一．北京市面临的问题和目前控制大气污染的方法
北京市作为全国的政治、经济和文化中心，社会发展状况高于全国平均水平，已经成为世界上快速发展的大都市之一。特别是最近几年，北京经济实力快速增长，市政府提出了建设国际一流大都市的目标。但是作为拥有 1300 万人口的特大型城市，在目前的快速发展时期，面临最为严峻的问题之一就是严重的空气污染状况，北京是世界上少数几个空气污染严重的首都城市，这不仅不符合首都的形象，也不符合可持续发展的战略。特别是北京已经获得 2008 年奥运会主办权，如何落实北京在环境上所作出的多项承诺，达到大气质量的二级标准，是摆在北京市面前的主要问题。
目前北京市控制大气污染的主要方法是浓度控制法和 P 值控制法，其中浓度控制法是通过控制污染源排出口排出的污染物浓度，来控制大气质量，实际上就是执行国家统一执行的大气污染物浓度排放标准。后来又针对浓度控制法对于污染源排放高度没有限制的缺点，借鉴国外的 K 值控制法，在国家标准中确定了地方大气污染物排放标准的 P 值控制法，通过地面大气污染质量浓度的限定，给出 P 值，将烟囱排放高度和允许排放量用 P 值联系起来，从而可以调整污染源的高度和排放量，达到控制大气污染的目的。
浓度控制法虽然在某种程度上推动了烟气装置的技术进步，促进了燃料结构的转变。但依照国家浓度控制法所制订的大气污染物排放标准是个“一刀切”的标准，它没有考虑大气污染的地域性差别和当地的大气污染特征以及经济技术条件。这种方法对小型烟气发生装置（如民用灶具，低小烟源群和无组织排放）控制效果不大，更无法阻止烟源数量的增加和烟源密集化的发展。P 值控制法也没有有效克服浓度控制法的上述缺点，都是针对单个污染源的控制方法，不能限制污染源数量的增加，逐渐产生以下严重问题：（1）市区污染源密集化；（2）污染源布局不科学；（3）没有整体环境规划限值；（4）部分污染源高烟囱化；（5）环境质量目标管理失控。
最终导致北京市出现这样一个局面，即每个污染源都达到了国家浓度控制标准和 P 值标准，然而城市的大气环境质量却严重超标。目前出现的这种状态，证明了现行的浓度控制法和 P 值控制法已经无法控制和实现北京市大气环境质量目标，而应当尽快实施大气污染的总量控制方法。
二．北京市大气污染总量控制的思路
针对浓度控制法和 P 值控制法的不足，在研究北京市大气污染的控制方法时，应将北京市看作一个完整的系统，在满足各功能区所要求的环境质量目标条件下，计算出全市的允许排放总量，再将这个总量优化分配给每一个污染源，确定每一个源的允许排放量，然后通过控制这些量，达到大气环境质量目标的方法。
三．北京市大气污染总量控制研究的主要内容
1． 污染源调查
详细的污染源分布状况和排放情况是实施北京市大气污染总量控制的基础数据，是一切工作的基础，只有清楚了解污染源的产生形式、排放高度、强度和排放形式，才能制订相应有效地控制措施。应从两个方面进行污染源的调查，其一是根据大气污染源的产生原理，从燃烧排放源（民用炉灶、工业锅炉、工业窑炉、电站锅炉、采暖锅炉和汽车）、工艺排放源（生产工艺排放）和背景源（二次污染、外来源、自然界源）等三个方面进行调查，找出能源消耗、生产过程和外来污染物对大气污染的贡献率。第二是根据污染源的排放特性，从点源（高架点源和中架点源）、面源（民用炉灶、低架点源、饮食炉灶、无组织排放）和线源（汽车）等三方面进行调查，直接为进行大气污染控制设计的各种计算模型提供参数和数据。通过对污染源的调查，为分析和评价污染现状，制订具体的治理方案和控制对策，实施排污许可证等各项有效的环境监督管理制度提供科学依据，也为制订以 2008 年为目标年的大气污染综合对策和规划提供服务。
对污染源的调查的具体内容包括以下几个方面：（1）污染源所属单位、行业、地理位置、排气筒的高度（几何高度和海拔高度）、口径、各种排放特性参数。（2）能源结构、产地、品质、燃烧方式、各类污染源的用量及其产耗比。（3）污染源发生装置的名称、数量、技术水平、使用效率和排放系数。（4）治理措施、装置的名称、数量、技术水平、使用效率。（5）根据北京市发展规划和能源结构调整计划，调查未来污染源的调整改造以及新建计划。
北京市环保管理部门和研究机构多年来已经对北京市的污染源进行了很多研究，其中利用世界银行贷款所做的北京环境项目（1992 年 7 月至 1996 年 7 月—世行项目）中已经开始编制北京市区的污染源排放清单，最近国家科技部的科技专项—“北京市大气污染控制对策研究”（2000 年 2 月至 2002 年 2 月—800 万课题）中对北京市城八区（1040 平方公里）中的各种污染源进行了调查，并编制了以 GIS 为平台的数据库系统。但上述研究资料和统计结果分散在不同的机构，如北京市环保局掌握着工厂企业申报的污染排放数据，北京市劳动保护研究所和北京市环境科学院进行过北京市面源和点源的调查，中国环境科学院进行过无组织排放源的初步调查，清华大学进行过流动源的排放研究等，这些研究结果缺乏系统的整合，没有形成一个完整的污染源及其排放清单，由于缺乏详细的污染源数据，难以判断北京市的大气污染是煤烟型的、汽车尾气型的还是建筑工地等无组织排放造成的，也使得环保部门难以提出具有针对性的污染治理措施。通过本课题的研究，要进一步核实和完善北京市污染源排放清单，建立起比较全面的北京市污染源数据库，并进行定期的更新，作为大气污染总量控制的依据，并为及时了解污染源的分布状况及变动情况提供服务。
污染源调查完成后，在北京市地图上，划分出一定范围的长方形区域（比如南北长 40 公里，宽 30 公里），该区域包括北京规划市区的大部分面积，再将此区域划分为 1 平方公里的基准网格，将污染源分别标准在所在的网格上，将网格区左下方定为原点，正东为 X 轴，正北为 Y 轴，这一网格（比如 1200 个）就是本课题进行总量控制研究的区域，从而建立起涵盖北京大部分规划市区的污染源分布的平面图。根据该区域中的不同功能分布并考虑所处行政区划的位置，再划分出子区域，将大气污染总量通过一次分解到各个行政区，再进行二次分解，划分到各个污染源，这样可以使各区的环保部门对当地的局部大气污染总量进行有效地监督管理和控制。
2． 环境响应模型（空气质量模型）
国家科技部的科技专项—“北京市大气污染控制对策研究”（2000 年 2 月至 2002 年 2 月—800 万课题）研究中，选用的是美国 EPA 使用的 ISCST3（Industrial Sources Complex Short Term Version 3）大气污染扩散模型，采用该专项课题研究得到的污染源排放清单，包括点源、面源、线源、体源等综合性工业源的 SO2、TSP、NOX、CO 等一次污染物的环境浓度，对北京市城近郊区 1782 平方公里的面积进行了空气质量的评价。该模型是多源模拟方法，基于统计理论的正态烟流模型，采用高斯扩散方程进行描述。
由于高斯模型不能反映在小风（大于 0.4m/ s 但小于 1.0m/s）和静风（小于 0.4m/s）状态下污染物的扩散过程，因此在本课题的多源模拟方法研究中，对于点源排放的污染物的扩散拟采用修正的高斯烟羽模式进行计算（风速大于 1.0m/s），在小风（大于 0.4m/ s 但小于 1.0m/s）和静风（小于 0.4m/s）时，则采用高斯烟团积分模式。对于面源排放的污染物的扩散采用类似点源的处理方法，在每个网格内划分为若干个小网格，将每个小网格视为点源，再将这些小网格中的污染物扩散过程进行求和计算。线源的计算方法也可以采用类似面源的计算方法。
3． 平权排放评估系统
对于北京市来说，造成大气污染的污染源数以万计，在几年甚至几十年的生产过程中和治理污染过程中，由于各个污染源建成的年代不同、生产设备和生产工艺不同、燃料结构不同、生产管理水平不同，特别是污染源主人对治理污染的态度不同以及治理费用不同，造成的排污现状差别很大。这些差别是普遍存在的事实，这样一种现状不论从原来执行的国家控制浓度标准或 P 值标准，还是从造成城市大气污染严重超标的现状所应该承担的责任来说，都是一种排污权的不平等现状。
公平地对待各个污染源是实施总量控制的基本原则，在总量控制方法中，可以采用多源模拟方法可以给出区域大气污染物的浓度，但是如何计算在满足一定的空气质量条件下的允许排放总量，并如何分配到各个污染源是该方法的关键。其中的核心是制订合理的削减模式，以往通常在计算中采用等比例削减法或者按贡献率削减法。但等比例削减法存在明显的缺陷，因为这种削减法打击了积极治理污染的源，鼓励了原来治理污染差的源，也势必会造成继续治理污染源投资费用的增加，投资效率的降低。按贡献率削减法也存在相应的弱点，在多源模式中所有的污染源均对地面空气质量有贡献，因此仍然是一律削减的方法，这也是不公平的，因为造成大气质量浓度超标的部分，并不是所有源造成的，对于一个城市而言，按照国家标准所允许的大气环境质量浓度，应该允许所有的污染源各自具有一定的允许排放量，满足这一限值的源应该不必削减，只有超过自己的限值的源才应该承担削减义务。
必须根据北京市的污染源状况，研究制订出合理的平权排放评估模式，也就是各污染源之间以一种比较平等的地位，给出每一个污染源比较公平合理的允许排放量，即平权排放量。与此相对应的，也就得到该污染源的平权削减量。这一模式的建立也是发放排污许可证和排污收费的重要依据。
4． 经济优化方法
采用平权排放方案可以保障在控制区域中达到预定的大气环境质量目标，对于各个污染源来说也是比较合理的，但从总量控制的总体观念上又是不合理的，因为并没有按照削减量总和或削减率总和最小的准则去实施，也不具备治理费用总和最小的经济优化特点。
必须根据北京市的污染源状况，研究制订出经济优化方法。使得最后实施的削减方案应在空气质量达标的约束条件下，使污染治理费用的投资总和为最小，因为投资费用是实施总量控制方案进行污染治理的关键因素。
在经济优化原则指导下，应探讨具体的优化控制对策方案，如集中供热方案、冷热电联产、燃料结构调整方案、工业结构调整等。
上述方案的优化结果，给出的是在满足城市最终大气环境质量目标的条件下，污染源允许排放量比较大、削减总量比较小和投资费用总和比较小的总体优化结果，是最终实施的结果。但对于北京市这样污染严重的大城市，很难在短时间内就能实现总量控制的最终优化方案，需要经过若干年的努力，分期实施控制对策，通过不同时期内达到不同的环境目标的控制，才能逐步实现最终大气环境质量目标的要求。制订分期方案的原则，是根据目前大气污染的现状和特征，以治理费用和技术难度为依据，集中经济力量和技术力量用于最需要的项目上，将强化管理和重点治理结合起来，将不同时期的环境要求建立在经济可行的基础上。制订出相应的近期实施方案（3- 5 年）、中期实施方案（8-10 年）和远期实施方案（10-15 年）。此外随着城市发展的需要，旧的污染源需要改建扩建，新的污染源还会不断增加，在城市大气质量保证达标的条件下，旧的污染源改扩建如何进行？新源选址应在什么地方？排放高度设计多高？排放量多大？这些问题也是人们迫切需要知道的，需要进行总量控制的规划研究。
5． 排污权交易
由于各个污染源产生污染物的原理、设备条件、燃料品种以及治理方法的不同，它们的治理费用投资效益可能差异很大。优化得到的各个污染源的排放量和削减量从总量控制的角度来看是合理的，但是对于各个污染源之间来说，则是不合理的。有的源为了总体优化利益，可能要强迫承担多于自己要承担的削减量，相反有些源则允许承担少于自己应该承担的削减量。
因此，当污染源的优化削减量（实际削减量）大于它的平权削减量时，强迫增加的削减量的治理就不应该由该污染源自己承担投资费用，而应该由允许减少削减量的那些污染源合理分担，这就是污染权交易的重要内容。
采用排污交易政策可以刺激技术革新，有利于发展高效节能工艺，鼓励排污者削减污染物。对扩大再生产和新建项目有利，这一政策的关键是把污染物的排放局限在建设项目本身来解决。按照总量控制的要求，新建项目必须取得排污权，为其确定一定的排污指标，项目建成后，其排污量必须限制在控制的指标内，如果要求排污指标全部由建设单位自身通过治理加以解决，达到一定的治理技术后，必然会大大增加治理投资，甚至在环境容量小的区域，已经没有可允许增加的排污权，在这样情形下，会严重限制经济的发展。实施排污交易政策政策则可使建设项目增加的排污量除由自己削减外，还可以通过排污交易得到排污权，使新建项目增加的污染物通过多个渠道解决，在保障环境质量的前提下，发展经济建设。
国际上已经实施的排污交易政策包括四个部分，有泡泡政策、总量控制、排污补偿和排污削减费用的银行储存。泡泡政策是将特定区域中的污染源群看作一个泡泡，首先确定泡泡内的污染源排放总量和削减总量，即泡泡内的总量控制。泡泡可以按照实际的技术和经济条件，决定内部各污染源的排放水平和削减水平。在泡泡中允许一些污染源增加排放，而其它的污染源则要有更多的削减，以抵消排放量的增加，泡泡内部的污染源必须削减到规定的排放水平。在非达标区，新上项目必须取得相应的排污削减量以抵消或补偿他们本身的排放，即实施排污补偿政策。这种排污削减量可以在泡泡内部调剂，也可以通过许可证交易市场或储存排污削减信用的银行购买。在污染物排放交易中，污染源可以将经过核准的“富裕”削减量以信用卡的形式储存在环保主管部门认可的银行中，或是以备后用，或是通过交易活动出售或转让给其他需要排污权的工厂，污染物排放削减信用是交易中的通货，银行方面参与排放削减信用的保证储存和流通。
可以借鉴国际上的经验，根据北京市的大气污染排放状况，确定恰当的计算富裕污染源削减量的排放标准和量化标准，考虑排污削减的可实施性和持续性，制订适合北京市特点的污染权交易准则、保障机制。由于排污交易很难在排污单位之间自发地进行，很大程度上需要政府行政部门和环境管理部门促成交易，对此需要进行调查，研究制订相关的实施办法和政策措施。
6． 排污许可证
排污许可证是基于污染总量控制技术，使污染源直接与环境质量挂钩，按照空气质量目标要求，确定污染源的排放负荷，并采取相应的排污控制措施，使排出的污染物总量不超过环境容量。
排污许可证制度的实施，是和现行的浓度控制管理制度冲突的，对污染物的排放、排污收费、新污染源治理、环境评价等方面都有新的要求，这就需要一系列的配套政策以保障许可证制度的实施。在体现强化管理作用和发挥主管部门积极性的同时，要调动企业的主动性，并得到政府行政部门的支持。
首先在给污染源发放排污许可证之前，环境保护部门应确定该企业污染物排放的基本指标，具体来讲应该有三种排放量和削减量，即基础排放量和基础削减量，平权排放量和平权削减量，优化排放量和优化削减量。使每一个污染源明确自己按国家颁布的 A—P 值控制法应该承担的责任和权利，按照平权原则自己应该承担的责任和权利，和按照总量控制实际所承担的责任和权利。
其次应该研究建立起实施排放许可证的一套完整的制度和管理体系，例如排污申报登记制度的程序、排污许可证申请的内容和方式、排放许可证的审核、批准制度和权限、签发许可证的程序和材料、排污许可证的监督管理等。
