黔江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)及變化趨勢(shì)

張永江，張宗慶，羅永洪，徐光宏，王祥柄

（重慶市黔江區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，重慶409000）

近年來(lái)，我國(guó)大氣污染已經(jīng)成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)，尤其是2013年，全國(guó)各地的霧霾天氣頻繁發(fā)生，表明我國(guó)大氣污染問(wèn)題的嚴(yán)重性和區(qū)域復(fù)合型污染特征［1］。大氣污染會(huì)影響植物生長(zhǎng)、降低能見度、危害人類健康，給人類生活帶來(lái)了不利影響［2～5］。我國(guó)城市空氣質(zhì)量變化的研究主要集中在京津翼、長(zhǎng)三角和珠三角、大中型城市等［6～12］。因此，改善城市環(huán)境空氣質(zhì)量，為城市居民提供宜居環(huán)境，研究城市大氣污染特征及變化規(guī)律，準(zhǔn)確掌握污染物的種類及濃度含量，掌握環(huán)境空氣質(zhì)量狀況，揭示時(shí)空變化規(guī)律成為當(dāng)前研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題。

重慶市黔江區(qū)位于渝東南邊緣，是重慶市委、市政府確定的渝東南地區(qū)中心城市，也是國(guó)家《武陵山片區(qū)區(qū)域發(fā)展與扶貧攻堅(jiān)規(guī)劃》定位的武陵山片區(qū)6個(gè)中心城市之一。本研究利用黔江區(qū)空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)資料，對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，以揭示其城市環(huán)境空氣質(zhì)量的演變規(guī)律。

1 研究方法

1.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及頻率

黔江區(qū)城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為國(guó)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，監(jiān)測(cè)頻率為24小時(shí)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，執(zhí)行《環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ／T193－2005）。自動(dòng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物 （PM10）、臭氧、風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、氣壓、濕度等相關(guān)參數(shù)。

1.2 大氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及評(píng)價(jià)

環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)依照國(guó)家 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095－1996）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

環(huán)境空氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)采用綜合污染指數(shù)法和環(huán)境空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào) （API）評(píng)價(jià)體系進(jìn)行評(píng)價(jià)［13］。綜合污染指數(shù)法選取二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物3種污染物作為評(píng)價(jià)參數(shù)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)家《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095－1996）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和 《環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書編寫技術(shù)規(guī)定》中有關(guān)推薦標(biāo)準(zhǔn)和空氣污染狀況分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，空氣綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

綜合污染指數(shù)計(jì)算公式為：

單項(xiàng)污染物的污染分指數(shù)計(jì)算公式為：

污染負(fù)荷系數(shù)計(jì)算公式為：

式中：P為空氣綜合污染指數(shù)；Pi為i項(xiàng)空氣污染物的分指數(shù)；Fi為i項(xiàng)空氣污染物的污染負(fù)荷系數(shù)；Ci為i項(xiàng)空氣污染物濃度的年均值；Si為i項(xiàng)空氣污染物的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限制；n為計(jì)入空氣綜合污染指數(shù)的污染物項(xiàng)數(shù)。

表1 空氣綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.3 分析方法

空氣污染物的變化趨勢(shì)及其統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著特征采用Daniel趨勢(shì)檢驗(yàn)方法（又名Spearman秩相關(guān)系數(shù)法）［14］。公式為：

式中：rs為秩相關(guān)系數(shù)；n為時(shí)間周期數(shù)；xi為年均值從小到大排列的順序；yi為年先后排列順序。

將秩相關(guān)系數(shù)rs的絕對(duì)值與Spearman秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表中（顯著性水平a＝0.05或a＝0.01）的臨界值Wp進(jìn)行比較，如果｜rs｜≥Wp，表明趨勢(shì)變化有顯著性，如果rs是正值，則表明為上升趨勢(shì)；如果rs是負(fù)值，則表明為下降趨勢(shì)；如果｜rs｜≤Wp，則表明變化趨勢(shì)無(wú)顯著意義，說(shuō)明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)指標(biāo)變化穩(wěn)定或者平穩(wěn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

2012年黔江區(qū)環(huán)境空氣中主要污染物監(jiān)測(cè)結(jié)果［15］表明：2012年，黔江區(qū)環(huán)境空氣中二氧化硫年均值為0.037mg／m3，滿足環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095－1996）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，年均值未出現(xiàn)超標(biāo)，日均值超標(biāo)率為1.2%，最大超標(biāo)倍數(shù)為0.01；二氧化氮年均值濃度0.019mg／m3，達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，日均值和年均值均未出現(xiàn)超標(biāo)；可吸入顆粒物年均濃度值為0.082mg／m3，滿足國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，日均超標(biāo)率為7.9%，最大超標(biāo)倍數(shù)為0.76。

2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

黔江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量主要污染物污染分指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果及污染物負(fù)荷比如表2所示。由表2可知，2012年黔江區(qū)環(huán)境空氣綜合污染指數(shù)為1.67，屬于輕污染。二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物的污染負(fù)荷系數(shù)分別為36.9%、14.2%和49.1%。說(shuō)明可吸入顆粒物對(duì)黔江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響最大，其次是二氧化硫。

表2 2012年黔江區(qū)主要污染物污染分指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果及污染物負(fù)荷比

2012年黔江區(qū)日空氣質(zhì)量屬于一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)的天數(shù)分別為68d、277d和21d，所占全年的比例為18.6%、75.6%和5.8%，滿足二級(jí)以上日空氣質(zhì)量天數(shù)的比例為94.2%。影響黔江城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量未能滿足二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的首要污染物為可吸入顆粒物和二氧化硫。

2.3 環(huán)境空氣質(zhì)量年際變化趨勢(shì)

2006—2012年黔江區(qū)空氣主要污染物年際變化見圖1，空氣綜合污染指數(shù)和滿足Ⅱ級(jí)天數(shù)比例年際變化見圖2。

采用Daniel趨勢(shì)檢驗(yàn)方法分析黔江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量變化趨勢(shì)。由圖1可知，黔江區(qū)環(huán)境空氣中主要污染物二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物的濃度呈波浪式變化趨勢(shì)，2006—2008年呈下降趨勢(shì)，2009—2010年呈上升趨勢(shì)，2011—2012年呈明顯下降趨勢(shì)。2006—2012年，二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒的Spearman秩相關(guān)系數(shù)法檢驗(yàn)表明，｜rs｜分別為0.536、0.857和0.741，由于n＝7，查表得Wp0.05＝0.714。如果｜rs｜＞W(wǎng)p0.05，則表明二氧化氮和可吸入顆粒物隨年份變化趨勢(shì)有顯著意義，rs為正值，表明2006—2012年評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)二氧化氮和可吸入顆粒物指標(biāo)變化呈上升趨勢(shì)。由于二氧化硫在2008年濃度達(dá)到最低值，隨后逐漸上升，在2010年后又開始下降，因此，Spearman秩相關(guān)系數(shù)法檢驗(yàn)表明二氧化硫隨年際變化無(wú)顯著意義。

由圖2可以看出，2006—2012年，空氣污染指數(shù)呈S型變化，在2008年出現(xiàn)最低值，隨后逐漸增大，到2010年出現(xiàn)最高值，之后逐漸降低，到2012年時(shí)，空氣綜合污染指數(shù)為1.68。滿足二級(jí)天數(shù)比例變化呈波浪型，呈現(xiàn)先減少再增加的趨勢(shì)，在2006年和2008年達(dá)到最高值，隨后在2010年出現(xiàn)一個(gè)低谷，之后逐漸上升，Spearman秩相關(guān)系數(shù)法檢驗(yàn)結(jié)果為｜rs｜＝0.203，n＝7，查表得Wp0.05＝0.786＞0.203，表明變化趨勢(shì)沒(méi)有顯著意義，說(shuō)明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)滿足二級(jí)天數(shù)比例總體變化穩(wěn)定或者平穩(wěn)。

2.4 環(huán)境空氣質(zhì)量月變化

以2012年為例，黔江區(qū)環(huán)境空氣中主要污染物濃度的月變化見圖3?？諝饩C合污染指數(shù)和滿足Ⅱ級(jí)天數(shù)比例月變化如圖4所示。

由圖3可知：2012年1—12月份，二氧化硫和可吸入顆粒物的變化趨勢(shì)類似，呈凹形變化，即二氧化硫和可吸入顆粒在1月和12月份濃度較高，7、8月份濃度較低，最高濃度和最低濃度分別相差0.039mg／m3和0.057mg／m3；而二氧化氮全年變化趨勢(shì)平緩，呈小波浪型變化，濃度隨月份變化幅度較小。

在春季和冬季城區(qū)環(huán)境空氣中二氧化硫和可吸入顆粒物的濃度相對(duì)較高的主要原因?yàn)榍菂^(qū)海撥較高，較為寒冷，城區(qū)及城郊區(qū)部分居民使用黔江本地煤（含硫量5%～6%）取暖，導(dǎo)致城區(qū)環(huán)境空氣中二氧化硫和可吸入顆粒物污染負(fù)荷明顯增加，加上黔江屬于亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候，不利于大氣污染物擴(kuò)散。這與該文獻(xiàn)報(bào)道環(huán)境空氣中二氧化硫和可吸入顆粒物推測(cè)主要來(lái)源于煤炭等燃料的燃燒過(guò)程相一致［16］。

由圖4可以看出，2012年，黔江區(qū)空氣綜合污染指數(shù)月均范圍為1.11～2.27，其中7月份空氣質(zhì)量狀況為清潔，為輕度污染；從變化趨勢(shì)看，空氣綜合污染指數(shù)在1月份最高，隨后逐漸降低，到7月份達(dá)到最低值，隨后逐漸增加，全年月均空氣綜合污染指數(shù)呈凹型變化。1—12月環(huán)境空氣質(zhì)量滿足二級(jí)天數(shù)比例范圍為80.6%～100%，其中5—10月份，一直保持在100%水平，10月份后呈逐月下降趨勢(shì)。

2.5 二氧化硫／可吸入顆粒物相關(guān)性分析

二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物是表征環(huán)境空氣質(zhì)量污染程度的重要指標(biāo)，因此分析三者之間的相關(guān)性判斷其空氣污染組成具有重要意義。二氧化硫和可吸入顆粒物相關(guān)分析結(jié)果表明呈明顯正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.6692，表明黔江區(qū)大氣環(huán)境中二氧化硫和可吸入顆粒物的含量有緊密關(guān)系。

3 結(jié)論

（1）2012年，黔江區(qū)環(huán)境空氣中二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物年均值分別為0.037mg／m3、0.019mg／m3、0.082mg／m3，均滿足環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095－1996）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

（2）2012年黔江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量滿足國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)天數(shù)比例為94.2%，環(huán)境空氣綜合污染指數(shù)為1.67，屬于輕污染。二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物的污染負(fù)荷系數(shù)分別為36.9%、14.2%和49.1%，污染負(fù)荷最大的是可吸入顆粒物。

（3）2006—2012年，黔江區(qū)環(huán)境空氣中二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物的Spearman秩相關(guān)系數(shù)法檢驗(yàn)結(jié)果表明，二氧化氮和可吸入顆粒物濃度隨年份變化呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，二氧化硫秩相關(guān)系數(shù)法分析結(jié)果表明無(wú)顯著意義；而評(píng)價(jià)年份時(shí)段內(nèi)滿足二級(jí)天數(shù)比例總體變化穩(wěn)定或者平穩(wěn)。

（4）2012年，黔江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量中二氧化硫和可吸入顆粒物的變化趨勢(shì)類似，呈凹形變化，而二氧化氮全年變化趨勢(shì)平緩，濃度隨變化幅度較小。黔江區(qū)空氣綜合污染指數(shù)月均范圍為1.11～ 2.27，滿足空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)天數(shù)比例范圍為80.6%%～100%。

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