武漢市大氣污染物時(shí)空分布特征與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

代知廣，王 毅，金 燦，任俊嫻，黃俊偉

（1.武漢格桑花環(huán)境科技有限公司，武漢430062；2.三川德青科技有限公司，武漢430075；3.武漢智匯元環(huán)保科技有限公司，武漢430079；4.長江航運(yùn)發(fā)展研究中心，武漢430014）

近年來隨著幾次嚴(yán)重霧霾污染事件的發(fā)生及“APEC藍(lán)”治理成效的顯現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)增長、城鎮(zhèn)化與工業(yè)化建設(shè)引起的大氣污染問題逐漸引起公眾的廣泛關(guān)注。大氣污染問題不僅會(huì)直接影響人類的生產(chǎn)生活質(zhì)量和威脅人體健康，還會(huì)反過來制約城鎮(zhèn)化的發(fā)展[1-2]。

近年來武漢市實(shí)施工業(yè)發(fā)展“倍增計(jì)劃”，其經(jīng)濟(jì)總量規(guī)模迅速擴(kuò)大，但工業(yè)生產(chǎn)引起的大氣污染也越來越成為制約城市發(fā)展不可忽視的一個(gè)重要問題[3]，政府部門通過采取改進(jìn)生產(chǎn)工藝、引進(jìn)新能源、遷出污染企業(yè)及超低排放控制等措施對大氣污染進(jìn)行防治，已取得一定的成效。

為進(jìn)一步深入了解武漢市的大氣污染現(xiàn)狀，本研究針對2019年武漢市10個(gè)國控點(diǎn)主要大氣污染物（NO2，SO2，PM2.5，PM10，CO和O3）的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空分布特征和相關(guān)性風(fēng)險(xiǎn)研究，并對PM2.5和PM10開展了健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以期為武漢市的大氣污染防治決策、區(qū)域綜合防控提供理論參考和科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源及分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

本研究中各大氣污染物濃度數(shù)據(jù)采集于武漢市生態(tài)環(huán)境局公布的環(huán)境數(shù)據(jù)中空氣質(zhì)量日報(bào)指數(shù)信息，監(jiān)測站位包括10個(gè)國控點(diǎn)，分別是：東西湖區(qū)的吳家山站；江岸區(qū)的漢口花橋站；江岸區(qū)的漢口江灘站；青山區(qū)的青山鋼花站；東湖生態(tài)旅游風(fēng)景區(qū)的東湖梨園站；武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的沌口新區(qū)站；漢陽區(qū)的漢陽月湖站；武昌區(qū)的武昌紫陽站；東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)的民族大道站；蔡甸區(qū)的沉湖七壕站。監(jiān)測時(shí)間為2019年1月1日至2019年12月31日。根據(jù)逐日數(shù)據(jù)可用Excel計(jì)算各監(jiān)測點(diǎn)位大氣污染物的月均值，再根據(jù)月均值可求得年均值。大氣污染物濃度變化圖和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)圖借助于Origin8.5繪制，Pearson相關(guān)性分析采用SPSS19.0軟件完成。

1.2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

按照非致癌效應(yīng)大氣污染物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型對武漢市PM2.5和PM10開展健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，具體評(píng)價(jià)計(jì)算表達(dá)式為

式中：R為大氣污染物PM2.5或PM10的健康風(fēng)險(xiǎn)值；c為PM2.5或PM10的月均濃度值；crf為參考質(zhì)量濃度。本研究采用世界衛(wèi)生組織（WHO）發(fā)布的PM2.5和PM10參考質(zhì)量濃度，分別為25μg/m3和50μg/m3。

2 大氣污染物的分布特征

圖1為武漢市2019年度大氣污染物質(zhì)量濃度變化情況。

圖1 武漢市2019年大氣污染物質(zhì)量濃度變化情況

由圖1可以發(fā)現(xiàn)，2019年武漢市不同監(jiān)測站位的NO2質(zhì)量濃度隨月份變化曲線特征相似（見圖1-a），沉湖七壕（背景站位）NO2質(zhì)量濃度顯著低于其他站位；2019年武漢市NO2質(zhì)量濃度變化范圍為12～68μg/m3，武昌紫陽站位的年均NO2質(zhì)量濃度最高，達(dá)到49μg/m3，已有研究表明機(jī)動(dòng)車保有量和城市化率對NO2污染有顯著“貢獻(xiàn)”[4]，武昌紫陽站位周邊是交通樞紐，附近有武昌火車站、宏基客運(yùn)站、航海客運(yùn)站及傅家坡客運(yùn)站等多處車站，因此考慮該站位NO2含量高與機(jī)動(dòng)車尾氣排放等因素有關(guān)；除背景站位外，東湖梨園站位的年均NO2質(zhì)量濃度最低，為34μg/m3；各監(jiān)測站位的NO2質(zhì)量濃度低值均在6月—8月，高值均出現(xiàn)在1月、3月、11月、12月。

SO2質(zhì)量濃度的月度變化特征在2019年武漢市各監(jiān)測站位存在一定的區(qū)域差異性（見圖1-b），但總體呈相似的變化特征，2019年武漢市SO2質(zhì)量濃度變化范圍為4～15μg/m3，武昌紫陽站位的年均SO2質(zhì)量濃度最高，達(dá)到10μg/m3，其原因可能與NO2質(zhì)量濃度高原因類似；漢口江灘站位的年均SO2質(zhì)量濃度最低，為7μg/m3；各監(jiān)測站位的SO2質(zhì)量濃度低值均在6月、7月，高值均出現(xiàn)在9月、12月。

PM2.5質(zhì)量濃度在2019年武漢市各監(jiān)測站位顯示出較好的隨月份變化的一致性特性（見圖1-c），且1—12月呈先降低再升高的趨勢，其最高值在1月，最低值在7月；2019年武漢市PM2.5質(zhì)量濃度變化范圍為21～118μg/m3，青山鋼花站位的年均PM2.5質(zhì)量濃度最高，達(dá)到56μg/m3，這可能與位于青山區(qū)的武漢鋼鐵廠等企業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)過程中排放大量廢氣有關(guān)；背景站位的年均PM2.5質(zhì)量濃度最低，為40μg/m3。

PM10質(zhì)量濃度在2019年武漢市各監(jiān)測站位隨月份變化特征相似（見圖1-d），且1月—12月總體呈先降低再升高的趨勢，其最高值在1月，最低值在7月；2019年武漢市PM10質(zhì)量濃度變化范圍為34～114μg/m3，吳家山站位的年均PM10質(zhì)量濃度最高，達(dá)到80μg/m3，這可能與吳家山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)聚集的企業(yè)廠區(qū)在生產(chǎn)過程中大量排放廢氣有關(guān)[5]；背景站位的年均PM2.5質(zhì)量濃度最低，為61μg/m3。

CO質(zhì)量濃度的月度變化特征在2019年武漢市各監(jiān)測站位存在較大的區(qū)域差異性（見圖1-e），2019年，武漢市CO質(zhì)量濃度變化范圍為0.7～1.6 mg/m3，漢陽月湖站位的年均CO質(zhì)量濃度最高，達(dá)到1.1 mg/m3，漢口江灘站位的年均CO質(zhì)量濃度最低，為0.9 mg/m3。

O3質(zhì)量濃度的月度變化特征在2019年武漢市各監(jiān)測站位的區(qū)域差異性較小，各站位基本呈一致的變化趨勢（見圖1-f），且1月—12月總體呈先升高再降低的趨勢，其最低值在1月，其高值均出現(xiàn)在5月—9月，這可能與該時(shí)間段日照時(shí)間增長、太陽輻射增強(qiáng)及溫度升高有關(guān)，NOx，VOCs和CO等前體物在該條件下快速二次轉(zhuǎn)化生成O3[6]；2019年武漢市O3質(zhì)量濃度變化范圍為25～181μg/m3，背景站位的年均O3質(zhì)量濃度最高，達(dá)到110μg/m3；漢口江灘站位的年均O3質(zhì)量濃度最低，為92μg/m3。

3 大氣污染物的相關(guān)性分析

Pearson相關(guān)性分析可初步分析各大氣污染物間的同源性，可反映人類活動(dòng)對各污染物的影響[7]。由表1可知，PM2.5與PM10間呈極顯著相關(guān)，且二者與NO2，CO均存在顯著正相關(guān)，表明這些污染物的共同來源可能與機(jī)動(dòng)車尾氣排放及化石燃料燃燒產(chǎn)生的廢氣有關(guān)，此外NO2，CO還屬于形成PM2.5的主要?dú)鈶B(tài)物質(zhì)[8]；SO2以往是武漢市的首要大氣污染物之一，該污染物通常也與機(jī)動(dòng)車尾氣排放及化石燃料燃燒產(chǎn)生的廢氣有關(guān)，但本研究中SO2與PM2.5，CO和O3相關(guān)性均不顯著，與NO2和PM10的相關(guān)性也較弱，這可能與政府采取改進(jìn)生產(chǎn)工藝、引進(jìn)新能源及遷出污染企業(yè)等措施治理SO2有關(guān)；O3與PM2.5，PM10，NO2，CO均呈顯著負(fù)相關(guān)，這是因?yàn)镹O2，CO等是光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生O3的前體物，而PM2.5可以通過清除NOx自由基和HO2影響產(chǎn)生O3的光化學(xué)反應(yīng)過程[9]而生成。

表1 大氣污染物間的相關(guān)性

4 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)圖2可知，2019年武漢市各監(jiān)測站位大氣環(huán)境中PM2.5健康風(fēng)險(xiǎn)值在0.84×10-6～4.72×10-6之間，PM10健康風(fēng)險(xiǎn)值在0.68×10-6～2.28×10-6之間，PM2.5健康風(fēng)險(xiǎn)值總體高于PM10，且二者1—12月的健康風(fēng)險(xiǎn)值在各監(jiān)測站位均呈先降低再升高趨勢，同時(shí)高值均出現(xiàn)在1月和12月，但二者均在美國國家環(huán)境保護(hù)署（USEPA）制定的可接受風(fēng)險(xiǎn)范圍（1.00×10-6～1.00×10-4）內(nèi)。與PM10相比，PM2.5比表面積更大，更易于吸附其他污染物，同時(shí)在肺內(nèi)的沉積率較高，已有研究表明其對大鼠巨噬細(xì)胞的存活率有更大的影響，這間接表明了其對人類健康可能存在較大風(fēng)險(xiǎn)[10]。本研究PM2.5健康風(fēng)險(xiǎn)值總體均高于PM10，雖尚在USEPA可接受風(fēng)險(xiǎn)范圍內(nèi)，但仍需對其進(jìn)行密切關(guān)注。

圖2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

5 結(jié)論

1）2019年武漢市不同監(jiān)測站位NO2，SO2，PM2.5，PM10和O3質(zhì)量濃度隨月份變化特征相似，前4種污染物濃度總體呈先降低再升高的趨勢，O3質(zhì)量濃度總體呈先升高再降低的趨勢；CO質(zhì)量濃度的月度變化特征存在較大的區(qū)域差異性。

2）PM2.5與PM10間呈極顯著相關(guān)，且二者與NO2，CO均存在顯著正相關(guān)，表明這些氣體的共同來源可能與機(jī)動(dòng)車尾氣排放及化石燃料燃燒產(chǎn)生廢氣有關(guān)；SO2與其他污染物的相關(guān)性不顯著或相關(guān)性較弱，可能與政府采取改進(jìn)生產(chǎn)工藝、引進(jìn)新能源及遷出污染企業(yè)等措施治理SO2有關(guān)；O3與PM2.5，PM10，NO2，CO均呈顯著負(fù)相關(guān)，這是因?yàn)镹O2，CO等是產(chǎn)生O3的前體物，而PM2.5可以通過清除NOx自由基和HO2影響O3的生成。

3）2019年武漢市各監(jiān)測站位大氣環(huán)境中PM2.5健康風(fēng)險(xiǎn)值在0.84×10-6～4.72×10-6之間，PM10健康風(fēng)險(xiǎn)值在0.68×10-6～2.28×10-6之間，PM2.5健康風(fēng)險(xiǎn)值總體高于PM10，二者均在USEPA制定的可接受風(fēng)險(xiǎn)范圍內(nèi)，但仍需對PM2.5予以密切關(guān)注。