研究论文 正式出版 版本 3 Vol 10 (2) : 201-209 2019
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泉州市环境空气质量现状、影响因素及综合防治对策
Air quality, influence factors and control countermeasure in Quanzhou, southeastern coast of China
: 2018 - 08 - 07
: 2018 - 12 - 15
: 2018 - 12 - 30
195 2 0
摘要&关键词
摘要:随着我国各方面综合实力的不断提高,生产、建筑等方面对自然环境造成的污染是极大的,人们生活水平提高的同时也越来越关注城市内大气污染问题。如何治理大气污染,保持人与自然的和谐发展,已经成为当前人们共同面临的一个难题。泉州市地处福建省东南沿海,是我国“一带一路”战略海上丝绸之路的先行区。在经济高速发展的同时,工业企业、机动车数量快速增加,大气污染过程偶有发生,作为国家环保模范城市,其大气环境问题得到越来越多的关注,因此提出有效的综合防治对策势在必行。本文结合泉州市自然(气象、地形)与社会经济(产业布局)等因素,分析了泉州市不同季节大气颗粒物污染成因,并提出有针对性的大气颗粒物污染综合防治对策与管理措施。
关键词:泉州市;环境空气质量;影响因素;控制策略
Abstract & Keywords
Abstract: Background, aim, and scope With the continuous improvement of comprehensive strength in all fields in our country, the pollution caused to the natural environment in production and construction is extremely great. As people’s living standards improve, they also pay more and more attention to the problem of air pollution in cities. How to control air pollution and how to maintain the harmonious development between man and nature has become a common problem facing people today. Located in the southeastern coast of China, the air quality of Quanzhou is fairly good according to national standards (GB 3095—2012). However, with the rapid development of social economy, the rapidly increasing quantity of industrial enterprises and motor vehicles, the air pollution episodes occur occasionally, which posed a risk not only to human health but also economic development in Quanzhou. Thus, effective control measures have become urgent needs. Materials and methods Based on the environmental air monitoring data of Quanzhou and synchronous meteorological data from 2016. By the analysis of the natural (e.g. meteorology and topography) with backward trajectory model and social economic factors (e.g. industrial distribution) in Quanzhou, the study explored the causes of air pollution in different seasons. Results It can be showed that the main factors affecting the air quality in Quanzhou were the emission of atmospheric pollutants and the influence of meteorological and topographic factors. Finally, the targeted control countermeasures were brought forwards at different seasons. Discussion By analysis of the characteristics of air pollutant emission, it was found that the main source of air pollutants in Quanzhou is industrial sources. From a spatial perspective, most of the enterprises that discharge particulate matter in Quanzhou are located in the southwest and south directions of the urban area. By the analysis of the meteorological and topographic factors, it was found that in spring and autumn, especially in March and November, Quanzhou happened to be in the transition period of the main control air mass, and the diffusion conditions were relatively poor, which resulted in the accumulation of particles and the pollution of the weather. Besides, it can be found Quanzhou is divided into old and new urban areas. The old urban area is mainly distributed in the E type mountain range, so the diffusion conditions are relatively poor, and the pollutants are easy to accumulate. The new urban area is located on the more open periphery and the diffusion conditions are relatively better than the old area. Conclusions In general, the air quality of Quanzhou is fairly good. Affected by meteorological conditions, terrain factors and industrial layout factors, pollution is likely to occur in March, July and November. Based on the analysis of the influence of the main control air mass, meteorology and topography, and industrial layout on the air quality in different seasons, suggests that the different industries should be managed differently in different seasons. In winter, priority control of petrochemical emissions in the northeast of China. In summer, the main control of the pottery and stone industry in south-west and south of Quanzhou. In the spring and autumn, it is necessary to prejudge in advance according to the characteristics of the meteorological conditions. In the absence of administrative intervention for remote source transportation of pollutants outside the region, local pollutant discharge should be controlled. Recommendations and perspectives This article mainly analyzes the current situation of Quanzhou air pollution, and puts forward the corresponding solutions to the problem, hoping to link the current serious air pollution problems.
Keywords: Quanzhou; air quality; influence factors; control strategies
中国作为最大的发展中国家,近几十年间能源消耗和机动车保有量均快速增加,造成严重大气污染,当前,大气污染已经成为我国环境污染的主要问题(姜会敏,2017)。我国大气污染问题,不同于伦敦烟雾事件和洛杉矶烟雾事件,呈现复合型污染(唐孝炎等,2006)。近年来,大气污染物的类型也发生了一些新的变化,传统的污染物二氧化硫(SO2)、悬浮物(TSP)/可吸入颗粒物(PM10)等污染还没有有效解决,细颗粒物(PM2.5)、氮氧化物(NOx)、挥发性有机物(VOCs)、氨氮(NH3)等排放又开始显著上升(孙雪和朱媛媛,2017)。自2013年1月雾霾开始笼單全中国后,“大气污染”便成为国内外舆论关注的焦点(邹玉琳,2017)。近年来雾霾天气和极端天气现象的增加,预示着我国的大气污染程度更加严重(赵小雅,2018)。因此,必须对治理大气污染的相关措施给予足够的重视,加大对环境保护措施的研究力度。
我国在大气污染治理方面,最早开始于1974年兰州西固地区的大气污染事件(李欢欢,2012),1987年我国制定了《大气污染防治法》,并于1995年、2000年和2015年多次修订,《中华人民共和国大气污染防治法》于2016年1月1日正式施行。福建省地处中国东南沿海,为了控制城市空气污染,福建省在“九五”期间制定了一系列政策、法规、制度和措施,空气污染防治取得了显著成效,全省大气中主要污染物的排放量均控制在国家下达的污染物总量控制指标内(林钦和张少扬,1999;赵卫红,2003)。泉州市地处福建省东南沿海,是我国“一带一路”战略海上丝绸之路的先行区。在经济高速发展的同时,泉州作为国家环保模范城市,其大气环境问题得到越来越多的关注(谢瑞加,2016a,2016b;张云峰等,2017),因此对泉州市大气颗粒物进行科学监测和分析,提出有效的控制措施势在必行。
大气颗粒物污染物来源广泛、成因复杂,除了本地排放,来自区域和跨区域的污染物传输不容忽视,污染天气的发生除了与区域污染物排放有关外,还与气象、地形等因素以及区域外污染物输送有关(赵顺征等,2014;逯有泉,2011)。本文在假定本地污染物排放恒定的情况下,结合泉州市自然(气象、地形)与社会经济(产业布局)等因素,分析大气颗粒物污染成因,并提出有针对性的大气颗粒物污染防治对策措施。
1   环境空气质量现状
2016年泉州市环保局环境空气质量月报显示:大气环境AQI值大于100的天数仅有6天,质量优良天数为360天,优等天数为200天,优良率为98.4%,总体环境质量状况良好。按照《环境空气质量标准》(GB 3095—2012),泉州市区空气质量持续保持优良水平,可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5)年均浓度达二级标准,二氧化硫(SO2)和二氧化氮(NO2)年均浓度达一级标准,一氧化碳(CO)日均值的第95百分位数和臭氧(O3)日最大8小时平均值的第90百分位数均达到年评价指标要求,具体数据见表1。
从表1可以看出,污染天数出现在3月、7月和11月,3月、11月从气象条件上来看处于主控气团转换期,在大陆气团和夏季风的共同影响下,气团易在泉州保持稳定不动,导致污染物累积;而7月尽管受控于相对洁净的夏季风,但泉州西南方向的污染物排放会对市区产生一定的影响;2月之所以出现污染天数是由于2月7日、8日为中国农历除夕、春节,烟花爆竹排放是导致大气颗粒物污染的最主要原因。
表1   泉州市2016年空气质量现状
时间PM2.5PM10SO2NO2COO3空气质量指数优良率
Time/(μg·m-3)/(μg·m-3)/(μg·m-3)/(μg·m-3)/(mg·m-3)/(μg·m-3)AQIThe excellent
and good rate /%
Jan. 201626.340.88.326.00.7844.848100.00
Feb. 201634.854.87.318.50.6554.05796.60
Mar. 201634.355.39.834.00.8161.86293.50
Apr. 201629.552.512.531.80.8146.858100.00
May 201625.046.810.021.80.5647.850100.00
Jun. 201620.040.312.522.30.4138.342100.00
Jul. 201621.847.816.819.80.4343.53096.80
Aug. 2016.23.343.09.816.50.4448.845100.00
Sep. 201620.834.87.817.30.3159.045100.00
Oct. 201624.835.37.818.00.3254.843100.00
Nov. 201628.352.011.326.80.6555.55493.30
Dec. 201629.051.811.328.50.6555.553100.00
Annual mean26.546.210.423.40.6050.94998.40
注:数据来源于泉州市环保局环境空气质量月报,http://www.qzepb.gov.cn/hjgl/hjzl/qhjzlyb/;泉州市环境监测站,http://110.88.209.167:5288/
Note: Data are derived from “Monthly report on ambient air quality of Quanzhou Environmental Protection Bureau” http://www.qzepb.gov.cn/hjgl/hjzl/qhjzlyb/; “Quanzhou environmental monitor station” http://110.88.209.167:5288/
2   影响泉州市空气质量的主要因素
2.1   大气污染物排放特征分析
表2总结了2015年泉州市主要大气污染物的排放量,其中二氧化硫的区域排放总量约为98522.47 t,工业源排放量约为94698.63 t,占比约为96%;氮氧化物的区域排放总量约为85494.03 t,工业源排放量约为69431.95 t,占比约为81%,机动车排放量约为15299.26 t,占比约为17.9%;烟粉尘的区域排放总量约为88126.62 t,工业源排放量约为84653.31 t,占比约为96%;可以看出,泉州市大气污染物的主要排放来源为工业源。
从空间上看,泉州市主要排放颗粒物的企业大部分位于市区的西南(晋江市和南安市交界处)、南向(晋江市、石狮市),即当主控气团来自西南、南向时(也就是夏季风主控时段),泉州市易受到这些企业排放大气污染物的影响,这也是在7月份存在污染过程的原因;从企业类型上看,晋江、南安和石狮市的企业以化工、陶瓷建材、石材工业、热电、纺织为主;从北以及东北方向上看,企业数量相对较少,泉州热电、联合石油化工、湄洲湾氯碱工业等为最主要排放企业。
表2   泉州市2015年主要大气污染物排放量
排放源
Emission source
污染物 Pollutant
SO2NOx烟尘 Smoke dustAsPbCdHg
/t/t/t/kg/kg/kg/kg
工业源Industrial emission94698.6369431.9584653.3117.88177.3812.35191.63
城镇生活源Residential emission3820.32752.622115.12
机动车Motor vehicle emission15299.261356.69
集中式治理设施Pollution-treatment infrastructure3.5210.211.5035.790.340.26
区域总量Total98522.4785494.0388126.6217.88183.1712.72191.89
注:数据来源于《泉州统计年鉴:2015》(泉州市统计局和国家统计局泉州调查队,2015)。
Note: Data are derived from “Quanzhou statistical yearbook:2015” (Quanzhou Municipal Bureau of Statistics and Survey Office of the National Bureau of Statistics in Quanzhou, 2015).
2.2   气象和地形因素
后向轨迹模式结合了大气水平和垂直运动,在污染物传输、扩散和沉降等方面都有较完整的考虑,被广泛应用于分析大气污染过程(Draxler and Hess,1997,1998;赵倩彪等,2014)。后向轨迹模式采用美国国家海洋和大气管理局(NOAA)开发的HYSPLIT 4.9版本。该模式是欧拉和拉格朗日混合型扩散模式,被广泛应用于跟踪气流所携带的粒子或气体的移动方向,分析污染物来源和传输路径等方面(Draxler et al,2009)。
选取2016年1月、4月、7月和10月作为泉州市不同季节(分别代表冬、春、夏和秋)做后向轨迹图,获得不同季节的泉州主导气团来向;选取泉州市(118.37°E,24.54°N)为后向轨迹起始点,起始高度选取为500 m,后向轨迹后推48小时,结果如图1所示。从图1可以看出:冬季整个中国大陆主要受到蒙古高压控制(侯亚红等,2007;Huang et al,2017),泉州市区主要受到大陆气团影响,气团主要来向为东北、西北,泉州地区冬季颗粒物污染除受长三角、西北内陆方向污染物的远源输送影响外,还会受到泉州市区东北方向的一些局地排放影响;夏季泉州气象主要受控于夏季风,相对洁净的海洋气团由南、西南方吹向泉州,泉州市这个时期的颗粒物污染更容易受到南及西南方向的排放影响;而春、秋季,特别是3月和11月,泉州刚好处于主控气团的转换期。一般而言,夏季风在3月初开始影响我国华南沿海,在这个阶段泉州往往处于东南季风和大陆冬季风的共同影响下,两股力量相互较量,易造成均压场,气团稳定不动,扩散条件相对较差,导致颗粒物易累积,从而出现污染天气。


图1   泉州市各个季节的气团主要来源方向
Fig.1 Back trajectories analysis in four seasons
地形差异对气象条件产生着巨大影响,从而影响局地大气环境质量(陈平,2007;廖菲等,2007;卢爱刚等,2008)。从地形上看,泉州西北方向为山脉,东南方向面海,海拔较低,地形特点为E型特点;泉州市区划分为老城区与新城区,老城区主要分布在E型山脉的环抱中,扩散条件相对较差,一旦主导风向为西南、南风,污染物易在老城区内不断累积;新城区位于较为开阔的外围,南向为泉州湾地区,地形上的扩散条件新城区较老城区而言相对较好。
2.3   各季节污染天和洁净天气象条件分析
一般而言,空气质量的好坏与气象条件的关系十分密切(李小飞等,2012;成青燕等,2018;马艳等,2016),例如风、雨/雪对污染物有一定的稀释扩散与清除冲刷作用,相反,大气逆温现象、以及高压中心控制下的天气往往气流下沉,抑制湍流向上发展,易造成地面污染;从季节角度来说,冬季降水较少,气候干燥,光照较弱,日照时间短,逆温层较厚,且温度较低,大气对流不活跃等不利于空气中污染物质扩散的因素较多,夏季由于太阳辐射强,大气对流活动旺盛,逆温层的生成存在时间缩短,且降雨天气较多,降雨量很大,对污染物质清除作用明显,使空气污染程度相对减轻;风向和风速对大气污染的扩散起着重要的作用,风向决定污染物的输送方向,风速决定污染物的输送能力,风速越大越利于大气污染物的扩散,反之,当风速越小,城市中就会大量堆积污染物,导致空气质量恶化。表3根据环保部网站公布的空气质量指数数据,选取泉州市不同季节污染天气和洁净天气条件下气象因子典型特征进行总结,可以发现:从风向上看,夏秋季主要受偏南向风控制;如2.1节所述,泉州市区西南方向是泉州市主要的工业聚集地,同时西南和南方方向的建筑活动较多,所以西南方向工业区产生的粉尘等污染物会对市区的环境质量产生直接影响;冬春季主要受偏北向风控制(林奕艺,2018),泉州市区东北和西北方向排放的污染物容易被携带到市区来,比如泉港区的石化产业排放。而在不同季节中,一旦泉州市处于均压场控制时,其气团相对稳定,风速较小,不利于污染物的扩散,这时候极易引起轻污染天气。
表3   泉州市各个季节污染天气和洁净天气气象条件对比
季节
Season
类型
Type
典型日期
Typical date
风速
Wind speed /(m/s)
典型特征
Characteristic
春季
Spring
洁净型
Clean episode
2016-03-101.5—3.0高压控制,等压线密集,风速偏大。
Intensive isobar, high WS, surface pressure field was mainly controlled by the high pressure.
污染型
Polluted episode
2016-03-30、2016-03-31、2016-04-030.5—1.5等压线稀疏,气团稳定少动,风速偏小。
Sparse isobar, stable air mass, low WS.
夏季
Summer
洁净型
Clean episode
2016-07-08、2016-07-092.0—4.0气压偏低,盛行东南风,风速偏大。
Relatively low air pressure, prevailing southeasterly winds with high WS.
污染型
Polluted episode
2016-07-271.5—2.0等压线稀疏,风速偏小,盛行偏南风。
Sparse isobar, low WS with prevailing south wind.
秋季
Autumn
洁净型
Clean episode
2016-10-092.0—2.5等压线密集,近地面盛行偏南风,风速偏大。
Intensive isobar, high WS with slants south wind.
污染型
Polluted episode
2016-11-041.0—1.5等压线稀疏,基本处于均压场内,风速偏小。
Sparse isobar, uniform pressure field, low WS.
冬季
Winter
洁净型
Clean episode
2016-01-22、2016-01-231.5—2.5近地面盛行偏北风,等压线密集,风速偏大。
Intensive isobar, high WS with slants north wind.
污染型
Polluted episode
2016-02-08、2016-02-091.0—1.5均压场,气团稳定少动,盛行偏北风,风速偏小。
Uniform pressure field, stable air mass, low WS with prevailing north wind.
3   综合防治与控制对策
总体而言,泉州市空气质量较好,其空气质量主要受到不利气象因素的影响,再加上泉州地区地形因素导致污染物易在老城区累积,同时污染物的远距离传输(如珠江三角洲和长江三角洲等)叠加也会造成泉州地区污染物短期超标的现象,本节结合不同季节的气象条件差异,讨论不同情景下如何通过控制本地的污染源排放,达到综合防治空气质量污染的目的。
(1)夏季
图2(a)为夏季泉州市区污染发生的示意图以及对各站点的影响,图中橘黄色区域代表泉州市西南方向主要工业区所在地理位置,绿色箭头表示污染物传输方向。老城区代表为涂山街、新城区代表为万安和东海、背景点代表为清源山。泉州市区西南方向是泉州市主要的工业聚集地,同时西南和南方方向的建筑活动也较多。夏秋季泉州市主导风向为西南风和南风,所以西南方向工业区产生的粉尘等污染物会对市区的环境质量产生明显影响,老城区(以涂山街为例)四周有山脉的影响,所以西南或南方方向传输过来的污染物受地形阻拦,容易就地打转积累,造成污染物浓度较高;反之,新城区(以万安站点和东海站点为例)四周环境较为空旷,西南或南方方向传输过来的污染物相对容易扩散,清源山站点海拔相对较高,颗粒物污染影响相对较小。
因此,当夏季泉州市区发生西南方向主导的环境污染时,要首控粉尘排放,结合西南方向工业生产区和区域管理采取一定措施,如:粉尘排放企业管理,强制粉尘类行业加强粉尘控制工作,在建陶、石材企业的生产工艺过程中以及原材料堆放区域内加强粉尘的控制手段;道路扬尘管理,控制重型机动车辆道路转运,实施车辆限行;建筑扬尘管理,对城市改造区域,城乡结合部大面积裸露区域进行覆盖操作,防止扬尘发生;同时在重污染天气停止建筑工地施工,粉尘材料堆放区需进行覆盖,进出车辆需进行清洗工作,以防止建筑区域粉尘被带入道路中,增加道路粉尘量和二次扬尘;以及局地排放管理,减少夜间的烧烤活动,加强餐饮行业的减排措施。
(2)冬季
图2(b)为冬季泉州市区污染发生的示意图以及对各站点的影响,如图所示,绿色箭头表示主导风向冬季泉州市主导风向为东北风和西北风,所以新、老城区均会受北方方向的污染物传输影响,清源山站点因为海拔的原因,受影响程度相对较小。同时,泉州市区东北和西北方向排放的污染物容易被携带到市区来,比如泉港区的石化产业排放。
综上,当冬季泉州市区发生北方方向主导的环境污染时,首先明确主要是受西北方向还是东北方向影响,主控该方向上的工业生产活动,但是北方方向上的工业企业相对南方方向要少很多,所以除了对工业生产活动进行限制之外,更重要的是基于站点周围环境采取一定措施,如:老城区需要控制机动车运行量,同时也需要减少站点周围的人为排放活动;对于新城区,主控站点周围的局地排放源,其周围环境的建筑施工活动需减少或停止,生活类排放(如夜间的露天烧烤)也需适当减少;以及加强东北方向石化工业的管理控制,对其排放的VOCs加强整治。
(3)春、秋季
春、秋季(尤其以3月和11月最为典型)处于两种气团的交替控制中,两者为此消彼长的关系,往往导致在这个时期容易导致地面均压场的生成,气团稳定不动,污染物相对其他时期更容易累积。在此阶段中,往往易叠加到区域外污染源的远距离输送影响,一旦遇到静风天气,易造成污染物浓度的急剧升高。虽然对于远源污染物的产生和传输过程均不能控制,但是可以根据其传输的气象条件特征进行提前预判,进而对本区域内的污染物排放进行提前控制,控制思路为以减少工业面源排放为主,降低点源排放为辅。


图2   (a)夏季泉州市西南及南方方向污染物传输对泉州的影响 (b)冬季泉州市西北及东北方向污染物传输对泉州的影响
Fig.2 Transport pathway of pollutants (a) in summer; (b) in winter


 
3   结论
(1)总体而言,泉州市环境质量较好。受气象条件、地形因素和本地区产业布局因素影响,易在3月、7月和11月出现污染过程。
(2)本文通过分析不同季节主控气团、气象条件,结合地形和产业布局等因素对空气质量的影响,建议在不同季节针对不同产业进行差别化管理。
(3)各季节管控措施:冬季优先控制东北方向的石化排放;夏季主要控制西南与南向建陶和石材业;春秋季,因为均压场的出现导致气团稳定不动,污染物相对其他时期更容易累积,此阶段中,一旦叠加到区域外污染源的远距离输送影响,则会出现短时间内污染物浓度的急剧升高,因此,需根据其传输的气象条件特征进行提前预判,在无法对区域外污染物远源输送行政干预的情况下,要对本地污染物排放进行控制,控制思路为以减少工业面源排放为主,降低点源排放为辅。
致谢
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稿件与作者信息
陈璋琪
陈璋琪, E-mail:13505006698@163.com
出版历史
出版时间: 2018年12月30日 (版本3
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地球环境学报
Journal of Earth Environment