中国酸雨控制区和二氧化硫污染控制区的划分与中国酸沉降控制战略
清华大学环境科学与工程系教授 郝吉明
清华大学环境与工程系讲师 段 雷
酸沉降和二氧化硫污染是当今世界最重大的环境问题之一。人为大量排放硫、氮的化合物以及其它致酸物质，导致土壤、地表水和地下水的酸化，危害陆生和水生生态系统，影响农业生产和人体健康，这个问题已引起广泛关注。欧洲和北美是世界上最早发现酸沉降危害并采取实际行动进行酸沉降控制的地区。控制酸沉降的根本方法在于减少二氧化硫和氮氧化物的排放。
中国是燃煤大国，煤炭占一次能源消费总量的70%以上。近年来，随着经济的快速发展，我国煤炭消费不断增长，1990年煤炭消耗量是10.5亿吨，到1995年已达12.8亿吨。随着燃煤量的增加，燃煤排放的二氧化硫也不断增长。1995年中国二氧化硫排放量达到2370万吨，已超过欧洲和美国，居世界第一位。二氧化硫的大量排放使中国城市的空气污染十分严重。根据国家环保局多年的监测数据分析表明，中国有60%以上的城市环境空气二氧化硫年平均浓度超过国家环境空气质量二级标准。而环境空气二氧化硫年平均浓度二级标准是保障人群在环境中长期暴露不受危害的基本要求。由于二氧化硫的大量排放，我国还出现了大面积的酸雨。由于天然降水与大气中的二氧化碳相平衡时的pH值为5.6，通常将pH值小于5.6的降水称为酸雨。80年代初，我国酸雨主要发生在以重庆、贵阳和柳州为代表的西南地区，酸雨区面积约为170万平方公里。但是到90年代中期，酸雨已发展到长江以南、青藏高原以东及四川盆地的广大地区，酸雨区面积已扩大了100多万平方公里。酸沉降的加剧给我国造成了巨大的经济损失。根据有关的研究结果，1995年我国由于酸雨和二氧化硫污染造成农作物、森林和人体健康等方面的经济损失就达1100多亿元，已接近当年国民生产总值的2%，成为制约我国经济和社会发展的重要因素。因此，对二氧化硫排放的控制已势在必行。
我国政府高度重视酸雨和二氧化硫污染防治，针对酸雨和二氧化硫污染的不断加剧，1990年12月，国务院环委会第19次会议通过了《关于控制酸雨发展的意见》，提出在酸雨监测、酸雨科研攻关、二氧化硫控制工程和征收二氧化硫排污费四个方面开展工作的建议，对推动酸雨和二氧化硫污染治理起到了积极作用。为了进一步遏制酸雨和二氧化硫污染的发展，1995年8月，全国人大常委会通过了新修订的《大气污染防治法》，其中第27条明确规定“国务院环境保护部门会同国务院有关部门，根据气象、地形、土壤等自然条件，可以对已经产生、可能产生酸雨的地区或者其它二氧化硫污染严重的地区，经国务院批准后，划定为酸雨控制区或者二氧化硫污染控制区”（在2000年4月再次修订的《大气法》中，有关内容见第十八条）。在1996年全国人大批准的《国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要》以及《国务院关于环境保护若干问题的决定》中，都明确提出要重点治理酸雨控制区和二氧化硫污染控制区（简称两控区）的酸雨和二氧化硫污染。国家环保总局根据《大气污染防治法》的规定自1995年底开始组织两控区划分方案的起草工作，成立了以清华大学环境科学与工程系为主（参加单位还有中国环境科学研究院环境评价中心）的课题组，负责完成两控区划分方案的起草和相关控制措施的制定。
针对酸沉降污染的区域性本质，欧洲和北美最先开始实施控制。欧美各国为控制酸雨而削减二氧化硫排放量，是在污染源排放已经达标和环境空气质量基本达标的基础上进行的，其控制战略主要基于等比例的削减或绝对量的削减。凭借其雄厚的经济实力，这些发达国家完全有能力直接在全国范围全面展开二氧化硫控制，而无需考虑排放、沉降和生态影响等因素。与欧洲、北美不同，我国是在经济发展水平相对较低，城市二氧化硫污染尚未解决的条件下开始控制酸雨的，因此必须在保证可持续发展的前提下，对酸沉降及二氧化硫污染比较严重的地区或城市，以及对重点行业和重点污染源，进行重点控制，并且分阶段和有步骤地进行综合控制，争取以最小的投入实现保护环境的目的。
清华大学从“七五”开始就一直致力于酸沉降控制理论、技术与政策方面的研究，并取得了丰硕的成果，包括“华南地区酸雨综合防治对策研究”、“柳州地区酸沉降综合防治示范研究”、“工业燃煤二氧化硫排放收费标准及实施方案的研究”和“我国酸沉降极其生态影响研究”，获国家科技进步一等奖一项、省部级科技进步一等奖一项、二等奖两项、三等奖一项。早在'八五'期间，课题组就提出根据中国国情，酸雨和二氧化硫污染的控制应划定重点区域、分步实施和综合控制，并为此积极开展了广泛的研究。1995年全国人大常委会采纳了此建议，通过了新修订的《大气污染防治法》明确要求划定两控区。为了科学合理的划分两控区并实施酸沉降控制战略，课题组采用了完全不同于欧美的综合控制对策。在划分酸雨和二氧化硫污染控制区的研究技术路线上，全面考虑了中国社会经济特征、自然特征和污染物传输特征等诸多因素，涉及到经济发展和能源消耗、硫的排放、传输与沉降、生态系统的影响和酸沉降临界负荷、经济损失及费用效益分析等多方面。针对酸雨和二氧化硫控制对策进行研究，采用了包含如此之广泛领域的综合技术路线，在国际上具有独创性。而多年以来清华大学在酸沉降控制领域所取得的重大成果，为两控区的划分打下了坚实的基础，从而保证课题组能够在短短的一两年时间内就完成了如此宏大且艰巨的任务。两控区划分取得的成果简介如下：
(1)全面阐述了我国酸沉降现状和发展趋势。通过收集分析大量的有关监测资料，弄清了我国酸雨区的分布和发展趋势以及我国城市二氧化硫污染状况。本研究还建立了在当时最为详尽的二氧化硫排放源数据库，在此基础确定了1990年和1995年全国二氧化硫排放强度分布，并根据国家“九五”计划的经济发展和能源消费情况预测了2000年全国二氧化硫排放量强度分布。
(2)建立了决策型欧拉统计硫沉降模式。该模式能够描述我国大气中二氧化硫和硫酸盐的长距离传输沉降与化学转化过程，揭示我国硫沉降空间分布特征。模式检验和性能分析结果表明该模式的精度不仅达到国外同类工作水平，并且具有良好的实用性。利用该模式课题组分析了1990、1995和2000年我国区域硫沉降状况，并对我国今后的酸沉降发展趋势进行了预测。
(3)建立起完整系统的计算酸沉降临界负荷的理论和方法体系。所谓临界负荷，是指不致使生态系统发生有长期危害影响的化学变化的最高酸沉降量。临界负荷代表环境得到保护或者遭到破坏的临界状态。比较临界负荷与实际沉降量可以确定哪些地区酸沉降超过了临界负荷，即环境受到酸沉降的危害。将超临界负荷信息与大气传输模型相结合，就可以确定哪些地区需要削减排放，以及需要削减多少才能使沉降低于临界负荷。清华大学在国内首先提出应以临界负荷作为酸沉降控制的科学依据和重要手段，建立的方法体系较之欧洲有明显的进展，并首次完成了全国范围的酸沉降临界负荷区划图，在国际同类研究中居领先水平。
(4)根据经济、社会和环境等因素综合分析，确定了酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案。我国将除国家级贫困县外的现状监测降水pH£4.5和硫沉降量超过临界负荷的区域划分为酸雨控制区，而将酸雨控制区外的近年来环境空气二氧化硫年平均浓度超过国家二级标准且日平均浓度超过国家三级标准的城市划为二氧化硫污染控制区。根据以上原则并以1995年中国酸雨和二氧化硫污染状况为基础划定的两控区总面积约为109万平方公里，占国土面积11.4%，其中酸雨控制区面积约为80万平方公里，占国土面积8.4%，二氧化硫污染控制区面积约为29万平方公里，占国土面积3%。1995年，全国二氧化硫排放量2370万吨，两控区范围内的排放量1400万吨，约为全国排放量的60%。因此，重点控制占国土面积11.4%的两控区，就可以基本控制全国酸雨和二氧化硫污染恶化的趋势。考虑到我国的经济承受能力和环境保护要求，划分方案提出了两控区分阶段的控制目标：到2000年，要基本遏制住酸雨和二氧化硫污染不断恶化的趋势，具体要求是排放二氧化硫的工业污染源都要达标排放；两控区内二氧化硫排放量控制在1995年水平；两控区内的重点城市环境空气二氧化硫浓度达到国家环境质量标准；酸雨污染恶化的趋势得到缓解。到2010年，两控区内二氧化硫排放量在2000年基础上进一步减少；两控区内所有城市环境空气二氧化硫浓度都达到国家环境质量标准；酸雨控制区内降水pH值≤4.5的重酸雨区面积明显减少。
(5)从农业、森林和人体健康等方面定量分析了酸沉降和二氧化硫污染造成的经济损失，针对电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉等燃烧设备定量分析了二氧化硫削减费用。据估算，如果在课题组划定的两控区范围内实施二氧化硫总量控制，即实现2000年二氧化硫排放量控制在1995年水平的目标，将减少约600亿元的经济损失，即获得600亿元的控制效益，而同期所需的投入大约为175亿元，效益费用比为3.3。由于在全国范围、两控区和酸雨区的效益费用比依次递增，这说明两控区的划分突出了重点区域，首先在两控区削减二氧化硫排放的策略是合理可行的。因此，从经济角度分析，两控区划定的范围和控制目标是适宜的。
(6)基于煤炭硫份生命周期分析结果确定了两控区应当采取的综合控制政策和措施。从煤炭开采、加工、运输、销售、转换及终端使用等多个环节开展研究，结果表明，要实现国家二氧化硫总量控制目标，近期内应当采取以下措施：（1）限制高硫煤的开采，禁止审批新建煤层含硫份大于3%的煤矿，已建成的实行限产；（2）推进煤炭洗选，新建、改建、扩建含硫份大于1.5%的煤矿，必须配套建设相应规模的煤炭洗选设施，已建成的含硫份大于2%的煤矿，补建煤炭洗选设施；（3）低硫煤和精洗煤优先供应两控区，计划、交通运输部门要优先保证低硫煤、洗精煤向高硫煤地区的调入；（4）限制高硫煤的使用，大中城市市区禁止新建燃煤火电厂，新建、改建、扩建燃煤含硫量大于1%的电厂，必须建设脱硫设施，现有燃煤含硫量大于1%的电厂，要在2000年前采取减排二氧化硫措施，到2000年，禁止城市市区民用炉灶直接燃用原煤；（5）调整能源结构，关停污染严重的工艺与设备。定量分析表明，在煤炭工业和电力工业发展目标实现的前提下，通过实施上述控制二氧化硫排放的政策，我国的二氧化硫排放量控制目标可以达到，同时，上述政策的实施将促进能源与环境的协调发展，促进能源工业的可持续发展。利用煤炭硫分生命周期分析方法量化煤炭硫分控制指标，并评价洗煤、型煤和低硫煤替代原煤的潜力和硫排放量，这在国际同类研究中属首例。
本课题研究成果于1996年6月和1998年3月两次通过国家环保总局组织的专家论证和评审会，论证和评审意见认为本研究是对欧美各国在酸雨和二氧化硫控制上所采取的大范围、分阶段、按比例削减的战略思路的新突破；所提划分原则合理，划分科学依据可靠，划分方案具有可操作性；项目在总体上达到国际领先水平，在硫沉降临界负荷、煤中硫分生命周期分析和划分酸雨及二氧化硫污染控制区综合技术路线等方面达到国际领先水平。本研究先后在国内外刊物及国际会议上发表学术论文30余篇（其中被SCI收录4篇，被EI收录10余篇），主要涉及致酸物质的长距离传输与沉降、酸沉降临界负荷以及二氧化硫的控制对策等几方面。本项目也于2000年初获得国家教育部科学技术进步一等奖。
除了取得显著的科研成果之外，该课题更重要的是其巨大的实用意义。该课题是国家环保总局依据1995年8月全国人大修订的《大气污染防治法》而下达的重点研究项目。酸雨和二氧化硫污染也是党中央、国务院下决心重点解决的“三河、三湖、两控区、北京市、渤海湾（简称33211）”重大环境问题之一。这项研究工作的主要成果于1997年由国家环保总局报请国务院（环发[1997]634号）。1998年1月经李鹏、朱?g基、邹家华、吴邦国、宋健等党和国家领导人批示同意后，国务院批复了国家环保总局上报的'两控区'划分方案（国函[1998]5号）。本研究直接为我国最高层环境保护重大决策服务，为我国酸雨和二氧化硫污染的综合防治规划和相关政策措施的制定起到了方向性和纲领性作用。另外，为推动“两控区”内的综合防治工作，指导地方和行业编制二氧化硫污染综合防治规划，课题组制定出《“两控区”酸雨和二氧化硫防治行动方案》和《“两控区”酸雨和二氧化硫污染综合防治规划编制大纲》。前者对即时、全面、有序地贯彻国务院有关要求提出行动方案，具有很强的可操作性，而后者从分析能源生产和消费现状入手，研究防治二氧化硫各种措施实施的可能性、削减潜力和经济性，使控制规划的可实施性和综合性得到保证。这两个文件以国家环保总局环发[1998]27号文批转有关省、自治区、直辖市环保局及国务院有关部委的环境保护机构，为各地贯彻国务院有关要求提供了强有力的技术支持，成为两控区内175个地市制定规划的指导性文件。迄今为止，在本课题成果的指导与支持下，'两控区'范围内的175个地市已经完成了二氧化硫污染防治规划，而两控区酸雨和二氧化硫污染控制已取得初步成果。到1999年底，两控区内共削减SO2排放量286万吨，使SO2排放量由1997年的1408万吨降到1998年的1254万吨，1999年又降到1114万吨。同时，年均降水pH值有了明显的回升，1999年有42个城市的年均降水pH值低于5.6，占所有监测城市的40.8%，而1995年这个比例为47.6%。在两控区的175个城市中，1997年SO2达国家二级标准的只有81个，1998年增加到93个，1999年又增加到98个。这些都说明我国的酸沉降日趋加重的趋势以被遏止，而大气环境质量有了初步的好转。
两控区划分以后，清华大学仍继续开展与酸沉降和二氧化硫控制有关的研究。在酸沉降临界负荷方面，清华大学出版社资助出版学术专著《酸沉降临界负荷极其应用》，国家自然科学基金委员会资助“中国氮沉降（酸化和富营养化）临界负荷研究”，同时清华大学正参与中国和挪威的重大合作项目“中国陆地生态系统酸化的综合观测”，研究酸沉降对生态系统的影响和临界负荷。在二氧化硫排放控制方面，除了参加国家“两控区酸雨和二氧化硫污染控制规划”的编写之外，还在山东济南明湖电厂进行烟气脱硫技术的示范研究。为推动我国大型燃煤电厂的二氧化硫污染控制，目前正在为陕西渭河电厂制定二氧化硫综合控制规划与行动方案，与山东省第三电力建设公司共同开发的高效低耗的二氧化硫控制技术也取得实质性进展。
