城市化發展對蘭州城區大氣環境的影響

摘要：隨著城市化進程的加快，城市建成區面積不斷擴大、城市道路增多、城鎮人口集聚、工商業快速發展等對城市大氣環境都會產生一定影響，通過蘭州城市建設以來城鄉人口構成、地區產業結構的歷年變化、城市建城區面積擴大對大氣環境的影響等數據相關性進行對比研究，以人口變化和三次產業變化等代表蘭州市城市化發展情況，以建城區氣溫、日照數等代表蘭州環境變化，分析城市化發展中諸多變量因素對蘭州城區環境的影響。針對諸多不利影響需要在今后制定城市發展規劃時，充分考慮環境承載力、城市生態建設和環境保護等綜合因素，科學制定城市經濟發展、城市建設規劃，著力保證城市發展的可持續性。

作者簡介：魏瑩（1973年8月），女，大學專科，助理工程師，主要從事自然科學技術普及宣傳工作，蘭州市科協信息中心

關鍵詞：城市化? 環境保護? 大氣污染、建設規劃? 蘭州

中圖分類號：X820.3

城市化水平是經濟發展、社會進步的標志。人口學把城市化定義為農村人口轉化為城鎮人口的過程，地理學角度看城市化是農村地區或者自然區域轉變為城市地區的過程，經濟學上從經濟模式和生產方式的角度來定義城市化，生態學認為城市化過程就是生態系統的演變過程，社會學從社會關系與組織變遷的角度定義城市化。因此，城市化是多維的概念，城市化內涵包括人口城市化、經濟城市化（主要是產業結構的城市化）、地理空間城市化和社會文明城市化（包括生活方式、思想文化和社會組織關系等的城市化）①。蘭州市從小城鎮到區域化節點性城市，從農耕地為主到各類經濟要素集聚的產業地，從傳統手工業、輕工業為支柱產業到先進制造業、服務業的現代化城市，從建國到現在蘭州市始終在持續推進城市化進程。但隨著城市的快速發展壯大，城市化進程中各種構成因素的快速變化，對蘭州市主城區的大氣環境相應引起了顯著變化。

一、城鄉人口構成、建城區和耕地面積對比變化直觀體現城市化步伐的快慢

城市化就是一個國家或地區的人口由農村向城市轉移、農村地區逐步演變成城市地區，這一過程的顯著標志就是城市人口不斷增長、建城區面積不斷擴大、農業用地逐步縮小的過程②。1979年到2019年，蘭州地區人口由農村向城市轉移情況也符合這一規律。改革開放后，農民工大量進城經營、大學擴招后許多大學生進城就業以及“城中村”農民轉為城市居民，蘭州市城市化進程飛速發展，使城區人口迅速增加，截止到2019年，城區人口已達235.72萬人。從圖1可看出，蘭州市戶籍總人口從1979年210.35萬人，上升到2019年的331.92萬人，增加近121.57萬人，增幅為3.03萬人/年。從戶籍總人口構成看，非農業人口（城市人口）數量持續上升，非農業人口比重從1979年不足一半的46.47%增加到2019年的71.01%;相應農業人口的比重在不斷減少，從1979年超過一半的53.53%減少到2019年的28.98%。與此同時，蘭州市域以外其他地方的人口尤其是省內其他市州的人口向省會集中，使蘭州市2019年全市總人口（戶籍人口+流動人口）達到了410萬人，這說明蘭州市正處于城市化的快速發展階段，而且還有一個明顯的特征就是，人口向市內中心區快速聚集。從市內主城四區人口密度來看，密度最高的是城關區，由于城關區是省會城市的政治、經濟和文化活動中心，生活環境好、居民收入高，工商業、餐飲娛樂業發達，交通設施和車輛便利齊全，居住和流動人口較多，因此城關區相應成為城市化進程最快的區域;安寧區人口密度增長較快的主因是區內高校擴招大學生大量增加和近年的房地產開發。西固區作為蘭州市的老工業區和城郊農業區，由于國有企業改革開放以來發展緩慢，使該區人口在四區中增長最慢。

主城四區人口的大量增加，使蘭州主城區面積從剛解放時的16平方公里拓展成為現在的357.1平方公里，面積擴張達21倍。城區擴張的面積一部分是將原有城關區的雁灘、東崗以及七里河、安寧、西固和榆中、皋蘭縣等城郊蔬菜瓜果生產區快速城市化，不僅農業用地變為了城市用地，而且也使這些大片有“城市之肺”之稱的農業綠地林地消失，無法對城市空氣進行自然環境的凈化。圖2中看出，2001年以來，農業人口和農業耕地面積（綠地的代表）一直在下降中，城市人口和建城區面積一直在上升，特別是建城區面積2013年后快速上升。

二、地區產業結構變化對城市空氣環境變化的聯系及影響

在城市化過程中，人口大幅增長必然導致城市人群生產方式、生活方式的轉變，引導農業人口向非農人口轉變，小城鎮人口向中心城市流動，最終促進地區經濟中三次產業結構相應發生較大變化⑤。

新中國成立后的社會主義建設時期，蘭州是我國“一五”期間重點建設的重工業城市，上世紀七八十年代又陸續建設了眾多輕工業和家電電子產業。改革開放后，蘭州市經濟、社會等各項事業與全國同步快速發展，成為了西北地區經濟中心和全國重點物流中心之一，也是西隴海蘭新線經濟帶的重要節點城市和蘭西城市群的核心城市，特別是2012年8月，經國務院批準，蘭州新區成為了第五個國家級新區，2018年2月11日，國務院批準蘭州白銀為第19個國家自主創新示范區，極大地推進了城市化進程。

從圖3三次產業構成趨勢中可以看出，第一產業自1978年到2000年，在地區生產總值中所占比重小幅增加，自2000年到2019年不斷下降，這與國家施行農村土地家庭聯產承包經濟政策和農業結構調整相對應，之后呈下降趨勢。第二產業所占比重，從整體來看，自建國以來“一五”“二五”國家在蘭州布局重點建設項目和“大三線”區域經濟政策向西北傾斜，第二產業所占比重一直快速增加，至改革開放初期第二產業所占比重達到頂峰，之后一直下降，特別是高污染、高耗能工業產值所占比重較大，加之冬季城市人口在生活中大量燃燒煤炭取暖做飯，使蘭州城市成為全世界有名的空氣污染城市，被稱為“衛星上找不到的城市”。第二產業中的建筑業是城市化進程的另一重要標志。在圖3中，蘭州市從1978年—2019年建筑業的比重一直在逐年增加，建筑業的快速增長勢頭也凸顯出城市化進程的持續加快。高峰時期的2016年蘭州市建筑業完成總產值1003.2億元，比上年增長44%。因此，2000年以后，建筑工地揚塵也成為了城市空氣污染的主要原因之一。

從第三產業比重來看，改革開放后蘭州市第三產業一直處于快速發展階段，所占比重不斷擴大。這一時期，主要是隨著國內經濟政策的放開搞活，沿海、沿邊經濟快速發展和市場經濟體制的逐步建立完善，蘭州市雖地處內陸，但三次產業結構在市場經濟的大潮中有了大幅調整，以個體經濟為主的第三產業呈現強勢增長態勢，尤其是農民工和城市人口的大幅增加，物流業、餐飲業以及交通運輸業等傳統第三產業有了迅猛的發展。在圖3中，2001年蘭州市第三產業在地區生產總值比重中首次占到了50.16%，到2019年第三產業所占地區生產總值的64.86%。隨著城市化進程的推進，三次產業結構持續調整變化，特別是工業和第三產業所占比例“一降一增”趨勢，說明蘭州市城市化進程中產業結構發生了明顯的變化。相應對城市環境的影響不斷加大，如第二產業中石油煉化工業、第三產業餐飲業、居民生活煤炭的使用，向空氣中排放了大量煙塵、二氧化碳、硫化物等工業廢氣和粉塵;建筑業的快速發展使施工工地形成了大量揚塵;工業、生產生活垃圾對城市周邊環境造成污染。

三、城市建城區面積的擴大對大氣環境的影響

隨著城市化進程的持續加快，蘭州城市建成區面積不斷擴大，城市基礎設施和公共服務設施不斷高速配套建設，最為直接的變化就是城市地面環境大幅度改變，相應引起城市大氣環境發生變化，如城市建筑面積大幅增加、城市道路增多、城市綠地面積減少、機動車輛大量增加、道路里程快速增長等，致使城市出現增溫效應、熱島效應，空氣污染物的產生出現霧霾、酸雨和空氣質量變差等城市問題⑥。

1.城市居民生產生活對區域大氣環境的影響

蘭州地區地處黃土高原半干旱地區，“四面環山、大河繞阻”的獨特地理環境，使蘭州城市上空特別是冬季容易形成靜穩的大氣逆溫層，每年持續靜穩天氣時段逆溫層達到400米以上，大氣層結穩定，靜穩天氣持續，不利于大氣污染物的稀釋、擴散和清除，內生性污染物累積容易造成嚴重霧霾天氣。冬春季，蘭州地區多西北風、降水稀少、氣候干燥、地面植被覆蓋率偏低，易受新疆地區和河西走廊沙塵暴、浮塵天氣的影響，加之本地區大量建筑工地引起的揚塵，造成總懸浮顆粒物超標嚴重。由于建城區植被少，環境自凈能力弱，大氣中有害物質不易被植物吸附過濾;高樓林立也不易使其擴散，使大氣中有害物質嚴重超標⑦。近十幾年來，蘭州市幾屆政府均十分重視大氣污染治理工作，持續加強對大氣污染的監測分析和科學治理力度，先后采取南北兩山綠化過濾空氣、搬走大青山引進東風來、全市網格化管理治理人為污染等綜合措施，全市空氣質量不斷惡化的趨勢得到了有效扭轉，但大氣中以汽車為主的尾氣排放成為了新的重要污染物質。近年，蘭州市針對城市道路車輛擁堵問題，實施“一橫三環九縱”城市骨干路網建設，下大力氣打通“斷頭路”、疏通“微循環”，有效解決了城市交通擁堵問題。城市汽車保有量快速增加，對大氣造成的污染程度越來越嚴重，2020年末全市機動車保有量114.49萬輛，相比2010年底34.65萬輛，增加了3.3倍。

2.城市建設對下墊面性質和結構有較大影響

城市化發展，特別是下墊面性質和結構的改變，導致不同程度氣象場發生變化，而氣象條件又決定著大氣污染物的遷移轉化，對城市小氣候環境必將產生巨大影響。隨著建城區面積的不斷擴大，以水泥、瀝青等建筑材料為主的地物表面取代了原有的自然生態地表結構，這些建筑材料的涵水性、透水性與草地、林地、裸地等不同，使大氣降水通過城市排水系統快速歸入河道，因此城市小區域內生態環境缺乏對氣候的調節能力⑧。近幾年，隨著碧桂園、恒大、保利、大連萬達、名城、銀河國際等大型房地產項目推山造地快速建設，蘭州城關區向北向東快速擴張、七里河區向西向南快速擴張、安寧區快速向東向北擴張，市區建城區面積進一步快速擴大，下墊面的性質和結構發生了更為明顯的改變，對城市小氣候產生了直接影響。

3.城市發展對區域內日照和輻射量的影響

空氣中固體雜質的增加影響大氣透明度，加大了大氣的反射和散射，極大地減少了太陽直接輻射，日照天數減少、質量明顯下降。蘭州市城市工業化建設后城區日照時數呈遞減趨勢，市內和城郊日照差值在持續擴大（圖4）;1953年—1970年蘭州市區與榆中縣郊區日照時數接近，蘭州市區多于榆中縣郊區;1970年以后，蘭州市區日照時數迅速減少，到1986年達到谷底，這與蘭州重工業快速發展造成大氣嚴重污染的現實情況相符;2000年之后，日照時數又明顯減少，這與2000年后建筑業高速發展和燃油車的快速增加致使工地揚塵、汽車尾氣和輪胎粉塵增加情況相符。

4.城市建筑對區域內熱環境的影響

城市發展不僅改變了市區內的日照天數和輻射量，還由于城市建筑改變了城市下墊面的熱力性質和粗糙度，特別是水泥、瀝青等建筑材料的快速吸熱放熱性使地物表面空氣快速升溫降溫，增加了地面接受熱量的能力，對市區內氣溫產生明顯影響。同時，城市工業、人口的過度集中，人們生產和生活產生大量的人為熱，加之城市高大建筑減小了地表風力，降低了地面熱量擴散的速度，諸多因素的綜合，對建城區的熱環境和地面氣溫產生了較大影響。蘭州市建成區面積到2019年擴大到357.1平方公里，建筑密度連年增加，房地產開發面積從1990年的69萬平方米，到2018年達到4537.93萬平方米，增加了65倍多;水泥路面在延展，城區道路從1950年的90公里增加到2018年的2213公里，增加了近25倍。加之蘭州封閉的河谷地形，使城市“熱島效應”影響尤為嚴重。圖5為蘭州市區與郊區榆中縣年平均氣溫及差值變化，可以看出，1953年—2019年蘭州市區與榆中縣郊區氣溫差平均約為3℃。1953年—1973年氣溫差較小，約為2℃，1973年之后逐年增大，到2001年最高峰值達到3.8℃，說明“熱島效應”相當顯著。

5.城市建筑對建城區內風速的影響

由于城市高樓林立，特別是超高摩天大樓的建設，改變了地表面粗糙度，地面重塑形成人造“山川”，相應城市的地物表面強烈的熱力作用增強了近地層的空氣湍流，對低層大氣氣流有了阻障，使建城區內整體風速大為降低。而風速的減小不僅對城市空氣中人為排出的廢熱、廢氣和有害物質的擴散不利，而且增強了城市空氣渾濁度和“熱島”效應，使城市空氣質量明顯變差。同時，流過城市街道的氣流在兩側高大建筑夾峙下，容易形成小區域人為“峽谷風”，使交通工具的尾氣和輪胎地面摩擦粉塵上揚污染空氣⑧。

總之，城市化發展，對蘭州城區產生了如下影響：（1）城市建城區面積快速擴大，空氣質量惡化;（2）城市下墊面性質、結構發生了變化，植被面積大幅減小，地表建筑物增多、硬化面積增大，大氣環境自我凈化能力顯著下降;（3）霧霾嚴重，空氣潔凈度和能見度下降，城區日照和輻射量減少，藍天和星空難以見到;（4）城區地表氣溫上升，形成了明顯的城市“熱島效應”;（5）市區的整體風速降低，空氣渾濁度上升，加強了城市“渾濁島”效應。

四、解決城市發展為大氣環境帶來不利影響的幾點建議

為緩解、改善城市發展給大氣環境帶來的不利影響，蘭州市應在制定城市發展規劃時，充分考慮環境承載力、城市生態建設和環境保護等綜合因素，科學規劃，合理建設，在經濟發展和生態建設中找到理想的平衡點，保證城市發展的可持續性。

1.城市發展規劃必須要考慮大氣環境影響

在規劃城市發展時，要包含生態環境規劃，充分考慮環境承載力、城市生態建設和環境保護等綜合因素，建立健全規劃環境影響評價體系，嚴格限定主要污染物總量控制指標，配套建設城市生態公園和小游園、小綠地，最大程度的緩解、改善城市發展對城區內大氣環境帶來的不利影響，為城市可持續發展做長遠規劃。

2.將城市空間布局和產業結構調整與大氣環境治理緊密結合

在城市空間布局上，要充分考慮人居、產業、生態綠化等綜合因素，嚴格進行規劃環境影響評價，明確功能區配置，設定影響城市環境的指標體系，著力實現小環境生態系統的優化建設與大環境保護的有機統一。在經濟政策制定上，要積極轉變以高耗能、高污染為特征的傳統重工業為主的發展模式，大力推進發展第三產業和現代服務業，使產業結構、經濟發展同城市規劃、環境保護、城市治理緊密結合起來。特別要結合第五個國家級新區——蘭州新區的建設，積極落實工業企業“出城入園”政策，對高能耗、高污染的工業企業由城區向經濟園區抽疏搬離;結合第19個國家級自主創新示范區建設，著力引進培育現代高技術產業，在空間布局上再優化，減少對主城區的大氣環境影響。

3.通過政策引導優化能源消耗結構

加大政策引導和支持力度，強力實施“煤改氣”（煤炭汽柴油改天然氣）項目，增加新能源乘用車保有量，加快建設軌道交通，加大工程項目建設揚塵、小煤爐、垃圾焚燒和城市郊區農作物秸桿焚燒等污染物排放行為的管控，大力推廣清潔生產和低碳生活，切實減緩單位產品能源消耗和污染物排放量。

4.加強城市微環境綠地的配套規劃建設

城市綠地（山水林田草河湖）是城市中唯一有生命的基礎設施，不僅能優化城市下墊面性質結構、弱化城市“熱島”效應、過濾凈化空氣等方面起到顯著作用，并起到維持城市生態平衡的效果，而且還能美化城市環境。蘭州在加強城市南北兩山綠化、道路兩側綠化、黃河兩岸綠化的同時要加強市區綠地建設，在保護好現有大型綠地公園的前提下，要在工業企業“出城入園”政策實施中，對搬離企業的土地上進行二次開發建設中，要嚴格配置一部分城市綠地，特別是利用城市小塊空閑地建設“小綠地”、“小游園”、“小湖泊”和城市河道，使城市中心區域微環境綠地生態得到優化。

5.大力提升城市生態系統環境凈化能力

在城市綠地和街道綠化規劃中，不能只加強園林綠地建設，而要著眼于綠地系統、街道和樓層立體綠化的建設，要明確草地、園林和濕地公園的限定保留、擴大建設和規劃新增的計劃目標，在空間布局和功能作用發揮上進行合理規劃。在城市綠化上，不僅要考慮花卉的漂亮美艷，還要考慮大樹生態環保上的功能作用，強化綠色植物的多樣性和組合上的合理性，使其在綠地規劃建設中既能發揮環保作用，又要有美化城市的觀賞性和生態組合搭配的合理性。

6.用“海綿城市”、“節能城市”的理念緩解城市“熱島效應”

積極推行國家提出的“海綿城市”建設試點工作，通過屋頂綠化、雨水收集利用設施等措施，讓城市像“海綿”一樣，吸收和釋放雨水，彈性適應環境變化，緩解城市“熱島效應”。 同時，加快“舊城區”改造項目中舊房外墻保暖層附加、“三供一業”（供水、供氣、供電、物業）項目的實施步伐，讓城市更加環保、綠色、節能。

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