运城大气污染物时空演化特征及源区分析_柴蕊.pdf

运城大气污染物时空演化特征及源区分析(运城市生态环境局河津分局，山西 运城 043300)摘要:在复合型大气污染治理常态化背景下，联防联控的治理模式已经成为当今区域性大气污染的主要解决措施和根本途径。本文通过山西省运城市大气污染物监测站点监测到的大气数据，分析了 2021 年运城市大气污染物 SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10浓度的时空分布特征和与气象因素的相关性，通过分析运城市污染物的排放清单计算出了大气污染物的排放指标和排放量，从时间和空间的角度对其防控管理工作提出了建议，以期为同行今后工作提供一定的参考和借鉴。关键词:大气污染物；时空演化；大气污染治理中图分类号:X51 文献标志码:A 文章编号：1674-263X(2023)01-0066-03Abstract:Under the background of normalization of compound air pollution control,the governance model of joint prevention and control has become the main solution and fundamental way to address regional air pollution problem.Based on the atmospheric data monitored by Yuncheng Citys air pollutant monitoring station in Shanxi Province,this paper analyzes the spatial and temporal distribution characteristics of the concentrations of atmospheric pollutants SO2,NO2,CO,O3,PM2.5 and PM10 in Yuncheng City in 2021 and their correlation with meteorological factors.Through analyzing the emission inventory of pollutants in Yuncheng City,this paper calculates the emission indicators and emissions of atmospheric pollutants,and puts forward suggestions for their prevention and control management from the perspective of time and space,hoping to provide certain reference for future work in this field.Key words:atmospheric pollutant;spatio-temporal evolution;air pollution controlSpatio-temporal Evolution Characteristics and Source Analysis of Atmospheric Pollutants in YunchengCHAI Rui(Yuncheng Ecological Environment Bureau Hejin Branch,Yuncheng 043300,China)21 世纪以来我国社会经济的快速发展，2021年我国国内生产总值1143670亿元，实现了“十四五”时期的良好开局。与此同时，我国环境污染治理取得了明显的改善，空气更加清新、水体更加清澈、土壤更加安全、生态环境更加优美，但就山西省运城市大气污染治理现状分析，其作为我国主要的能源供应地区，也是空气污染较为严重的地方，在取得卓越成绩的同时，存在的问题还比较明显。为了深入分析运城市大气污染时空演化特征以及源区的特点，本文结合山西省运城市大气污染特征，从时间和空间的角度对其城市污染治理做了深入的研究。1运城市大气污染概述运城市是山西省辖地级市，截至 2021年末，运城市的常住人口为 473.32 万人，生产总值 2053.1 亿元，其中：第一产业增加值 338.4 亿元，第二产业增加值815.0 亿元，第三产业增加值 899.7 亿元，三次产业构成为16.5：39.7：43.8，人均地区生产总值 43201元。运城市地形地貌比较复杂，在 1.4万 km2的区域内有着平原、丘陵、山地等多种地形，全市水资源丰富，各类产业也比较齐全，这也让运城市污染源分类比较多。为了准确地分析运城大气污染物的产生原因和预防措施，对污染源做了详细的归类，将其分为三级，其中一收稿日期：2022-12-26 作者简介：柴 蕊（1980），女，工程师，研究方向：生态环境保护与监测工作。Vol.36 No.1202303第 36 卷 第 1 期202303HEILONGJIANG HUANJING TONGBAO黑 龙 江 环 境 通 报柴 蕊67第 1 期IPM10，分别表示 SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10等主要大气污染的指数，且分别给出了对应的大气污染物标准化值。式（2）中 C 为耦合度，其函数值介于 0，1 之间，耦合度越高则污染物的离散率越小，可较好地反映大气污染物的各项耦合指数，避免当部分指数值为 0 的时候监测难题的发生。在式（3）和式（4）中，T 代表协调指数，D 代表协调度，D越大则协调度越高，反之亦然。式（5）中 M 为局部莫兰指数，是运城市不同区域的空间相关性指标。式（6）和式（7）中的 Uij 为指标偏离度，是单项指标与大气污染指数及污染质量之间的差距，也就是单项指标标准化 100%之差2。2.3 研究方法2.3.1解耦合度解耦合度是测定 2 个或者 2 个以上系统运行影响强弱程度的过程，在研究中通过协调度来描述各个组成要素在时间变化之中的和谐一致程度，引入耦合协调度模型系统对运城市大气污染物在区域空间内的相互作用和彼此影响进行分析，全面预算耦合强度和协调发展水平，按照式（2）给出的公式进行计算。2.3.2探索性空间数据分析在本次研究中为了获得更加真实准确的数据，采取探索性空间数据分析法进行区域内大气污染物聚集方式和浓度水平的研究，利用全局空间自相关分析区域目标物空间相关属性和整体聚集现象，通过分析得知相邻要素的环境下对每个要素进行综合评估，并利用其对空间异质性和空间隔离等因素进行分析，并用其确定大气污染物空间聚集的具体位置。2.3.3障碍度模型在运城市大气污染风险的评估中，不仅要对大气污染程度水平进行测度，更要了解不同污染物防控中出现的阻碍污染物因素。在研究中将障碍度模型引入到区域联防联控中开展延伸性研究，并且探索出制约各种研究大气的污染物进行综合分析。一级污染二级污染源三级污染源工业源电力供热、工业锅炉、钢铁铸造、建材生产、化工生产、焦化、医药制造、工业生物、印刷印染、食品加工原煤、高炉煤气、焦炉煤气、其他煤气等；柴油、天然气、燃料油；水泥、玻璃、刚才、烧结矿；化肥产品；油墨以及化学原材料等住宅源民用锅炉、生物质炉灶、加油站、油气储存、废水处理、固废处理、烟气脱硝、其他溶剂焦炭、天然气、液化石油气、工业锅炉、生物成型燃料、柴油等交通源道路移动源、非道路移动源家用车、公共汽车等；农业机械、工程机械以及家用电器等。农业源畜禽养殖、氮肥、农药、土壤本底、人体粪便各种肉类食品的残留；尿素、硫铵、碳铵等化肥；敌敌畏、乐果、多菌灵等农药；大豆、花生等植物根茎；扬尘源堆场、施工、道路、土壤等扬尘工业固体废料、工业原材料、建筑材料、建筑土渣、乡村道路、土路以及农田荒地等。表 1 运城市大气污染源分类汇总表级污染源主要为工业、住宅、交通、农业和扬尘污染；二级污染源和三级污染源如表 1 所示1。2研究方法2.1 数据采集在本次研究中，以空气质量达标的天数作为研究对象，选择影响运城市大气污染物时空演化的常住人口、人均 GDP、产业占比、能源消耗等指标作为研究对象，下载了运城市环境保护局记录的 2021年大气污染物监测数据和 SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10等主要大气污染的浓度日均值作为研究对象进行分析。2.2 指标指数测算本次研究选用 ARCGIS11 软件，通过 Global MoransI 指数来判断运城市空气质量达标天数和空间分布特征。为了更好地辨别研究效果，利用不同的公式对该指数做了汇总和整理，当指数大于 0 的时候，表示聚集，小于 0 的时候表示离散，并且随机抽取相关指数对空气质量达标天数的聚集点和时间段进行分析。通过灰色关联结合定性和定量 2 种思维探讨了不同序列曲线下各污染源区之前的关联性，并且探讨了其整体性产生原因。在研究中采取如下公式对 SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10等主要大气污染进行指标计算：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)在式（1）中，Ij为 ISO2、INO2、ICO、IO3、IPM2.5、柴 蕊：运城大气污染物时空演化特征及源区分析68第 36 卷3研究结果3.1 运城市大气污染物浓度时空分布通过运城市 5 个国家环境空气监测站点探测出的数据结果进行分析，这 5 个监测点分别位于地区技校、外滩首府、禹都开发区、运城中学站点，均位于运城市行政划分的盐湖区，运城中学和外滩首府毗邻运城市盐湖景区，空港新区站点位于新开发的经济技术开发区空港新区，靠近运城张孝机场位置。根据运城市不同环境监测点给出的数据表示，2021 年浓度整体相差不大，而 SO2、NO2、CO、PM2.5、PM10等指标的浓度差异比较大，其中空港新区站点测出的 SO2年均浓度为 26g/m3，低于 2020年城市年均浓度 37g/m3、CO 年均浓度 3.6mg/m3、2020 年均浓度 192g/m3、PM10年均浓度 123g/m3，均为 5 个站点最高值，PM2.5年均浓度高于站点平均值。结合站点的位置不难发现，城区和机场附近因车流量比较大，因此 SO2、NO2、CO、PM10的排放量高于其他地方，而外滩首府站点的 NO2、CO年均浓度比较低，这与其远离市中心、车流比较少有着密切的关系，且这一站点的周围绿化比较好，能够大量吸收污染物质。3.2 大气污染物的时间变化特征从 2021 年运城市 5 个监测点的污染检测指标进行分析，运城市大气污染物指数中 SO2、NO2、CO、PM2.5、PM10呈现出冬季高、夏季低的特点，这与国内其他学者研究得出的结论相同。据调查表明 SO2、NO2、CO、PM2.5、PM10等浓度最高时间均在 1 月，由于当时温度低、湿度高，大气层相对稳定，不利于污染物的扩散，使得各类污染物的浓度比较高，另外由于冬季取暖及煤炭燃烧量比较高的特点，SO2、NO2、CO、PM2.5、PM10等含量相对较高。SO2、NO2的最高值均为七八月份，PM2.5、PM10则在秋季上升，这与当地西北风盛行有着密切的关系，而在八九月份的时候因降雨增多，使得 PM2.5、PM10处于最低状态，而在冬季则逐渐上升3。在 5 个站点中空港新区的 NO2于 3 月到 9 月达到最高值，而在 6 月份的时候达到了最高值，这主要是因为夏季航空运行高峰，且机场载流量比较大，各种污染物的排放量要高于其他季节。3.3 大气污染物浓度空间分布特征本次研究基于 2021 年运城市 5 个国家级空气监测点进行研究，采取反距离权重法进行空间插值分析，并且采取可视化出图研究措施。2021 年运城市的 SO2、NO2、CO、PM2.5、PM10浓度呈现出北高南低的空间部分特征，中心城区的 CO、SO2、NO2浓度要高于郊区，稷山县、新绛县和闻喜县 CO 浓度高于 4.7mg/m3，芮城县低于 3mg/m3，万荣县和临猗县浓度范围在 3.84.1mg/m3。河津市、新绛县、稷山县颗粒物浓度较高，PM2.5和 PM10浓度分别高于 73g/m3和 140g/m3，芮城县和永济市 PM2.5和PM10浓度分别低于 50g/m3和 92g/m3。河津市、稷山县、新绛县 SO2、NO2、CO、PM2.5、PM10浓度高于其他区县的主要原因是运城市主要重工业分布于这些区县，企业能源消耗和重型车辆运输造成污染物超高排放；PM2.5和 PM10还与运城市地处汾渭平原，受到西北方向沙尘影响较多原因相关。3.4 运城市空气质量影响因素经过上述内容分析得知，运城市空气质量的影响源区是多元化、多方面的，其中工业园是造成SO2、NO2、CO、PM2.5、PM10的主要污染源，分别占2021 年排放量的 95%、61%、94%、73%以及 47%。NH3的排放源主要为农业，占比 55%，而 PM10的一级源为扬尘，占 70%；畜禽养殖业是 NH3的最大贡献二级源，扬尘源尤其是堆场扬尘对 PM10贡献最大4。区县污染特征显示河津市、稷山县、新绛县、闻喜县 SO2、NOX、CO、VOCs、PM2.5污染严重，这主要是因为这些地区工业产业众多，企业数量多，人口也相对比较多，造成该地区的大气污染比较严重，这也与区域居民和工业用锅炉有着密切的关系。4结语总之，运城作为山西省的门户城市，解决好空气质量问题已经迫在眉睫。而要想打赢当地空气质量攻坚战，政府部门必须要深刻认识到大气污染物时空演化特征和源区，以严谨的学术结论为支撑制定科学的政策方针，做到有的放矢。参考文献：1徐传奇,王明珠,王国强.山西省大气污染物时空演化特征及源区识别 J.环境科学与技术,2022，45(7):54-65.2赵德龙,田平,周嵬,等.COVID-19 疫情期间北京市两次重霾污染过程大气污染物演变特征及潜在源区分析 J.环境科学,2021，42(11)：5109-5121.3沈楠驰，周丙锋，李珊珊，等.20152019 年天津市大气污染物时空变化特征及成因分析 J.生态环境学报,2020,29(9):12.4 王 刘 铭,王 西 岳,王 明 仕,等.焦 作 市 大 气 污染 时 空 分 布 特 征 及 来 源 分 析 J.环 境 科 学 研究,2020,33(4):11.黑 龙 江 环 境 通 报