杭州市大气污染物排放清单及特征

叶贤满，徐 昶，2，洪盛茂，焦 荔，沈建东，张 天，何 曦

大气污染物排放清单是基于一定空间范围和时间尺度对影响空气质量的污染物排放量的估算。排放清单是研究大气污染特征、机制和成因，开展环境空气质量数值模拟和预报预警的重要数据基础［1］，也是制定城市及区域大气污染控制措施、开展污染防治工作的重要依据。

早在20世纪90年代，中国就已开展大气污染物排放清单的研究。田贺忠等［2］估算分析了1995—1998年间中国氮氧化物排放清单及分布特征;赵斌等［3］系统建立了2003年天津市大气污染源排放清单;曹国良等［4］对2007年中国主要颗粒物及污染气体的排放清单进行了估算。随着近年来中国城市化的快速发展和机动车保有量的快速增加，城市及区域大气污染日趋严重［5］，针对大气污染物排放清单的研究也不断增多和深入［6-11］。相比而言，杭州市大气污染物排放清单的研究较少，董艳强等［12］和黄成等［13］分别对2004、2007年长三角地区人为源氨等污染物排放清单进行估算，但其基于长三角中尺度范围开展，存在污染物和排放源类别不全、空间分辨率较低等问题，无法全面细致地反映杭州市大气污染物排放特征，难以满足高分辨率的空气质量模型模拟开展。因此，以2010年为基准年，通过整合多套排污数据库及统计资料，研究文献报道及模型计算的污染物排放因子，获取杭州市区大气主要污染物的排放总量及污染分担率，建立了2010年杭州市大气污染物排放清单，并通过1 km ×1 km网格化落地分析了污染物排放的行业及区域分布特征。

1 实验部分

1.1 研究区域

图1为研究区域示意图，覆盖杭州市主城区(上城区、下城区、西湖区、江干区、拱墅区、滨江区)、萧山区和余杭区。污染物排放量的平面空间分布精度为1 km×1 km。

图1 研究区域示意图

1.2 排放清单的估算方法

1.2.1 污染源的分类

将杭州市大气污染源分为一级排放源和二级排放源2 个级别，涵盖工业源、农业源、生活源、交通源、自然源等类型。一级排放源指点源、线源和面源3 大类。二级排放源特指一级排放源中的具体组成类别，其中，点源二级排放源分为锅炉、炉窑、生产工艺/储罐等;线源二级排放源主要为机动车和道路扬尘。面源二级排放源分为燃料燃烧排放源、VOCs 排放源和NH3排放源。

1.2.2 污染物的识别及遴选

根据《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)［14］中常规污染物的监测及考核需求，并参考美国环保署NEI2002 排放清单，结合杭州产业特征及大气污染现状，筛选出适合现阶段杭州城市发展状况的大气污染源排放主要一次污染物，即将PM10、PM2.5、SO2、NOx、CO、VOCs 和NH3等因子列为主要的污染源清单目标污染物。

1.2.3 数据来源及排放量计算

1.2.3.1 点源排放

点源主要为工业点源，其中SO2和NOx的排放量直接采用2007、2010年全国污染源普查数据及更新数据库，以企业为单位记录全年各大气污染物的排放量，并适当参考企业环境影响评价报告和排污申报数据。取粉尘与烟尘排放量之和作为TSP 排放量，并根据张强等［15］研究结果计算获得PM10与PM2.5的排放量。由于污染普查数据库中没有CO、VOCs 和NH3的直接数据，因此其排放量采用排放系数法进行估算，基本公式为

式中:E 为排放量，t;A 为排放源活动水平(如各类燃料消耗量);EF 为各类污染源、污染物的排放因子;η 为尾气治理设施的污染物去除效率;i、j、k 分别代表不同污染物、污染源及区域。以参考文献的研究结果［3，12，16-17］确定各类污染源、污染物的排放因子，并结合相应的活动水平和末端治理工艺，计算污染物的排放量。

1.2.3.2 线源

线源主要为道路交通源(含机动车尾气源和道路扬尘源)。由杭州市机动车排气污染管理处获得2010年市区机动车保有量及车型情况，通过车辆年检(I/M)结果获得车龄、里程数等信息，利用简易工况法测定NOx、CO、HCs 排放系数。对于PM10、PM2.5、SO2、VOCs、NH3无法直接获取的排放因子则通过修正的IVE 模型计算获得［18］，或参考文献［3］报道的排放系数。此外通过实测获得市区130 条主要道路车流量及车队信息比例，用于排放量落地处理。

道路扬尘源主要以杭州市铺设道路为研究对象，利用交通地图、卫星遥感数据及地图分析道路分布，参考黄嫣旻等［19］和孙娟［20］研究结果，进行铺设道路各粒径范围的扬尘量估算。

1.2.3.3 面源排放

面源排放量主要采用排放系数法估算，主要包括燃料燃烧面源、VOCs 面源、NH3面源，具体各面源的构成和排放系数出处如表1所示。

1.2.4 空间定位及落地处理

根据污染物及污染源的特点，采用不同的空间定位及落地方法，通过地理信息系统对各污染物的排放信息按照1 km ×1 km 分辨率进行空间属性分配(表1)。各类点源、污水处理厂、印刷油墨、油品存储点、垃圾处理中心、工业分散燃烧等排放源按照“分总”的分配模式通过其排污口或企业几何中心的经纬信息定位到对应网格。线源以网格内道路长度与车流量乘积之和为权重，按照“总分”模式分配到对应网格。不能进行精确经纬度定位的面源则以特定类型土地面积、人口数量、畜禽数量或植被排放面积为权重，以“总分”模式分配对应网格中污染物排放量。

表1 排放源类别及空间定位方法

2 结果与讨论

2.1 杭州市2010年大气污染物排放清单

基于估算方法，得到杭州市区大气污染物排放清单，如表2所示。

表2 2010年杭州市区大气污染物排放清单 t

由表2可以看出，2010年，杭州市区PM10、PM2.5、SO2、NOx、CO、VOCs、NH3的排放总量分别为7.96 ×104、4.02 ×104、7.23 ×104、8.98 ×104、73.90 ×104、39.56 ×104、3.32 ×104t。

2.2 排放源分担率及特征

表2也体现出主要污染物一级排放源的分担率状况。具体来看，点源是SO2、NOx和CO 的第一大贡献源，分担率分别达到73.6%、48.3%和68.9%。线源是PM10和PM2.5的第一来源，分担率分别达到59.0%和47.1%。面源是VOCs 和NH3的首要来源，分担率分别为66.2% 和91.7%。

进一步对二级排放源分担率状况进行分析，如图2所示。

图2 杭州市区主要大气污染物排放分担率构成

由图2可见，道路扬尘是PM10的首要来源，分担率达到了44.6%，其次是机动车、工业炉窑和电厂锅炉，分担率分别为14.4%、11.2% 和9.5%，表明PM10主要来源于道路交通源和工业点源排放。PM2.5的首要来源为机动车排放，分担率达到了27.1%，其次是道路扬尘、工业炉窑和电厂锅炉，分担率分别为20.0%、13.3% 和13.1%;与PM10不同，PM2.5的贡献来源中，机动车排放超越道路扬尘成为首要来源，主要因为道路扬尘源排放的颗粒物以粗粒径为主，对PM10的贡献与PM2.5相比较大。NOx的首要来源是机动车排放，分担率达到40.3%，其次是电厂锅炉、工业炉窑和工业锅炉，分担率分别为25.7%、10.3%和9.9%，表明NOx排放受到移动源和固定源的双重影响，在考虑机动车排放对NOx的影响的同时，工业点源的贡献也不容忽视。CO 的首要来源是工业炉窑，分担率达到了41.5%，其次是机动车、生产工艺和工业锅炉，分担率分别为21.4%、14.6%和9.0%;萧山区和余杭区建有多个水泥厂和砖瓦厂，活动水平数据和排放因子相对较高，可能是工业炉窑贡献率较大的原因;此外机动车排放也是CO 的重要来源，这与CO 通常被作为机动车尾气示踪剂的事实相符。VOCs 的首要来源为机动车排放，分担率达到了31.1%，其次是植被BVOC 和涂料，分担率分别为27.1% 和25.7%;近年来杭州市机动车保有量急速增长［26］，污染物排放量也迅速增加，可能是其对VOCs 的贡献较大的主要原因;而杭州市区山地林地较多，拥有西湖、西溪湿地、湘湖等诸多景点，植被绿地覆盖率较高，其排放的BVOC 也成为总VOCs的重要来源之一;此外，涂料、油墨等原材料极易挥发逸散的挥发性有机物，也成为重要的VOCs 排放贡献行业。NH3的首要来源是畜禽养殖，分担率达到了76.5%，其次是氮肥施用和生产工艺，分担率分别为13.0%和6.1%;萧山区和余杭区农用地面积较广，畜禽规模化养殖和散养数量较大［27］，较高的活动水平数据可能是畜禽养殖排放贡献率较高的主要原因。SO2的首要来源是电厂锅炉，分担率达到了37.0%，其次是工业炉窑、锅炉和分散燃烧，分担率分别为18.0%、16.2%和15.6%，表明其主要来源于工业点源或固定源排放的贡献，其他行业的贡献较小。

值得注意的是，机动车和道路扬尘已经成为杭州市区多个污染物的重要来源，其对PM10、PM2.5、NOx、CO 和VOCs 的贡献分别达到了59.0%、47.1%、40.3%、21.4% 和31.1%，已成为影响杭州市区环境空气质量的最重要的排放来源，必须引起重视。

2.3 空间分布特征

对各污染物进行1 km×1 km 网格化落地，分析其空间分布特征，如图3所示。

图3 2010年杭州市区大气污染物1 km×1 km 网格化排放清单空间分布

由图3可见，PM2.5排放主要集中在主城区及萧山区中心等道路密集、机动车流量较高的区域，空间分布呈明显的路网特征，结合上文可知其分布主要受机动车和道路扬尘排放的影响。NOx排放集中在主城区和萧山区中心，呈一定路网特征，同时在萧山、下沙和余杭的工业区也有一定分布;NOx主要来源于机动车、电厂和工业锅炉、炉窑排放，因此空间分布受到移动源和固定源的双重影响。VOCs 主要来源于机动车、植被BVOC 和涂料油墨使用等排放，因此主要集中在主城区和萧山区中心的路网和人口密集地带;此外在西湖区、余杭区西部、萧山区南部等山地林地较多、植被覆盖较广的区域也有明显分布，主要受植被BVOC 排放的影响。NH3排放的空间分布特征与上述污染物显著不同，萧山最多，余杭次之，主城区排放量则很少，这主要是由于NH3基本源于畜禽养殖和氮肥施用排放，两者主要分布在萧山区和余杭区郊县，其中萧山区养殖业最为发达［27］，主城区已基本没有大型养殖场和农田用地。

研究发现，主城区范围内，机动车和道路扬尘排放对PM10、PM2.5、NOx、CO、VOCs 和NH3的贡献则分别达到了74.5%、61.5%、56.0%、29.3%、47.4%和28.2%，较市区范围内明显上升，其中机动车不仅是主城区PM2.5、NOx、VOCs的第一大来源，同时也是PM10、CO、NH3的第二大来源，已成为影响杭州市区及主城区环境空气质量最主要的排放来源，必须引起重视。

2.4 排放清单的不确定性

排放清单的编制通常存在一定的不确定性［28］，清单估算和建立过程涉及数据和方法较多，不确定性主要来源于3 个方面:①活动水平数据选取。各类点源、工业分散燃烧、垃圾和污水处理等活动数据来自污染源普查、重点源监测和环境统计数据，不确定性较低;机动车、油库和加油站信息来源于相关部门提供的第一手资料，民用燃料、涂料、油墨、畜禽养殖、氮肥施用、秸秆焚烧、人口数量、道路面积等活动数据来自统计年鉴、环境统计和地图等相关数据，也基本可靠;但住宿餐饮和其他服务业等活动数据来源于环境统计和相关调查数据，由于统计调查开展的不全面，活动数据可能有所缺失，存在一定的不确定性。②排放因子选取和计算。各类点源(如锅炉、炉窑)及工业分散燃烧等燃烧设施排放的SO2、NOx等常规污染物排放因子在国内已有较好的研究基础，可靠性相对较高;PM10和PM2.5排放因子来源于国内学者模型模拟及部分实测结果，存在一定的不确定性;而部分CO、VOCs 和NH3的污染源排放因子研究在国内仍相对较少，往往直接采用美国和欧洲的研究成果，与本地的实际情况存在较大差别，不确定性可能较大。③空间定位与落地处理。各类点源的空间定位和排放落地基于锅炉、炉窑或企业经纬度坐标，不确定性较低;机动车、道路扬尘、成品油储运、垃圾处理、污水处理、畜禽养殖、氮肥使用、植被排放等污染源的空间定位和排放落地是基于行政地图、交通地图、耕地现状图、卫星遥感等信息，也较为可靠;而民用燃料、涂料、住宿餐饮、其他服务和人体排放等污染源的排放落地基于人口数量和密度，最小分辨率只精确到每个街道(乡镇)，因此存在一定的不确定性。除此之外，清单未涵盖火车机车、船舶、飞机及工程机械等非道路移动源，建筑工地、堆场等扬尘排放源，以及部分未知的其他来源，可能导致现有的排放清单存在低估。后续的工作中还需加强大气污染源排放基础及活动水平研究，开展重点污染源排放因子实测工作，以及空间定位和排放落地的精细化处理，进一步完善和细化杭州市大气污染物排放清单。

3 结论

1)2010年杭州市区PM10、PM2.5、SO2、NOx、CO、VOCs 和NH3的排放总量分别为7.96 ×104、4.02 ×104、7.23 ×104、8.98 ×104、73.90 ×104、39.56 ×104、3.32 ×104t。

2)从排放分担率来看，机动车尾气排放是杭州市大气污染物最重要的排放源之一，对PM10、PM2.5、NOx、CO 和VOCs 的贡献分别达到14.4%、27.1%、40.3%、21.4%和31.1%。

3)道路扬尘、电厂锅炉、工业炉窑、植被、畜禽养殖对不同污染物分别有着重要贡献，道路扬尘 对PM10和PM2.5的贡献分别为44.6% 和20.0%、电厂锅炉对SO2和NOx的贡献分别为37.0% 和25.7%、工业炉窑对CO 的贡献为41.5%、植被排放对VOCs 的贡献为27.1%、畜禽养殖对NH3的贡献为76.5%。

4)空间分布显示，萧山区和余杭区对SO2、NH3和植被BVOC 的贡献显著高于主城区，而主城区范围内机动车对PM2.5、NOx和VOCs 的贡献分别达到36.3%、56.0%和47.4%，较市区范围内显著增加，表明机动车尾气排放已成为杭州主城区大气污染最重要的来源之一。

5)排放清单具有一定不确定性，主要受活动数据、排放因子、落地处理等因素的影响，后续将加强污染源排放基础及活动水平研究，开展重点源排放因子实测工作，以及空间定位和排放落地的精细化处理，进一步完善和细化杭州市大气污染物排放清单。

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