播州城市環(huán)境空氣質(zhì)量下滑原因分析及研究

劉昌文，路 陽，徐自江

(1.遵義市播州區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，貴州 遵義 563100；2.茅臺學(xué)院，貴州 仁懷 564507)

1 引言

城市環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)劣評價，使用環(huán)境空氣優(yōu)良天數(shù)比率、綜合指數(shù)、首要污染物等來衡量[1，2]，涉及的監(jiān)測項目包括PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO和O36個參數(shù)[3，4]。城市環(huán)境空氣質(zhì)量的好壞直接影響到市民的人居環(huán)境、心理情緒、身體健康以及社會經(jīng)濟發(fā)展等各方面[5～7]，分析一個地方影響城市空氣質(zhì)量的因素對城市環(huán)境管理具有現(xiàn)實意義。

播州區(qū)連接貴陽和遵義，地理位置特殊。2021年城市環(huán)境空氣質(zhì)量呈現(xiàn)下滑情況，為了防止播州區(qū)城市環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)下降，根據(jù)其區(qū)位特點、工業(yè)企業(yè)狀況布局和環(huán)境特點等，研究播州區(qū)城市環(huán)境空氣管理存在的問題及對策，可以為城市環(huán)境管理提供參考決策依據(jù)。尤其首要污染物為O3天數(shù)隨著高溫、化石能源燃燒排放、不利氣象、污染物排放增加[8～12]等因素的影響，城市環(huán)境空氣質(zhì)量防控難度增大，同時臭氧作為氧化性極強的氣體，它對人體健康、生態(tài)環(huán)境、氣候變化都有不利影響[13～15]，為了做好播州城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量管理，結(jié)合區(qū)域地形地貌、氣象、污染源和近期監(jiān)測等進行分析，提出防控措施。

2 播州區(qū)概況及環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀

2.1 播州區(qū)概況

遵義市播州區(qū)(原遵義縣)地處貴州省北部，是2016年3月20日經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)、6月6日正式掛牌成立的新區(qū)，東接湄潭縣、甕安縣，南鄰息烽縣、開陽縣，西連仁懷市、金沙縣，北鄰紅花崗區(qū)、匯川區(qū)，屬于國家戰(zhàn)略下的黔中經(jīng)濟區(qū)和黔北經(jīng)濟協(xié)作區(qū)核心區(qū)域，系貴州“金三角”戰(zhàn)略腹地，是長江中上游綜合開發(fā)和黔渝經(jīng)濟合作的重要節(jié)點。播州區(qū)城區(qū)規(guī)劃轄5個街道(南白街道、播南街道、影山湖街道、桂花橋街道、龍坑街道)及3個鎮(zhèn)(三岔鎮(zhèn)、三合鎮(zhèn)、茍江鎮(zhèn))，中心建成區(qū)面積約40 km2，人口約30萬人。按照遵義城市同城化發(fā)展，全區(qū)共有98臺公交車、296臺出租車，其中公交車全部為清潔能源，出租車250臺為清潔能源。居民天然氣普及率為78.47%，自建房居民大多使用燃煤取暖。全區(qū)規(guī)模上企業(yè)164家，主要涉及火電、冶金、建材、陶瓷、釀造等行業(yè)。地處西南出海大通道，北離重慶260 km，南距貴陽110 km，渝貴快鐵、川黔鐵路穿境而過，蘭海、杭瑞、貴遵復(fù)線、遵義一環(huán)高速公路及210國道、326國道交匯互通。屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)，城區(qū)海拔在900～920 m之間，累年平均氣溫14.9 ℃、無霜期291 d、降雨量1035.7 mm，主導(dǎo)風(fēng)向東北風(fēng)。

2.2 城市環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀

2021年城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量有效監(jiān)測天數(shù)365 d，優(yōu)良天數(shù) 342 d，輕度污染18 d，中度污染1 d，優(yōu)良天數(shù)比率是 94.8%，綜合指數(shù)3.13，全年首要污染物為PM2.5、O3。與2020年相比，綜合指數(shù)上升0.34，優(yōu)良天數(shù)比率下降 3.4%，高溫天氣臭氧監(jiān)測結(jié)果偏高。貴州省88個縣(區(qū))、遵義市15個縣(區(qū))城市中，播州區(qū)2021環(huán)境空氣質(zhì)量排名省市倒數(shù)第一名，城市環(huán)境空氣質(zhì)量明顯下降。

3 問題原因分析

3.1 地形地貌分析

播州區(qū)地處大婁山山脈南側(cè)，屬黔中丘陵和黔北山地過渡地帶。分為3種地貌區(qū)：一為境內(nèi)西北中山峽谷區(qū)，占全區(qū)面積的25%，海拔900～1300 m，崇山峻嶺倚肩并列，河谷狹小彎曲；二為境內(nèi)東南丘陵平壩區(qū)，占全區(qū)面積66%，海拔800～1000 m，丘岡起伏，壩地連片，土地肥沃；三是河谷邊緣深切區(qū)，占全區(qū)面積的9%，河谷切割深度100～400 m。

播州區(qū)位于遵義市城區(qū)的南部，受北部大婁山脈及南部黔中丘陵的影響，遵義市城區(qū)總體為群山環(huán)抱的山間盆地地形。播州區(qū)城區(qū)多為東北西南向的丘陵地形，北部匯川區(qū)及紅花崗區(qū)地勢較低。播州城區(qū)城市建設(shè)位于象山山脈以東，桂花山脈以西，南北延伸，呈現(xiàn)狹長帶狀，污染物擴散慢，污染物容易在城區(qū)上空堆積[16]。

播州區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，累計年平均氣溫14.9 ℃、無霜期291 d、降雨量1035.7 mm，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。多年氣象數(shù)據(jù)分析，播州區(qū)月平均風(fēng)速在1.4～1.8 m/s之間(表1)，風(fēng)速較小且靜風(fēng)頻率達13.8%，播州區(qū)主要風(fēng)向為東北和東北東及東向合計占36.6%，其中以東北向為主導(dǎo)風(fēng)向，占到全年15.1%左右(圖1)，播州區(qū)位于遵義市中心城區(qū)新蒲新區(qū)、紅花崗區(qū)的下風(fēng)向，遵義南部平橋工業(yè)園排放的污染物會推移到播州城區(qū)，產(chǎn)生疊加影響[17]。

圖1 播州區(qū)多年風(fēng)向玫瑰

表1 播州區(qū)多年平均風(fēng)速 m/s

2021年播州區(qū)年降水量為1228 mm，其中降水量主要分布在夏季的6月、7月及9月，冬季降水量較少，大氣污染物的濕清除效果較差(圖2)。

圖2 2021年播州區(qū)月降水量分布

播州區(qū)城區(qū)地勢為四周高中間低的山間盆地地形，在主導(dǎo)東北風(fēng)條件下，大氣污染物受丘陵山體阻塞，風(fēng)速降低，污染物容易在播州城區(qū)溝壑區(qū)域內(nèi)累積，大氣污染物不易稀釋擴散。在主導(dǎo)東北風(fēng)條件下，遵義中心城區(qū)新蒲新區(qū)、紅花崗區(qū)等上風(fēng)向地區(qū)生活源、工業(yè)源等產(chǎn)生的大氣污染物輸送到播州城區(qū)，產(chǎn)生污染物的疊加效應(yīng)。

3.2 空氣質(zhì)量現(xiàn)狀分析

3.2.1 城市環(huán)境空氣優(yōu)良天數(shù)比率變化

2016～2021年播州區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比率整體呈下降趨勢，2019年優(yōu)良天數(shù)比率下降到97.21%，2020年環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比率有所上升，但2021年工業(yè)企業(yè)恢復(fù)生產(chǎn)后，大量的大氣污染物的排放，增加城市環(huán)境空氣容量中的總量，和其他綜合因素共同作用，導(dǎo)致發(fā)生輕度及以上污染天氣19 d，環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比率下滑明顯(圖3)。市民、工業(yè)企業(yè)恢復(fù)生活生產(chǎn)活動后，排放的煙粉塵、顆粒物[18～20]成為影響播州城區(qū)首要污染物的主要原因。

圖3 播州區(qū)2016～2021年環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比率變化

3.2.2 大氣污染物濃度

播州區(qū)2016～2021年O3年均濃度呈上升趨勢，2021年年均濃度為118.52 μg/m3，O3年均濃度變化比較明顯；PM2.5、PM10、SO2、NOX在2016～2021年濃度變化較小(表2)。

表2 2016～2021年播州城市環(huán)境空氣質(zhì)量大氣污染年均濃度

3.2.3 空氣質(zhì)量污染現(xiàn)狀分析

2016～2021播州區(qū)總共出現(xiàn)輕度及以上污染37 d，其中出現(xiàn)輕度污染33 d、中度污染4 d。對污染日首要污染物分別是O3污染7 d、PM10污染1 d、PM2.5污染29 d，所以播州大氣污染主要以PM2.5及臭氧為主(表3)。

表3 2016～2021年播州區(qū)空氣質(zhì)量輕度及以上污染數(shù)據(jù) μg/m3

續(xù)表3

結(jié)合污染日的月份分布可看出，播州區(qū)PM2.5污染集中在12月份、1月份、2月份的冬、春季，臭氧污染集中在7月及8月份的夏季，形成冬、春季PM2.5及夏季臭氧的混合型污染特征(圖4)。冬春季節(jié)，城區(qū)仍有部分居民燃煤取暖，造成近地面局部污染加重，同時城區(qū)冬春季靜風(fēng)頻率高，空氣濕度大，易形成不利于污染物擴散的大霧逆溫天氣，所以冬春季環(huán)境空氣質(zhì)量相對較差。秋季天氣涼爽，氣溫較高，利于污染物的擴散，空氣質(zhì)量較好。夏季較高的氣溫加快了污染物質(zhì)在水平和垂直方向上的擴散，充沛降水對空氣有清潔作用。

圖4 2016～2021年空氣質(zhì)量污染首要污染物占比

3.2.4 綜合指數(shù)排名分析

播州區(qū)2021年綜合指數(shù)排名遵義市最后一名，綜合指數(shù)為3.13，其中PM2.5、PM10、SO2及O3單項指數(shù)排名也是靠后。通過分析污染物的綜合指數(shù)占比可知，目前PM2.5、PM10、O3及SO2是影響播州區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量的主要污染物(圖5和表4)。

表4 遵義市縣區(qū)2021年綜合指數(shù)排名

圖5 播州區(qū)大氣污染月份分布

3.2.5 污染與周邊城市的關(guān)系分析

播州區(qū)2021年P(guān)M2.5濃度與周邊城市的變化趨勢基本一致，同高同低明顯，播州區(qū)與周邊城市大致處于同一污染區(qū)域內(nèi)，但播州區(qū)PM2.5濃度偏高于遵義市其他區(qū)縣，略低于息烽縣，見圖6和表5。

圖6 播州區(qū)2021年污染物的綜合指數(shù)占比

表5 播州區(qū)2021年環(huán)境空氣質(zhì)量單項指數(shù)統(tǒng)計

播州區(qū)SO2濃高于周邊城市，并且SO2濃度全年變化沒有明顯規(guī)律，均會出現(xiàn)峰值。播州區(qū)SO2與周邊城市來源不一致，受到城區(qū)周邊茍江工業(yè)園內(nèi)工業(yè)源排放影響。居民生活排放的SO2季節(jié)變化明顯，冬季高夏季低，與遵義屬于燃煤污染型城市相一致。

3.2.6 站點對比分析

播州象山及播州十二小站點PM2.5濃度冬季變化趨勢基本一致，夏季象山站點濃度偏低于十二小站點。播州象山及十二小站點二氧化硫濃度相關(guān)性較差，冬季二氧化硫兩站點均出現(xiàn)高值，夏季后十二小站點二氧化硫濃度較低，但象山公園站點出現(xiàn)高值，兩站點二氧化硫主要來源不一致。

播州區(qū)目前空氣質(zhì)量下滑明顯，以冬季PM2.5及夏季臭氧的混合型污染為主。播州區(qū)排名影響的主要污染物為PM2.5、PM10、SO2及O3。播州區(qū)PM2.5與周邊城市基本處于同一污染區(qū)域內(nèi)，但偏高于遵義市其他周邊城市。播州區(qū)SO2較高于周邊城市，其主要是受工業(yè)源排放影響的結(jié)果。

圖7 播州區(qū)與周邊城市2021年P(guān)M2.5濃度對比變化

圖8 播州區(qū)與周邊城市2021年SO2濃度對比變化

4 播州區(qū)大氣污染源現(xiàn)狀

4.1 大氣污染源排放總量

播州區(qū)NOX排放量為8790.83 t/年、SO2排放量為8963.77 t/年、PM2.5排放量為3077.28 t/年、PM10為3804.82 t/年，4項指標(biāo)區(qū)域排放強度大(見表6)。

表6 播州區(qū)大氣污染源排放總量 t/a

播州區(qū)SO2排放主要來自工藝過程源、NO2主要來自工藝過程源及移動源，PM2.5一次排放主要來源于工藝過程源、化石燃料燃燒源、生物質(zhì)燃燒源及揚塵源(圖9～圖13)。

圖9 2021年播州區(qū)象山及十二小PM2.5濃度對比

圖10 2021年播州區(qū)象山及十二小SO2濃度對比

圖11 播州區(qū)二氧化硫排放量占比

圖12 播州區(qū)氮氧化物排放量占比

圖13 播州區(qū)PM2.5排放量占比

5 結(jié)論及建議

結(jié)合以上分析可知，播州區(qū)目前空氣質(zhì)量下滑明顯，以冬季PM2.5及夏季臭氧的混合型污染為主。

播州區(qū)排名影響的主要污染物為PM2.5、PM10、SO2及O3。播州區(qū)PM2.5與周邊城市基本處于同一污染區(qū)域內(nèi)，但偏高于遵義市其他周邊城市，播州區(qū)SO2較高于周邊城市，主要受工業(yè)源排放影響。

影響播州區(qū)城市環(huán)境空氣質(zhì)量的主要原因，同樣是自然、工業(yè)、交通、城建、生活[21]5方面因素的混合疊加。

播州區(qū)要提升環(huán)境空氣質(zhì)量要結(jié)合5個方面污染物來源實施源頭控制，減少污染物產(chǎn)生量。結(jié)合地形地貌、風(fēng)速風(fēng)向、時空特點、優(yōu)化道路交通、建筑工地抑塵防控、人工增雨、應(yīng)急措施與工業(yè)企業(yè)節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)、燃料替代等，精準(zhǔn)制定管控方案并組織實施，才能提升播州區(qū)城市環(huán)境空氣質(zhì)量，遏制下滑。