2011—2014年咸豐縣大氣環(huán)境容量和承載力評價

熊炳橋， 趙麗婭，2*，侯邦飛

(1.湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北武漢 430062；2.區(qū)域開發(fā)與環(huán)境響應(yīng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430062)

2011—2014年咸豐縣大氣環(huán)境容量和承載力評價

熊炳橋1， 趙麗婭1，2*，侯邦飛1

(1.湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北武漢 430062；2.區(qū)域開發(fā)與環(huán)境響應(yīng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430062)

根據(jù)2011—2014年咸豐縣空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)及環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在分析咸豐縣大氣環(huán)境現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，利用A值法對咸豐縣大氣環(huán)境容量和承載力進(jìn)行了核算。結(jié)果表明：2011—2014年SO2、TSP、NO2的排放量呈現(xiàn)持續(xù)增長，年均濃度均滿足《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)中的一級標(biāo)準(zhǔn)；2011—2013年SO2、TSP、NO2的環(huán)境容量呈持續(xù)下降的趨勢，分別下降了15.94%、1.84%、5.73%，2014年反而上升，但其環(huán)境容量并未達(dá)到飽和，仍有較多的剩余環(huán)境容量；2011—2014年3種污染物的承載力指數(shù)均小于-0.700 0，說明大氣承載力處于高承載水平。

大氣環(huán)境容量；承載力；咸豐縣

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及城市化和工業(yè)化的發(fā)展，能源消耗迅速增加，污染物排放源不斷增多，污染物排放總量也不斷上升，國內(nèi)大中型城市乃至小城鎮(zhèn)都面臨著空氣質(zhì)量下降的嚴(yán)峻形勢，大氣污染防治任務(wù)任重而道遠(yuǎn)[1-3]。環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀是根據(jù)近期環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測資料以及區(qū)域背景環(huán)境資料，對一定區(qū)域內(nèi)人類社會近期和當(dāng)前活動引起的環(huán)境質(zhì)量變異所進(jìn)行定量或定性的描述與評定。大氣環(huán)境容量和承載力的確定是分析大氣環(huán)境質(zhì)量的重要手段[4-5]，是有效控制大氣環(huán)境污染、改善環(huán)境質(zhì)量的基礎(chǔ),能夠?yàn)閰f(xié)調(diào)和規(guī)劃區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展布局提供依據(jù)。為了有效控制大氣環(huán)境污染，大氣環(huán)境容量及承載力評估的研究顯得至關(guān)重要。目前,國內(nèi)外對大氣環(huán)境容量和承載力的研究取得了一些進(jìn)展[6-10]。但由于大氣環(huán)境具有復(fù)雜性和多變性,在污染源調(diào)查、監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、環(huán)境測試、邊界條件確定及模型匹配等方面仍需進(jìn)行深入研究。筆者以湖北省咸豐縣為例，通過對2011—2014年大氣環(huán)境質(zhì)量和污染狀況進(jìn)行分析，利用A值法對大氣環(huán)境容量進(jìn)行測算，并結(jié)合大氣環(huán)境承載力指數(shù)綜合評價咸豐縣大氣環(huán)境狀況，以期為污染物控制和治理及中小城市環(huán)境現(xiàn)狀定量分析提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 咸豐縣位于湖北省恩施土家族、苗族自治州西南部，云貴高原東延武陵山余脈與大巴山之間，108°37′08″～109°20′08″ E，29°19′28″～30°02′54″ N。南北長80.375 km，東西寬68.950 km。國土面積2 550 km2，分別占省、州的1.3%和9.4%。氣候特征屬中亞熱帶季風(fēng)型山地濕潤性氣候，表現(xiàn)出明顯的山地小氣候特征。降雨集中在4—11月，年平均降雨量1 555 mm。年平均溫度14 ℃左右，極端高溫34 ℃左右，低端低溫-5 ℃左右，年日照時數(shù)1 200 h左右，年均太陽總輻射量363.29 kJ/cm2。

1.2 大氣環(huán)境容量

1.2.1 A值法。大氣環(huán)境容量是在城市生態(tài)和大氣環(huán)境不受污染時各污染源的最大允許排放量。A值法屬于地區(qū)系數(shù)法，通過控制區(qū)總面積、各功能區(qū)面積及當(dāng)?shù)乜偭靠刂葡禂?shù)A值計(jì)算出該面積總允許排放量[11-12]。A值法模型具有簡便、可操作性強(qiáng)、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，已成為我國最主要的區(qū)域大氣環(huán)境容量分析模型。A值法的計(jì)算公式如下：

式中,Qa為控制區(qū)大氣污染物環(huán)境容量，×104t/a；Qai為第i類控制區(qū)大氣污染物環(huán)境容量，×104t/a；A為區(qū)域性總量控制系數(shù)，×104km2/a；Csi為該分區(qū)污染物年、日平均濃度限值，mg/m3；Cb為環(huán)境背景質(zhì)量濃度，mg/m3；Si為控制區(qū)面積，km2；S為總控制區(qū)面積，km2。

1.2.2A值的確定。根據(jù)《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》(GB/T13201—91)中推薦的本地總量控制系數(shù)A值(湖北地區(qū)A值的范圍為3.5～4.9)，可通過研究區(qū)域某大氣污染物合理的達(dá)標(biāo)保證率確定A值，即

A=Amin+(Amax-Amin)(1-P)

式中,Amax、Amin分別為所研究區(qū)域A值上限和下限，×104km2/a；P為達(dá)標(biāo)保證率，%。按照達(dá)標(biāo)目標(biāo)90%計(jì)算得到A值為3.64。

1.3 大氣環(huán)境承載力指數(shù) 大氣環(huán)境承載力是指在一定范圍和一定時段內(nèi)，保持人類活動與生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)的情況下，該區(qū)域所能承受的大氣污染物的最大限值。根據(jù)大氣環(huán)境承載力指數(shù)的大小可以判斷大氣環(huán)境承載力的高低，承載力指數(shù)越大，表示承載力越大[13-14]。大氣環(huán)境承載力指數(shù)計(jì)算公式如下：

Pi=(Ei-Qi)/Qi

式中，Pi為大氣環(huán)境承載力指數(shù)；Ei為污染物排放量；Qi為i污染物的環(huán)境容量。

2 結(jié)果與分析

2.1 大氣環(huán)境質(zhì)量

2.1.1 大氣污染物排放量。由表1可知，2011—2014年咸豐縣SO2、TSP、NO23種污染物的排放量均呈上升趨勢，SO2、TSP、NO2的排放量分別增長了54.53%、43.62%、34.91%。這主要是由于近幾年咸豐縣經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施的大力建設(shè)、機(jī)動車數(shù)量的快速增加等因素加劇了污染物排放的增加。

表1 2011—2014年咸豐縣污染物年排放量

Table 1 Air pollutants annual emissions in Xianfeng County during 2011—2014 t/a

2.1.2 環(huán)境空氣質(zhì)量。根據(jù)《恩施自治州環(huán)境質(zhì)量狀況公報(bào)》，2011—2014年咸豐縣環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)百分率分別為100%、100%、96.10%、98.10%，說明4年間空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)略有下降。4年間咸豐縣大氣環(huán)境主要污染物為SO2和TSP，NO2的影響相對較小，且3種污染物年均濃度均能滿足《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)中的一級標(biāo)準(zhǔn)，表明咸豐縣空氣質(zhì)量良好。

從圖1可見，3—11月咸豐縣空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)百分率為100%，而1、2、12月空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)百分率相對較低，尤其是1月的空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)百分率僅為60%；從空氣污染指數(shù)最大值來看，2014年基本維持在50～100，空氣質(zhì)量狀況屬良好，1、6、10—12月污染物指數(shù)最大值較高，其他月份相對較低。這說明咸豐縣全年空氣質(zhì)量整體較好，表現(xiàn)出季節(jié)性差異，冬季空氣質(zhì)量與其他季節(jié)相比較差。冬季空氣質(zhì)量較差的原因是冬季晝夜溫差大，易發(fā)生逆溫，不利于污染物擴(kuò)散。而且這與咸豐縣目前能源結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，目前咸豐縣能源仍以煤炭為主，冬季燃燒煤炭需求量較大。

圖1 2014年咸豐縣環(huán)境空氣質(zhì)量狀況Fig.1 Environmental air quality of Xianfeng County in 2014

2.2 大氣環(huán)境容量和承載力

2.2.1 大氣環(huán)境容量計(jì)算。

2.2.1.1 環(huán)境空氣功能分區(qū)。環(huán)境空氣質(zhì)量功能分區(qū)以城市功能布局和區(qū)域環(huán)境功能分區(qū)為依據(jù)，是大氣環(huán)境規(guī)劃的核心內(nèi)容，對大氣環(huán)境管理起著重要作用[15]。筆者參照國家《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)，結(jié)合咸豐縣生態(tài)功能區(qū)劃和地域特點(diǎn)，將咸豐縣大氣環(huán)境功能區(qū)分為兩類。一類區(qū)主要位于自然保護(hù)區(qū)、地質(zhì)公園、旅游風(fēng)景區(qū)等地，面積為887.4 km2，占縣轄區(qū)總面積的34.84%；二類區(qū)位于廣大城鎮(zhèn)區(qū)和工業(yè)園區(qū)，面積為1 652.6 km2，占縣轄區(qū)總面積的65.16%。其中，一類區(qū)采用《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)一級標(biāo)準(zhǔn)，二類區(qū)則采用二級標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

表2 大氣環(huán)境功能區(qū)劃

2.2.1.2 各功能區(qū)環(huán)境質(zhì)量控制目標(biāo)。選取SO2、TSP、NO23種污染物作為控制因子，各功能區(qū)環(huán)境質(zhì)量控制目標(biāo)參照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)(表3)。

2.2.1.3 污染物本底濃度。由表4可知，SO2、TSP、NO23種污染物的本底濃度在一類區(qū)明顯低于二類區(qū)。在一類區(qū)中，2011—2014年SO2的年平均濃度呈持續(xù)增長趨勢，從2011年的0.010 mg/m3增長到2014年的0.015 mg/m3。2011—2013年TSP、NO2的年平均濃度呈現(xiàn)增長趨勢，而2014年出現(xiàn)下降趨勢。在二類區(qū)中，2011—2014年SO2、TSP和NO23種污染物的年平均濃度呈波動上升趨勢。

表3 各功能區(qū)環(huán)境質(zhì)量控制目標(biāo)

Table 3 Environmental quality control target in various functional zones mg/m3

2.2.1.4 A值法測算大氣環(huán)境容量。由A值法計(jì)算2011—2014年咸豐縣大氣環(huán)境容量，結(jié)合各污染物的排放量可得到剩余環(huán)境容量。由表5可知，SO2、TSP、NO23種污染物的大氣環(huán)境容量在2011—2013年均呈持續(xù)下降趨勢，2014年反而上升。總體來看，2011—2014年SO2、TSP、NO23種污染物的剩余大氣環(huán)境容量呈波動下降趨勢，分別下降了15.94%、1.84%、5.73%。2011—2013年3種污染物的剩余環(huán)境容量呈持續(xù)下降趨勢，2014年反而上升，這與大氣環(huán)境容量表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律。由此可見，目前咸豐縣擁有較多剩余大氣環(huán)境容量，大氣環(huán)境質(zhì)量良好。2014年大氣環(huán)境容量和剩余環(huán)境容量相較于2013年有所增大，這與環(huán)保部門加大管理力度，大大降低了排污單位鍋爐、窯爐煙塵的排放有很大關(guān)系。

表4 2011—2014年咸豐縣大氣污染物本底濃度

表5 2011—2014年咸豐縣大氣環(huán)境容量和剩余容量

2.2.2 大氣環(huán)境承載力指數(shù)。根據(jù)2011—2014年咸豐縣大氣污染物排放量以及大氣環(huán)境容量，計(jì)算各污染物大氣環(huán)境承載力指數(shù)。參考我國其他地區(qū)大氣環(huán)境承載力等級劃分[16-20]，分析大氣環(huán)境中SO2、TSP、NO2承載力指數(shù)，并結(jié)合咸豐縣實(shí)際情況，將大氣環(huán)境承載力劃分為嚴(yán)重超載(Pi>1)，超載(0

3 結(jié)論

(1)2011—2014年咸豐縣SO2、TSP和NO23種污染物的排放量均呈持續(xù)上升趨勢，4年間分別增長了54.53%、43.62%、34.91%?？諝赓|(zhì)量優(yōu)良天數(shù)則表現(xiàn)出略微下降趨勢，2011—2014年優(yōu)良天數(shù)百分率分別為100%、100%、96.10%、98.10%。影響咸豐縣大氣環(huán)境的主要污染物為SO2和TSP，次要污染物為NO2，且3類污染物均能滿足《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)中的一級標(biāo)準(zhǔn)。全年整體空氣質(zhì)量較好，但季節(jié)性差異明顯，冬季空氣質(zhì)量與其他季節(jié)相比較差。

(2) 通過A值法對大氣環(huán)境容量進(jìn)行測算，結(jié)果表明，2011—2014年SO2、NO2、TSP 3種污染物的大氣環(huán)境容量呈波動下降趨勢，2013年大氣環(huán)境容量最低，至2014年又呈現(xiàn)增長。剩余大氣環(huán)境容量并未達(dá)到飽和，仍有較大剩余，且2011—2014年SO2、TSP、NO23種污染物剩余大氣環(huán)境容量呈波動下降趨勢，分別下降了15.94%、1.84%、5.73%。

(3) 通過對大氣承載力指數(shù)的計(jì)算可知，咸豐縣的SO2、TSP、NO2處于高承載階段，表明該區(qū)域環(huán)境具有較豐富的資

表6 2011—2014年咸豐縣大氣環(huán)境承載力指數(shù)

源,大氣環(huán)境質(zhì)量良好，有剩余大氣環(huán)境容量，經(jīng)濟(jì)發(fā)展符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

(4) 雖然目前咸豐縣的大氣環(huán)境現(xiàn)狀良好，承載力程度處于高承載階段。但隨著人口的增多、工業(yè)企業(yè)的增加，能源消耗量的增多，大氣污染物的排放量仍處于持續(xù)增加趨勢。為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，政府必須采取行之有效的措施，維持良好的環(huán)境現(xiàn)狀，防止大氣環(huán)境惡化。參考文獻(xiàn)

[1] 丁鐳,劉超,黃亞林,等.湖北省城市環(huán)境空氣質(zhì)量時空演化格局及影響因素[J].經(jīng)濟(jì)地理,2016,36(3):170-178.

[2] 郭麗媛.太原市環(huán)境空氣質(zhì)量動態(tài)研究與分析[D].太原：山西大學(xué),2015.

[3] 王興杰,謝高地,岳書平.經(jīng)濟(jì)增長和人口集聚對城市環(huán)境空氣質(zhì)量的影響及區(qū)域分異：以第一階段實(shí)施新空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的74個城市為例[J].經(jīng)濟(jì)地理,2015,35(2):71-76.

[4] 姚曉群.馬鞍山市大氣環(huán)境容量研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué),2006.

[5] 韓蕾,曹國良,王靜晞,等.關(guān)中地區(qū)大氣環(huán)境承載力分析[J].環(huán)境工程,2014,32(9):147-151.

[6] 周業(yè)晶,周敬宣,肖人彬,等.以GDP-PM2.5達(dá)標(biāo)為約束的東莞大氣環(huán)境容量及承載力研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2016，36(6)：2231-2241.

[7] 鄭瀅玥.龍灣區(qū)DMF大氣環(huán)境承載力研究[D].杭州：浙江大學(xué),2011.

[8] 黃蕊珠.長三角區(qū)域大氣污染傳輸與環(huán)境承載力研究[D].北京：中國科學(xué)院大學(xué),2015.

[9] MANJU N，BALAKRISHNAN R，MANI N.Assimilative capacity and pollutant dispersion studies for the industrial zone of Manali[J].Atmospheric environment,2002,36(21):3461-3471.

[10] VAFA-ARANI H,JAHANI S,DASHTI H,et al.A system dynamics modeling for urban air pollution:A case study of Tehran,Iran[J].Transportation research part D transport & environment,2014,31(31):21-36.

[11] 歐陽曉光.大氣環(huán)境容量A-P值法中A值的修正算法[J].環(huán)境科學(xué)研究,2008,21(1):37-40.

[12] 張軍.基于修正A值法的西安市大氣環(huán)境容量估算[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2011,25(1):127-129.

[13] 王明賢,何曉玲.鎮(zhèn)江市大氣環(huán)境承載力研究[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2016,42(2):51-54.

[14] 李定策,齊永安.焦作市區(qū)大氣環(huán)境承載力分析[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,23(3):220-223.

[15] 李玲.區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃體系構(gòu)建及其應(yīng)用研究：以珠海市環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃為例[D].廣州：中山大學(xué),2008.

[16] 鄭健,關(guān)寧,楊成梅.干旱區(qū)綠洲城市大氣環(huán)境承載力分析及預(yù)測：以烏魯木齊市為例[J].西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015(6):110-114.

[17] 劉立勇,王彬,李忠武.典型城區(qū)山岳型風(fēng)景區(qū)大氣環(huán)境承載力分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2009,18(2):688-692.

[18] 唐燕秋,陳佳,鄧偉,等.基于空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)的重慶市大氣環(huán)境承載力特征研究[J].四川環(huán)境,2016,35(1):61-67.

[19] 黃潔.中原城市群資源環(huán)境承載力分析[D].武漢：華中師范大學(xué),2014.

[20] 劉偉,葉芝祥,劉盛余,等.區(qū)域大氣環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系與評價方法研究[C]// 成都市科技年會分會場：世界現(xiàn)代田園城市空氣環(huán)境污染防治學(xué)術(shù)交流會論文集.成都：四川省環(huán)境科學(xué)學(xué)會，2010.

Evaluation on the Atmospheric Environmental Capacity and Carrying Capacity of Xianfeng County during 2011-2014

XIONG Bing-qiao1， ZHAO Li-ya1,2*, HOU Bang-fei1

(1.School of Resources and Environmental Science,Hubei University,Wuhan,Hubei 430062; 2.Hubei Key Laboratory of Regional Development and Environmental Response，Wuhan,Hubei 430062)

According to air quality monitoring data and environmental statistics of Xianfeng County，during 2011—2014 the atmospheric environmental capacity was measured by using A value method.The results showed that the emissions of SO2,TSP and NO2increased continually from 2011 to 2014,but the annual average concentration of three pollutants was up to standard Ⅰ ofAmbientAirQualityStandards(GB3095-2012).The environmental capacity of SO2,TSP and NO2decreased constantly from 2011 to 2013,and the ratio was 15.94%, 1.84% and 5.73% respetively.The environmental capacity of three pollutants increased in 2014,and their emissions had not exceed their environmental capacity.The carrying capacity index of the three pollutants was less than -0.700 0 from 2011 to 2014.It showed that Xianfeng County had more surplus environmental capacity and the atmosphere capacity was in a high level.

Atmospheric environmental capacity; Carrying capacity; Xianfeng County

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31070370)；湖北省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(D2015003)；湖北省科技廳軟科學(xué)專項(xiàng)(2013BDF034)；生物資源綠色轉(zhuǎn)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心。

熊炳橋(1990- )，男，河南信陽人，碩士研究生，研究方向：環(huán)境生態(tài)學(xué)和生態(tài)保護(hù)規(guī)劃。*通訊作者，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，從事干旱區(qū)植物生態(tài)學(xué)和生態(tài)保護(hù)規(guī)劃的教學(xué)和科研工作。

2016-09-21

S 181.3

A

0517-6611(2016)35-0075-03