建立方法等成果， 通过环评、 验收等数据来补充、 优化 CEMS 原始数据集 可选择线上或者线下优化修正 工作 。 3. 2. 4导出清单模块 导出清单模块是指按实际科研工作要求， 根据不 同条件来输出不同的大气污染源排放清单， 以便供空 气质量模式进一步使用。 3. 2. 5导出到统计分析系统模块 导出到统计分析系统模块是将优化后的数据导 出压缩包保存到本地， 然后再导入到统计分析系统。 3. 3统计分析系统 统计分析系统也是基于 J2EE 平台标准设计和 开发， 其中统计分析部分采用 COGNOS 软件开发， 以 便用户自定义报表， 对数据开展深入分析， 具体流程 图见图 4。 图 4统计分析系统流程 Fig．4The flow chart of the statistical analysis system 3. 3. 1展示功能模块 展示功能模块是显示具体企业的污染源信息、 排 口信息和排放量信息， 方便用户查询。 3. 2. 2统计分析模块 统计分析模块是按全国、 重点区域、 重点行业等 条件， 采用 COGNOS 来统计污染源分布、 污染源数 量、 产能、 污染物总量等信息， 并自动在数据中心输出 结果展示。系统可以提供 Microsoft Excel 等常用 OFFICE 编辑软件工具格式为主要报表输出格式， 方 便用户将统计的结果作进一步的加工和利用。 4案例应用 本研究根据全国污染源清单数据库系统的统计 分析、 清单导出等功能， 以 2011 年在线监测火电企业 为例， 编制了基于 CEMS 火电排放清单， 相关统计结 果如下 2011 年全国在线监测火电企业共 1295 家， 约 2700 个大气排放口， 见图 5。根据污染物排放总 量情况分析， 2011 年全国在线监测火电企业排放二 氧化硫总量为274 万 t， 氮氧化物342 万 t， 烟尘115 万 t。 火电 CEMS 污染物排放量空间分布见图 6图 8。 图 5全国火电行业在线监测污染源排口位置 Fig．5Distribution of the thermal power industries with CEMS 从全国来看， 火电企业排口、 火电大气污染物排 701 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment 图 62011 年火电 CEMS 排放量空间分布 SO 2 Fig．6Distribution of the SO2emissions by the thermal power industries with CEMS in 2011 图 72011 年火电 CEMS 排放量空间分布 NO x Fig．7Distribution of the NOxemissions by the thermal power industries with CEMS in 2011 放量在地区分布上极不平衡， 大部分均集中在华东、 中南、 华北， 西北地区分布较少， 绝大部分火电排口分 布在人口集中、 经济发展速度较快、 地域相对狭小、 煤 炭资源相对缺乏、 高污染负荷， 但对大气环境容量较 小的中、 东部地区。这说明我国重点行业污染源地区 布局不合理， 企业分布和总量排放未全面考虑环境容 量等因素， 而更多考虑区域经济发展等件。 5结论 1 建立基于 CEMS 全国污染源清单数据库系统， 可按条件输出基于 CEMS 排放清单及相关统计结果， 在国内尚属首次， 突破了传统排放因子法的瓶颈， 强 有力的提高了污染源排放清单的分辨率， 将显著提升 了我国大气环境科研水平和环境管理能力。 2 基于 CEMS 数据的排放清单， 数据补充了环 图 82011 年火电 CEMS 排放量空间分布 PM Fig．8Distribution of the PM emissions by the thermal power industries with CEMS in 2011 评、 验收等环境保护部审批数据， 更能全面有效掌握 企业从设计阶段、 运行阶段以及未来等真实数据情 况。验收数据、 CEMS 数据均为现状存在的排放数 据， 可有效解决传统清单中破产、 停运企业列入统计 的问题。 3 整个排放数据是建立在环境保护部部门的统 计资料基础上， 数据审核和处理过程中环评数据、 验 收数据和在线监测数据可相互补充， 相互对比， 且 CEMS、 环评等数据在我国有明确的法律地位， 可有利 确保数据的可靠性。 4 全国污染源清单数据库的建立为各级政府和 环境保护部门进行科学管理提供了依据。政府部门 在宏观调控的过程中需要掌握大量的准确的资料才 能够制定出科学、 合理、 有效的政策方针和管理制度。 全国污染源清单的数据库的建立正可以为政府提供 分区域、 分时间、 分行业的大气污染物排放情况， 为政 府能够正确决策保驾护航。 参考文献 ［1］伯鑫， 丁峰． 全国火电排放源清单建设方法探讨［J］． 环境保 护， 2012 S1 17. ［2］张强， Zbigniew Klimont， David G Street， 等． 中国人为源颗粒物 排放模型及 2001 年排放清单估算［J］． 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