張鋒，諸平，周旗

環(huán)境工程

清河流域空氣質(zhì)量的定量評價研究*

張鋒a，諸平b，周旗c

（寶雞文理學院a.化學化工學院；b.學報編輯部；c.陜西省災害監(jiān)測與機理模擬重點實驗室，陜西寶雞721013）

研究了清河流域（清河橋-姚家?guī)X村段）空氣質(zhì)量，用KEC-900正負離子測試儀和KEC-R2型高智能記錄儀進行測量，測量結(jié)果用Origin9.0軟件進行數(shù)據(jù)處理，對其進行分析討論，給出定量評價結(jié)果。實驗結(jié)果表明：清河流域（清河橋-姚家?guī)X段）空氣質(zhì)量觀測結(jié)果：姚家?guī)X橋東溝空氣質(zhì)量最清潔（CI=1.049），土地廟附近空氣質(zhì)量屬于清潔水平（CI=0.728），清河橋附近屬于中等清潔（CI=0.529）,姚家?guī)X村附近屬于允許水平（CI=0.366～0.417）,但是熱力站附近的空氣質(zhì)量屬于中等污染水平（CI=0.140）。并說明人們的生活及生產(chǎn)活動正在對周圍的環(huán)境帶來不同程度的影響，原生態(tài)地段的空氣質(zhì)量最清潔，工業(yè)生產(chǎn)區(qū)污染較為嚴重。

空氣清潔度；清河流域；污染評估

據(jù)WHO的相關報道[1]，2012年因室內(nèi)及周邊空氣污染共同影響造成的死亡人數(shù)超過700萬，按照區(qū)域分類統(tǒng)計結(jié)果和按照疾病分類統(tǒng)計結(jié)果分別列入表1、2，其中LMI表示中低收入；HI表示高收入。

表1 按區(qū)域分類統(tǒng)計結(jié)果Tab.1Classification by region statistic results

表2 按疾病分類[1]Tab.2Classification by disease

另據(jù)文獻報道，估計全球疾病負擔的24%和所有過早死亡的23%是因為環(huán)境因素而造成的；0～14歲的兒童因為環(huán)境問題而死亡的比例達36%。因此，關注我們周圍環(huán)境的變化，了解其變化規(guī)律，隨時根據(jù)實際情況采取應對措施，無論是對于保護環(huán)境，還是對于人體健康都具有重要意義。本文選擇清河流域（從清河橋到姚家?guī)X村）作為研究對象，主要原因是因為清河是屬于渭河南岸從秦嶺山脈流向渭河的十多條支流當中的一條，而且距離寶雞市區(qū)較近，清河附近既有廠區(qū)，也有村莊的，對其環(huán)境空氣質(zhì)量進行科學評價，無疑對企業(yè)發(fā)展和村民健康都具有重要參考價值；同時對于清河流域是否適宜就近出游同樣具有重要意義。

1 觀測地段簡述

本研究觀測地段屬于寶雞市馬營鎮(zhèn)，如果乘坐71路市區(qū)公交車，終點站下車后沿清河岸邊的馬路向南行進，從清河橋開始，向南選擇有標志性的地點進行觀測。其實從清河橋到姚家村之間，除了寶鈦股份有限公司的部分車間，就是一條與清河相伴，向秦嶺深山不斷延伸的道路，因為河谷狹窄，兩岸山勢陡峭，路在山谷間穿行，清河流水潺潺，懸崖峭壁草樹翠綠，雖然尚未看見參天大樹，但是，茂密的灌木草叢將山體全部遮掩，抬頭遠望，一片綠色海洋，到處郁郁蔥蔥。眼前這種景象，自然也有飛播造林的貢獻，再造山川秀美已經(jīng)顯現(xiàn)出的良好生態(tài)效益。

2 觀測儀器及數(shù)據(jù)處理軟件

使用的觀測儀器為KEC-900正負離子測試儀和KEC-R2型高智能記錄儀進行測量，測量范圍設置為H檔（離子濃度范圍為10～19999個·cm-3）,每間隔2s記錄一次監(jiān)測結(jié)果，正、負離子監(jiān)測時間均在4min以上。對于監(jiān)測到的數(shù)據(jù)采用Origin9.0軟件進行統(tǒng)計分析。

3 觀測結(jié)果及分析

本次觀測沿清河向南到姚家?guī)X村村民委員會附近的石橋東溝，沿途選擇清河橋→動力公司2區(qū)北（土地廟）→動力公司2區(qū)熱力站→姚家?guī)X村北→姚家?guī)X村石橋東→姚家?guī)X橋東溝，共選擇了6個觀測點進行了空氣中正、負離子濃度的測量，每個觀測點觀測時間均在10 min左右，保證采集到的正、負離子濃度數(shù)據(jù)分別不低于120組?，F(xiàn)將觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果簡要報告如下，供大家參考。

3.1 正、負離子濃度變化的統(tǒng)計結(jié)果與分析

6個觀測點（清河橋→土地廟→熱力站→姚家?guī)X北→姚家?guī)X橋東→姚家?guī)X橋東溝）的空氣正、負離子濃度觀測統(tǒng)計結(jié)果見表3，空氣正、負離子濃度頻次變化，直方圖統(tǒng)計結(jié)果見圖1。由表3可知，空氣負離子濃度平均值（±標準差）排列順序：姚家?guī)X橋東溝（1 414±452 cations·cm-3）＞土地廟（944±257 c ations·cm-3）＞清河橋（862±217 cations·cm-3）＞姚家?guī)X北（817±301 cations·cm-3）＞姚家?guī)X橋東（784±274 c ations·cm-3）＞熱力站（373±108 cations·cm-3）。而空氣正離子濃度平均值（±標準差）排序為：姚家?guī)X橋東溝（1 907±1 182 c ations·cm-3）＞姚家?guī)X北（1 825±754 cations·cm-3）＞姚家?guī)X橋東（1 473±375 cations·cm-3）＞清河橋（1404±305 cations·cm-3）＞土地廟（1225±483 c ations·cm-3）＞熱力站（996±120 cations·cm-3）。

表3 清河流域空氣中正負離子濃度測定結(jié)果Tab.3Determination of positive and negative ion concentrations in the air of Qinghe River basin

圖1 正、負離子濃度變化的統(tǒng)計結(jié)果Fig.1Statistical results of positive and negative ion concentration changes

盡管圖1和表3都是對空氣正、負離子濃度觀測結(jié)果的統(tǒng)計，由表3可以知道離子濃度的采集樣本大小、平均值、標準差、最大值及最小值；但無法顯示出不同離子濃度的分布情況，而圖1恰好彌補了這一不足，更為直觀地反映出不同正、負離子濃度分布的頻次以及正態(tài)分布的模擬估計。結(jié)合表3和圖1，我們不難理解空氣正、負離子濃度和標準差的變化趨勢，與其周圍環(huán)境有密切關系。以熱力站為例，空氣中正、負離子濃度變化標準差均最小，意味著正、負離子濃度變化幅度不大，相對比較集中。由圖1可知，負離子濃度主要集中在250～550個·cm-3,以300～450個·cm-3為主；正離子濃度變化范圍在800～1200個·cm-3之間，主要集中于900～1100個·cm-3；而且表3中熱力站的正、負離子濃度平均值（分別為373cations·cm-3和996 cations· cm-3）與圖1的正態(tài)分布估計峰值（分別為375 cations·cm-3和1 000 cations·cm-3）是相吻合的。出現(xiàn)這種正、負離子濃度的統(tǒng)計結(jié)果，是因為熱力站以煤作為主要燃，加之其他車間的生產(chǎn)活動過程，都會對環(huán)境大氣質(zhì)量造成一定污染，必然導致空氣正離子濃度較高、負離子濃度較低。為什么表3中清河橋的正、負離子濃度變化標準差僅次于熱力站？是因為在距離清河橋不遠的地方，有一個常年進行石料開采的企業(yè)，不僅對山體植被有破壞，而且對大氣環(huán)境也會造成一定的粉塵污染，同時也對清河水造成污染。但是清河橋與熱力站有所不同，熱力站周圍是四面環(huán)山，而清河橋是處在入山口處，三面環(huán)山，北面是相對比較開闊的渭河川道，污染物容易擴散，故對于清河橋的正、負離子濃度的影響相對較小。由圖1清河橋的正、負離子濃度正態(tài)分布估計峰值，分別為850 cations·cm-3和1400cations·cm-3，與表1的統(tǒng)計結(jié)果清河橋的正負離子濃度平均值（分別為862 cations·cm-3和1404cations·cm-3）是基本一致的。土地廟和姚家?guī)X北的正離子濃度標準差較大（見表3），因為土地廟和姚家?guī)X北正好處于距離熱力站及2區(qū)生產(chǎn)車間較近的南北方向，熱力站及2區(qū)生產(chǎn)車間對于空氣造成的污染，導致大氣中正離子濃度較高，受氣流影響而向附近擴散所致。圖1中土地廟和姚家?guī)X北的正離子濃度峰值與熱力站正離子濃度峰值的統(tǒng)計結(jié)果是基本吻合的，這更進一步證明了熱力站所造成的污染，隨氣流擴散對附近正離子濃度變化帶來影響的推測是正確的。再來分析姚家?guī)X橋東的正離子濃度較高，負離子濃度較低的原因，可能受兩方面因素影響：其一是姚家村村民委員會附近正在進行河道維修；其二是橋頭有車間和料場；這些人為因素可能是導致上述結(jié)果的主因。而橋東溝的正、負離子濃度測定標準差較大，特別是正離子標準差達到1182.36，表明采集到的141個空氣正離子濃度之間，變化幅度很大。出現(xiàn)這種情況自然與橋頭附近的人為污染狀況有關。而且橋東溝相對比較狹窄，溝中間有一條小溪，山間留下來的水經(jīng)小溪匯入清河，溝兩邊山勢陡峭，灌木叢茂密，這樣的原生態(tài)環(huán)境，正常情況應該是負離子濃度相對較高，而正離子濃度相對較低。但是受橋頭附近人為因素（如河道維修、工業(yè)生產(chǎn)、村民生活等）影響，橋頭附近的污染物隨氣流擴散不時涌入東溝內(nèi)，必然會造成正離子濃度的急劇變化，反映在統(tǒng)計結(jié)果中必然出現(xiàn)標準差很大。由圖1可知，姚家?guī)X橋東溝的正離子濃度在1000～1550 cations·cm-3出現(xiàn)的頻次最多，而正好與姚家?guī)X橋東觀測的正離子濃度（1000～1400 cations·cm-3）的高頻分布基本一致。由此，我們不難理解姚家?guī)X橋東溝的正離子濃度變化標準差大的原因，是因為受到姚家?guī)X橋東附近的正離子濃度擴散影響所致。

3.2 離子濃度方差分析

正、負離子濃度的方差分析結(jié)果見表4、5。

表4 負離子方差分析結(jié)果Tab.4Variance analysis results of anion ion

表5 正離子方差分析結(jié)果Tab.5Variance analysis results of positive ion

由表4、5可知，無論是空氣中的正離子濃度還是負離子濃度的平均值之間均在0.01水平上存在顯著性差異，這種結(jié)果也進一步證明了人們的生活和生產(chǎn)活動正在對周圍的空氣質(zhì)量產(chǎn)生著不同程度的影響。因此，及時掌握污染動態(tài)，采取有效措施，盡力減少污染，保護環(huán)境，促進人與自然和諧共存，經(jīng)濟增長和保護環(huán)境同步發(fā)展應該成為我們的行為準則。

3.3 q及CI計算結(jié)果

對于空氣中有關負離子濃度的評價指標有多種[3]，就其空氣負離子本身而言，世界衛(wèi)生組織對新鮮空氣中負離子濃度界定為1000～1500cations· cm-3。但是，也有人認為，當負離子濃度值≤100 c ations·cm-3時，空氣清新度指數(shù)預報等級為1級，不利于人體健康;當濃度值為100～500cations·cm-3時，空氣清新度指數(shù)為2級，與健康的關系較一般;當濃度值為510～1000 cations·cm-3時，空氣清新度指數(shù)為3級，有利于健康;當濃度值為1010～1500 cations·cm-3時，空氣清新度指數(shù)為4級，相當有利于健康;當濃度值超過2000cations·cm-3時，空氣清新度指數(shù)為5級，極有利于健康。

石強等人[4，5]將森林環(huán)境中空氣負離子濃度水平分為6個等級,即大于3000cations·cm-3為Ⅰ級, 2000～3000cations·cm-3為Ⅱ級,1500～2000cations· cm-3為Ⅲ級,1000～1500 c ations·cm-3為Ⅳ級, 400～1000cations·cm-3為Ⅴ級,400cations·cm-3以下為Ⅵ級。他們又根據(jù)不同負離子濃度對人體的生物學效應,將上述標準分為臨界濃度（400個·cm3）、允許濃度（400～1000個·cm3）以及保健濃度（＞1000個·cm3）3個級別[4]。黃彥柳等人認為[6]，當空氣中負離子濃度達到700cations·cm-3以上時有益于人體健康，達到1000cations·cm-3以上時，對人體具有保健作用。對于森林空氣離子的評價指標，應用國內(nèi)學者石強模型（FCI）的較多[5,7]。FCI將森林空氣離子評價指數(shù)分為5級，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ級[5,8-10]。

本文采用日本學者安培的空氣質(zhì)量評價指數(shù)（CI），來對清河流域清河橋至姚家?guī)X段的空氣質(zhì)量進行評價。CI將空氣的清潔度分為A、B、C、D、E 5個等級（見表6）[3，4,10]。

表6 空氣清潔度與空氣質(zhì)量評價指數(shù)（CI）的關系Tab.6Relationship between air cleanliness and air quality assessment index（CI）

CI計算關系式如下[3]：

將（2）式代入（1）式可得：

式（2）q為單級系數(shù)，表示大氣中的正負離子比例，q值越小，表示空氣中負離子濃度比正離子濃度高得越多，對人體越有利。研究結(jié)果表明，當n-＞1000個·cm-3，并且q＜1時，空氣清潔舒適，最有益于健康[11]。清河流域清河橋至姚家?guī)X段的CI計算結(jié)果列入表7。

表7 清河流域空氣質(zhì)量定量評價結(jié)果Tab.7Quantitative evaluation of air quality in Qinghe River basin

4 結(jié)論

根據(jù)上述觀測結(jié)果的統(tǒng)計分析，我們可以得出如下結(jié)論：

（1）人們的生活及生產(chǎn)活動正在對環(huán)境的原生態(tài)帶來不同程度的影響。清河流域（清河橋至姚家?guī)X段）的空氣質(zhì)量定量評價結(jié)果足以說明這一點。特別是熱力站附近，空氣污染相對比較嚴重。姚家?guī)X村附近人們的生活生產(chǎn)活動，雖然對空氣的清潔度有影響，但目前還處在允許范圍之內(nèi)。清河橋附近的采石場，對于空氣清潔度的影響很小，與其環(huán)境有關，此處處于三面環(huán)山，北面是相對比較開闊的渭河流域川道，空氣流動相對比較順暢，污染物容易擴散，所以CI計算結(jié)果顯示，空氣清潔度屬于中等清潔水平。不管怎樣，開發(fā)與環(huán)境保護的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的基本原則，應該成為我們最基本的行為準則。

（2）清河橋附近的采石場，盡管生產(chǎn)活動對附近空氣質(zhì)量影響不大，以毀山取石的方式長年累月進行生產(chǎn)，不僅毀掉了青山，污染了綠水，使自然生態(tài)環(huán)境遭到難以修復的永久性破壞，而且同時使清河流域的清潔空氣受到污染。建議礦產(chǎn)資源管理機構(gòu)，督促采石企業(yè)禁止繼續(xù)毀山采石，改用以清河流域附近的石料為原料進行加工，既有利于清河治理，也有利于環(huán)境保護，何樂而不為呢？

（3）熱力站附近的空氣污染應該引起重視，特別是寶鈦股份有限公司，既要考慮發(fā)展生產(chǎn)，也要注重環(huán)境保護，在保護環(huán)境的前提之下，采取節(jié)能減排有力措施，使其污染控制在最低水平。雖然本次觀測重點是對空氣質(zhì)量的影響，是否對于清河水造成污染，同樣值得關注。通過我們的努力，讓清河流域的水更青、天更藍、山更綠，真正成為中國鈦谷的后花園，近郊出游的好去處,應該成為我們未來的追求目標。

（4）本次考察僅僅是清河流域的一小段，未免具有一定的局限性,更多未知的大自然奧秘尚需要進行繼續(xù)深入研究。因為全世界大約有75%的人是屬于亞健康人群，處于亞健康的人如果保健得當，可以向健康轉(zhuǎn)化，二十世紀WHO的人類健康目標65%要靠自己，自我保健、自我醫(yī)療以及自我護理將會成為人們防病治病、維持健康最經(jīng)濟適用的選擇。在未來的發(fā)展過程中，預防醫(yī)學和康復醫(yī)學會越來越備受關注，這對于應對老齡化社會，降低醫(yī)療成本，提高大眾生活質(zhì)量顯得尤為重要。親近大自然，投入到綠色懷抱之中，無疑對健康有益[12-15]，也是一種具有醫(yī)學效用的簡便、安全、成本低廉的養(yǎng)生保健和康復理療輔助手段。因此，清河流域的其他地段，是否具有適宜于近郊保健游的潛在開發(fā)價值，尚需要待后進行深入研究。

［1］聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）.聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署年鑒2014:全球環(huán)境的新興問題［K］.UNEP,2014:42-47.

［2］PRSS-STNA，CORVALNC.PreventingDisease Through Healthy Environments-Towards an estimate of the environmental burden of disease［M］.WHO Press,Geneva,Switzerland,2006.

［3］段炳奇.空氣離子及其與氣象因子的相關研究［D］.上海：上海師范大學，2007.http://www.docin.com/p-98362015.html

［4］石強,鐘林生,吳楚材.森林環(huán)境中空氣負離子濃度分級標準［J］.中國環(huán)境科學,2002,22（4）:320-323.

［5］石強,舒惠芳,鐘林生,等.森林游憩區(qū)空氣負離子評價研究［J］.林業(yè)科學,2004,40（1）:36-40.

［6］黃彥柳，陳東輝，陸丹，等．空氣負離子與城市環(huán)境［J］.干旱環(huán)境監(jiān)測，2004，18（4）：208-211．

［7］吳楚材，黃繩紀.桃源洞國家森林公園的空氣負離子含量及評價［J］.中南林學院學報，1995，15（1）：19-21．

［8］吳楚材，鄭群明，鐘林生.森林游憩區(qū)空氣負離子水平的研究［J］.林業(yè)科學，2001，37（5）：75-81．

［9］邵海榮，杜建軍，單宏臣，等.用空氣負離子濃度對北京地區(qū)空氣清潔度進行初步評價［J］.北京林業(yè)大學學報（自然科學版），2005，27（4）：56-59．

［10］崔會平，張建國，徐文俊，等.竹群落空氣負離子及空氣質(zhì)量評價［J］.福建林業(yè)科技，2013，40（4）：56-61．

［11］馬云慧，諸平，周旗.吳山景區(qū)旅游環(huán)境空氣質(zhì)量的定量評價.職業(yè)與健康,2015,31（1）:77-80.

［12］Robert Duka,Dorina Ardelean.Phytoncides and phytoalexins-Vegetalantibiotics［J］.AradMedicalJournal,2010,13（3）:19-25.

［13］Jolanda Maas,Robert A Verheil,Sjerp de Vrjes,et al.Morbidityis related toagreen livingenvironment［J］.Journal ofEpidemi-ology &Community Health,2009,63（12）:967-973.

［14］LI Qing,KAWADA Tomoyuki.Healthy forest parks make healthy people:Forest environments enhance human immune function［ED/OL］.［2016-06-14］.http://forest-medicine.com.

［15］MAO Gen-xiang,CAO Yong-bao,LAN Xiao-guang,et al. Therapeutic effect of forest bathing on human hypertension in the elderly［J］.Journal of Cardiology,2012,60:495-502.

Quantitative evaluation of air quality in Qinghe River basin --Qinghe Bridge to Yaojialing section as an example*

ZHANG Fenga,ZHU Pingb,ZHOU Qic
（a.College of Chemistry and Chemical Engneering;b.Editorial Board of Journals;c.Shaanxi Key Laboratory of Disaster Survey and Mechanism Simulation，Baoji University of Arts and Sciences,Baoji 721013,China）

To investigate air quality in Qinghe River basin（form Qinghe Bridge to Yaojialing Village）,Qinghe River is located in Mayin Town,Baoji City,Shaanxi,China,is one of Weihe River tributaries which are from north side of Qinling Mountains to Weihe River.KEC-900 positive and negative ions detector,and KEC-R2 intelligent recorder are used to measure and record the ions concentration data.The concentrations of positive and negative ions in air were detected at different sites of Qinghe Rive basin,and the results were statistically analyzed by Origin 9.0 software to give quantitative evaluation results of the air quality.The quantitative evaluation results of air quality show that Qinghe River basin（Qinghe Bridge-Yaojialing section）,the air quality is the most clean at east valley of Yaojialing Bridge（CI= 1.049）,the air quality is clean level（CI=0.728）at the near the temple of earth,Qinghe Bridge belongs to the medium clean level（CI=0.529）,near Yaojialing Village belongs to the permissible level（CI=0.366～0.417）,but near the thermal station of second processing workshop,Baoti Group Co.,Ltd,the air quality belongs to medium pollution levels（CI=0.140）.The surrounding environment is differently being effected by people's lives and production activities,air quality is the most clean at original ecology regions,and air pollution is more serious at industrial production regions.

air cleanliness;Qinghe River basin;contamination assessment

X51；X508

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170238

2017-01-03

國家自然科學基金項目（41071359）；陜西省教育廳科研計劃項目（JK0546）

張鋒（1982-），男，陜西寶雞人，講師，畢業(yè)于華東理工大學，碩士，研究方向：環(huán)境與化學。

諸平（1955-），男，陜西扶風人，編審，研究方向：環(huán)境與健康。