張尚宣，李瑞華，封雪，孫博飛，王龍飛，李雙雙，肖懷德，伯鑫

(1.中冶賽迪重慶環(huán)境咨詢有限公司，重慶 400013；2.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 400013；3.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，北京 100012；4.河北正奇環(huán)境科技有限公司，河北石家莊 050000；5.河北正潤(rùn)環(huán)境科技有限公司，河北石家莊 050091；6.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心，北京 100012；7.北京科技大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

?

基于地理信息系統(tǒng)的焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離研究

張尚宣1，李瑞華2，封雪3，孫博飛4,5，王龍飛6，李雙雙7，肖懷德1，伯鑫6

(1.中冶賽迪重慶環(huán)境咨詢有限公司，重慶 400013；2.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 400013；3.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，北京 100012；4.河北正奇環(huán)境科技有限公司，河北石家莊 050000；5.河北正潤(rùn)環(huán)境科技有限公司，河北石家莊 050091；6.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心，北京 100012；7.北京科技大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

為評(píng)估我國(guó)焦化行業(yè)潛在受影響人口分布情況，本研究基于全國(guó)焦化企業(yè)環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)，通過GIS手段，“自下而上”地獲得了每家焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)潛在受影響人口情況。研究結(jié)果表明，我國(guó)焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)面積為0.19萬km2，占國(guó)土面積比例約為0.2‰；潛在受影響人口為232萬人，占全國(guó)人口比例為1.7‰。焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)面積占國(guó)土面積比例最高和潛在受影響人口最多的是山西省，衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)面積占國(guó)土面積比例約為3.51‰，潛在受影響人口為47萬人。

焦化；衛(wèi)生防護(hù)距離；潛在受影響人口

近年來，我國(guó)霧霾頻發(fā)，大氣污染防治形勢(shì)嚴(yán)峻，目前關(guān)注的熱點(diǎn)主要集中于常規(guī)污染物(二氧化硫、氮氧化物、PM2.5等)。細(xì)顆粒物組分除含有有機(jī)碳、元素碳等物質(zhì)外，還存在砷、鉛、鎘、苯并[a]芘等致癌物，對(duì)人體健康存在較大影響[1-3]。

焦化行業(yè)是排放苯并[a]芘等致癌物的主要行業(yè)之一[3-4]。按照我國(guó)衛(wèi)生部頒布的衛(wèi)生防護(hù)距離規(guī)定，在焦化企業(yè)周圍劃定一定衛(wèi)生防護(hù)距離，衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)不能有居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院。但從我國(guó)焦化企業(yè)布局來看，部分企業(yè)建設(shè)在城市建成區(qū)內(nèi)，周邊人口稠密，潛在受影響人數(shù)眾多。目前針對(duì)典型焦化企業(yè)大氣影響的研究主要集中在焦化廠周邊大氣環(huán)境中的成分分析[5-8]，例如李鵬賓[5]等開展了某焦化廠16種多環(huán)芳烴水平和成分譜特征分析，Gorka P[7]、董婷[6]、楊光冠[8]等開展了焦化廠周邊大氣中重金屬元素分析，但在全國(guó)層面較全面地評(píng)估每家焦化企業(yè)的衛(wèi)生防護(hù)距離影響范圍及潛在受影響人口情況的工作相對(duì)缺乏。

本研究以2012年全國(guó)焦化企業(yè)為重點(diǎn)研究對(duì)象，依據(jù)本研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建立的中國(guó)高分辨率焦化企業(yè)排放清單，結(jié)合焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離要求，在GIS空間分析平臺(tái)上進(jìn)行了中國(guó)焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離分析，以“自下而上”的研究模式分析和評(píng)估中國(guó)焦化企業(yè)影響的國(guó)土面積和人口分布情況。

1 研究方法與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)域與對(duì)象

本次研究區(qū)域?yàn)橹袊?guó)所有省市區(qū)(不包括港澳臺(tái))，研究對(duì)象囊括了區(qū)域內(nèi)所有焦化企業(yè)，包括鋼鐵行業(yè)焦化和獨(dú)立焦化廠。

1.2 焦?fàn)t空間位置清單的建立

本研究在環(huán)境統(tǒng)計(jì)的焦化企業(yè)經(jīng)緯度及地址信息基礎(chǔ)上，結(jié)合Google Earth上優(yōu)于2.5 m分辨率的遙感影像，選定時(shí)相為2012年，采用遙感影像目視判讀的方法，確定焦化企業(yè)特別是焦?fàn)t的具體位置。通過廣泛搜集焦化企業(yè)相關(guān)資料，研究掌握其設(shè)施組成與空間布局等信息。對(duì)于焦化企業(yè)而言，焦?fàn)t及煙囪是典型的目視判讀標(biāo)志。經(jīng)過遙感影像目視判讀解譯，相對(duì)準(zhǔn)確地建立了高分辨率全國(guó)焦化企業(yè)焦?fàn)t空間位置清單。

1.3 焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離的確定

(1)國(guó)外焦化企業(yè)防護(hù)距離規(guī)定

西澳大利亞環(huán)保局規(guī)定，焦炭企業(yè)與居民區(qū)等敏感區(qū)的防護(hù)距離為1000～2000 m[9]；南澳大利亞環(huán)保局規(guī)定，焦炭企業(yè)與居民區(qū)等敏感區(qū)的防護(hù)距離為2000 m[10]；美國(guó)、日本等國(guó)的環(huán)保法令沒有明確的防護(hù)距離規(guī)定。

(2)中國(guó)衛(wèi)生防護(hù)距離規(guī)定要求

《煉焦業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離》規(guī)定，按照生產(chǎn)規(guī)模和當(dāng)?shù)仫L(fēng)速的不同確定衛(wèi)生防護(hù)距離，最小距離為700 m，最遠(yuǎn)距離為1200 m：生產(chǎn)規(guī)模小于100萬t，防護(hù)距離要求為700～900 m；大于100萬t小于300萬t，防護(hù)距離要求為800～1000 m；大于300萬t，防護(hù)距離要求為900～1200 m。目前焦化企業(yè)環(huán)評(píng)也是按此要求執(zhí)行[11]。

1.4 區(qū)域人口空間分布數(shù)據(jù)的獲取

本次研究使用由美國(guó)能源部橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室全球人口項(xiàng)目開發(fā)的LandScan人口空間數(shù)據(jù)。該人口數(shù)據(jù)庫利用各國(guó)可獲取的人口普查數(shù)據(jù)，建立基于地理信息系統(tǒng)、分區(qū)密度模型相結(jié)合的權(quán)重模型。該模型參數(shù)包括衛(wèi)星影像、道路情況、地面坡度、土地利用情況、夜間燈光等，以人口總數(shù)、區(qū)域邊界作為模型控制條件，依據(jù)不同單元的人口密度，得到區(qū)域人口分布數(shù)據(jù)，并采用高分辨率遙感影像進(jìn)行檢驗(yàn)，是目前涉及人口數(shù)據(jù)研究中廣泛采用的相對(duì)權(quán)威和準(zhǔn)確的人口空間數(shù)據(jù)[12-13]。

1.5 基于GIS的焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離分析

依據(jù)本研究團(tuán)隊(duì)已建立的高分辨率全國(guó)焦化企業(yè)排放清單，以及不同規(guī)模焦化廠的防護(hù)距離要求，結(jié)合每個(gè)焦化企業(yè)周邊人口空間分布數(shù)據(jù)等，在GIS空間分析平臺(tái)上進(jìn)行中國(guó)焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離空間分析。以焦?fàn)t為中心，按照每個(gè)焦化廠的防護(hù)距離劃定影響范圍。

衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)潛在受影響人口數(shù)量按照以下概念公式計(jì)算：

P=∑(i)P0i/S0×Si

式中，P為目標(biāo)防護(hù)距離內(nèi)的人口數(shù)量；P0i/S0為人口密度；Si為各個(gè)目標(biāo)區(qū)域的面積。

2 結(jié)果與討論

2.1 焦化企業(yè)空間分布分析

根據(jù)2012年全國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全國(guó)焦化企業(yè)共885家，其中鋼鐵行業(yè)焦化102家，獨(dú)立焦化廠783家，如表1所示。由表1可知，除北京市、西藏自治區(qū)、海南省外，全國(guó)各省市區(qū)均有焦化企業(yè)分布，最為集中的幾個(gè)省份是山西省、河北省、新疆維吾爾自治區(qū)、陜西省、山東省。

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，我國(guó)大部分焦化企業(yè)均為污染控制水平相對(duì)較差的小焦化。由于各地風(fēng)速存在一定的不確定性，本次研究從保守角度均按照最不利風(fēng)速條件考慮，來確定本次研究的焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離。根據(jù)焦化企業(yè)規(guī)模，全國(guó)焦化企業(yè)年產(chǎn)量小于100萬t、大于100萬t且小于300萬t、大于300萬t的焦化企業(yè)分別為797家、71家、17家，占所有焦化企業(yè)的比例分別為90%、8%、2%，防護(hù)距離分別選取為900 m、1000 m、1200 m。

表1 我國(guó)各省市區(qū)焦化企業(yè)數(shù)量一覽表(基于環(huán)境統(tǒng)計(jì))

2.2 焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)面積占比分析

基于中國(guó)焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離分析，得到2012年全國(guó)焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)的面積為0.19萬km2，占國(guó)土面積的比例約為0.2‰。

根據(jù)行政區(qū)劃對(duì)我國(guó)所有焦化企業(yè)進(jìn)行分省統(tǒng)計(jì)，我國(guó)各省份焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)面積占國(guó)土面積的比例如圖1所示。由圖1可知，焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)面積占國(guó)土面積比例最高的3個(gè)省份是山西省、河北省和上海市，其所占比例分別為3.51‰、1.23‰和1.11‰。山西省作為煤炭資源大省，共有255家焦化企業(yè)，位居全國(guó)之首。河北省共有108家焦化企業(yè)，居全國(guó)第二。山西省和河北省焦化企業(yè)不管是從絕對(duì)數(shù)量還是從實(shí)際影響而言都是全國(guó)最大的，需要特別重視該區(qū)域內(nèi)焦化企業(yè)潛在的環(huán)境影響。上海市有3家焦化企業(yè)，由于上海市國(guó)土面積小，因此衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)面積占總國(guó)土面積的比例較高。

浙江省、甘肅省、青海省焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)面積占國(guó)土面積的比例最低，分別為0.03‰、0.02‰和0.01‰。這3個(gè)省份焦化企業(yè)數(shù)量少，且青海省、甘肅省國(guó)土面積較大，因此衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)面積占國(guó)土面積的比例較低。

圖1 中國(guó)各省份焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)面積占國(guó)土面積的比例Fig.1 The ratio of buffer zone of coking plants to land area nationwide in each province of China

2.3 焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)潛在受影響人口分布

本研究計(jì)算得到2012年全國(guó)焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)潛在受影響人口數(shù)量為232萬人，占全國(guó)人口比例為1.7‰。

根據(jù)行政區(qū)劃對(duì)所有焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)潛在受影響人口進(jìn)行分省統(tǒng)計(jì)，我國(guó)各省份焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)潛在受影響人口分布情況如圖2所示。由圖2可知，焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)潛在受影響人口數(shù)量最高的3個(gè)省份依次是山西省、河北省和山東省，潛在受影響人口數(shù)量分別約為47萬人、32萬人和23萬人。山西省、河北省、山東省焦化企業(yè)數(shù)量最多，同時(shí)也是人口大省，潛在受影響人口較多。新疆維吾爾自治區(qū)雖然焦化企業(yè)數(shù)量較多，但由于地廣人稀，衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)潛在受影響人口數(shù)量并不多。浙江省、天津市、福建省由于焦化企業(yè)數(shù)量少，衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)潛在受影響人口較少。

圖2 焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)潛在受影響人口分布Fig.2 The estimated population impacted by coking plants in China

2.4 不確定性分析

由于本研究所涉及的人口數(shù)據(jù)、衛(wèi)生防護(hù)距離、焦化企業(yè)信息等均可能存在一定的不確定性，衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)潛在受影響人口數(shù)量有一定的局限性，可能存在偏差。

(1)焦化企業(yè)數(shù)據(jù)不確定性分析

2012年至今，受經(jīng)濟(jì)形勢(shì)及大氣環(huán)境政策影響，焦化行業(yè)作為重點(diǎn)關(guān)注行業(yè)，部分焦化企業(yè)進(jìn)行停產(chǎn)、整改等，加之同一規(guī)模焦化企業(yè)污染控制水平差距較大，目前焦化企業(yè)數(shù)量、產(chǎn)能、污染物排放量等均與2012年相比發(fā)生一定變化，焦化企業(yè)數(shù)據(jù)存在一定的不確定性。

(2)衛(wèi)生防護(hù)距離不確定性分析

本研究依據(jù)焦化企業(yè)規(guī)模確定衛(wèi)生防護(hù)距離，無法考慮氣象、地形、土地利用等因素，也未考慮企業(yè)污染控制水平及污染擴(kuò)散的實(shí)際情況，衛(wèi)生防護(hù)距離計(jì)算過程存在不確定性。

(3)人口數(shù)據(jù)不確定性分析

本次研究采用的美國(guó)LandScan 1 km人口空間數(shù)據(jù)，是目前研究廣泛采用的人口數(shù)據(jù)。該人口數(shù)據(jù)模型算法受人口普查數(shù)據(jù)、土地利用、衛(wèi)星影像、夜間燈光等多種因素影響，LandScan數(shù)據(jù)與實(shí)際情況可能存在著一定的不確定性。

3 結(jié)論與建議

(1)焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離分析作為研究焦化行業(yè)大氣環(huán)境及人體健康影響的基礎(chǔ)性工作，初步闡明了我國(guó)焦化企業(yè)的空間分布、焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)的潛在受影響人口分布及面積占比，為下一步全面評(píng)估我國(guó)焦化行業(yè)對(duì)人群健康的影響，以及影響范圍內(nèi)的污染控制、土地修復(fù)、搬遷及優(yōu)化選址等工作打下基礎(chǔ)。建議衛(wèi)生部門針對(duì)《煉焦業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離》(GB 11661—2012)，盡快開展焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離應(yīng)用的相關(guān)研究。

(2)鑒于本研究中的焦化企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)潛在受影響人口數(shù)據(jù)存在一定的局限性，加之2012年至今焦化企業(yè)數(shù)據(jù)可能發(fā)生一定變化，下一步需建立最新的焦化排放因子庫，編制并更新動(dòng)態(tài)焦化企業(yè)排放清單，結(jié)合數(shù)值模擬、來源解析、人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、大數(shù)據(jù)挖掘等方法，開展單個(gè)焦化廠大氣環(huán)境影響距離研究，以獲得相對(duì)更加精確的影響范圍及潛在受影響人口數(shù)量。

致謝：本課題得到環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的資助。

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GIS-based Buffer Zone for Coking Plants in China

ZHANG Shang-xuan1, LI Rui-hua2, FENG Xue3, SUN Bo-fei4,5, WANG Long-fei6, LI Shuang-shuang7, XIAO Huai-de1, BO Xin6

(1.CISDI Chongqing Environmental Consulting Co., Ltd., Chongqing 400013, China; 2. CISDI Engineering Co., Ltd., Chongqing 400013, China; 3. China National Environmental Monitoring Center, Beijing 100012, China; 4.Hebei Zhengqi Environmental Technology Limited Company, Shijiazhuang 050000, China; 5.Hebei Zhengrun Environmental Technology Co., Ltd., Shijiazhuang 050091, China; 6.Appraisal Center for Environment and Engineering, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100012,China; 7.School of Energy and Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)

In order to investigate the distribution of population potentially impacted by coking plants in China, this study calculates the population number based on GIS, the national environmental statistics for coking plants and population. The results indicated that the buffer zone of coking plants in China covers an area of 0.9 km2, taking up 0.2‰ of the land area nationwide; and the estimated impacted population was 2.32 million, accounting for 1.7‰ of the whole population. Among all the provinces, Shanxi ranks the first with the highest percentage of buffer zone, 3.51‰, and the biggest impacted population number, 470,000.

coking; buffer zone; potentially impacted population

2017-04-12

國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金課題(16K01ESPCT)；國(guó)家環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201409007)

張尚宣(1981—)，女，重慶璧山人，高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向?yàn)殇撹F行業(yè)環(huán)境影響研究，E-mail：zshangxuan@126.com

伯鑫(1983—)，男，山東煙臺(tái)人，高級(jí)工程師，博士，主要研究方向?yàn)榕欧徘鍐我约按髿馕廴灸M，E-mail：boxinet@gmail.com

10.14068/j.ceia.2017.04.010

X820.3

A

2095-6444(2017)04-0040-05