“十三五”恩施環境空氣質量特征及污染來源分析

趙 靜，倪 裳，田華婧，胡 振

(1.湖北省生態環境廳恩施州生態環境監測中心，湖北 恩施 445000；2.武漢理工大學，湖北 武漢 430070；3.武漢湖振煜環境科技有限公司，湖北 武漢 430100)

1 引言

近年來，由于環境空氣質量的逐步惡化，大氣污染的治理工作受到高度重視，如何提升環境空氣質量被頻繁提及[1～5]。謝劍鋒等[6]研究冀南地區空氣質量變化規律，說明機動車限行、工業企業停產等防控舉措確實有利于本地一次排放污染物濃度的降低。王翔等[7]分析京津冀、長三角及珠三角地區的空氣質量，發現NO2對京津冀、長三角、珠三角地區空氣綜合質量提升都存在主要阻礙作用，京津冀、長三角、珠三角地區需加大金融支持、加強政策處罰力度，降低NO2排放量。王璐瑤[8]分析合肥市環境空氣質量，發現與NO2和PM2.5濃度有關的有綠化覆蓋率、總人口數、廢氣污染物排放量、人均生產總值、生產總值、汽車擁有總量。戴楠珍[9]基于2016～2020年福建省國控環境空氣自動監測數據分析污染物的變化特征，發現“十三五”前后不同污染物呈明顯時空分布特征。丁鐳等[10]以湖北省17個城市2004～2013年的空氣監測數據為基礎分析城市環境空氣質量的時空演化特征及主要影響因素，冬季的1月份和12月份是空氣污染最嚴重時期。眾多地區環境空氣質量總體變好，但是依然存PM2.5和O3等污染物為特征的復合型污染日益突出的問題[10～13]。

“十三五”期間，恩施州環境空氣質量逐年變好，環境空氣綜合指數逐年降低，環境空氣優良率不斷提高。部分縣市環境空氣質量常年保持較高水平，利川市、鶴峰縣“十三五”期間環境空氣優良率全都保持在95%以上。恩施州作為武陵山區水土保持與生物多樣性生態功能區的重要組成部分[14～16]，也作為“十三五”全國337個地級及以上考核城市，同時也是“十三五”全省17個重點考核城市，為科學進行“十四五”期間的大氣污染防治工作，對恩施州“十三五”期間的空氣質量特征以及污染來源進行了分析。

2 研究區域與研究方法

2.1 區域概況

恩施州全稱恩施土家族苗族自治州，位于湖北省西南部，E108°～110°，N29°～31°。恩施自治州所轄有恩施、利川、巴東、建始、宣恩、咸豐、來風、鶴峰8個縣 (市)[17～20]?！笆濉逼陂g，恩施州8縣市均完成城市環境空氣自動監測站六參數監測指標的任務或改造升級，實現數據聯網傳輸，實時發布監測數據。全州共建成3個國控監測點，10個省控監測點，所有空氣自動站均建設在環境空氣質量功能區二類區。

2.2 研究方法

恩施州城市環境空氣質量評價方法采用環境空氣質量指數(AQI)法，依照《環境空氣質量指數(AQI)技術規定》(HJ 633-2012)來評價城市綜合指數、優良天數及污染物濃度。恩施州城市環境空氣質量評價標準依照《環境空氣質量標準》(GB 3095-2012)執行，選取“年平均”值及“日平均值”進行評價。

3 結果討論

3.1 “十三五”環境空氣質量特征

2020年恩施州環境空氣質量總體良好。全州8個縣市城市環境空氣質量均達標，達標率100%。各縣市主要污染物濃度值均符合環境空氣質量二級標準，部分污染物濃度已達到空氣質量一級標準。詳見表1。

表1 2020年恩施州主要污染物年均濃度

全州城市空氣質量平均優良天數為352 d，平均優良天數比例為97.6%，8個縣市城市優良天數比例均在95%以上。

全州累計發生污染天氣68 d次，其中輕度污染53 d次，中度污染13 d次，重度污染2 d次。污染天氣發生時，PM2.5為首要污染物共有67 d次，O3為首要污染物1 d次。全州環境空氣質量各級別天數比例見圖1。

圖1 2020年全州環境空氣質量各級別天數比例

3.2 污染來源分析

在打贏藍天保衛戰的政策背景下，恩施州于2018年啟動了州城顆粒物源解析研究項目。該研究項目主要探究恩施州城PM2.5及臭氧不同季節特征水平及污染成因，選擇在2018年3月至2019年2月期間的春、夏、秋、冬季對環境大氣進行觀測。

3.2.1 細顆粒物(PM2.5)來源解析結果

通過污染物來源結構分析。如圖2所示，對比各個季節來源結構及源貢獻占比，恩施州城春、夏、秋、冬季對細顆粒物貢獻最大的均為機動車尾氣源，占比分別為36.5%、26.4%、34.0%、57.3%，年均占比為38.5%，為最主要的污染源，尤以冬季占比最高。因此針對汽車尾氣排放這類最主要的污染物來源，制定長期的、穩定的管控策略是有效降低恩施州城PM2.5污染濃度的關鍵舉措。

圖2 受體模型法各季節顆粒物來源占比

利用數值模式對PM2.5進行來源解析。分析發現區域傳輸對恩施州細顆粒物的影響在10%～20%左右，但是在污染過程中區域傳輸對細顆粒物的貢獻高達50%。本地排放源中，對細顆粒物影響較為明顯的是機動車，具體貢獻為21%～49%，其次分別為居民源(21%～35%)、工業源(13%～24%)和農業源(1%～9%)。如圖3所示。

圖3 數值模式法各季節顆粒物來源占比

這2種方法得到的結果可以發現，機動車尾氣均為PM2.5最主要的排放源，且都呈現類似的季節波動趨勢。冬季機動車尾氣貢獻占比明顯高于春、夏、秋三季。數值模式方法中居民源與受體模型中生物質燃燒源存在一定包含關系，即居民源包括生物質燃燒源，這2個來源均在春、夏季貢獻率較高，呈現趨勢一致性，說明這類源在春夏兩季需引起關注。數值模式結果中工業源的貢獻占比明顯高于受體模型中工業工藝源結果，這是由于數值模式基于排放清單中的工業源囊括的范圍比受體模型解析的工業工藝源更廣。

3.2.2 臭氧污染特征及來源解析

根據模擬得到的臭氧生成等濃度曲線(圖4)，夏季恩施州處于臭氧等濃度曲線的拐角“脊線”附近，為VOCs和氮氧化物協同控制區域附近，且偏向于氮氧化物控制區。因此，控制氮氧化物濃度及降低VOCs濃度均能降低臭氧生成的速率。

圖4 研究區城臭氧等濃度曲線

如圖5所示。春、夏、秋季VOCs濃度相當，而冬季VOCs濃度遠高于其他三季，這是由于冬季溫度低日間幾乎沒有光化學反應過程，VOCs消耗受到抑制，加之冬季大氣穩定且邊界層較低，導致VOCs濃度累積。VOCs各組分中，烷烴貢獻占比均為最高。4個季節中各組分含量相對穩定，其中秋季烯烴、乙炔含量高于其他3個季節，而芳香烴含量低于其他3個季節，說明秋季較其他季節化石燃料的燃燒這一類排放源對VOCs貢獻率增加，工業類排放源對VOCs貢獻率降低。

圖5 各季節VOCs平均濃度及組分分布

春、夏、秋、冬季觀測期間，恩施VOCs來源貢獻率最高的均是機動車尾氣排放，貢獻占比分別為：24.0%、26.3%、46.1%、26.0%，年均占比為30.6%，為主要污染源，其中秋季機動車尾氣排放貢獻率較其他三季更高。如圖6所示。

圖6 研究區各季節VOCs行業來源占比

4 結語

“十三五”末，恩施州空氣質量已整體達到國家二級標準。2020年，恩施州平均優良天數已達352 d，平均優良天數比例為97.6%，首要污染物為細顆粒物(PM2.5)。州城恩施市達到了“十三五”國家空氣質量考核目標，全年優良天數比例96.4%，主要污染物濃度值均達到環境空氣質量二級標準，無重度污染天氣發生。

分別將“十三五”期間州城恩施市春、夏、秋、冬四季的空氣污染物來源進行分析，可以看出，州城恩施市細顆粒物(PM2.5)主要來源于機動車尾氣排放，汽車尾氣污染源在4個季節里始終都排在貢獻率首位，年均占比為38.5%，為最主要的污染源。恩施州城VOCs 4個季節里來源貢獻率最高的也是機動車尾氣排放，年均占比為30.6%。