2011—2014年咸豐縣大氣環境容量和承載力評價

熊炳橋， 趙麗婭，2*，侯邦飛

(1.湖北大學資源環境學院，湖北武漢 430062；2.區域開發與環境響應湖北省重點實驗室，湖北武漢 430062)

2011—2014年咸豐縣大氣環境容量和承載力評價

熊炳橋1， 趙麗婭1，2*，侯邦飛1

(1.湖北大學資源環境學院，湖北武漢 430062；2.區域開發與環境響應湖北省重點實驗室，湖北武漢 430062)

根據2011—2014年咸豐縣空氣質量監測數據及環境統計數據，在分析咸豐縣大氣環境現狀的基礎上，利用A值法對咸豐縣大氣環境容量和承載力進行了核算。結果表明：2011—2014年SO2、TSP、NO2的排放量呈現持續增長，年均濃度均滿足《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)中的一級標準；2011—2013年SO2、TSP、NO2的環境容量呈持續下降的趨勢，分別下降了15.94%、1.84%、5.73%，2014年反而上升，但其環境容量并未達到飽和，仍有較多的剩余環境容量；2011—2014年3種污染物的承載力指數均小于-0.700 0，說明大氣承載力處于高承載水平。

大氣環境容量；承載力；咸豐縣

隨著經濟快速發展及城市化和工業化的發展，能源消耗迅速增加，污染物排放源不斷增多，污染物排放總量也不斷上升，國內大中型城市乃至小城鎮都面臨著空氣質量下降的嚴峻形勢，大氣污染防治任務任重而道遠[1-3]。環境質量現狀是根據近期環境質量監測資料以及區域背景環境資料，對一定區域內人類社會近期和當前活動引起的環境質量變異所進行定量或定性的描述與評定。大氣環境容量和承載力的確定是分析大氣環境質量的重要手段[4-5]，是有效控制大氣環境污染、改善環境質量的基礎,能夠為協調和規劃區域社會經濟的發展布局提供依據。為了有效控制大氣環境污染，大氣環境容量及承載力評估的研究顯得至關重要。目前,國內外對大氣環境容量和承載力的研究取得了一些進展[6-10]。但由于大氣環境具有復雜性和多變性,在污染源調查、監測、數據采集、環境測試、邊界條件確定及模型匹配等方面仍需進行深入研究。筆者以湖北省咸豐縣為例，通過對2011—2014年大氣環境質量和污染狀況進行分析，利用A值法對大氣環境容量進行測算，并結合大氣環境承載力指數綜合評價咸豐縣大氣環境狀況，以期為污染物控制和治理及中小城市環境現狀定量分析提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況 咸豐縣位于湖北省恩施土家族、苗族自治州西南部，云貴高原東延武陵山余脈與大巴山之間，108°37′08″～109°20′08″ E，29°19′28″～30°02′54″ N。南北長80.375 km，東西寬68.950 km。國土面積2 550 km2，分別占省、州的1.3%和9.4%。氣候特征屬中亞熱帶季風型山地濕潤性氣候，表現出明顯的山地小氣候特征。降雨集中在4—11月，年平均降雨量1 555 mm。年平均溫度14 ℃左右，極端高溫34 ℃左右，低端低溫-5 ℃左右，年日照時數1 200 h左右，年均太陽總輻射量363.29 kJ/cm2。

1.2 大氣環境容量

1.2.1 A值法。大氣環境容量是在城市生態和大氣環境不受污染時各污染源的最大允許排放量。A值法屬于地區系數法，通過控制區總面積、各功能區面積及當地總量控制系數A值計算出該面積總允許排放量[11-12]。A值法模型具有簡便、可操作性強、使用范圍廣等優點，已成為我國最主要的區域大氣環境容量分析模型。A值法的計算公式如下：

式中,Qa為控制區大氣污染物環境容量，×104t/a；Qai為第i類控制區大氣污染物環境容量，×104t/a；A為區域性總量控制系數，×104km2/a；Csi為該分區污染物年、日平均濃度限值，mg/m3；Cb為環境背景質量濃度，mg/m3；Si為控制區面積，km2；S為總控制區面積，km2。

1.2.2A值的確定。根據《制定地方大氣污染物排放標準的技術方法》(GB/T13201—91)中推薦的本地總量控制系數A值(湖北地區A值的范圍為3.5～4.9)，可通過研究區域某大氣污染物合理的達標保證率確定A值，即

A=Amin+(Amax-Amin)(1-P)

式中,Amax、Amin分別為所研究區域A值上限和下限，×104km2/a；P為達標保證率，%。按照達標目標90%計算得到A值為3.64。

1.3 大氣環境承載力指數 大氣環境承載力是指在一定范圍和一定時段內，保持人類活動與生態系統協調的情況下，該區域所能承受的大氣污染物的最大限值。根據大氣環境承載力指數的大小可以判斷大氣環境承載力的高低，承載力指數越大，表示承載力越大[13-14]。大氣環境承載力指數計算公式如下：

Pi=(Ei-Qi)/Qi

式中，Pi為大氣環境承載力指數；Ei為污染物排放量；Qi為i污染物的環境容量。

2 結果與分析

2.1 大氣環境質量

2.1.1 大氣污染物排放量。由表1可知，2011—2014年咸豐縣SO2、TSP、NO23種污染物的排放量均呈上升趨勢，SO2、TSP、NO2的排放量分別增長了54.53%、43.62%、34.91%。這主要是由于近幾年咸豐縣經濟的高速發展、城鎮基礎設施的大力建設、機動車數量的快速增加等因素加劇了污染物排放的增加。

表1 2011—2014年咸豐縣污染物年排放量

Table 1 Air pollutants annual emissions in Xianfeng County during 2011—2014 t/a

2.1.2 環境空氣質量。根據《恩施自治州環境質量狀況公報》，2011—2014年咸豐縣環境空氣質量優良天數百分率分別為100%、100%、96.10%、98.10%，說明4年間空氣質量優良天數略有下降。4年間咸豐縣大氣環境主要污染物為SO2和TSP，NO2的影響相對較小，且3種污染物年均濃度均能滿足《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)中的一級標準，表明咸豐縣空氣質量良好。

從圖1可見，3—11月咸豐縣空氣質量優良天數百分率為100%，而1、2、12月空氣質量優良天數百分率相對較低，尤其是1月的空氣質量優良天數百分率僅為60%；從空氣污染指數最大值來看，2014年基本維持在50～100，空氣質量狀況屬良好，1、6、10—12月污染物指數最大值較高，其他月份相對較低。這說明咸豐縣全年空氣質量整體較好，表現出季節性差異，冬季空氣質量與其他季節相比較差。冬季空氣質量較差的原因是冬季晝夜溫差大，易發生逆溫，不利于污染物擴散。而且這與咸豐縣目前能源結構有很大關系，目前咸豐縣能源仍以煤炭為主，冬季燃燒煤炭需求量較大。

圖1 2014年咸豐縣環境空氣質量狀況Fig.1 Environmental air quality of Xianfeng County in 2014

2.2 大氣環境容量和承載力

2.2.1 大氣環境容量計算。

2.2.1.1 環境空氣功能分區。環境空氣質量功能分區以城市功能布局和區域環境功能分區為依據，是大氣環境規劃的核心內容，對大氣環境管理起著重要作用[15]。筆者參照國家《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)，結合咸豐縣生態功能區劃和地域特點，將咸豐縣大氣環境功能區分為兩類。一類區主要位于自然保護區、地質公園、旅游風景區等地，面積為887.4 km2，占縣轄區總面積的34.84%；二類區位于廣大城鎮區和工業園區，面積為1 652.6 km2，占縣轄區總面積的65.16%。其中，一類區采用《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)一級標準，二類區則采用二級標準(表2)。

表2 大氣環境功能區劃

2.2.1.2 各功能區環境質量控制目標。選取SO2、TSP、NO23種污染物作為控制因子，各功能區環境質量控制目標參照《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)(表3)。

2.2.1.3 污染物本底濃度。由表4可知，SO2、TSP、NO23種污染物的本底濃度在一類區明顯低于二類區。在一類區中，2011—2014年SO2的年平均濃度呈持續增長趨勢，從2011年的0.010 mg/m3增長到2014年的0.015 mg/m3。2011—2013年TSP、NO2的年平均濃度呈現增長趨勢，而2014年出現下降趨勢。在二類區中，2011—2014年SO2、TSP和NO23種污染物的年平均濃度呈波動上升趨勢。

表3 各功能區環境質量控制目標

Table 3 Environmental quality control target in various functional zones mg/m3

2.2.1.4 A值法測算大氣環境容量。由A值法計算2011—2014年咸豐縣大氣環境容量，結合各污染物的排放量可得到剩余環境容量。由表5可知，SO2、TSP、NO23種污染物的大氣環境容量在2011—2013年均呈持續下降趨勢，2014年反而上升。總體來看，2011—2014年SO2、TSP、NO23種污染物的剩余大氣環境容量呈波動下降趨勢，分別下降了15.94%、1.84%、5.73%。2011—2013年3種污染物的剩余環境容量呈持續下降趨勢，2014年反而上升，這與大氣環境容量表現出相同的變化規律。由此可見，目前咸豐縣擁有較多剩余大氣環境容量，大氣環境質量良好。2014年大氣環境容量和剩余環境容量相較于2013年有所增大，這與環保部門加大管理力度，大大降低了排污單位鍋爐、窯爐煙塵的排放有很大關系。

表4 2011—2014年咸豐縣大氣污染物本底濃度

表5 2011—2014年咸豐縣大氣環境容量和剩余容量

2.2.2 大氣環境承載力指數。根據2011—2014年咸豐縣大氣污染物排放量以及大氣環境容量，計算各污染物大氣環境承載力指數。參考我國其他地區大氣環境承載力等級劃分[16-20]，分析大氣環境中SO2、TSP、NO2承載力指數，并結合咸豐縣實際情況，將大氣環境承載力劃分為嚴重超載(Pi>1)，超載(0

3 結論

(1)2011—2014年咸豐縣SO2、TSP和NO23種污染物的排放量均呈持續上升趨勢，4年間分別增長了54.53%、43.62%、34.91%。空氣質量優良天數則表現出略微下降趨勢，2011—2014年優良天數百分率分別為100%、100%、96.10%、98.10%。影響咸豐縣大氣環境的主要污染物為SO2和TSP，次要污染物為NO2，且3類污染物均能滿足《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)中的一級標準。全年整體空氣質量較好，但季節性差異明顯，冬季空氣質量與其他季節相比較差。

(2) 通過A值法對大氣環境容量進行測算，結果表明，2011—2014年SO2、NO2、TSP 3種污染物的大氣環境容量呈波動下降趨勢，2013年大氣環境容量最低，至2014年又呈現增長。剩余大氣環境容量并未達到飽和，仍有較大剩余，且2011—2014年SO2、TSP、NO23種污染物剩余大氣環境容量呈波動下降趨勢，分別下降了15.94%、1.84%、5.73%。

(3) 通過對大氣承載力指數的計算可知，咸豐縣的SO2、TSP、NO2處于高承載階段，表明該區域環境具有較豐富的資

表6 2011—2014年咸豐縣大氣環境承載力指數

源,大氣環境質量良好，有剩余大氣環境容量，經濟發展符合可持續發展的要求。

(4) 雖然目前咸豐縣的大氣環境現狀良好，承載力程度處于高承載階段。但隨著人口的增多、工業企業的增加，能源消耗量的增多，大氣污染物的排放量仍處于持續增加趨勢。為了實現經濟社會的可持續發展，政府必須采取行之有效的措施，維持良好的環境現狀，防止大氣環境惡化。參考文獻

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Evaluation on the Atmospheric Environmental Capacity and Carrying Capacity of Xianfeng County during 2011-2014

XIONG Bing-qiao1， ZHAO Li-ya1,2*, HOU Bang-fei1

(1.School of Resources and Environmental Science,Hubei University,Wuhan,Hubei 430062; 2.Hubei Key Laboratory of Regional Development and Environmental Response，Wuhan,Hubei 430062)

According to air quality monitoring data and environmental statistics of Xianfeng County，during 2011—2014 the atmospheric environmental capacity was measured by using A value method.The results showed that the emissions of SO2,TSP and NO2increased continually from 2011 to 2014,but the annual average concentration of three pollutants was up to standard Ⅰ ofAmbientAirQualityStandards(GB3095-2012).The environmental capacity of SO2,TSP and NO2decreased constantly from 2011 to 2013,and the ratio was 15.94%, 1.84% and 5.73% respetively.The environmental capacity of three pollutants increased in 2014,and their emissions had not exceed their environmental capacity.The carrying capacity index of the three pollutants was less than -0.700 0 from 2011 to 2014.It showed that Xianfeng County had more surplus environmental capacity and the atmosphere capacity was in a high level.

Atmospheric environmental capacity; Carrying capacity; Xianfeng County

國家自然科學基金項目(31070370)；湖北省教育廳重點項目(D2015003)；湖北省科技廳軟科學專項(2013BDF034)；生物資源綠色轉化湖北省協同創新中心。

熊炳橋(1990- )，男，河南信陽人，碩士研究生，研究方向：環境生態學和生態保護規劃。*通訊作者，副教授，博士，碩士生導師，從事干旱區植物生態學和生態保護規劃的教學和科研工作。

2016-09-21

S 181.3

A

0517-6611(2016)35-0075-03