汶川地震極重災區(qū)震后10年環(huán)境承載力評估

楊 渺，吳 瑕，歐陽志云，陳 婷，徐 瑋，鄧懋濤

(1.四川省生態(tài)環(huán)境科學研究院,成都 610041;2.中科院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京 100085; 3.西南交通大學,成都 611756; 4.阿壩州環(huán)境監(jiān)測中心站,四川 阿壩 624000)

前 言

汶川地震極重災區(qū)包括汶川縣、北川縣、綿竹市、什邡市、青川縣、茂縣、安縣、都江堰市、平武縣和彭州市等10個縣(市)[1]。經(jīng)過十年時間的災后恢復建設，區(qū)域的經(jīng)濟社會總體發(fā)展取得了飛躍性的突破，經(jīng)濟發(fā)展水平已經(jīng)超過震前水平。根據(jù)四川省統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，至2017年，地方財政收入提高為1 048 672萬元，是2007年的3.83倍；GDP總量為1 657.48億元，相比2007年增幅高達163.82%?？傮w而言，隨著災后10年重建和后續(xù)發(fā)展，以及生態(tài)文明建設的推進，區(qū)域經(jīng)濟水平突破性增長，教育、科研水平不斷提升，醫(yī)療服務、基礎設施建設等社會保障體系逐步完善，災區(qū)人民總體生活水平不斷提高。

人類想要可持續(xù)地生存下去不僅要有持續(xù)的資源供給，也必須要有足夠的環(huán)境容量來容納人類所排放的廢棄物。因此人類的發(fā)展除了受到資源的限制之外，還要受到環(huán)境容量的約束。汶川地震極重災區(qū)人口分布和經(jīng)濟發(fā)展極不平衡，只有準確衡量區(qū)域資源環(huán)境承載力，才能引導社會經(jīng)濟活動在資源節(jié)約、環(huán)境保護基礎上科學發(fā)展。隨著科技進步和全球一體化，人們生產(chǎn)生活對本區(qū)域自然資源存量的依存度逐漸降低。因此，資源環(huán)境承載力又以環(huán)境承載力為核心[2]。環(huán)境承載力表征區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)對經(jīng)濟社會活動產(chǎn)生的各類污染物的承受與自凈能力，是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力評價的重要方面[2]。

環(huán)境承載力評價方法有許多，作者也構建基于線性變換的資源環(huán)境承載力預警方法[3]，但目前尚未就評價方法和評價指標體系達成共識[4]。國家發(fā)改委等13部委聯(lián)合下發(fā)由地理資源所牽頭編制的《資源環(huán)境承載能力監(jiān)測預警技術方法(試行)》[5]，其中環(huán)境承載力評價指標由大氣污染物超標指數(shù)、水污染物濃度超標指數(shù)、污染物濃度綜合超標指數(shù)三個要素構成，通過主要污染物年均濃度檢測值與國家現(xiàn)行環(huán)境質量標準的對比值反映環(huán)境承載力對可持續(xù)發(fā)展的限制。污染物濃度超標指數(shù)越小，表明區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)對社會經(jīng)濟系統(tǒng)的支撐能力越強。為與地方環(huán)境管理的緊密結合，本文采用《資源環(huán)境承載能力監(jiān)測預警技術方法(試行)》中環(huán)境承載力評價方法，用污染物濃度超標指數(shù)法，對2017年汶川地震極重災區(qū)環(huán)境承載力進行評估，以期掌握5.12汶川地震發(fā)生10年后環(huán)境狀況，發(fā)揮環(huán)境承載力對自然資源開發(fā)和經(jīng)濟社會發(fā)展決策的指導作用。

1 數(shù)據(jù)來源與評價方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

從四川省環(huán)境保護廳收集10個縣市大氣監(jiān)測站點2017年省網(wǎng)平站數(shù)據(jù)，站點信息見表1。監(jiān)測指標有SO2、NO2、O3、CO、PM10和PM2.5等。

表1 大氣監(jiān)測點Tab.1 Atmospheric monitoring points

水污染評價中，從四川省環(huán)境保護廳收集相關流域、湖庫控制斷面2017年監(jiān)測值，斷面信息見表2、表3。共收集到了8個監(jiān)測斷面數(shù)據(jù)，其中什邡市、安縣2縣市缺斷面數(shù)據(jù)。流域斷面水質監(jiān)測指標有：DO、CODMn、BOD5、CODCr、NH3-N、TN、TP，湖庫斷面監(jiān)測指標有CODCr、NH3-N。

表2 河流監(jiān)測斷面Tab.2 River monitoring sections

根據(jù)四川省環(huán)境保護廳數(shù)據(jù)，共收集到了紫坪鋪水庫、白龍湖共5個監(jiān)測斷面數(shù)據(jù)，湖庫斷面信息見表3。

表3 湖庫監(jiān)測斷面Tab.3 Lake and reservoir monitoring sections

1.2 評價及分析方法

評價方法參照《資源環(huán)境承載能力監(jiān)測預警技術方法(試行)》。指標由大氣污染物超標指數(shù)、水污染物濃度超標指數(shù)、污染物濃度綜合超標指數(shù)三個要素構成。環(huán)境承載力采用污染物濃度的綜合超標指數(shù)來評價。

單項大氣污染物濃度的標準限值表征環(huán)境系統(tǒng)所能承受人類各種社會經(jīng)濟活動的閾值，(限值采用《環(huán)境空氣質量標準》(GB30952012)中規(guī)定的各類大氣污染物濃度限值二級標準)。單項水污染物濃度標準限值采用國家2020年各控制單元水環(huán)境功能分區(qū)目標中確定的各類水污染濃度的水質標準限值。區(qū)域j的污染物濃度的綜合超標指數(shù)Rj計算根據(jù)區(qū)域j的大氣、水污染物濃度超標指數(shù)的極大值模型進行集成。根據(jù)Rj，將評價結果劃分為污染物濃度超標、接近超標和未超標三種類型。污染物濃度超標指數(shù)越小，表明區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)對社會經(jīng)濟系統(tǒng)的支撐能力越強。判斷污染物濃度是否超標的臨界值為0，是否接近超標狀態(tài)的臨界值為-0.2。

缺失值水質指標空間插值采用arcgis10.7的IDW，數(shù)值計算采用MATLAB2018b，統(tǒng)計分析采用R3.6.2。

2 結果與分析

2.1 大氣污染物濃度超標結果與分析

2.1.1 各縣市大氣超標結果

根據(jù)空氣質量監(jiān)測站點監(jiān)測數(shù)據(jù)，汶川地震極重災區(qū)的大氣超標指標有O3、PM2.5和PM10。其中，2個縣市的O3呈超標狀態(tài)，分別是彭州和都江堰；7個縣市的PM2.5濃度超標，分別是彭州、都江堰、什邡、綿竹、北川羌族自治州、安縣和青川縣；5個縣市的PM10濃度超標，分別是彭州、都江堰、什邡、綿竹和安縣。而汶川地震極重災區(qū)的SO2、NO2和CO年均濃度均未超標。進一步分析結果顯示，可吸入顆粒(PM2.5、PM10)超標情況最嚴重，是造成汶川地震極重災區(qū)大氣污染最嚴重的污染物。根據(jù)大氣污染物超標評價結果，僅平武縣大氣不超標，汶川縣和茂縣大氣接近超標，其余7個縣市大氣均超標(表4)。

表4 汶川地震極重災區(qū)空氣監(jiān)測大氣超標情況Tab.4 Atmospheric air monitoring in the severely affected areas of the Wenchuan earthquake

續(xù)表4

2.1.2 大氣污染超標狀況分析

根據(jù)區(qū)域大氣指標SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10超標指數(shù)聚類分析，SO2、NO2、CO歸為一類，而O3、PM2.5、PM10則歸為另外一類大氣污染因子，圖1。從總體來說，各縣市O3、PM2.5、PM10三個環(huán)境指標較差，普遍超標或接近超標，是影響區(qū)域大氣質量的主要因素，其中PM10和PM2.5超標情況最為嚴重。對于大氣中的PM2.5，移動源是最大的貢獻源，其次是燃煤源和揚塵。而城市揚塵是PM10最大貢獻源，其次是移動源。都江堰市和彭州市還面臨著O3超標的現(xiàn)狀，其中彭州市O3超標指數(shù)又遠高于都江堰市。

圖1 汶川地震極重災區(qū)大氣超標狀況熱圖Fig.1 Heat map of atmospheric excesses in the severely affected area of the Wenchuan earthquake

根據(jù)大氣指標SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10的濃度超標指數(shù)對10個縣市進行聚類分析，結果表明，大氣污染在10個縣市中具有明顯的區(qū)域特征。都江堰市、彭州市、安縣、綿竹市、什邡市等環(huán)成都城市圈的縣市分為一類，平武縣、青川縣、北川縣、茂縣、汶川縣等遠離成都經(jīng)濟中心的縣市則歸為另一類。環(huán)成都城市圈的縣市特征污染因子為SO2、NO2、CO，遠離成都經(jīng)濟中心的縣市特征污染因子為O3、PM2.5、PM10(表5)。

表5 汶川地震極重災區(qū)大氣污染特征分區(qū)表Tab.5 Zoning table of air pollution characteristics in the severely affected area of the Wenchuan earthquake

2.2 水污染物濃度超標結果與分析

2.2.1 流域斷面超標結果

在流域監(jiān)測斷面中，僅流經(jīng)德陽和彭州的中河總磷呈超標狀態(tài)，除總磷外，其余各項斷面水污染物均未超標(表6)。

表6 汶川地震極重災區(qū)流域監(jiān)測斷面水污染超標情況Tab.6 Water pollution in the monitoring section of the watershed in the severely affected area of the Wenchuan earthquake

2.2.2 湖庫斷面超標結果

在汶川地震十個極重災區(qū)中涉及到的監(jiān)測湖庫只有紫坪鋪水庫。監(jiān)測結果顯示其水質較好，在4個湖庫監(jiān)測斷面中，化學需氧量(CODCr)、氨氮均未超標?？梢钥闯鲎掀轰佀畮煦氪h兩個斷面氨氮濃度較高，而都江堰市兩個斷面化學CODCr濃度較大(表7)。

表7 汶川地震極重災區(qū)湖庫斷面污染超標評價Tab.7 Over-stardard pollution evaluation of lake and reservoir sections in the severely affected area of the Wenchuan earthquake

2.2.3 水污染物綜合超標結果

表8 水污染物綜合超標評價結果Tab.8 Comprehensive evaluation results of water pollutants exceeding standards

北川縣、安縣、什邡市缺少地表水監(jiān)測值，采用插值結果，對于其它有監(jiān)測值的縣市，水污染超標指數(shù)以監(jiān)測值為準。綜合流域地表水和湖庫斷面監(jiān)測結果和空間插值結果進行水污染物綜合評價。根據(jù)水污染物濃度超標指數(shù)，10個縣市水質均未達到超標狀態(tài)，但接近超標的縣市有4個，分別是彭州市、什邡市、綿竹市和平武縣(表8)。

2.2.4 水因子及區(qū)域差異性

影響彭州市、什邡市的水質因子主要是化學需氧量(CODCr)、生化需氧量(BOD5)、總磷(P)。什邡市受總磷影響特別大。平武縣水質影響因子主要是溶解氧(DO)和高錳酸鹽指數(shù)(CODMn),氨氮(N-NH3)也是重要影響因素之一(圖2)。

圖2 水環(huán)境影響因子排序圖Fig.2 Ranking chart of water environmental impact factors

根據(jù)主要水污染類型，10縣市歸為極重污染和面源污染，以及特征不是特別明顯的混合污染三種類型(表9)。

表9 各縣市水質污染特征分區(qū)Tab.9 Regional characteristics of water pollution by county(city)

2.3 環(huán)境承載力評價結果與分析

2.3.1 區(qū)域環(huán)境承載力超標情況

根據(jù)大氣污染物濃度超標指數(shù)、水污染物濃度超標指數(shù)，采用污染物濃度的綜合超標指數(shù)來評價環(huán)境承載力。汶川地震十個極重災區(qū)，環(huán)境承載力超載的縣市有7個，分別是都江堰市、彭州市、什邡市、綿竹市、安縣、北川羌族自治縣和青川縣；而平武縣、汶川縣和茂縣3個縣市的環(huán)境承載力接近超載(圖3)。

圖3 環(huán)境污染綜合評價結果Fig.3 Comprehensive evaluation results of environmental pollution

2.3.2 大氣及水污染分析

在汶川地震極重災區(qū)的10個縣市中，9個縣市的大氣存在環(huán)境質量問題，7個縣市超標，2個縣市接近超標；4個縣市的水環(huán)境質量存在問題，綿竹市、彭州市、平武縣、什邡市均接近超標。除平武縣外，9縣市大氣污染物濃度超標指數(shù)均高于水(表10)。

表10 汶川地震極重災區(qū)環(huán)境污染綜合評價Tab.10 Comprehensive assessment of environmental pollution in the severely affected areas of the Wenchuan earthquake

3 討論與結論

除平武縣外，9縣市大氣污染物濃度超標指數(shù)均高于水。對于整個區(qū)域來說，大氣環(huán)境質量改善形式更為嚴峻。一是涉及區(qū)縣更多，二是超標更接近于功能區(qū)質量標準限值，而有水環(huán)境問題的縣市則相對集中。

3.1 大氣狀況區(qū)域差異性

大氣污染在10個縣市中具有明顯的區(qū)域特征。環(huán)成都城市圈的縣市大氣污染物濃度超標指數(shù)普遍高于遠離成都經(jīng)濟中心的縣市，且PM2.5、PM10均超標，大氣環(huán)境保護壓力更大。大氣質量的改善，可以大氣環(huán)境質量達標為目標約束，識別大氣環(huán)境優(yōu)先保護區(qū)，以及重點管控區(qū)域。結合“三線一單”工作成果，整合區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有管理要求，制定各管控單元的大氣環(huán)境空間布局約束、污染物排放管控、環(huán)境風險防控等要求。根據(jù)大氣污染貢獻源分析，可針對性采取以下針對性措施：

環(huán)成都經(jīng)濟圈縣市要注意加強建筑揚塵和道路揚塵管理，加強建筑工地、移動源排放控制，積極實施城市道路的清潔、沖洗等措施。另外，可考慮綜合措施：在城市規(guī)劃過程中，通風廊道的科學規(guī)劃，可有效稀釋城區(qū)污染物濃度[6-7]；城市綠地、水體的合理空間布局，以及綠地植物的科學篩選和搭配，也是有效滯納大氣降塵，吸附大氣污染物，改善大氣質量的重要舉措[8～11]。大氣中SO2、NO2、CO主要人為來源是化石燃料的燃燒。隨著環(huán)成都經(jīng)濟圈縣市燃煤源的逐步淘汰改造，和清潔能源的推廣，指標可望得到進一步改善，今后要加強移動源及非道路移動機械的整治，加大新能源汽車推廣力度。

遠離成都經(jīng)濟中心的縣市及環(huán)成都經(jīng)濟圈縣市的農(nóng)村地區(qū)，要注意控制道路揚塵、加強礦山、次生災害點、砂石、沙土堆場等裸露地表的復綠及揚塵治理。在秸稈焚燒的重點區(qū)域、重點季節(jié)、重點時段，加強日常巡查監(jiān)管，堅決杜絕秸稈露天焚燒現(xiàn)象。

3.2 水狀況區(qū)域差異性

化學需氧量(CODCr)、生化需氧量(BOD5)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)主要用于監(jiān)測水體中有機物的污染狀況。水體受有機物的污染越嚴重，三指標的污染物濃度超標指數(shù)越高。不過CODMn一般用于污染比較輕微的水體或者清潔地表水，而CODCr主要用于工業(yè)廢水測定。廢水中總磷(P)超標的主要影響因素主要有煤化工廢水磷超標、生活污水磷超標、化學鍍鎳廢水磷超標、磷化工廢水磷超標等。含氮物質進入水環(huán)境的途徑主要包括自然過程和人類活動兩個方面。含氮物質進入水環(huán)境的自然來源和過程主要包括降水降塵、非市區(qū)地表徑流和生物固氮等。特別是化學肥料，被認為是水體中氮營養(yǎng)元素的主要來源，大量未被農(nóng)作物利用的氮化合物絕大部分被農(nóng)田排水和地表徑流帶入地下水和地表水中。

根據(jù)影響水質的水污染物性質，及水環(huán)境影響因子排序分析，彭州市、什邡市在CODCr、P、N-NH3上有較高載荷，認為彭州市、什邡市受工業(yè)產(chǎn)業(yè)、城市生活影響較大；平武縣在CODMn、DO兩因子上載荷較大，認為平武縣受自然因素，以及非城市人類活動影響較大，可設置多級植物及工程攔截措施，加大自然岸線保護修復，消減地表徑流污染直接入河量。平武縣水質評價較差的原因，與平武所處水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)要求更為嚴格有關，用于此次評價的平武水文站以Ⅰ類水質目標要求參與評價。汶川縣的主要水環(huán)境影響因子是BOD5，可能與城市生活用水排放有關，十四五期間，可結合汶川縣國家生態(tài)文明建設示范縣創(chuàng)建，提升城市污水處理能力。

環(huán)成都經(jīng)濟圈縣市主要位于岷江流域和沱江流域，境內(nèi)河段沿岸城鎮(zhèn)密布工業(yè)和人口高度集中，水污染治理壓力較大。另外，沱江流域降水主要集中在7-9月，3個月降雨量占全年的75%。資源型缺水、結構型缺水與污染型缺水并存，并相互作用。近年來成渝經(jīng)濟區(qū)、天府新區(qū)等快速發(fā)展，需水量迅速增長，水資源供需矛盾日益突出。建議以龍門山，甚至以極重災區(qū)水源涵養(yǎng)、水土保持功能提升為核心，建設防護林體系，防治地質災害和水土流失；分水量和水質兩個子系統(tǒng),制定出沱江水系綜合治理規(guī)劃[12]。遠離成都經(jīng)濟中心的縣市及環(huán)成都經(jīng)濟圈縣市的農(nóng)村地區(qū)，加強水源涵養(yǎng)林建設，控制農(nóng)村面源污染，同時開展城鎮(zhèn)生活污水和農(nóng)村生活污水治理。

4 小 結

汶川地震極重災區(qū)各縣市大氣環(huán)境質量改善形式較為嚴峻，PM2.5、PM10是主要污染因子。大氣污染在10個縣市中具有明顯的區(qū)域特征。環(huán)成都城市圈的縣市大氣污染物濃度超標指數(shù)普遍高于遠離成都經(jīng)濟中心的縣市。遠離成都經(jīng)濟中心的縣市及環(huán)成都經(jīng)濟圈縣市的農(nóng)村地區(qū)，要注意控制揚塵源。環(huán)成都經(jīng)濟圈縣市除控制揚塵污染外，化石燃料燃燒及燃煤源的控制也極為重要；有水環(huán)境問題的縣市則相對集中于龍門山山前平原，主要位于岷江流域和沱江流域，水污染治理壓力較大。隨成渝經(jīng)濟區(qū)、天府新區(qū)等快速發(fā)展，水資源供需矛盾將日益突出。建議從水量和水質兩個子系統(tǒng)建設入手提升區(qū)域水環(huán)境質量。一是以龍門山，甚至以極重災區(qū)水源涵養(yǎng)、水土保持功能提升為核心，建設防護林體系，防治地質災害和水土流失，二是控制農(nóng)村面源污染，同時開展城鎮(zhèn)生活污水和農(nóng)村生活污水治理。