2009—2018年重慶涪陵區(qū)空氣質(zhì)量變化特征及其原因

趙小輝，劉東升，馮永強(qiáng)

（長(zhǎng)江師范學(xué)院 綠色智慧環(huán)境學(xué)院，重慶 408100）

近年來(lái)，隨著涪陵城市發(fā)展進(jìn)程的加快，機(jī)動(dòng)車數(shù)量逐年增加，空氣質(zhì)量惡化問(wèn)題日漸突出。環(huán)境空氣質(zhì)量是城市環(huán)境質(zhì)量的重要組成部分，也是城市可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[1-3]。但目前研究主要集中在重慶主城范圍[4-12]，關(guān)于各區(qū)縣尤其是涪陵區(qū)空氣質(zhì)量變化特征的研究很少，因此本文以重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心公布的重慶市涪陵區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合涪陵區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，研究了大氣中二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）和可吸入顆粒物（PM10）的年度變化特征，并根據(jù)污染物負(fù)荷系數(shù)確定了每年主要污染因子重要性順序，以期為涪陵區(qū)提升環(huán)境空氣質(zhì)量及進(jìn)一步開(kāi)展大氣污染治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 地區(qū)概況

涪陵區(qū)地處三峽庫(kù)區(qū)腹地，位于東經(jīng)106°56'～107°43'，北緯29°21'～30°01'之間。涪陵區(qū)東鄰豐都縣，南接武隆區(qū)、南川區(qū)，西連巴南區(qū)，北靠長(zhǎng)壽區(qū)、墊江縣，地處重慶市中部，屬于重慶市定位的中心城市。涪陵區(qū)常年平均氣溫18.1 ℃，年均降水量為1 072 mm，無(wú)霜期317 d，日照1 248 h，屬于中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2009—2017 年重慶市生態(tài)環(huán)境局《重慶市環(huán)境質(zhì)量簡(jiǎn)報(bào)》和《重慶市環(huán)境狀況公報(bào)》中公布數(shù)據(jù)，2018年數(shù)據(jù)來(lái)自該年的《涪陵區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》。其他經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)及交通統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均來(lái)自2009—2018 年《涪陵區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》。涪陵區(qū)歷年天氣數(shù)據(jù)來(lái)源于網(wǎng)頁(yè)（https：//tianqi.911cha.com/fuling/2010.html）。

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《重慶市人民政府關(guān)于印發(fā)重慶市環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分規(guī)定的通知》可知：涪陵區(qū)除大木山市級(jí)自然保護(hù)區(qū)、武陵山國(guó)家森林公園、烏江市級(jí)森林公園和小溪市級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)外均為二類環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)，即涪陵大部分區(qū)域適用國(guó)家二級(jí)濃度限值，另外2016 年前后重慶市分別采用《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—1996）（簡(jiǎn)稱老標(biāo)準(zhǔn)）和《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）（簡(jiǎn)稱新標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)。而新老標(biāo)準(zhǔn)SO2和NO2二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)年均值均為60 μg/m3和40 μg/m3，新標(biāo)準(zhǔn)PM10年均值（70 μg/m3）嚴(yán)于老標(biāo)準(zhǔn)（100 μg/m3）。

1.4 研究方法

首先對(duì)2009—2018 年重慶涪陵區(qū)PM10、SO2、NO2三項(xiàng)主要污染因子年均質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)和2009—2018 年重慶涪陵區(qū)空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)情況進(jìn)行年變化趨勢(shì)分析。

其次為定量反映空氣環(huán)境中各污染物的影響程度，確定各污染因子重要性的順序，引進(jìn)污染物負(fù)荷系數(shù)概念[3]：

式中：fi表示污染物i的負(fù)荷系數(shù)，無(wú)量綱；Ci表示污染物i的平均濃度，μg/m3；Si表示污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，μg/m3；Pi表示污染物i的單項(xiàng)質(zhì)量指數(shù)，無(wú)量綱。雖然2016年前fi、Ci和Si三種污染因子年均濃度執(zhí)行空氣質(zhì)量老標(biāo)準(zhǔn)，但為了更好地比較其污染負(fù)荷情況，本處計(jì)算均采用新標(biāo)準(zhǔn)中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。

2 涪陵區(qū)空氣質(zhì)量變化情況

2.1 涪陵區(qū)主要空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)因子的年變化趨勢(shì)

2009—2018 年涪陵區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量主要評(píng)價(jià)因子年變化趨勢(shì)如圖1所示。

由圖1可知，2009—2018年涪陵區(qū)SO2年均濃度整體呈下降趨勢(shì)，自2009 年剛好達(dá)標(biāo)和2010年68 μg/m3（超標(biāo)倍數(shù)達(dá)13.3%）以后逐年下降，到2011 年后均能達(dá)到《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—1996）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求；NO2濃度在2009—2018 年呈上下波動(dòng)狀態(tài)，整體趨勢(shì)平緩，除2011—2015 五年超標(biāo)外，其他年份均達(dá)到《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求；2009—2018 年P(guān)M10年均濃度基本也呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)，2009—2015 年雖按空氣質(zhì)量老標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)，但如按新標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)，只有2015年達(dá)標(biāo)，尤其是2016年全面嚴(yán)格按新標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)后，2016年，2017 年均屬超標(biāo)，因此涪陵區(qū)空氣質(zhì)量治理應(yīng)加強(qiáng)PM10和NO2的有效控制。

圖1 2009—2018年涪陵區(qū)PM10、SO2、NO2年均值變化趨勢(shì)Fig.1 Vriation trend of PM10, SO2 and NO2 in Fuling district from 2009 to 2018

2009—2018 年重慶市涪陵區(qū)空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)情況見(jiàn)圖2，除2010年和2013年分別為310 d和311 d 外，其他年份空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)均超過(guò)了325 d，其變化趨勢(shì)與2009—2018年涪陵區(qū)降雨天數(shù)變化情況大體一致，基本反映降雨清塵作用的影響。結(jié)合圖1和圖2可知，2010年降雨天數(shù)的減少與PM10與SO2濃度的增加基本對(duì)應(yīng)，但2013年和2017年降雨天數(shù)的減少并未引起PM10與SO2濃度的提升，推測(cè)其除了受天氣因素影響外，還和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)、交通、環(huán)境政策與污染控制措施等社會(huì)因素有關(guān)，需綜合考慮其變化影響因素。涪陵區(qū)空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)比率在86.11%～95.34%之間浮動(dòng)，表明其空氣質(zhì)量總體較好，但隨著進(jìn)一步的發(fā)展，涪陵區(qū)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)也應(yīng)加強(qiáng)。

圖2 2009—2018年涪陵區(qū)空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)和降雨天數(shù)變化趨勢(shì)Fig.2 Variation trend of days with good air quality and rain days in Fuling district from 2009 to 2018

2.2 涪陵區(qū)主要污染因子重要性評(píng)價(jià)

根據(jù)污染物負(fù)荷系數(shù)計(jì)算公式，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 涪陵區(qū)三項(xiàng)主要空氣污染物負(fù)荷系數(shù)Tab.1 Load coefficient of three major air pollutants in Fuling district

由表1可知，2009—2018年除2014年、2015年和2018 年首要污染物為NO2外，其他年份首要污染物均為PM10，且NO2和PM10的污染負(fù)荷系數(shù)逐步接近，基本呈現(xiàn)了涪陵區(qū)空氣污染逐步轉(zhuǎn)化為混合型污染的趨勢(shì)。這三種污染物除其產(chǎn)生的自然原因外，更多地來(lái)自人類活動(dòng)：SO2主要產(chǎn)生于工業(yè)生產(chǎn)，尤其煤、石油等礦石能源的燃燒大量釋放出該物質(zhì)，但由于近年來(lái)國(guó)家通過(guò)制定更嚴(yán)格的SO2排放標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展SO2排污交易，實(shí)施SO2排放總量控制，關(guān)停小火電機(jī)組以及逐步提升完善SO2治理技術(shù)等來(lái)減少SO2排放，SO2已逐步退出首要污染物的行列。近年來(lái)涪陵區(qū)機(jī)動(dòng)車保有量雖大幅增加，但NO2卻平緩變動(dòng)，認(rèn)為與其二次轉(zhuǎn)化有關(guān)；PM10的來(lái)源則涉及工業(yè)生產(chǎn)、交通尾氣的二次轉(zhuǎn)化、建筑施工、露天焚燒等多個(gè)領(lǐng)域。

涪陵區(qū)地處四川盆地和盆邊山地過(guò)渡地帶，境內(nèi)地勢(shì)以低山丘陵為主，橫跨長(zhǎng)江南北、縱貫烏江東西。地形呈現(xiàn)西北部地勢(shì)較低，多為河谷丘陵、低山，東南部較高，多為丘陵山地。城市空氣質(zhì)量的好壞與自然因素關(guān)系緊密，自然因素對(duì)空氣質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)在大氣運(yùn)動(dòng)對(duì)空氣中

3 影響空氣質(zhì)量年際變化的主要原因

3.1 自然因素

污染物的擴(kuò)散、稀釋、遷移和轉(zhuǎn)化作用[13]。2009—2018 年涪陵區(qū)平均氣溫為17 ℃～20 ℃，氣溫在水平方向上的變化對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量影響很小，能夠引起“逆溫層”的垂直方向上的氣溫變化對(duì)空氣質(zhì)量的影響不可忽視，但本文由于數(shù)據(jù)獲得的限制，未對(duì)其做進(jìn)一步探究。另外涪陵區(qū)境內(nèi)多靜風(fēng)，頻率高達(dá)57%。全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，頻率7%；次為北風(fēng)，頻率6%[14]。由于涪陵區(qū)內(nèi)多靜風(fēng)，大氣污染物不利于擴(kuò)散，因此涪陵區(qū)空氣污染應(yīng)主要考慮本區(qū)污染源影響，尤其是靜風(fēng)頻率達(dá)65%的10—12 月，更應(yīng)加強(qiáng)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)和治理力度，在東北風(fēng)或北風(fēng)較多季節(jié)適當(dāng)考慮鄰近墊江縣和長(zhǎng)壽區(qū)大氣污染物遷移影響。

3.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素

3.2.1 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)

2009—2018 年涪陵區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化見(jiàn)圖3，其中第一產(chǎn)業(yè)占比逐年降低，從7.5%降為6.1%；第二產(chǎn)業(yè)占比不斷上升，但2018年略有下降（57%），總體占比在55.6%～62.5%之間，可見(jiàn)工業(yè)已成為帶動(dòng)涪陵區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主力軍。第三產(chǎn)業(yè)浮動(dòng)增長(zhǎng)，總體占比在30.9%～36.9%之間。

圖3 2009—2018年涪陵區(qū)三類產(chǎn)業(yè)占比變化趨勢(shì)Fig.3 Variation trend of proportion of three industries in Fuling district from 2009 to 2018

根據(jù)《重慶市涪陵區(qū)“十二五”工業(yè)及能源發(fā)展規(guī)劃》，第二產(chǎn)業(yè)集中分布在涪陵工業(yè)園區(qū)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)向園區(qū)集結(jié)，功能集成、用地集約、產(chǎn)業(yè)集聚。雖然涪陵區(qū)第二產(chǎn)業(yè)基本朝著集聚型規(guī)模經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但目前來(lái)看涪陵區(qū)工業(yè)發(fā)展仍存在結(jié)構(gòu)不優(yōu)的缺點(diǎn)。由圖4可知涪陵區(qū)工業(yè)重化程度高，重工業(yè)產(chǎn)值占比超過(guò)了60%，且有逐年提升趨勢(shì)，遠(yuǎn)高于全國(guó)平均水平。持續(xù)重化工業(yè)的過(guò)程雖然帶動(dòng)了涪陵區(qū)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，但在一定程度上也加大了SO2、PM2.5和PM10等污染因子的污染程度及其治理難度。

另外為完成《重慶市涪陵區(qū)城市總體規(guī)劃（2004—2020 年）》“一城二區(qū)五片”總體規(guī)劃布局部署和推進(jìn)“兩線三片一城”建設(shè)，近些年來(lái)涪陵區(qū)城市發(fā)展迅猛，進(jìn)而帶動(dòng)城區(qū)建筑業(yè)迅速發(fā)展。房屋建設(shè)工程、道路建設(shè)工程、碼頭建筑工程等項(xiàng)目多，導(dǎo)致裸露地面多，有些施工項(xiàng)目揚(yáng)塵控制措施不到位產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，故施工揚(yáng)塵也是涪陵區(qū)PM10的重要來(lái)源之一。

圖4 2009—2016年涪陵區(qū)輕重工業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值變化趨勢(shì)Fig.4 Variation trend of output value of light and heavy industries in Fuling district from 2009 to 2016

3.2.2 交通

隨著涪陵快速發(fā)展，其機(jī)動(dòng)車保有量持續(xù)增加，但公共交通車輛除了2009—2014 年增幅相對(duì)較快外，其他年份基本穩(wěn)定（見(jiàn)圖5）。汽車排放污染物主要有碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化合物（NOx）、一氧化碳（CO）、固體懸浮顆粒等，其中HC、甲醛（HCHO）、丙烯醛及多環(huán)芳烴等有機(jī)碳和燃燒不完全的碳黑都增加了涪陵城區(qū)大氣中的總碳?xì)馊苣z濃度[5]；另外NOx（主要為NO 和NO2，并以NO2為主）排放量的增加并未引起涪陵區(qū)NO2濃度的迅猛增長(zhǎng)，整體趨勢(shì)平緩（見(jiàn)圖1），推測(cè)一方面是由于部分NO2光解轉(zhuǎn)化為O3，故建議今后涪陵區(qū)需加強(qiáng)O3的監(jiān)測(cè)。另一方面在適當(dāng)氣象條件下，空氣中NO 和NO2通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)可轉(zhuǎn)變成硝酸和硝酸鹽氣溶膠。總碳?xì)馊苣z、硝酸和硝酸鹽氣溶膠均屬于PM10的重要來(lái)源，尤其是細(xì)顆粒物（PM2.5）的重要二次來(lái)源，因此涪陵區(qū)今后也應(yīng)加強(qiáng)PM2.5的監(jiān)測(cè)預(yù)警。近幾年涪陵區(qū)空氣首要污染物主要呈現(xiàn)為PM10和NO2的交替變化，表明該區(qū)空氣污染逐步轉(zhuǎn)化為混合型污染。

圖5 2009—2016年涪陵區(qū)機(jī)動(dòng)車數(shù)量變化趨勢(shì)Fig.5 Change trends of the number of motor vehicles in Fuling district from 2009 to 2016

3.2.3 環(huán)境政策與污染控制措施

隨著涪陵社會(huì)經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展，大氣污染物的排放也隨之增加，但由于涪陵區(qū)人民政府積極響應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策，逐年加大環(huán)境治理力度，尤其是2004 年涪陵區(qū)嚴(yán)格按照《重慶市涪陵區(qū)城市總體規(guī)劃（2004—2020）》進(jìn)行發(fā)展后，SO2年均濃度相比2012 年有大幅下降，而2012 年后SO2的大幅度下降應(yīng)該與涪陵區(qū)環(huán)保局與各責(zé)任單位簽署《2012 年涪陵區(qū)主要污染物排放總量削減目標(biāo)責(zé)任書》，并將其納入黨政一把手環(huán)保實(shí)績(jī)考核重要內(nèi)容[15]的環(huán)保舉措有著緊密關(guān)系。另外涪陵區(qū)環(huán)保局圍繞《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》、“大氣十條”和《重慶市大氣污染防治條例》實(shí)施意見(jiàn)，開(kāi)展藍(lán)天專項(xiàng)行動(dòng)，狠抓空氣質(zhì)量，強(qiáng)力開(kāi)展工業(yè)企業(yè)、建筑施工、道路揚(yáng)塵、交通污染、秸稈露天焚燒等專項(xiàng)整治，環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)好轉(zhuǎn)[15-16]。以上措施的落實(shí)對(duì)應(yīng)著2009—2018年涪陵區(qū)三種主要污染物的持續(xù)下降，這也說(shuō)明只要措施到位，生態(tài)環(huán)境保護(hù)可以與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展達(dá)到共贏。

4 結(jié)論

（1）2009—2018 年涪陵區(qū)SO2、NO2、PM10年均質(zhì)量濃度總體呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)，但隨著國(guó)家對(duì)PM10質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)濃度的限制，須注意PM10濃度的超標(biāo)問(wèn)題。

（2）根據(jù)主要污染物負(fù)荷系數(shù)可知2009—2018年間首要污染物NO2和PM10交替呈現(xiàn)，且兩者的污染負(fù)荷系數(shù)逐步接近，體現(xiàn)涪陵區(qū)空氣污染逐步轉(zhuǎn)化為混合型污染趨勢(shì)。

（3）考察了自然因素、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)、交通、環(huán)境政策與污染控制措施等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)涪陵區(qū)空氣質(zhì)量變化的影響，盡管產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的逐漸重化和機(jī)動(dòng)車數(shù)量的逐年增加等加劇了涪陵區(qū)SO2、NO2、PM10的年排放量，但2009—2018 年間涪陵區(qū)空氣質(zhì)量基本呈現(xiàn)逐年改善趨勢(shì)，表明環(huán)境政策及污染控制措施的落實(shí)可有效控制環(huán)境污染。