王程濤孟慧娟李春曉

(1.濟(jì)南市生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心歷下分中心，山東 濟(jì)南250013；2.山東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計院有限公司，山東濟(jì)南250013)

0 引言

隨著我國城市化和區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，以PM2.5為代表的霧霾污染嚴(yán)重影響人民的健康。 偏重工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、化石燃料的能源結(jié)構(gòu)和公路運(yùn)輸?shù)慕煌ńY(jié)構(gòu)決定了大氣污染治理的復(fù)雜性、艱巨性、長期性。 因此，我國迫切需要開展大氣污染防控綜合決策研究，實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量的長期改善[1-4]。 CHANG 等[5]通過對中國和日本的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和工業(yè)排放變化的比較，得出能源利用強(qiáng)度大和偏向于重工業(yè)的區(qū)域內(nèi)霧霾污染程度比發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)地區(qū)的嚴(yán)重。 CHENG 等[6]研究表明大多數(shù)城市處于污染隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展增加的階段。 城市建成區(qū)人口快速增長，二次產(chǎn)業(yè)比重高，能源結(jié)構(gòu)以煤為主，交通強(qiáng)度不斷提高，城市霧霾問題日益嚴(yán)重。 MA 等[7]研究了在靜穩(wěn)的氣象條件下，即沒有明顯的環(huán)流和對流異?，F(xiàn)象，由于缺乏流動性導(dǎo)致區(qū)域污染物排放擴(kuò)散受到影響，隨時都會出現(xiàn)霧霾危機(jī)。 李玄等[8]從點(diǎn)源、面源和移動源3 個方面提出相應(yīng)的污染防治對策。 濟(jì)南市屬于京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市之一，是京津冀大氣污染傳輸通道城市。 歷下區(qū)是濟(jì)南市的老城區(qū)和中心城區(qū)，也是濟(jì)南市的旅游區(qū)，2015 年的PM2.5和PM10分別為84 和143 μg/m3，是GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[9]中二級標(biāo)準(zhǔn)限值的2.40 和2.04 倍，良好以上只有137 d，嚴(yán)重影響省會城市中心城區(qū)的形象。 因此，改善歷下區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量，做好管控分析迫在眉睫。

文章依據(jù)濟(jì)南市在線空氣監(jiān)測數(shù)據(jù)，重點(diǎn)針對歷下區(qū)“十三五”期間顆粒物改善采取的多種措施進(jìn)行分析比較，通過在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、源解析結(jié)果、中尺度氣象-區(qū)域多尺度空氣質(zhì)量模型模式(Weather Research and Forecasting Model-Community Multiscale Air Quality，WRF-CMAQ)、模擬比較等方式進(jìn)行改善效果評估研究，得到推進(jìn)站點(diǎn)及區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)改善的有效措施，為空氣質(zhì)量持續(xù)提升提供研究支撐。

1 研究方法

根據(jù)HJ 664—2013《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)技術(shù)規(guī)范(試行)》[10]，環(huán)境空氣監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)應(yīng)具有較好的代表性，分布相對均勻，獲取的數(shù)據(jù)具有可比性，覆蓋全部建成區(qū)。 歷下區(qū)5 個在線自動監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)情況如下: 1 個國控站點(diǎn)(市監(jiān)測站)、2個省控站點(diǎn)(經(jīng)濟(jì)學(xué)院站、泉城廣場站)和2 個市控站點(diǎn)(市博物館站、錦屏中學(xué)站)。 監(jiān)測項目有PM10、PM2.5、SO2、NO2、O3、CO 等6 項。 運(yùn)用與顆粒物有關(guān)的污染物平均變化趨勢、污染負(fù)荷系數(shù)、源解析以及WRF-CMAQ 模式模擬的方法，研究“十三五”期間空氣中顆粒物變化情況。

5 個站點(diǎn)具體情況是:市監(jiān)測站站點(diǎn)位于山大路，周邊為居民區(qū)，建筑密度大并緊鄰主干道，周圍2 km 范圍內(nèi)有9 個加油站，平時車流量較大，受機(jī)動車影響較大。 泉城廣場站站點(diǎn)位于商業(yè)區(qū)，周邊為主干道，機(jī)動車流量較大，東北方向有餐飲聚集區(qū)。 經(jīng)濟(jì)學(xué)院站站點(diǎn)位于山東財經(jīng)大學(xué)燕山校區(qū)附近，周邊離城區(qū)高架路較近。 錦屏中學(xué)站站點(diǎn)位于龍鼎大道錦屏中學(xué)附近，周邊主要有居民區(qū)以及城市主干道，南側(cè)為龍洞風(fēng)景區(qū)。 市博物館站站點(diǎn)周邊有主干道且東部緊鄰風(fēng)景名勝區(qū)。 具體點(diǎn)位布設(shè)如圖1 所示，審圖號為魯SG(2022)018 號。

圖1 歷下區(qū)5 個空氣監(jiān)測站點(diǎn)位圖

2 歷下區(qū)地形、氣象及顆粒物排放現(xiàn)狀

歷下區(qū)城區(qū)面積為100.89 km2，主城區(qū)面積為23 km2。 “十三五”之初人口為56 萬，以三產(chǎn)服務(wù)業(yè)為主。

2.1 地形地貌

歷下區(qū)地勢南高北低，南部為底山丘陵，屬泰山山地北支，由羅袁寺頂、金剛垛等山峰組成了東西向的主山脈。 北部為山前洪積、沖積平原，其上分布有五頂茂陵山、鰲角山、菠蘿山等5 座孤峰。 區(qū)內(nèi)平均海拔為102 m，最高的白云山海拔為545.4 m，最低處海拔僅為24 m，整個城區(qū)地形呈淺碟狀[11]。

2.2 氣象條件

歷下區(qū)年平均降水量為665 mm，其春季干旱多風(fēng)，降水多集中在夏季，冬季寒冷且采暖期長。 夏季盛行南風(fēng)，冬季北風(fēng)，主城區(qū)南北高、中間低的淺碟狀地形地貌不利于污染物的傳輸擴(kuò)散。 另外，隨著城區(qū)高層建筑不斷增加，阻擋和摩擦作用使風(fēng)流經(jīng)城區(qū)時風(fēng)力明顯減弱，靜風(fēng)現(xiàn)象增多，再加上秋冬季也容易出現(xiàn)高濕、靜穩(wěn)、逆溫等不利氣象條件，城區(qū)大氣環(huán)境容量小，污染物排放水平持續(xù)維持在高位，直接導(dǎo)致了秋冬季重污染天氣頻發(fā)[12-15]。

2.3 顆粒物排放現(xiàn)狀

2.3.1 揚(yáng)塵污染

在城市化建設(shè)的過程中，房地產(chǎn)得到迅猛發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也非常多。 由于缺乏完善的管理體系且施工人員自身的環(huán)境保護(hù)意識較為薄弱，導(dǎo)致PM2.5和PM10污染形勢也一直較為嚴(yán)峻，嚴(yán)重威脅城市居民的身體健康[16-17]。 另外，城鄉(xiāng)接合部與主路相交的不少支路、施工工地附近、大型企業(yè)周邊道路存在破損現(xiàn)象，養(yǎng)護(hù)和保潔不及時、不徹底，一定程度上也加劇了道路揚(yáng)塵污染。

2.3.2 機(jī)動車污染

作為濟(jì)南市的老城區(qū)和中心城區(qū)，受機(jī)動車保有量大，交通擁堵嚴(yán)重，公交分擔(dān)率較低等因素影響，機(jī)動車污染排放總量大。 另外，城區(qū)貨運(yùn)、土石方運(yùn)輸和施工機(jī)械燃用柴油所帶來的尾氣污染也不容忽視，成為PM2.5和PM10的重要來源。

2.3.3 能源結(jié)構(gòu)問題

“十三五”之前，全區(qū)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以煤、油品為主，中心城區(qū)集中供暖率只有55%。 秋冬季的重污染時段，SO2和NO2二次轉(zhuǎn)化為顆粒物的速率較快，導(dǎo)致燃煤源的貢獻(xiàn)在秋冬季重污染時相對增加，居民散煤使用的管理屬于薄弱環(huán)節(jié)。

2.3.4 揮發(fā)性有機(jī)物污染

揮發(fā)性有機(jī)物不僅是生成臭氧的關(guān)鍵前體物，也對顆粒物的二次有機(jī)組分貢獻(xiàn)較大。 歷下區(qū)東部有煉油廠、黃臺電廠等高排放污染源，主城區(qū)存在20 余家加油站，部分區(qū)域還零星分布著一些企業(yè)，且有部分屬于“散亂污”，也都排放出揮發(fā)性有機(jī)物。

2.4 空氣監(jiān)測子站監(jiān)測數(shù)據(jù)和源解析情況

2015 年，全區(qū)良好以上只有137 d，良好以上的比例為37.5%。 PM2.5、PM10合計占比為57.50%，是影響空氣質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。 污染負(fù)荷見表1。

表1 2015 年空氣質(zhì)量各指標(biāo)情況表

另外，根據(jù)市監(jiān)測站子站2015 年顆粒物源解析結(jié)果，區(qū)域傳輸影響約占35%，因此在做好聯(lián)防聯(lián)控的同時，抓好本地源減排是改善顆粒物現(xiàn)狀的決定因素。 本地源中燃煤、工業(yè)、機(jī)動和揚(yáng)塵等因素占比分別為29%、25%、22%和18%。

3 空氣質(zhì)量改善措施及防控效果評估

3.1 空氣質(zhì)量改善措施

區(qū)域污染排放過大，超過生態(tài)環(huán)境承載能力是形成污染的內(nèi)因，一旦遇到不利的氣象條件便會導(dǎo)致重污染天氣的發(fā)生。 根據(jù)國內(nèi)外的研究成果，比較有效的措施有:能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整等[18-20]，另外還應(yīng)重視減排及氣象因素對顆粒物的影響。

3.1.1 緊盯重點(diǎn)時段，加大減排

在重污染來臨前通過提前管控大力削峰，按照《濟(jì)南市歷下區(qū)重污染天氣應(yīng)急預(yù)案》[21]要求，及時發(fā)布預(yù)警，啟動相應(yīng)級別的應(yīng)急響應(yīng)，有效應(yīng)對重污染天氣，最大可能削峰。 做好應(yīng)急聯(lián)防聯(lián)控，督促排污單位降低生產(chǎn)負(fù)荷，實(shí)施工業(yè)污染源提標(biāo)改造，做好工業(yè)企業(yè)無組織排放控制管理，加強(qiáng)揮發(fā)性有機(jī)物專項整治，減少PM2.5、PM10的二次生成，減少顆粒物的排放。

3.1.2 重視氣象因素的影響

姚靖等[22]研究表明風(fēng)速越大，污染物擴(kuò)散越快。 在低風(fēng)速(0 ～1.5 m/s)區(qū)域，污染物分布不集中；＞4.5 m/s 的風(fēng)速，容易帶起揚(yáng)塵，使顆粒物濃度上升。 濕度增加有利于PM10吸收空氣中的水分，促進(jìn)其沉降到地面，可起到降低顆粒物的作用。 降水量約為24 mm 時，凈化空氣作用最好。

3.1.3 推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整

2020 年，歷下區(qū)人口增至75 萬，集中供熱面積為2 800 余萬m2，供熱率提高到95%。 淘汰了轄區(qū)內(nèi)15 個單位的30 余臺35 t/h 以下燃煤鍋爐，合計200 余t/h。 對41 家100 余臺燃?xì)忮仩t實(shí)施了低氮改造。 推動“外電入濟(jì)”和居民清潔能源取暖工程，實(shí)現(xiàn)雙替代的為4 136 戶，其中氣、電代煤的分別有2 953 和1 183 戶。 為少量沒有氣源、電力負(fù)荷低且管網(wǎng)未覆蓋的居民提供清潔型煤。

3.1.4 推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整

重視產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，協(xié)調(diào)污染負(fù)荷大的企業(yè)搬遷。 2017 年濟(jì)鋼集團(tuán)停產(chǎn)實(shí)施搬遷，降低了歷下區(qū)的污染負(fù)荷。 組織開展“散亂污”企業(yè)取締工作，做好環(huán)評審批，對于高污染企業(yè)不允許落戶。 加強(qiáng)城區(qū)風(fēng)道的研究，嚴(yán)控超高住宅的審批。

3.1.5 做好揚(yáng)塵管控

(1) 加強(qiáng)工地?fù)P塵管控。 針對工地?fù)P塵采取了嚴(yán)格措施，實(shí)施“六個百分之百”抑塵措施。 各類施工工地全部安裝在線監(jiān)測和視頻監(jiān)控設(shè)施，并與各行業(yè)監(jiān)管部門聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)足不出戶，實(shí)時監(jiān)管。(2) 十三五期間，投入數(shù)億元購置深度清潔車和機(jī)掃車，不斷提升道路保潔水平，落實(shí)“五灑五掃一沖洗”的保潔頻率，重污染天氣期間實(shí)施“七灑七掃兩沖洗”保潔模式。 城市快速路、主次干路的車行道機(jī)掃率、灑水沖刷率分別達(dá)到98%、99%。 下大雨后，及時收集南部山區(qū)沖下的沙土。

3.1.6 交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整

(1) 完成國三及以下營運(yùn)柴油貨車淘汰。 優(yōu)化渣土車市區(qū)通行路線設(shè)計方案，在和平路和解放路等重點(diǎn)區(qū)域?qū)嵤┙小?(2) 做好機(jī)動車排放檢驗(yàn)，尾氣不達(dá)標(biāo)自動鎖定車輛。 利用遙感監(jiān)測設(shè)備，在高排放車輛集中通行路段開展遙感監(jiān)測工作。 對非道路移動機(jī)械污染全部噴碼掛牌管理。 (3) 推廣新能源汽車，財政資金優(yōu)先購買新能源車輛。

3.1.7 聚焦重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)污染源

(1) 緊盯重點(diǎn)區(qū)域，在國控點(diǎn)周邊，加大灑水力度，降低環(huán)境溫度，減少揚(yáng)塵生成。 (2) 對于重點(diǎn)污染源，持續(xù)推進(jìn)工業(yè)污染源提標(biāo)改造，燃煤鍋爐全部實(shí)現(xiàn)超低排放。 山東省濟(jì)南生建電機(jī)廠、濟(jì)南瑞通鐵路電務(wù)有限責(zé)任公司等單位新上揮發(fā)性有機(jī)物治理設(shè)施，確保污染物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。 22 家加油站均實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控，確保油氣濃度達(dá)標(biāo)排放，最大限度減少PM2.5的產(chǎn)生。

3.1.8 對市監(jiān)測站站點(diǎn)采取精準(zhǔn)管控

市監(jiān)測站站點(diǎn)作為歷下區(qū)唯一國控站點(diǎn)，地處市中心，人口密度大，周邊環(huán)境復(fù)雜，緊鄰城市主干道，且存在多處在建建筑工地和9 家加油站，站點(diǎn)顆粒物濃度較高。 2020 年3 月1 日—8 月1 日期間，在全市13 個國控站點(diǎn)中，PM2.5排名第九位，PM10排名第八位，嚴(yán)重影響了中心城區(qū)形象。 為從根本上改善該站點(diǎn)空氣質(zhì)量現(xiàn)狀，擺脫在國控站點(diǎn)中排名倒數(shù)的落后局面，對市監(jiān)測站站點(diǎn)實(shí)行了精細(xì)化管控，采取了3 項措施:(1) 自9 月份開始在國控站點(diǎn)周邊主次干道進(jìn)行了加大灑水力度的實(shí)驗(yàn)，調(diào)整道路保潔的時間段，每天做到“八沖洗、兩清掃、兩收集”，山大路等路段最多一天灑水20 余次，通過增加灑水、沖洗、濕式清掃頻次降低道路揚(yáng)塵以及小環(huán)境溫度。 對周邊10 余處建筑工地派專人進(jìn)駐，嚴(yán)格落實(shí)揚(yáng)塵規(guī)定，達(dá)不到要求，一律停工。 (2) 對周邊2 km 范圍內(nèi)的9 家加油站進(jìn)行油氣回收檢查，重點(diǎn)查看卸油口、人井口、加油機(jī)以及所有管線是否存在油氣泄露的情況，防止油氣揮發(fā)后產(chǎn)生大量PM2.5。(3) 檢查周邊300 余家餐飲業(yè)油煙排放單位，督促落實(shí)安裝油煙凈化裝置并定期清洗，處罰超標(biāo)排放的單位，并減少顆粒物的排放。

3.2 防控措施效果評估

3.2.1 總體改善效果評估

使用科技手段評估空氣質(zhì)量，編制了“十三五”前后的大氣污染物源清單，基本摸清了污染物排放底數(shù)。 對“十三五”前后空氣監(jiān)測站站點(diǎn)采用受體模型方法解析分析了全年 PM2.5源。 使用WRF-CMAQ[23]的空氣質(zhì)量模型模擬了“十三五”前后顆粒物變化。 模型采用空氣質(zhì)量模式CMAQv5.0.2，水平分辨率為12 km×12 km，垂直方向從地表到對流層頂分成14 層，采用中尺度天氣預(yù)報模式，模擬區(qū)域采用蘭伯特(Lambert)投影，清單分辨率為0.25°×0.25°。

(1) 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)比較

2020 年，全區(qū)良好以上197 d，增加了60 d?！笆濉逼陂g空氣質(zhì)量改善情況見表2。 2020 年中心城區(qū)PM2.5、PM10年均分別超標(biāo)31%、21%，與2015 年相比超標(biāo)明顯降低。 “十三五”期間，PM10、PM2.5均有明顯改善，改善幅度分別為41.80%、45.10%，綜合指數(shù)改善42.40%。

表2 “十三五”期間空氣質(zhì)量改善情況表

(2) 源解析結(jié)果比較

“十三五”期間濟(jì)南市智慧環(huán)保綜合監(jiān)管平臺中市監(jiān)測站站點(diǎn)PM2.5源解析結(jié)果見表3。 2019 年區(qū)域傳輸影響略有增加，占比為36.0%。 本地源中燃煤因素降到2.3%，工業(yè)因素占25.3%，機(jī)動車因素上升到29.3%，揚(yáng)塵因素占11.0%。 燃煤因素下降比例為92.0%，揚(yáng)塵因素下降比例為38.9%。

表3 “十三五”期間源解析占比情況表 %

(3) WRF-CMAQ 模式比較

根據(jù)歷下區(qū)2015 年和2020 年源清單數(shù)據(jù)，工業(yè)源、生活源、移動源以及其他源的PM10、PM2.5排放量分別為7 070.3 和1 687.5 t，較2015 年分別減排4 713和1 272 t。 利用歷下區(qū)2015 年和2020 年源清單數(shù)據(jù)，采用WRF-CMAQ 模式模擬的PM10、PM2.5年均質(zhì)量濃度結(jié)果如圖2 所示，審圖號為魯SG(2022)018號。 PM2.5、PM10年均質(zhì)量濃度分別為48、85 μg/m3，與實(shí)測數(shù)據(jù)基本吻合。

圖2 采取WRF-CMAQ 模式模擬采取措施前后污染物質(zhì)量濃度變化圖

3.2.2 站點(diǎn)改善效果評估

(1) 站點(diǎn)防控效果評估

“十三五”期間，5 站點(diǎn)顆粒物改善情況分別見表4、5。 PM2.5最低的站點(diǎn)為錦屏中學(xué)，改善幅度最大的站點(diǎn)為市監(jiān)測站站點(diǎn)，改善幅度為39%～49%。PM10最低的站點(diǎn)為經(jīng)濟(jì)學(xué)院站點(diǎn)，改善幅度最大的站點(diǎn)為市監(jiān)測站站點(diǎn)，幅度為36.5%～46.5%。 顆粒物(PM10、PM2.5)改善最大的站點(diǎn)皆為市監(jiān)測站。

表4 “十三五”期間PM2.5空氣質(zhì)量改善情況表

表5 “十三五”期間PM10空氣質(zhì)量改善情況表

(2) 重點(diǎn)站點(diǎn)精準(zhǔn)防控效果評估

市監(jiān)測站采取3 項措施后，市監(jiān)測站站點(diǎn)環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)改善。 2020 年9 月1 日—2021 年2 月28 日，市監(jiān)測站站點(diǎn)PM2.5在全市國控站點(diǎn)中排名上升到第二位，PM10排名上升到第三位。 2020年9 月—2021 年2 月歷下區(qū)空氣質(zhì)量在濟(jì)南市第一單元的排名上升明顯，分列第四、一、一、二、一、一位，一舉扭轉(zhuǎn)了排名墊底的態(tài)勢。 這說明通過增加灑水、沖洗、濕式清掃頻次等管控措施后，明顯改善了市監(jiān)測站站點(diǎn)顆粒物的污染狀況，促進(jìn)空氣質(zhì)量持續(xù)改善。

4 結(jié)語

“十三五”期間，濟(jì)南市歷下區(qū)通過推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整，做好PM2.5、PM10的嚴(yán)格管控以及聚焦重點(diǎn)時段、重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)污染源，加大減排力度等措施，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境空氣質(zhì)量的持續(xù)改善，總體污染負(fù)荷下降了41.6%，良好以上天數(shù)增加了60 d，PM10、PM2.5排放均有明顯改善，改善幅度分別為41.8%、45.1%。 針對重點(diǎn)站點(diǎn)，通過增加灑水、沖洗、濕式清掃頻次等精準(zhǔn)化管控措施，站點(diǎn)空氣質(zhì)量得到了明顯改善。