珠三角東岸某沿海開發(fā)區(qū)空氣質(zhì)量改善對策分析

曾張福，鄭雄楓，張 林

(1 惠州大亞灣經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)石化區(qū)環(huán)境監(jiān)控中心，廣東 惠州 516086；2 惠州大亞灣經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，廣東 惠州 516081)

空氣質(zhì)量主要由污染物排放量和大氣環(huán)境容量決定[1-4]。各地城市區(qū)域空氣質(zhì)量狀況隨時間變化波動性大，普遍呈現(xiàn)階段性的改善或下滑或兩者交替反復等特點，這與當?shù)刈匀画h(huán)境條件、社會環(huán)境條件和產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況息息相關(guān)，同時也會受到外來的大氣污染物區(qū)域性傳輸?shù)闹苯佑绊慬5]，且大氣物理化學反應也增加了空氣質(zhì)量變化的復雜性和不確定性[6-9]。本文以珠三角東岸某沿海開發(fā)區(qū)(以下簡稱“研究區(qū)”)為研究對象，通過分析其空氣質(zhì)量變化趨勢、產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況和污染源分布特征，重點分析當?shù)厝藶槲廴境梢驇淼挠绊?，為推進大氣污染防治，深挖本地污染源減排空間，進一步改善空氣質(zhì)量提供相關(guān)對策建議。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理特征

研究區(qū)位于廣東省東南部，惠州市南部，地處珠三角東岸，屬東南沿海地區(qū)，陸地面積293 km2，轄3個街道辦事處，毗鄰深圳、香港，北靠海岸山脈，東、西兩側(cè)受平海半島與大鵬半島掩護，東南面向南海，東北和西南部為山脈，西北與東南走向地勢較平坦，近地面的空氣質(zhì)量狀況易受到西北風或東南風的影響。

1.2 氣象條件

全區(qū)地處北回歸線以南，屬南亞熱帶海洋性季風氣候區(qū)，氣候溫和濕潤，雨量充沛，受海洋性氣候影響，區(qū)內(nèi)年氣溫變化不大。因北山靠海，易受海陸風綜合影響，一天當中風場多變。常年主導風向為東南風，次主導風向為西北和西南風。多年平均風速為3 m/s，平均氣溫21.8 ℃，平均降雨量1980 mm，易受季風或臺風天氣的影響，雨天主要分布在4-8月，秋冬春季則干燥少雨，特別是冬春季節(jié)垂直方向上易出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象，空氣對流運動減弱或停滯，不利于顆粒物污染物的擴散。

1.3 產(chǎn)業(yè)布局

經(jīng)過近30年的開發(fā)建設，研究區(qū)已基本形成石油化工、電子信息、汽車零部件及裝備制造、港口物流、濱海旅游“1+4” 現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系。研究區(qū)東部為石油化工產(chǎn)業(yè)區(qū)(以下簡稱“石化區(qū)”)，遵循“煉油與化工”結(jié)合、上中下游一體化的發(fā)展道路，打造世界級石化產(chǎn)業(yè)基地；西部主要發(fā)展電子信息、汽車零部件產(chǎn)業(yè)；東南部為港口物流區(qū)，東翼為濱海旅游區(qū)；中部為行政商務區(qū)，擁有1個國控空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站(以下簡稱“國控站點”)，以行政、金融、商務和居住為主。

1.4 國控站點周邊環(huán)境狀況

該站點位于重型車輛交通要道的路網(wǎng)中心，毗鄰石化區(qū)，且周邊5 km范圍內(nèi)有較多大氣污染源：(1)周邊道路機動車特別是重型柴油貨車尾氣及渣土等散體物料運輸引發(fā)的道路二次揚塵污染；(2)周邊在建工地和修理廠、停車場等經(jīng)營性裸地揚塵污染源；(3)東部石化區(qū)工業(yè)源；(4)東南部采石場和港口物流區(qū)裸地堆場等揚塵污染源及船舶排放尾氣等。

2 材料與方法

國控站點大體處于研究區(qū)陸域幾何中心，也是該區(qū)天然源VOCs、移動源、揚塵源、工業(yè)污染源和生活污染源等主要大氣污染源分布的近似網(wǎng)格中心，其空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)具有代表性。選取2013年1月至2021年12月期間，研究區(qū)國控站點空氣質(zhì)量6項因子年均濃度標況統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括PM2.5、PM10、NO2、SO2(二氧化硫)年均濃度和CO(一氧化碳)日均濃度第95百分位數(shù)、臭氧最大8 h(O3-8h)均值濃度第90百分位數(shù)。根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-2012)進行數(shù)據(jù)分析評價，得出2013-2021 年研究區(qū)主要污染物濃度指標年際變化特征。

3 研究區(qū)空氣質(zhì)量評價

3.1 空氣質(zhì)量總體情況

2013-2021年研究區(qū)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)分別為4.03、3.72、3.18、3.03、3.60、3.35、3.5、2.91和3.04(表1)。2013-2016年空氣質(zhì)量綜合指數(shù)逐年改善，2017-2019年改善停滯，近9年來空氣質(zhì)量綜合指數(shù)總體呈改善趨勢。

表1 2013-2021 年研究區(qū)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)Table 1 Air quality data of 2013-2021 in the study area

3.2 空氣質(zhì)量優(yōu)良率分析

2013-2021年研究區(qū)空氣質(zhì)量優(yōu)良率分別為88%、93.00%、96.80%、97.10%、96.60%、94.20%、88.60%、94.70%和91.20%。近9年來空氣質(zhì)量優(yōu)良率均達到88% 以上，但年際波動性大。跟廣東省其他地區(qū)一樣，影響該區(qū)空氣質(zhì)量優(yōu)良率的主要指標是O3，這說明了臭氧污染防治工作的復雜性和艱巨性。

3.3 污染物占標率相關(guān)性分析

從占標率來看，影響空氣質(zhì)量綜合指數(shù)的主要指標是O3、PM10、NO2和PM2.5。近年來，O3-8h第90百分位數(shù)濃度呈上升趨勢，NO2濃度總體持平，但PM10和PM2.5濃度均呈下降趨勢(圖1、圖2)。因此，研究區(qū)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)雖有反復波動但仍呈改善趨勢。具體分析如下：

(1)2013年以來，O3-8h第90 百分位數(shù)濃度呈現(xiàn)波動上升趨勢，這與廣東省或珠三角近年來臭氧濃度仍在繼續(xù)上升的大背景環(huán)境有關(guān)。大量的研究表明，近地面大氣臭氧是由NOx、VOCs等臭氧前體物在高溫、低濕、強輻射等氣象條件下通過復雜的光化學反應生成的二次污染物[10-17]，易受到本地生成和外來輸送的共同影響，如高壓反氣旋、臺風外圍下沉運動和海陸風等均可能導致珠三角區(qū)域性臭氧高污染事件的發(fā)生等[18-19]。當前臭氧污染成因、來源及防控策略的科學認識和技術(shù)能力仍顯不足，現(xiàn)有國內(nèi)外研究還難以支撐臭氧污染精準化防控的實際需求[20]，尚無根治近地面大氣臭氧污染問題的良藥。

近5年珠三角、京津冀和長三角等三個區(qū)域頻頻出現(xiàn)長時間、大范圍、高濃度的區(qū)域性污染過程，尤其是2019年秋季，全國大范圍出現(xiàn)高溫晴熱靜穩(wěn)天氣，我國中東部大部分地區(qū)均出現(xiàn)了不同程度的臭氧污染；與此同時，控制廣東省大部分地區(qū)的副高強度大，控制時間長；特別是9月份，在副熱帶高壓控制以及熱帶氣旋外圍的雙重作用下，廣東的下沉氣流加強，高溫酷熱天氣加劇，O3污染嚴重，導致珠三角9月空氣質(zhì)量優(yōu)良率(也即AQI達標率)僅為47.4%[21-23]。這些不利的氣象條件已成為制約珠三角空氣質(zhì)量進一步改善的關(guān)鍵瓶頸。

在上述背景臭氧濃度總體呈現(xiàn)上升的趨勢影響下，近5年研究區(qū)臭氧污染也有所加重，尤其在2019年出現(xiàn)臭氧占標率和超標天數(shù)峰值。除受到臭氧污染外來傳輸影響外，這也與當?shù)貑挝幻娣e氮氧化物(NOx)與揮發(fā)性有機物(VOCs)排放強度高以及高溫強日照的氣象條件頻發(fā)導致本地臭氧生成增加有關(guān)。近年，研究區(qū)工業(yè)增加值進一步增長，且這部分增長主要集中在涉VOCs排放的石化行業(yè)；同時公路貨運規(guī)模和油品倉儲、銷售量也在繼續(xù)增長，導致新增的NOx與VOCs排放壓力持續(xù)存在。特別是秋冬季不利氣象條件加劇，副熱帶高壓長期控制導致出現(xiàn)日照強、云量小、風力弱，有利于光化學反應而生成較高濃度的O3，從而導致研究區(qū)2019 年9-11月臭氧超標天數(shù)高達27 d，占全年超標天數(shù)67.5%。

(2)NO2濃度變化趨勢總體持平。盡管研究區(qū)于2015年完成了全區(qū)黃標車淘汰，自2017年起實施NOx高值區(qū)重型柴油貨車限行、繞行管控，并于2020年起實現(xiàn)公交車100% 純電動化和黑煙車常態(tài)化抓拍執(zhí)法，這一系列措施一定程度削減了交通源NOx排放；但隨著石化區(qū)產(chǎn)能進一步擴大，重型柴油貨車車流量相應增加，新增的交通物流排放量擠占了上述NOx減排空間。因此，目前研究區(qū)空氣質(zhì)量NO2占標率仍維持在較高的水平。

(3)經(jīng)過多年的努力，特別是研究區(qū)2014-2015年實施熱電廠大氣污染提標減排改造以來，SO2、CO等一次污染物已得到有效的削減，兩者的年均濃度由2013年至2021年分別削減了60%、33%；PM2.5也得到了一定程度的控制，削減了47%，近兩年均濃度低至19 μg/m3，穩(wěn)定達到2005年世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《空氣質(zhì)量準則》第二階段目標值(≤25 μg/m3)；PM10濃度總體呈下降趨勢，PM10占標率從2013年的93% 降低到近兩年56%～60%之間，這跟研究區(qū)持續(xù)加強揚塵污染治理有關(guān)，但各類揚塵源仍有進一步的減排空間。

圖1 2013-2021年空氣質(zhì)量6項因子占標率與空氣質(zhì)量 綜合指數(shù)關(guān)系圖Fig.1 Relationship chart between standard rates of 6air pollution indexand air quality composite index from 2013 to 2021

圖2 2013-2021 年空氣質(zhì)量4項主要因子占標率及 空氣質(zhì)量優(yōu)良率變化趨勢Fig.2 Variation trend of 4 major air pollution index and excellent rate of air quality from 2013 to 2021

4 污染成因分析

2017年以來，隨著研究區(qū)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的加快推進，生產(chǎn)總值(GDP)持續(xù)快速增長，化石能源消耗增加，大氣污染物排放總量增加,尤其是施工工地數(shù)量和機動車保有量大幅上升，且這些增長又大部分集中在國控站點周邊區(qū)域，顆粒物和氮氧化物污染反彈壓力劇增，國控站點空氣質(zhì)量受周邊環(huán)境的制約日益凸顯。PM2.5的主要來源是機動車及非道路移動機械尾氣排放，PM10的首要來源是揚塵污染，NO2的主要來源是機動車尾氣排放。VOCs和NOx既是光化學反應生成O3的前體物，也是PM2.5中二次組分的主要前體物。以近5年空氣質(zhì)量狀況為例，剖析了制約研究區(qū)空氣質(zhì)量持續(xù)改善的因素：

(1)移動源污染影響。自2017 年起，道路機動車尤其是重型柴油貨車的車流量同比顯著增加，帶來交通擁堵容易產(chǎn)生車輛怠速尾氣排放，推高了空氣質(zhì)量NO2指標濃度；加上工地、工廠和港區(qū)等領(lǐng)域非道路移動機械作業(yè)尾氣排放和港區(qū)近岸海域船舶尾氣排放的影響，也給空氣質(zhì)量帶來不利影響。

(2)揚塵污染影響。城市建設快速發(fā)展，建設工程點多面廣，國土開發(fā)強度大，且大部分工地處于土方施工階段，開挖裸地面積大，加之秋冬季是建筑施工的高峰期，干燥少雨易起塵；渣土等散體物料運輸遺撒和占道施工也是路面積塵的主要來源，過往車輛通行碾壓產(chǎn)生道路二次揚塵污染。此外，多個堆場、停車場等物流基地，這些源點裸露地面未硬底化，經(jīng)營過程中也產(chǎn)生揚塵排放。

(3)工業(yè)污染源廢氣排放影響。隨著石化區(qū)工業(yè)產(chǎn)能繼續(xù)擴大，對應的大氣污染物排放總量增多，也加大了空氣質(zhì)量的改善難度。

(4)煙塵污染影響。各街道村居范圍特別是國控站點周邊區(qū)域偶有焚燒垃圾、燃放煙花爆竹的現(xiàn)象，也會近距離影響空氣質(zhì)量。

(5)珠三角區(qū)域性的臭氧污染影響。與PM2.5等污染物相比，臭氧的區(qū)域性污染特征更強，城市間和區(qū)域間的相互影響更為顯著。近5年，研究區(qū)臭氧污染導致的超標天數(shù)和臭氧占標率峰值均出現(xiàn)在2019年，這跟2019 年9-11月珠三角出現(xiàn)長時間、大范圍的區(qū)域性臭氧污染事件有關(guān)。從空間分布變化趨勢來看，2014年臭氧污染主要集中在珠三角中部和西北部以及粵東部分區(qū)域，2017-2018年則主要集中于珠三角中部和西南部，2019年臭氧污染在上述基礎上向包括研究區(qū)在內(nèi)的周邊區(qū)域擴展且污染程度進一步加重[24]。

為防范空氣質(zhì)量下滑風險，自2017年7月起，當?shù)丶訌娏烁鹘值?、各職能部門聯(lián)防聯(lián)控，以涉VOCs排放重點企業(yè)“一企一策”治理、揚塵污染精細化管理、機動車限行繞行管控和柴油貨車綜合整治等為重點，開展了一系列空氣質(zhì)量保障行動。到2018年，顆粒物和氮氧化物等大氣污染物削峰降值成效顯現(xiàn)，空氣質(zhì)量主要指標PM10、PM2.5和NO2濃度同比下降。除2019年受珠三角極端不利氣象等因素影響而有所反彈外，從2018-2021年，空氣質(zhì)量綜合指數(shù)總體穩(wěn)中向好。

5 結(jié) 論

(1)2013-2021年研究區(qū)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)總體呈改善趨勢，其中2017-2019年空氣質(zhì)量改善停滯，尤其是2017年空氣質(zhì)量綜合指數(shù)同比下滑明顯，主要指標PM2.5、PM10、O3和NO2濃度均有一定程度上升，這跟當?shù)毓I(yè)化和城鎮(zhèn)化加快發(fā)展以及車流量增加導致顆粒物和氮氧化物等污染物排放增加有關(guān)，而臭氧污染程度有所加重則跟本地生成源和珠三角區(qū)域性臭氧污染的大環(huán)境背景息息相關(guān)。

(2)自2017年7月起，研究區(qū)開展一系列的空氣質(zhì)量保障行動后，大氣污染物減排效果顯現(xiàn)，2018-2021年空氣質(zhì)量綜合指數(shù)總體呈改善趨勢。

(3)隨著經(jīng)濟的加快發(fā)展，研究區(qū)工業(yè)產(chǎn)能規(guī)模繼續(xù)擴大，大型石化項目的開工建設及投產(chǎn)也會持續(xù)增加大氣污染物排放，加上不利氣象條件的影響，未來空氣質(zhì)量保優(yōu)難度大，也對當?shù)卮髿馕廴痉乐喂ぷ魈岢隽烁叩囊蟆?/p>

為防范研究區(qū)空氣質(zhì)量下滑風險，建議實施大氣污染精細化管理，加強空氣質(zhì)量研判分析、污染天氣預警預報、臭氧污染治理科技攻關(guān)、大氣污染源治理評估及其改善建議等全過程科技支撐，重點抓好污染天氣應對和秋冬季顆粒物削峰降值，挖掘港口船舶尾氣和儲油庫大氣污染物減排潛力，積極參與珠三角區(qū)域臭氧污染聯(lián)防聯(lián)控，進一步推進VOCs和NOx協(xié)同減排，深入開展藍天保衛(wèi)戰(zhàn)行動。