祝合勇,楊太保,金慶森

(1.蘭州大學資源環(huán)境學院西部環(huán)境教育部重點實驗室,甘肅 蘭州 730000;2.蘭州市環(huán)境保護局,甘肅 蘭州 730000)

蘭州市是甘肅省的省會,西北工業(yè)重鎮(zhèn)。位于青藏高原東北側的黃河河谷盆地,南北兩側群山環(huán)抱 (南面皋蘭山海拔 2129m,北面九州臺 2067m),東西兩側峽口狹窄,是我國典型的山地城市。城市建成區(qū)面積約為 169km2,4個區(qū)人口 190萬人左右。

隨著社會經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展和能源消耗的迅速增加,蘭州市面臨的環(huán)境壓力越來越大,尤其是城區(qū)大氣污染問題日益突出。現(xiàn)階段,我國正處在西部大開發(fā)的關鍵時期,而蘭州市作為西北重鎮(zhèn),在西部大開發(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創(chuàng)新中心的重要角色。為把握好這一契機,利用一切有利條件,實現(xiàn)經(jīng)濟社會的平穩(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)濟建設中的凝聚、組合和帶動作用[1],改善蘭州市的空氣質量就顯得尤為重要。

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

1 資料來源及處理

1.1 資料來源

蘭州市有兩個空氣自動監(jiān)測站,一個是位于西固三類區(qū)的蘭煉賓館,另一個是位于城關區(qū)的生物制品研究所。本文所用資料來源于這兩個空氣自動監(jiān)測站 2002～2009年的常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理[2]

本文采用數(shù)理統(tǒng)計的方法進行計算,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)測數(shù)據(jù)進行算術平均,分別得 PM10、SO2、NO2的年平均和季平均濃度,并借助 Excel作相關圖表進行分析。

2 結果分析與討論

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)計表 (mg/m3)

結合表 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,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的相對低值,分別為0.129mg/m3和 0.132mg/m3,而在 2009年又出現(xiàn)較強的反彈。總體來看,2002～2009年 8a中,PM10年均濃度均超過國家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質量標準》2級標準[3],說明蘭州市城區(qū)大氣污染物主要為 PM10。在 2006年之所以會出現(xiàn)強烈反彈,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,最嚴重時 PM10濃度為 5.254mg/m3,是上年度的 5.5倍,嚴重影響了蘭州市空氣質量[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度相對較強的緣故,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 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 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,道路開挖鋪設管道,從而造成了揚塵,導致可吸入顆粒物的增加[5]。

從 SO2年均濃度變化情況來看,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,由 2002年的 0.080mg/m3下降到 2006年的 0.057mg/m3,首次達到國家GB3095-1996《環(huán)境空氣質量標準》2級標準。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,均達到國家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質量標準》2級標準。

從NO2年均濃度變化情況來看,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,由 2002年的 0.057mg/m3下降到2005年的 0.038mg/m3,首次達到國家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質量標準》2級標準;而最近 4a,NO2年均濃度在 2005年的基礎上總體上有較大幅度的增加,且呈現(xiàn)穩(wěn)定的波動變化,其波動范圍在0.040～0.055mg/m3,均超過國家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質量標準》2級標準,尤其在 2006年和2008年,NO2年均濃度分別高達 0.052mg/m3、0.055mg/m3,分別超出國家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質量標準》2級標準 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。國家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質量標準》2級標準 PM10日平均濃度為 0.150mg/m3,結果表明:1、4季度的 P M10污染最為嚴重,尤其是 1季度,而 2季度的 PM10污染也較為嚴重,3季度的 PM10污染程度最輕。

2.1.1.2 SO2

表 3 SO2統(tǒng)計表 (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季度相對較低,1、4季度的濃度均為 2、3季度的 2倍多。國家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質量標準》2級標準 SO2日平均濃度為0.150mg/m3,結果表明:1、4季度是 SO2污染最嚴重的時間,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季度相對較低。4季度的 NO2濃度是 2、3季度的將近 2倍。國家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質量標準》2級標準 NO2日平均濃度為0.080mg/m3,結果表明:4季度是 NO2污染最嚴重的時間,1季度的 NO2污染較嚴重,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)靜風和逆溫頻率高

蘭州是典型的山地城市,河谷盆地內氣流閉塞,其主導風向為東北風,頻率為 37.1%,全年靜風和小風日數(shù)占 60%以上[6];特別是在冬季,靜風頻率高達 81.7%左右;蘭州城區(qū)的逆溫層結構比較特殊,逆溫層厚,強度大,而且底部低[7]。由于靜風和逆溫頻率高,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散,從而造成嚴重的大氣污染。

(2)干旱少雨

蘭州市地處內陸,大陸性季風氣候明顯,氣候干燥,是典型的半干旱內陸地區(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,氣候干旱不利于植物生長,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是全國乃至世界風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出現(xiàn)[9],從而導致 PM10濃度偏高,嚴重影響蘭州市的空氣質量。沙塵暴高峰期,帶來比平日高出數(shù)倍甚至數(shù)十倍的沙塵,致使 PM10濃度迅速升高,空氣質量嚴重惡化。

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、機電、建材等協(xié)調發(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年的城市污染源調查結果顯示,全市燃煤量為 450.88萬 t,占總能耗的 64.87%,燃油量、燃氣量和焦炭消耗量分別占總能耗的 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構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。結果表明,近 8a來蘭州市工業(yè)廢氣年均排放總量達到 13.1萬 t之多,計算得出,蘭州市 1km2的大氣污染物排放量高達10000kg/h以上,而蘭州市整個城區(qū)的大氣環(huán)境容量大約為 3000～4000kg/h[11],由此可見,近 8a蘭州市工業(yè)大氣污染物排放強度高達大氣環(huán)境容量的3倍左右,工業(yè)污染源對蘭州市大氣污染的貢獻作用巨大。

(2)交通污染

與其他城市一樣,蘭州市也同樣存在著機動車尾氣造成大氣污染加劇的嚴峻問題。隨著蘭州市機動車數(shù)量的突飛猛進,機動車尾氣污染問題日益突出,對空氣質量的影響也越來越大。2002年蘭州市的機動車保有量為 16.5萬輛,截至 2009年年底,機動車已達 33.2萬輛之多,相比 2002年翻了一番。2002～2009年 8a間,蘭州市機動車年均增長率高達 10.5%。機動車尾氣排放的主要污染物為 CO、HC、NOX,其大氣分擔率分別達到71.8%、72.9%和 33.8%[12]。隨著機動車數(shù)量的不斷攀升,而研制節(jié)能環(huán)保型機車和使用清潔能源的步伐相對較慢,加上蘭州城區(qū)受狹長地形的限制,城市交通道路的發(fā)展跟不上機動車的增長速度,城區(qū)車輛擁擠、交通堵塞現(xiàn)象時有發(fā)生,造成大氣中 NOX含量增加,NOX濃度升高,導致空氣質量惡化。

(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)的鍋爐滿負荷運轉,燃煤量急劇增加,SO2和煙塵污染物也相應大量增加。而在此期間,蘭州市靜風頻率和逆溫頻率猶高,不利于污染物的稀釋和擴散。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較少,但因其分布廣而分散,且使用過程中無任何處理,污染物直接排放到大氣中,因而對大氣污染也有一定的貢獻作用。

2.3 對策建議

(1)加快能源結構調整,提高城市清潔能源比例。以天然氣、太陽能、電能等清潔能源建設為著眼點,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,積極推進煤改氣工程,逐步提高天然氣在能源結構中的比重;充分利用蘭州市擁有豐富的日照時間這一有利條件,大力推進太陽能的發(fā)展和利用;另外,蘭州市是國內唯一的黃河貫穿市區(qū)的城市,具有開發(fā)水電資源的有利自然條件,因地制宜開發(fā)水電,其優(yōu)勢是顯而易見的。

(2)加快產(chǎn)業(yè)結構調整,優(yōu)化工業(yè)布局。加快第三產(chǎn)業(yè)和高新技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,形成有利于資源節(jié)約和環(huán)境保護的產(chǎn)業(yè)體系;鼓勵企業(yè) “出城入園”、退城進郊,減輕部分重污染、高能耗的企業(yè)對蘭州市城區(qū)造成的大氣污染。

(3)加強機動車管理,防治尾氣污染。加大對機動車輛的檢測力度,嚴格執(zhí)行機動車排放標準。嚴格禁止柴油型機車進入市區(qū),對廢氣排放超標的車輛進行檢修和報廢處理。另外,可以參照北京市在奧運期間對機動車實行單雙號限行的做法,在采暖期對機動車實行單雙號限行,以減輕 1、4季度的大氣污染。

(4)實行集中供熱,綜合防治大氣污染。把生產(chǎn)用熱和生活用熱結合起來,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)鑒于居民生活對環(huán)境的影響也日益增加,取締燃煤爐灶,積極推進天然氣、電能、太陽能的使用,全面推廣實施沼氣工程,使農(nóng)村大量的秸桿轉化為清潔能源,減少污染物的排放。

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

3 結論

(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年均濃度均超出國家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質量標準》2級標準,SO2年均濃度僅在 2006年、2007年和 2009年達到國家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質量標準》2級標準,而 NO2年均濃度則僅在 2005年達到國家 GB3095-1996《環(huán)境空氣質量標準》2級標準。

(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,說明蘭州市城區(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烈影響,而 2009年則是受沙塵暴和浮塵天氣以及由于道路開挖而引起揚塵的共同影響;SO2年均濃度在前 5a呈現(xiàn)明顯的下降趨勢,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。這說明近 8a來蘭州市城區(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,而在近 4a呈現(xiàn)穩(wěn)定的波動變化,且在 2005年的基礎上有較大幅度的增加。這說明蘭州市城區(qū)的NO2污染程度近 4a來有所加劇,應當引起高度重視。

(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,同時也受到冬季靜風和逆溫頻率高、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較少,氣象、氣候條件相對較好和植被狀況較好等因素。因此,防治蘭州市的大氣污染,關鍵是要抓好 1、4季度的大氣污染防治工作。

[1]李保知.蘭州在西部大開發(fā)中的地位與機遇 [J].蘭州鐵道學院學報 (社會科學版),2002,19(2).

[2]劉付真,趙智華.衡陽市城區(qū)大氣污染現(xiàn)狀及趨勢分析 [J].湖南環(huán)境生物職業(yè)技術學報,2005,11(4).

[3]GB3095-1996,環(huán)境空氣質量標準 [S].

[6]張鐳,陳長和,李淑霞,等.蘭州城市大氣污染和可能的技術控制措施 [J].環(huán)境科學研究,2000,13(4).

[5]祁斌,王劍鋒,王華,等.蘭州市大氣污染的特點及主要原因分析 [J].陜西氣象,2001,(6).

[6]褚潤,張國珍,謝紅剛.蘭州市大氣污染成因分析 [J].蘭州交通大學學報 (自然科學版),2006,25(4).

[7]芝永華,傅朝,邵志宏.蘭州市沙塵天氣及其對空氣質量的影響 [J].災害學,2007,22(1).

[8]汪新,安興琴.蘭州市污染物排放及能源狀況分析 [J].甘肅科技,2006,22(10).

[9]龍學著,余金香,黃建國,等.蘭州市城區(qū)冬季 SO2大氣環(huán)境容量研究 [M].北京:氣象出版社,1993.

[10]高原,牟瑞芳,王娟.城市機動車尾氣污染及防治措施[J].中國高新技術產(chǎn)業(yè),2008,(13).