基于地理信息系統的焦化企業衛生防護距離研究

張尚宣，李瑞華，封雪，孫博飛，王龍飛，李雙雙，肖懷德，伯鑫

(1.中冶賽迪重慶環境咨詢有限公司，重慶 400013；2.中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶 400013；3.中國環境監測總站，北京 100012；4.河北正奇環境科技有限公司，河北石家莊 050000；5.河北正潤環境科技有限公司，河北石家莊 050091；6.環境保護部環境工程評估中心，北京 100012；7.北京科技大學能源與環境工程學院，北京 100083)

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基于地理信息系統的焦化企業衛生防護距離研究

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.中冶賽迪重慶環境咨詢有限公司，重慶 400013；2.中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶 400013；3.中國環境監測總站，北京 100012；4.河北正奇環境科技有限公司，河北石家莊 050000；5.河北正潤環境科技有限公司，河北石家莊 050091；6.環境保護部環境工程評估中心，北京 100012；7.北京科技大學能源與環境工程學院，北京 100083)

為評估我國焦化行業潛在受影響人口分布情況，本研究基于全國焦化企業環境統計數據、人口數據，通過GIS手段，“自下而上”地獲得了每家焦化企業衛生防護距離內潛在受影響人口情況。研究結果表明，我國焦化企業衛生防護距離內面積為0.19萬km2，占國土面積比例約為0.2‰；潛在受影響人口為232萬人，占全國人口比例為1.7‰。焦化企業衛生防護距離內面積占國土面積比例最高和潛在受影響人口最多的是山西省，衛生防護距離內面積占國土面積比例約為3.51‰，潛在受影響人口為47萬人。

焦化；衛生防護距離；潛在受影響人口

近年來，我國霧霾頻發，大氣污染防治形勢嚴峻，目前關注的熱點主要集中于常規污染物(二氧化硫、氮氧化物、PM2.5等)。細顆粒物組分除含有有機碳、元素碳等物質外，還存在砷、鉛、鎘、苯并[a]芘等致癌物，對人體健康存在較大影響[1-3]。

焦化行業是排放苯并[a]芘等致癌物的主要行業之一[3-4]。按照我國衛生部頒布的衛生防護距離規定，在焦化企業周圍劃定一定衛生防護距離，衛生防護距離內不能有居民區、學校、醫院。但從我國焦化企業布局來看，部分企業建設在城市建成區內，周邊人口稠密，潛在受影響人數眾多。目前針對典型焦化企業大氣影響的研究主要集中在焦化廠周邊大氣環境中的成分分析[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，但在全國層面較全面地評估每家焦化企業的衛生防護距離影響范圍及潛在受影響人口情況的工作相對缺乏。

本研究以2012年全國焦化企業為重點研究對象，依據本研究團隊已經建立的中國高分辨率焦化企業排放清單，結合焦化企業衛生防護距離要求，在GIS空間分析平臺上進行了中國焦化企業衛生防護距離分析，以“自下而上”的研究模式分析和評估中國焦化企業影響的國土面積和人口分布情況。

1 研究方法與數據

1.1 研究區域與對象

本次研究區域為中國所有省市區(不包括港澳臺)，研究對象囊括了區域內所有焦化企業，包括鋼鐵行業焦化和獨立焦化廠。

1.2 焦爐空間位置清單的建立

本研究在環境統計的焦化企業經緯度及地址信息基礎上，結合Google Earth上優于2.5 m分辨率的遙感影像，選定時相為2012年，采用遙感影像目視判讀的方法，確定焦化企業特別是焦爐的具體位置。通過廣泛搜集焦化企業相關資料，研究掌握其設施組成與空間布局等信息。對于焦化企業而言，焦爐及煙囪是典型的目視判讀標志。經過遙感影像目視判讀解譯，相對準確地建立了高分辨率全國焦化企業焦爐空間位置清單。

1.3 焦化企業衛生防護距離的確定

(1)國外焦化企業防護距離規定

西澳大利亞環保局規定，焦炭企業與居民區等敏感區的防護距離為1000～2000 m[9]；南澳大利亞環保局規定，焦炭企業與居民區等敏感區的防護距離為2000 m[10]；美國、日本等國的環保法令沒有明確的防護距離規定。

(2)中國衛生防護距離規定要求

《煉焦業衛生防護距離》規定，按照生產規模和當地風速的不同確定衛生防護距離，最小距離為700 m，最遠距離為1200 m：生產規模小于100萬t，防護距離要求為700～900 m；大于100萬t小于300萬t，防護距離要求為800～1000 m；大于300萬t，防護距離要求為900～1200 m。目前焦化企業環評也是按此要求執行[11]。

1.4 區域人口空間分布數據的獲取

本次研究使用由美國能源部橡樹嶺國家實驗室全球人口項目開發的LandScan人口空間數據。該人口數據庫利用各國可獲取的人口普查數據，建立基于地理信息系統、分區密度模型相結合的權重模型。該模型參數包括衛星影像、道路情況、地面坡度、土地利用情況、夜間燈光等，以人口總數、區域邊界作為模型控制條件，依據不同單元的人口密度，得到區域人口分布數據，并采用高分辨率遙感影像進行檢驗，是目前涉及人口數據研究中廣泛采用的相對權威和準確的人口空間數據[12-13]。

1.5 基于GIS的焦化企業衛生防護距離分析

依據本研究團隊已建立的高分辨率全國焦化企業排放清單，以及不同規模焦化廠的防護距離要求，結合每個焦化企業周邊人口空間分布數據等，在GIS空間分析平臺上進行中國焦化企業衛生防護距離空間分析。以焦爐為中心，按照每個焦化廠的防護距離劃定影響范圍。

衛生防護距離內潛在受影響人口數量按照以下概念公式計算：

P=∑(i)P0i/S0×Si

式中，P為目標防護距離內的人口數量；P0i/S0為人口密度；Si為各個目標區域的面積。

2 結果與討論

2.1 焦化企業空間分布分析

根據2012年全國環境統計數據，全國焦化企業共885家，其中鋼鐵行業焦化102家，獨立焦化廠783家，如表1所示。由表1可知，除北京市、西藏自治區、海南省外，全國各省市區均有焦化企業分布，最為集中的幾個省份是山西省、河北省、新疆維吾爾自治區、陜西省、山東省。

從統計結果來看，我國大部分焦化企業均為污染控制水平相對較差的小焦化。由于各地風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速條件考慮，來確定本次研究的焦化企業衛生防護距離。根據焦化企業規模，全國焦化企業年產量小于100萬t、大于100萬t且小于300萬t、大于300萬t的焦化企業分別為797家、71家、17家，占所有焦化企業的比例分別為90%、8%、2%，防護距離分別選取為900 m、1000 m、1200 m。

表1 我國各省市區焦化企業數量一覽表(基于環境統計)

2.2 焦化企業衛生防護距離內面積占比分析

基于中國焦化企業衛生防護距離分析，得到2012年全國焦化企業衛生防護距離內的面積為0.19萬km2，占國土面積的比例約為0.2‰。

根據行政區劃對我國所有焦化企業進行分省統計，我國各省份焦化企業衛生防護距離內面積占國土面積的比例如圖1所示。由圖1可知，焦化企業衛生防護距離內面積占國土面積比例最高的3個省份是山西省、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，位居全國之首。河北省共有108家焦化企業，居全國第二。山西省和河北省焦化企業不管是從絕對數量還是從實際影響而言都是全國最大的，需要特別重視該區域內焦化企業潛在的環境影響。上海市有3家焦化企業，由于上海市國土面積小，因此衛生防護距離內面積占總國土面積的比例較高。

浙江省、甘肅省、青海省焦化企業衛生防護距離內面積占國土面積的比例最低，分別為0.03‰、0.02‰和0.01‰。這3個省份焦化企業數量少，且青海省、甘肅省國土面積較大，因此衛生防護距離內面積占國土面積的比例較低。

圖1 中國各省份焦化企業衛生防護距離內面積占國土面積的比例Fig.1 The ratio of buffer zone of coking plants to land area nationwide in each province of China

2.3 焦化企業衛生防護距離內潛在受影響人口分布

本研究計算得到2012年全國焦化企業衛生防護距離內潛在受影響人口數量為232萬人，占全國人口比例為1.7‰。

根據行政區劃對所有焦化企業衛生防護距離內潛在受影響人口進行分省統計，我國各省份焦化企業衛生防護距離內潛在受影響人口分布情況如圖2所示。由圖2可知，焦化企業衛生防護距離內潛在受影響人口數量最高的3個省份依次是山西省、河北省和山東省，潛在受影響人口數量分別約為47萬人、32萬人和23萬人。山西省、河北省、山東省焦化企業數量最多，同時也是人口大省，潛在受影響人口較多。新疆維吾爾自治區雖然焦化企業數量較多，但由于地廣人稀，衛生防護距離內潛在受影響人口數量并不多。浙江省、天津市、福建省由于焦化企業數量少，衛生防護距離內潛在受影響人口較少。

圖2 焦化企業衛生防護距離內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據、衛生防護距離、焦化企業信息等均可能存在一定的不確定性，衛生防護距離內潛在受影響人口數量有一定的局限性，可能存在偏差。

(1)焦化企業數據不確定性分析

2012年至今，受經濟形勢及大氣環境政策影響，焦化行業作為重點關注行業，部分焦化企業進行停產、整改等，加之同一規模焦化企業污染控制水平差距較大，目前焦化企業數量、產能、污染物排放量等均與2012年相比發生一定變化，焦化企業數據存在一定的不確定性。

(2)衛生防護距離不確定性分析

本研究依據焦化企業規模確定衛生防護距離，無法考慮氣象、地形、土地利用等因素，也未考慮企業污染控制水平及污染擴散的實際情況，衛生防護距離計算過程存在不確定性。

(3)人口數據不確定性分析

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

3 結論與建議

(1)焦化企業衛生防護距離分析作為研究焦化行業大氣環境及人體健康影響的基礎性工作，初步闡明了我國焦化企業的空間分布、焦化企業衛生防護距離內的潛在受影響人口分布及面積占比，為下一步全面評估我國焦化行業對人群健康的影響，以及影響范圍內的污染控制、土地修復、搬遷及優化選址等工作打下基礎。建議衛生部門針對《煉焦業衛生防護距離》(GB 11661—2012)，盡快開展焦化企業衛生防護距離應用的相關研究。

(2)鑒于本研究中的焦化企業衛生防護距離內潛在受影響人口數據存在一定的局限性，加之2012年至今焦化企業數據可能發生一定變化，下一步需建立最新的焦化排放因子庫，編制并更新動態焦化企業排放清單，結合數值模擬、來源解析、人體健康風險評價、大數據挖掘等方法，開展單個焦化廠大氣環境影響距離研究，以獲得相對更加精確的影響范圍及潛在受影響人口數量。

致謝：本課題得到環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室專項經費的資助。

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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

國家重點實驗室開放基金課題(16K01ESPCT)；國家環保公益性行業科研專項(201409007)

張尚宣(1981—)，女，重慶璧山人，高級工程師，碩士，主要研究方向為鋼鐵行業環境影響研究，E-mail：zshangxuan@126.com

伯鑫(1983—)，男，山東煙臺人，高級工程師，博士，主要研究方向為排放清單以及大氣污染模擬，E-mail：boxinet@gmail.com

10.14068/j.ceia.2017.04.010

X820.3

A

2095-6444(2017)04-0040-05