重慶市生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域大氣PM10和PM2.5健康風(fēng)險評價研究

張永江，鄧茂，李瑩瑩，王愛雯，劉蓉

(1.重慶市黔江區(qū)環(huán)境監(jiān)測中心站，重慶 409099；2.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715；3.重慶市秀山縣環(huán)境監(jiān)測站，重慶 409900)

重慶市生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域大氣PM10和PM2.5健康風(fēng)險評價研究

張永江1,2，鄧茂1，李瑩瑩1，王愛雯3，劉蓉1

(1.重慶市黔江區(qū)環(huán)境監(jiān)測中心站，重慶 409099；2.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715；3.重慶市秀山縣環(huán)境監(jiān)測站，重慶 409900)

選擇重慶市生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域2016年9月1日至11月30日6個大氣自動觀測站的數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果表明：研究區(qū)域大氣環(huán)境中的PM10和PM2.5日均值均滿足《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)中二級標(biāo)準(zhǔn)要求。研究區(qū)域6個觀測站大氣中的PM10和PM2.5與風(fēng)速、風(fēng)向、溫度和濕度均呈不同程度的顯著相關(guān)性，大氣中的PM2.5的健康風(fēng)險值均大于PM10，PM10和PM2.5的健康風(fēng)險值均未超過美國國家環(huán)境保護局(US EPA)規(guī)定的1×10-6～1×10-4可接受風(fēng)險范圍。研究區(qū)域秋季大氣環(huán)境中細(xì)顆粒的來源在不同程度上均受到極地氣候和環(huán)流氣團影響。

重慶市；PM10；PM2.5；健康風(fēng)險；后向軌跡

大氣環(huán)境質(zhì)量問題已成為百姓關(guān)注的焦點，近年來，對城市大氣環(huán)境質(zhì)量及污染防治的研究已成為熱點。2016年1月1日，隨著新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)標(biāo)準(zhǔn)頒布和實施[1]，全國各地城市開始實施大氣環(huán)境PM2.5、PM10、O3、CO、SO2和NO2等指標(biāo)觀測[2]，這對城市環(huán)境質(zhì)量的綜合系統(tǒng)的分析評價研究也是尤為重要的。重慶作為全國的直轄市之一，在經(jīng)濟增速位居全國前列的情況下，城市環(huán)境質(zhì)量狀況研究仍是不可忽略的重要課題。2016年9月，全市區(qū)縣城市大氣環(huán)境質(zhì)量開始實施新6項指標(biāo)觀測，重慶的各個區(qū)縣具有特殊地理環(huán)境，不同的氣候和地理環(huán)境，在全國城區(qū)大氣環(huán)境污染形成機理會有較大差異[3-4]。然而，重慶市人民政府將重慶市劃分為五大功能區(qū)建設(shè)，也是落實國家生態(tài)發(fā)展戰(zhàn)略的重大舉措。本文研究區(qū)域為重慶市生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域，然而，對生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域的大氣污染研究文獻和報道有限，因此，為準(zhǔn)確掌握重慶市生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域的城區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量狀況，開展城區(qū)大氣環(huán)境現(xiàn)狀研究及污染物來源的研究具有極其重要的意義，以期為生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域的大氣污染聯(lián)防聯(lián)控提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 研究區(qū)域和方法

大氣自動觀測站點位于重慶市生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域，具體觀測點位見圖1。自動監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于重慶市環(huán)境保護局官方網(wǎng)站重慶市空氣質(zhì)量發(fā)布系統(tǒng)[5]，選取2016年9月1日至11月30日重慶市生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域6個大氣自動觀測站的數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)采用SPSS19.0進行統(tǒng)計分析。

圖1 大氣自動觀測站點位Fig.1 Atmosphere automatic observation points

2 健康風(fēng)險評價模型

采用非致癌效應(yīng)污染物健康風(fēng)險評估模型對城市大氣環(huán)境顆粒物進行健康風(fēng)險評價[6]。其計算公式如下：

R=(C/RfC)×10-6

式中，R表示發(fā)生某種危害的健康風(fēng)險；C為終生日均暴露計量或濃度；RfC為待評價物質(zhì)的參考濃度，μg/m3。采用世界衛(wèi)生組織(WHO)發(fā)布的大氣質(zhì)量基準(zhǔn)中細(xì)顆粒物的日均濃度(PM2.5和PM10分別為25和50 μg/m3)作為RfC值[7]，依據(jù)非致癌效應(yīng)污染物健康風(fēng)險評估模型。

3 結(jié)果與討論

3.1大氣質(zhì)量狀況

重慶市生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域秋季城區(qū)大氣顆粒物監(jiān)測結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域6個大氣自動觀測站點的PM10和PM2.5日均值均滿足《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)中二級標(biāo)準(zhǔn)要求[1]，所有觀測點位PM10濃度均大于PM2.5濃度，其中黔江區(qū)和酉陽縣的PM10和PM2.5均達到了該標(biāo)準(zhǔn)一級水平，空氣質(zhì)量處于優(yōu)級水平。PM2.5所占PM10的百分比大小分別為秀山縣gt;酉陽縣gt;石柱縣gt;黔江區(qū)gt;武隆縣gt;彭水，可以看出，雖然都處于生態(tài)保護發(fā)展區(qū)，但每個區(qū)縣城市的細(xì)顆粒物污染可能來源差異較大，因此，需要因地制宜地制訂各個區(qū)縣的方案對大氣顆粒物污染進行污染防控。

圖2 秋季大氣污染因子變化圖Fig.2 Air pollution factor variation in autumn

3.2相關(guān)性分析

生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域6個大氣自動觀測站點觀測結(jié)果通過SPSS19.0進行統(tǒng)計分析，結(jié)果見表1。由表1可以看出，彭水縣城區(qū)大氣PM10和PM2.5與風(fēng)速、溫度和濕度呈極顯著相關(guān)性(Plt;0.01)，其中與溫度呈極顯著正相關(guān)性，但PM2.5與風(fēng)向呈極顯著負(fù)相關(guān)性，表明PM10和PM2.5受氣象參數(shù)影響不一致。武隆縣的PM10和PM2.5與風(fēng)速、溫度和濕度呈極顯著相關(guān)性(Plt;0.01)，與風(fēng)向無相關(guān)性，可能是由于武隆縣城位于烏江流域區(qū)域，風(fēng)向?qū)Τ菂^(qū)的細(xì)顆粒污染的影響較小。石柱縣的PM10和PM2.5與風(fēng)速、溫度和濕度均呈顯著性相關(guān)性，表明該城區(qū)區(qū)域大氣顆粒物受氣象參數(shù)影響較大。秀山縣的PM10和PM2.5與濕度呈顯著性負(fù)相關(guān)，與其他氣象參數(shù)無明顯相關(guān)性，由于濕度越大，大氣顆粒隨空氣中的水分沉降作用明顯導(dǎo)致大氣環(huán)境中顆粒物濃度降低，而該區(qū)域幾乎不受其他氣象參數(shù)影響。黔江區(qū)的PM10和PM2.5與風(fēng)速、風(fēng)向、溫度和濕度均呈顯著性相關(guān)性(Plt;0.05)，其中與風(fēng)向呈顯著性正相關(guān)，其研究結(jié)果與前期研究結(jié)果相一致。酉陽縣的PM10和PM2.5與風(fēng)速呈顯著性負(fù)相關(guān)性(Plt;0.01)，與風(fēng)向、溫度和濕度呈顯著性正相關(guān)，表明在該區(qū)域大氣顆粒物的擴散主要受氣象參數(shù)中的風(fēng)速影響較大。

表1 因子間相關(guān)性分析

注：**表示Plt;0.01，*表示Plt;0.05。

3.3健康風(fēng)險研究

依據(jù)非致癌健康風(fēng)險評估模型，分別計算了生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域各城市秋季大氣環(huán)境中PM10和PM2.5的健康風(fēng)險值，結(jié)果見表2。由表2可以看出，PM2.5的健康風(fēng)險值均大于PM10，由此表明PM2.5比PM10對人類生存的環(huán)境健康危害會更大。對于PM10的健康風(fēng)險大小為武隆縣gt;彭水縣gt;石柱縣gt;秀山縣gt;酉陽縣gt;黔江區(qū)，對于PM2.5則為武隆縣gt;石柱縣gt;秀山縣gt;彭水縣gt;酉陽縣gt;黔江區(qū)，研究區(qū)域的PM10和PM2.5的健康風(fēng)險值均未超過美國國家環(huán)境保護局(US EPA)規(guī)定的1×10-6～1×10-4可接受風(fēng)險范圍。重慶市生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域的城市大氣環(huán)境中PM10和PM2.5健康風(fēng)險最大值和最小值分別為武隆縣和黔江區(qū)，武隆縣應(yīng)加強城市環(huán)境綜合整治和大氣污染防控力度以確保有效控制城市大氣環(huán)境質(zhì)量。本研究顯示，重慶市生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域城市大氣環(huán)境中的PM10和PM2.5健康風(fēng)險評估值均小于蘭州市PM10和PM2.5(分別為8.00×10-6～5.29×10-4；2.54×10-6～7.67×10-4)健康風(fēng)險研究值[8]。關(guān)于研究重慶市生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域城市大氣環(huán)境中的PM10和PM2.5的健康風(fēng)險值，未考慮細(xì)顆粒物中負(fù)載其他化學(xué)物質(zhì)(如多環(huán)芳烴、重金屬和多氯聯(lián)苯等有毒有害物質(zhì))，在一定程度上會影響評估結(jié)果的準(zhǔn)確性，下一步工作將進一步深入細(xì)顆粒中負(fù)載各類化學(xué)物質(zhì)的潛在生態(tài)健康風(fēng)險研究。

表2 PM10和PM2.5健康風(fēng)險評價值

3.4氣團后向軌跡分析

為考察研究大氣傳輸對生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域細(xì)顆粒物的污染路徑來源，運用由美國大氣實驗室開發(fā)的HYSPLIT軌跡模型[9]，采用NOAA/NCEP在分析格點數(shù)據(jù)模擬了秋季期間生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域各個觀測站點的氣團傳輸軌跡，分別在500 m、1000 m和1500 m高度氣團的后向軌跡模擬，選擇在24節(jié)氣中的霜降(2016年10月23日)，分別研究6個觀測站點在168 h內(nèi)氣團的傳輸軌跡，見圖3。由圖3可以看出，彭水縣站點主要受到東南風(fēng)和極地氣候的影響，石柱縣主要受到東北風(fēng)和東南風(fēng)影響，武隆縣受西南風(fēng)、東南風(fēng)以及環(huán)流氣團影響，黔江區(qū)、秀山縣和酉陽縣主要受東北風(fēng)的影響。從生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域6個觀測站點的后軌跡氣團看出，大氣環(huán)境中細(xì)顆粒的來源在不同程度上均受到極地氣候和環(huán)流氣團影響，而受武陵山地區(qū)的哈斯特地形地貌的影響，導(dǎo)致了不同站點的大氣來源出現(xiàn)了不同程度的差異性。

4 結(jié)論

(1)生態(tài)保護發(fā)展區(qū)域6個大氣自動觀測站點的PM10和PM2.5日均值均滿足《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)中的二級標(biāo)準(zhǔn)要求，所有觀測點位PM10濃度均大于PM2.5濃度，其中黔江區(qū)和酉陽縣的PM10和PM2.5均達到了該標(biāo)準(zhǔn)一級水平，空氣質(zhì)量處于優(yōu)級水平，但每個區(qū)縣城市的細(xì)顆粒物污染可能來源差異較大。

(2)相關(guān)性分析結(jié)果表明，研究區(qū)域6個觀測站點大氣中的PM10和PM2.5與風(fēng)速、風(fēng)向、溫度和濕度均呈不同程度的顯著性相關(guān)性，表明氣象條件對研究區(qū)域的細(xì)顆粒污染影響較大。

(3)對細(xì)顆粒健康風(fēng)險評價結(jié)果表明，研究區(qū)域6個觀測站點大氣中的PM2.5的健康風(fēng)險值均大于PM10，PM10和PM2.5的健康風(fēng)險值均未超過美國國家環(huán)境保護局規(guī)定的1×10-6～1×10-4可接受風(fēng)險范圍。HYSPLIT軌跡模型分析結(jié)果表明，研究區(qū)域的秋季大氣環(huán)境中細(xì)顆粒的來源在不同程度上均受到極地氣候和環(huán)流氣團影響，而受武陵山地區(qū)的哈斯特地形地貌的影響，導(dǎo)致了不同站點的大氣來源出現(xiàn)了不同程度的差異性。

[1] 環(huán)境保護部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):GB 3095—2012[S].北京：中國環(huán)境出版社，2012.

[2] 王占山, 張大偉, 李云婷, 等. 北京市夏季不同O3和PM2.5污染狀況研究[J]. 環(huán)境科學(xué), 2016, 37(3): 807- 815.

[3] 楊懷金, 楊德容, 葉芝祥, 等. 成都西南郊區(qū)春季PM2.5中元素特征及重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險評價[J]. 環(huán)境科學(xué), 2016, 37(12): 4490- 4503.

[4] 任麗紅, 周志恩, 趙雪艷, 等. 重慶主城區(qū)大氣PM10及PM2.5來源解析[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2014, 27(12): 1387- 1394.

[5] 重慶環(huán)保.重慶市空氣質(zhì)量發(fā)布系統(tǒng)[EB/OL].[2017-03-10].http://222.177.117.35:8021/HistoryDay/HistoryDayMain.aspx.

[6] 于云江, 徐順清, 謝滿廷, 等. 環(huán)境污染的健康風(fēng)險評估與管理技術(shù)[M]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2011: 70- 128.

[7] WHO. Air quality guidelines global update [M/OL]. [2017-03-10]. http://www.euro.who.int/_data/assets/pdf_file/0005/78638/E90038.pdf.

[8] 于云江, 王瓊, 張艷平, 等. 蘭州市大氣主要污染物環(huán)境與健康風(fēng)險評價[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2012, 25(7): 751- 756.

[9] Kistler R, Kalnay E, Collins W, et al. The NCEP-NCAR 50-year reanalysis: monthly means CD-ROM and documentation [J]. Bulletin of the American Meteorological Society, 2001, 82: 247- 276.

HealthRiskAssessmentofAtmosphericPM10andPM2.5inCityEcologicalProtectionAreasofChongqing

ZHANG Yong-jiang1,2, DENG Mao1, LI Ying-ying1, WANG Ai-wen3, LIU Rong1

(1.Environmental Monitoring Center Station of Qianjiang District in Chongqing, Chongqing 409099, China; 2.College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400715, China; 3.Environmental Monitoring Station of Xiushan County in Chongqing, Chongqing 409900, China)

To accurately evaluate the pollution of atmospheric fine particulate matters in city ecological protection areas of Chongqing, the atmosphere automatic observation data was analyzed from September 1 to November 30, 2016. The results showed that: the daily average concentration of atmospheric pollutants PM10and PM2.5reached to the second grade ofAmbientAirQualityStandard(GB 3095-2012) in study areas. Correlation analysis results showed that the concentration of PM10and PM2.5, wind speed, wind direction, temperature and humidity were in different levels of significant correlation at six observation sites. The atmosphere health risk assessment values of PM2.5was greater than PM10, but the atmosphere health risk assessment values of PM10and PM2.5was no more than the acceptable risk range of U.S. Environmental Protection Agency (US EPA), which is 1×10-6-1×10-4. The sources of atmospheric fine particulate matters was affected by the polar climate and circulation air mass in autumn.

Chongqing; PM10; PM2.5; health risk; backward trajectory

2017-04-05

重慶市基礎(chǔ)科學(xué)與前沿技術(shù)研究項目(cstc2015jcyjA0002)；重慶市環(huán)境保護局科技項目(環(huán)科字2015CF第101號)

張永江(1983—)，男，重慶彭水人，高級工程師，博士，主要從事環(huán)境管理和監(jiān)測研究，E-mail：yjzhang008@163.com

10.14068/j.ceia.2017.06.016

X830.3

A

2095-6444(2017)06-0065-05