祝合勇,楊太保,金慶森

(1.蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州 730000;2.蘭州市環(huán)境保護(hù)局,甘肅 蘭州 730000)

蘭州市是甘肅省的省會(huì),西北工業(yè)重鎮(zhèn)。位于青藏高原東北側(cè)的黃河河谷盆地,南北兩側(cè)群山環(huán)抱 (南面皋蘭山海拔 2129m,北面九州臺(tái) 2067m),東西兩側(cè)峽口狹窄,是我國(guó)典型的山地城市。城市建成區(qū)面積約為 169km2,4個(gè)區(qū)人口 190萬(wàn)人左右。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展和能源消耗的迅速增加,蘭州市面臨的環(huán)境壓力越來(lái)越大,尤其是城區(qū)大氣污染問(wèn)題日益突出。現(xiàn)階段,我國(guó)正處在西部大開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵時(shí)期,而蘭州市作為西北重鎮(zhèn),在西部大開(kāi)發(fā)中扮演著經(jīng)貿(mào)中心、工業(yè)中心、交通與信息中心和技術(shù)創(chuàng)新中心的重要角色。為把握好這一契機(jī),利用一切有利條件,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的平穩(wěn)健康發(fā)展和居民生活水平的快速穩(wěn)步提高,更好地發(fā)揮蘭州在西北經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的凝聚、組合和帶動(dòng)作用[1],改善蘭州市的空氣質(zhì)量就顯得尤為重要。

本文根據(jù)蘭州市 2002～2009年間大氣質(zhì)量常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),分析了蘭州市大氣污染現(xiàn)狀及特征,并對(duì)其成因和防治對(duì)策作了初步的分析和探討。

1 資料來(lái)源及處理

1.1 資料來(lái)源

蘭州市有兩個(gè)空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站,一個(gè)是位于西固三類(lèi)區(qū)的蘭煉賓館,另一個(gè)是位于城關(guān)區(qū)的生物制品研究所。本文所用資料來(lái)源于這兩個(gè)空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站 2002～2009年的常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理[2]

本文采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行計(jì)算,將蘭煉賓館和生物制品所的 3種主要大氣污染物的常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均,分別得 PM10、SO2、NO2的年平均和季平均濃度,并借助 Excel作相關(guān)圖表進(jìn)行分析。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 大氣污染現(xiàn)狀

2.1.1 大氣污染物濃度年際變化

表 1 3種主要大氣污染物年均濃度統(tǒng)計(jì)表 (mg/m3)

結(jié)合表 1、圖 1可以看出,2002～2009年 8a中,蘭州市城區(qū) PM10年均濃度變化可分為 3個(gè)階段:其一,PM10年均濃度在 2002～2005年呈現(xiàn)明顯的逐年下降趨勢(shì),由 2002年的 0.199mg/m3下降到 2005年的 0.157mg/m3,年均下降 0.014mg/m3;其二,到 2006年又急劇上升到 0.192mg/m3,與 2002年的最高濃度基本持平;其三,在 2007年和 2008年又下降到最近 8a的相對(duì)低值,分別為0.129mg/m3和 0.132mg/m3,而在 2009年又出現(xiàn)較強(qiáng)的反彈?？傮w來(lái)看,2002～2009年 8a中,PM10年均濃度均超過(guò)國(guó)家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3],說(shuō)明蘭州市城區(qū)大氣污染物主要為 PM10。在 2006年之所以會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈反彈,主要是受沙塵暴及浮塵天氣的影響。2006年,蘭州市出現(xiàn)沙塵暴及浮塵天氣 13次,與上年相比增加 8次之多,最嚴(yán)重時(shí) PM10濃度為 5.254mg/m3,是上年度的 5.5倍,嚴(yán)重影響了蘭州市空氣質(zhì)量[4]。而在 2009年之所以出現(xiàn)較大反彈,PM10濃度比上年上升了 13.6%。分析其原因,一方面是由于該年沙塵暴及浮塵天氣的強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng)的緣故,2009年共發(fā)生 5次沙塵暴及浮塵天氣,分別為 2月 1次、3月 3次、4月 1次,其中有 4次沙塵暴的可吸入顆粒物濃度最高值 >1mg/m3,最大濃度達(dá) 3.966mg/m3;2008年同期只有 2次,沙塵暴的濃度最高值 >1mg/m3,最大濃度達(dá) 1.049mg/m3;另一方面是由于 “西熱東輸工程”、“天然氣管網(wǎng)工程”和城區(qū) “污水全收集全處理”工程的全面啟動(dòng),道路開(kāi)挖鋪設(shè)管道,從而造成了揚(yáng)塵,導(dǎo)致可吸入顆粒物的增加[5]。

從 SO2年均濃度變化情況來(lái)看,2002～2009年 8a中,蘭州市城區(qū) SO2年均濃度在前 5a總體上呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì),由 2002年的 0.080mg/m3下降到 2006年的 0.057mg/m3,首次達(dá)到國(guó)家GB3095-1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。而在最近 3a里,除 2008年出現(xiàn)較大反彈外,2007年和 2009年均穩(wěn)定在 2006年的水平上,均達(dá)到國(guó)家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

從NO2年均濃度變化情況來(lái)看,2002～2009年 8a中,蘭州市城區(qū)NO2年均濃度在前 4a呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì),由 2002年的 0.057mg/m3下降到2005年的 0.038mg/m3,首次達(dá)到國(guó)家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》2級(jí)標(biāo)準(zhǔn);而最近 4a,NO2年均濃度在 2005年的基礎(chǔ)上總體上有較大幅度的增加,且呈現(xiàn)穩(wěn)定的波動(dòng)變化,其波動(dòng)范圍在0.040～0.055mg/m3,均超過(guò)國(guó)家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》2級(jí)標(biāo)準(zhǔn),尤其在 2006年和2008年,NO2年均濃度分別高達(dá) 0.052mg/m3、0.055mg/m3,分別超出國(guó)家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》2級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 0.012mg/m3、0.015mg/m3。

2.1.1 大氣污染物濃度季度變化

2.1.1.1 PM10

表 2 PM10統(tǒng)計(jì)表 (mg/m3)

從表 2、圖 2可以看出,蘭州市城區(qū)近 8aPM10日平均濃度 1季度為 0.214mg/m3,2季度為0.151mg/m3,3季度為 0.098mg/m3,4季度為0.202mg/m3,濃度變化呈 V型,1、4季度最高,2季度次之,3季度最低。1、4季度的濃度均為 3季度的 2倍多,2季度的濃度為 3季度的 1.54倍。國(guó)家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》2級(jí)標(biāo)準(zhǔn) PM10日平均濃度為 0.150mg/m3,結(jié)果表明:1、4季度的 P M10污染最為嚴(yán)重,尤其是 1季度,而 2季度的 PM10污染也較為嚴(yán)重,3季度的 PM10污染程度最輕。

2.1.1.2 SO2

表 3 SO2統(tǒng)計(jì)表 (mg/m3)

從表 3、圖 3可以看出,蘭州市城區(qū)近 8a SO2日平均濃度 1季度為 0.102mg/m3,2季度為0.045mg/m3,3季度為 0.039mg/m3,4季度為0.092mg/m3,濃度變化呈 U型,1季度最高,4季度次之,2、3季度相對(duì)較低,1、4季度的濃度均為 2、3季度的 2倍多。國(guó)家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》2級(jí)標(biāo)準(zhǔn) SO2日平均濃度為0.150mg/m3,結(jié)果表明:1、4季度是 SO2污染最嚴(yán)重的時(shí)間,尤其是 1季度,而 2、3季度的 SO2污染程度較輕。

2.1.1.3 NO2

表 4 NO2統(tǒng)計(jì)表 (mg/m3)

從表 4、圖 4可以看出,蘭州市城區(qū)近 8a NO2日平均濃度 1季度為 0.054mg/m3,2季度為0.035mg/m3,3季度為 0.034mg/m3,4季度為0.065mg/m3,濃度變化呈 U型,4季度最高,1季度次之,2、3季度相對(duì)較低。4季度的 NO2濃度是 2、3季度的將近 2倍。國(guó)家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》2級(jí)標(biāo)準(zhǔn) NO2日平均濃度為0.080mg/m3,結(jié)果表明:4季度是 NO2污染最嚴(yán)重的時(shí)間,1季度的 NO2污染較嚴(yán)重,而 2、3季度的 NO2污染程度最輕。

2.2 成因分析

2.2.1 地理與氣候因素

(1)靜風(fēng)和逆溫頻率高

蘭州是典型的山地城市,河谷盆地內(nèi)氣流閉塞,其主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng),頻率為 37.1%,全年靜風(fēng)和小風(fēng)日數(shù)占 60%以上[6];特別是在冬季,靜風(fēng)頻率高達(dá) 81.7%左右;蘭州城區(qū)的逆溫層結(jié)構(gòu)比較特殊,逆溫層厚,強(qiáng)度大,而且底部低[7]。由于靜風(fēng)和逆溫頻率高,造成蘭州市大氣的穩(wěn)定度較高,不利于污染物的稀釋和擴(kuò)散,從而造成嚴(yán)重的大氣污染。

(2)干旱少雨

蘭州市地處內(nèi)陸,大陸性季風(fēng)氣候明顯,氣候干燥,是典型的半干旱內(nèi)陸地區(qū)。蘭州市年均降水量少 (約 360mm),且季節(jié)分布不均勻,特別是春、冬季降水少,不利于污染物的稀釋和沉降;同時(shí),氣候干旱不利于植物生長(zhǎng),地表植被覆蓋率不高也不利于污染物的凈化[8]。

(3)自然降塵量大,春季沙塵暴和浮塵天氣頻發(fā)

蘭州市地處黃土高原,位于河西走廊下流,氣候干旱,植被稀疏。位于蘭州北邊的九洲臺(tái)是全國(guó)乃至世界風(fēng)成黃土層最厚的地區(qū),再加上河西地區(qū)沙塵暴頻發(fā),從而造成嚴(yán)重的自然降塵。蘭州春季是蘭州市沙塵暴的多發(fā)期,其中 4月份出現(xiàn)最多,而浮塵天氣一年四季都會(huì)出現(xiàn)[9],從而導(dǎo)致 PM10濃度偏高,嚴(yán)重影響蘭州市的空氣質(zhì)量。沙塵暴高峰期,帶來(lái)比平日高出數(shù)倍甚至數(shù)十倍的沙塵,致使 PM10濃度迅速升高,空氣質(zhì)量嚴(yán)重惡化。

2.2.2 污染源分析

(1)工業(yè)污染

表 5 蘭州市 2002～2009年工業(yè)廢氣排放總量

蘭州市是以石油化工為主,冶金、機(jī)電、建材等協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合性工業(yè)城市,其工業(yè)能源均以煤炭為主,輔之以燃料油、燃料氣和焦炭。據(jù)蘭州市2002年的城市污染源調(diào)查結(jié)果顯示,全市燃煤量為 450.88萬(wàn) t,占總能耗的 64.87%,燃油量、燃?xì)饬亢徒固肯牧糠謩e占總能耗的 24.56%、10.43%和 0.14%[10]。這種以煤炭為主,油、氣和少量焦炭為輔的能源結(jié)構(gòu)使得蘭州市大氣污染物排放量較大,尤其是煙塵和 SO2的排放量較大。表 5為蘭州市 2002～2009年工業(yè)廢氣 (SO2、NOX、煙塵粉塵)排放總量情況。結(jié)果表明,近 8a來(lái)蘭州市工業(yè)廢氣年均排放總量達(dá)到 13.1萬(wàn) t之多,計(jì)算得出,蘭州市 1km2的大氣污染物排放量高達(dá)10000kg/h以上,而蘭州市整個(gè)城區(qū)的大氣環(huán)境容量大約為 3000～4000kg/h[11],由此可見(jiàn),近 8a蘭州市工業(yè)大氣污染物排放強(qiáng)度高達(dá)大氣環(huán)境容量的3倍左右,工業(yè)污染源對(duì)蘭州市大氣污染的貢獻(xiàn)作用巨大。

(2)交通污染

與其他城市一樣,蘭州市也同樣存在著機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣造成大氣污染加劇的嚴(yán)峻問(wèn)題。隨著蘭州市機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量的突飛猛進(jìn),機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染問(wèn)題日益突出,對(duì)空氣質(zhì)量的影響也越來(lái)越大。2002年蘭州市的機(jī)動(dòng)車(chē)保有量為 16.5萬(wàn)輛,截至 2009年年底,機(jī)動(dòng)車(chē)已達(dá) 33.2萬(wàn)輛之多,相比 2002年翻了一番。2002～2009年 8a間,蘭州市機(jī)動(dòng)車(chē)年均增長(zhǎng)率高達(dá) 10.5%。機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的主要污染物為 CO、HC、NOX,其大氣分擔(dān)率分別達(dá)到71.8%、72.9%和 33.8%[12]。隨著機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量的不斷攀升,而研制節(jié)能環(huán)保型機(jī)車(chē)和使用清潔能源的步伐相對(duì)較慢,加上蘭州城區(qū)受狹長(zhǎng)地形的限制,城市交通道路的發(fā)展跟不上機(jī)動(dòng)車(chē)的增長(zhǎng)速度,城區(qū)車(chē)輛擁擠、交通堵塞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,造成大氣中 NOX含量增加,NOX濃度升高,導(dǎo)致空氣質(zhì)量惡化。

(3)采暖污染源及其他污染源

蘭州市的采暖期為每年的 1、2、3、11、12月份,在此期間,供熱企業(yè)的鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),燃煤量急劇增加,SO2和煙塵污染物也相應(yīng)大量增加。而在此期間,蘭州市靜風(fēng)頻率和逆溫頻率猶高,不利于污染物的稀釋和擴(kuò)散。從而加劇了 1、4季度的大氣污染。

其他污染源主要是指居民日常生活使用的爐灶,盡管其能源消耗相對(duì)較少,但因其分布廣而分散,且使用過(guò)程中無(wú)任何處理,污染物直接排放到大氣中,因而對(duì)大氣污染也有一定的貢獻(xiàn)作用。

2.3 對(duì)策建議

(1)加快能源結(jié)構(gòu)調(diào)整,提高城市清潔能源比例。以天然氣、太陽(yáng)能、電能等清潔能源建設(shè)為著眼點(diǎn),充分利用 “澀 -寧 -蘭天然氣輸氣管網(wǎng)工程” (“西氣東輸”工程之一,指澀北,西寧,蘭州)這一有利條件,積極推進(jìn)煤改氣工程,逐步提高天然氣在能源結(jié)構(gòu)中的比重;充分利用蘭州市擁有豐富的日照時(shí)間這一有利條件,大力推進(jìn)太陽(yáng)能的發(fā)展和利用;另外,蘭州市是國(guó)內(nèi)唯一的黃河貫穿市區(qū)的城市,具有開(kāi)發(fā)水電資源的有利自然條件,因地制宜開(kāi)發(fā)水電,其優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。

(2)加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,優(yōu)化工業(yè)布局。加快第三產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,形成有利于資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的產(chǎn)業(yè)體系;鼓勵(lì)企業(yè) “出城入園”、退城進(jìn)郊,減輕部分重污染、高能耗的企業(yè)對(duì)蘭州市城區(qū)造成的大氣污染。

(3)加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車(chē)管理,防治尾氣污染。加大對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)輛的檢測(cè)力度,嚴(yán)格執(zhí)行機(jī)動(dòng)車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)格禁止柴油型機(jī)車(chē)進(jìn)入市區(qū),對(duì)廢氣排放超標(biāo)的車(chē)輛進(jìn)行檢修和報(bào)廢處理。另外,可以參照北京市在奧運(yùn)期間對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)實(shí)行單雙號(hào)限行的做法,在采暖期對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)實(shí)行單雙號(hào)限行,以減輕 1、4季度的大氣污染。

(4)實(shí)行集中供熱,綜合防治大氣污染。把生產(chǎn)用熱和生活用熱結(jié)合起來(lái),以集中供熱方式替代分散供熱方式,綜合回收利用各種余熱資源,取締分散供熱的小鍋爐,減少一次能源消耗量。

(5)鑒于居民生活對(duì)環(huán)境的影響也日益增加,取締燃煤爐灶,積極推進(jìn)天然氣、電能、太陽(yáng)能的使用,全面推廣實(shí)施沼氣工程,使農(nóng)村大量的秸桿轉(zhuǎn)化為清潔能源,減少污染物的排放。

(6)加快生態(tài)環(huán)境建設(shè),提高環(huán)境容量。植物有固土蓄水、過(guò)濾各種有害大氣污染物和凈化空氣的功能,因此,植樹(shù)種草是防治大氣污染的較經(jīng)濟(jì)、有效的措施。

3 結(jié)論

(1)蘭州市 3種主要大氣污染物中,PM10污染程度居首,SO2污染和 NO2污染亦較為嚴(yán)重,且PM10的污染程度明顯高于 SO2和 NO2。2002～2009年 8a間,PM10年均濃度均超出國(guó)家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》2級(jí)標(biāo)準(zhǔn),SO2年均濃度僅在 2006年、2007年和 2009年達(dá)到國(guó)家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》2級(jí)標(biāo)準(zhǔn),而 NO2年均濃度則僅在 2005年達(dá)到國(guó)家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)2002～2009年,蘭州市城區(qū)的 PM10年均濃度總體上呈下降的趨勢(shì),說(shuō)明蘭州市城區(qū)的PM10污染程度總體上有所減輕。但在 2006年和2009年亦出現(xiàn)反彈,其中 2006年主要是受沙塵暴和浮塵天氣的強(qiáng)烈影響,而 2009年則是受沙塵暴和浮塵天氣以及由于道路開(kāi)挖而引起揚(yáng)塵的共同影響;SO2年均濃度在前 5a呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì),而最近 3a除了 2008年出現(xiàn)較大反彈外,2007年、2009年均穩(wěn)定在 2006年的水平上。這說(shuō)明近 8a來(lái)蘭州市城區(qū)的 SO2污染程度總體上有所減輕并趨于穩(wěn)定;NO2年均濃度在前 4a呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì),而在近 4a呈現(xiàn)穩(wěn)定的波動(dòng)變化,且在 2005年的基礎(chǔ)上有較大幅度的增加。這說(shuō)明蘭州市城區(qū)的NO2污染程度近 4a來(lái)有所加劇,應(yīng)當(dāng)引起高度重視。

(3)蘭州市大氣污染存在明顯的季度變化規(guī)律,PM10濃度的季度變化呈 V型,1、4季度最高,2季度次之,3季度最低,峰值為 1季度;SO2和NO2濃度的季度變化均呈 U型,1、4季度明顯較高,2、3季度則相對(duì)較低,其峰值則分別為 1季度和 4季度。之所以出現(xiàn)這種明顯的變化特征,在1、4季度污染最為嚴(yán)重,一方面是由于采暖期大氣污染物排放急劇增加的原因,同時(shí)也受到冬季靜風(fēng)和逆溫頻率高、降水少、植被狀況差等因素的綜合影響;而在 2、3季度污染相對(duì)較輕,其中 3季度最輕,這主要得益于在此期間大氣污染物排放相對(duì)較少,氣象、氣候條件相對(duì)較好和植被狀況較好等因素。因此,防治蘭州市的大氣污染,關(guān)鍵是要抓好 1、4季度的大氣污染防治工作。

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