黔江區環境空氣質量評價及變化趨勢

張永江，張宗慶，羅永洪，徐光宏，王祥柄

（重慶市黔江區環境監測中心站，重慶409000）

近年來，我國大氣污染已經成為公眾關注的焦點，尤其是2013年，全國各地的霧霾天氣頻繁發生，表明我國大氣污染問題的嚴重性和區域復合型污染特征［1］。大氣污染會影響植物生長、降低能見度、危害人類健康，給人類生活帶來了不利影響［2～5］。我國城市空氣質量變化的研究主要集中在京津翼、長三角和珠三角、大中型城市等［6～12］。因此，改善城市環境空氣質量，為城市居民提供宜居環境，研究城市大氣污染特征及變化規律，準確掌握污染物的種類及濃度含量，掌握環境空氣質量狀況，揭示時空變化規律成為當前研究重點和熱點問題。

重慶市黔江區位于渝東南邊緣，是重慶市委、市政府確定的渝東南地區中心城市，也是國家《武陵山片區區域發展與扶貧攻堅規劃》定位的武陵山片區6個中心城市之一。本研究利用黔江區空氣自動監測資料，對空氣質量進行分析和評價，以揭示其城市環境空氣質量的演變規律。

1 研究方法

1.1 監測項目及頻率

黔江區城區環境空氣質量自動監測點位為國控監測點位，監測頻率為24小時連續自動監測，執行《環境空氣質量自動監測技術規范》（HJ／T193－2005）。自動監測項目為二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物 （PM10）、臭氧、風向、風速、氣溫、氣壓、濕度等相關參數。

1.2 大氣監測數據統計及評價

環境空氣質量監測數據依照國家 《環境空氣質量標準》（GB3095－1996）二級標準進行統計。

環境空氣質量綜合評價采用綜合污染指數法和環境空氣質量日報 （API）評價體系進行評價［13］。綜合污染指數法選取二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物3種污染物作為評價參數，評價標準采用國家《環境空氣質量標準》（GB3095－1996）二級標準和 《環境質量報告書編寫技術規定》中有關推薦標準和空氣污染狀況分級標準，空氣綜合污染指數分級標準見表1。

綜合污染指數計算公式為：

單項污染物的污染分指數計算公式為：

污染負荷系數計算公式為：

式中：P為空氣綜合污染指數；Pi為i項空氣污染物的分指數；Fi為i項空氣污染物的污染負荷系數；Ci為i項空氣污染物濃度的年均值；Si為i項空氣污染物的環境質量標準限制；n為計入空氣綜合污染指數的污染物項數。

表1 空氣綜合污染指數分級標準

1.3 分析方法

空氣污染物的變化趨勢及其統計學顯著特征采用Daniel趨勢檢驗方法（又名Spearman秩相關系數法）［14］。公式為：

式中：rs為秩相關系數；n為時間周期數；xi為年均值從小到大排列的順序；yi為年先后排列順序。

將秩相關系數rs的絕對值與Spearman秩相關系數統計表中（顯著性水平a＝0.05或a＝0.01）的臨界值Wp進行比較，如果｜rs｜≥Wp，表明趨勢變化有顯著性，如果rs是正值，則表明為上升趨勢；如果rs是負值，則表明為下降趨勢；如果｜rs｜≤Wp，則表明變化趨勢無顯著意義，說明在評價時段內指標變化穩定或者平穩。

2 結果與討論

2.1 監測結果

2012年黔江區環境空氣中主要污染物監測結果［15］表明：2012年，黔江區環境空氣中二氧化硫年均值為0.037mg／m3，滿足環境空氣質量標準（GB3095－1996）二級標準，年均值未出現超標，日均值超標率為1.2%，最大超標倍數為0.01；二氧化氮年均值濃度0.019mg／m3，達到國家二級標準，日均值和年均值均未出現超標；可吸入顆粒物年均濃度值為0.082mg／m3，滿足國家二級標準，日均超標率為7.9%，最大超標倍數為0.76。

2.2 評價結果

黔江區環境空氣質量主要污染物污染分指數評價結果及污染物負荷比如表2所示。由表2可知，2012年黔江區環境空氣綜合污染指數為1.67，屬于輕污染。二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物的污染負荷系數分別為36.9%、14.2%和49.1%。說明可吸入顆粒物對黔江區環境空氣質量的影響最大，其次是二氧化硫。

表2 2012年黔江區主要污染物污染分指數評價結果及污染物負荷比

2012年黔江區日空氣質量屬于一級、二級和三級的天數分別為68d、277d和21d，所占全年的比例為18.6%、75.6%和5.8%，滿足二級以上日空氣質量天數的比例為94.2%。影響黔江城區環境空氣質量未能滿足二級標準的首要污染物為可吸入顆粒物和二氧化硫。

2.3 環境空氣質量年際變化趨勢

2006—2012年黔江區空氣主要污染物年際變化見圖1，空氣綜合污染指數和滿足Ⅱ級天數比例年際變化見圖2。

采用Daniel趨勢檢驗方法分析黔江區環境空氣質量變化趨勢。由圖1可知，黔江區環境空氣中主要污染物二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物的濃度呈波浪式變化趨勢，2006—2008年呈下降趨勢，2009—2010年呈上升趨勢，2011—2012年呈明顯下降趨勢。2006—2012年，二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒的Spearman秩相關系數法檢驗表明，｜rs｜分別為0.536、0.857和0.741，由于n＝7，查表得Wp0.05＝0.714。如果｜rs｜＞Wp0.05，則表明二氧化氮和可吸入顆粒物隨年份變化趨勢有顯著意義，rs為正值，表明2006—2012年評價時段內二氧化氮和可吸入顆粒物指標變化呈上升趨勢。由于二氧化硫在2008年濃度達到最低值，隨后逐漸上升，在2010年后又開始下降，因此，Spearman秩相關系數法檢驗表明二氧化硫隨年際變化無顯著意義。

由圖2可以看出，2006—2012年，空氣污染指數呈S型變化，在2008年出現最低值，隨后逐漸增大，到2010年出現最高值，之后逐漸降低，到2012年時，空氣綜合污染指數為1.68。滿足二級天數比例變化呈波浪型，呈現先減少再增加的趨勢，在2006年和2008年達到最高值，隨后在2010年出現一個低谷，之后逐漸上升，Spearman秩相關系數法檢驗結果為｜rs｜＝0.203，n＝7，查表得Wp0.05＝0.786＞0.203，表明變化趨勢沒有顯著意義，說明在評價時段內滿足二級天數比例總體變化穩定或者平穩。

2.4 環境空氣質量月變化

以2012年為例，黔江區環境空氣中主要污染物濃度的月變化見圖3。空氣綜合污染指數和滿足Ⅱ級天數比例月變化如圖4所示。

由圖3可知：2012年1—12月份，二氧化硫和可吸入顆粒物的變化趨勢類似，呈凹形變化，即二氧化硫和可吸入顆粒在1月和12月份濃度較高，7、8月份濃度較低，最高濃度和最低濃度分別相差0.039mg／m3和0.057mg／m3；而二氧化氮全年變化趨勢平緩，呈小波浪型變化，濃度隨月份變化幅度較小。

在春季和冬季城區環境空氣中二氧化硫和可吸入顆粒物的濃度相對較高的主要原因為黔江城區海撥較高，較為寒冷，城區及城郊區部分居民使用黔江本地煤（含硫量5%～6%）取暖，導致城區環境空氣中二氧化硫和可吸入顆粒物污染負荷明顯增加，加上黔江屬于亞熱帶濕潤性季風氣候，不利于大氣污染物擴散。這與該文獻報道環境空氣中二氧化硫和可吸入顆粒物推測主要來源于煤炭等燃料的燃燒過程相一致［16］。

由圖4可以看出，2012年，黔江區空氣綜合污染指數月均范圍為1.11～2.27，其中7月份空氣質量狀況為清潔，為輕度污染；從變化趨勢看，空氣綜合污染指數在1月份最高，隨后逐漸降低，到7月份達到最低值，隨后逐漸增加，全年月均空氣綜合污染指數呈凹型變化。1—12月環境空氣質量滿足二級天數比例范圍為80.6%～100%，其中5—10月份，一直保持在100%水平，10月份后呈逐月下降趨勢。

2.5 二氧化硫／可吸入顆粒物相關性分析

二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物是表征環境空氣質量污染程度的重要指標，因此分析三者之間的相關性判斷其空氣污染組成具有重要意義。二氧化硫和可吸入顆粒物相關分析結果表明呈明顯正相關，相關系數為0.6692，表明黔江區大氣環境中二氧化硫和可吸入顆粒物的含量有緊密關系。

3 結論

（1）2012年，黔江區環境空氣中二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物年均值分別為0.037mg／m3、0.019mg／m3、0.082mg／m3，均滿足環境空氣質量標準（GB3095－1996）二級標準限值要求。

（2）2012年黔江區環境空氣質量滿足國家二級標準天數比例為94.2%，環境空氣綜合污染指數為1.67，屬于輕污染。二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物的污染負荷系數分別為36.9%、14.2%和49.1%，污染負荷最大的是可吸入顆粒物。

（3）2006—2012年，黔江區環境空氣中二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物的Spearman秩相關系數法檢驗結果表明，二氧化氮和可吸入顆粒物濃度隨年份變化呈增長趨勢，二氧化硫秩相關系數法分析結果表明無顯著意義；而評價年份時段內滿足二級天數比例總體變化穩定或者平穩。

（4）2012年，黔江區環境空氣質量中二氧化硫和可吸入顆粒物的變化趨勢類似，呈凹形變化，而二氧化氮全年變化趨勢平緩，濃度隨變化幅度較小。黔江區空氣綜合污染指數月均范圍為1.11～ 2.27，滿足空氣質量二級標準天數比例范圍為80.6%%～100%。

［1］劉俊，袁鸞，劉衍君，等.珠江三角洲一次大范圍灰霾天氣下的空氣污染特征分析［J］.環境科學導刊，2009，28（4）：78－82.

［2］Kan Haidong，Chen Bingheng.Particulate air pollution in urban areas of Shanghai，China：health－based economic assessment［J］. Science of the Total Environment，2004，322（1／2／3）：71－79.

［3］Hing－Cho Cheng，Tao Wang，Karstern Baumann，et al.Influence of regional pollution outflow on the concentrations of fine particulatematter and visibility in the coastal area of southern China［J］.Atmospheric Environment，2005，39（24）：6463－6474.

［4］Englert N.Fine Particles and Human Health－A Review of Epidemiological Studeis［J］.Toxicology Letters，2004，149：235－242.

［5］張慶陽，張玩，曹學柱.城市大氣污染治理有關研究 ［J］.氣象科技，2001，（4）：6－10.

［6］楊俊益，辛金元，吉東生，等.2008～2011年夏季京津冀區域背景大氣污染變化分析［J］.環境科學，2012，33（11）：3693－3704.

［7］馮加武，彭曉武，許振成，等.珠三角地區2005－2009年灰霾天氣污染水平分析［J］.環境科學與技術，2012，35（11）：75－78.

［8］王英，李令軍，劉陽.京津冀與長三角區域大氣NO2污染特征［J］.環境科學，2012，33（11）：3685－3692.

［9］李禮，余家燕.重慶城區空氣中有機碳和元素碳濃度水平的監測分析［J］.三峽環境與生態，2012，34（2）：41－42.

［10］張丹，周志恩，張燦，等.重慶市主城區PM2.5污染源源成份譜的建立［J］.三峽環境與生態，2011，33（5）：14－18.

［11］劉永祺，李大鵬，倪長健.重慶市大氣污染特征及其影響因素分析［J］.四川環境，2009，28（3）：28－32.

［12］耿雅妮.西安市大氣環境質量現狀分析與評價 ［J］.河南科學，2013，31（2）：197－200.

［13］孫鴻良，祁國偉.空氣污染指數及其在杭州市空氣質量周報中的運用［J］.環境污染與防治，1999，21（S1）：59－61.

［14］曲格平.中國環境保護工作全書 ［M］.北京：中國環境科學出版社，2002.

［15］重慶市黔江區環境保護局.重慶市黔江區環境質量報告書［R］.2012.

［16］Zhang Renjian，Cao Junji，Lee Shuncheng，et al.Carbonaceous aerosols in PM10and pollution gases in winter in Beijing［J］. Journal of Environmental Sciences，2007，19（5）：564－571.