2009—2018年重庆涪陵区空气质量变化特征及其原因

赵小辉，刘东升，冯永强

（长江师范学院 绿色智慧环境学院，重庆 408100）

近年来，随着涪陵城市发展进程的加快，机动车数量逐年增加，空气质量恶化问题日渐突出。环境空气质量是城市环境质量的重要组成部分，也是城市可持续发展的基础[1-3]。但目前研究主要集中在重庆主城范围[4-12]，关于各区县尤其是涪陵区空气质量变化特征的研究很少，因此本文以重庆市生态环境监测中心公布的重庆市涪陵区环境空气质量监测数据为依据，结合涪陵区国民经济和社会发展统计公报，研究了大气中二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）和可吸入颗粒物（PM10）的年度变化特征，并根据污染物负荷系数确定了每年主要污染因子重要性顺序，以期为涪陵区提升环境空气质量及进一步开展大气污染治理提供科学依据。

1 数据来源与评价标准

1.1 地区概况

涪陵区地处三峡库区腹地，位于东经106°56'～107°43'，北纬29°21'～30°01'之间。涪陵区东邻丰都县，南接武隆区、南川区，西连巴南区，北靠长寿区、垫江县，地处重庆市中部，属于重庆市定位的中心城市。涪陵区常年平均气温18.1 ℃，年均降水量为1 072 mm，无霜期317 d，日照1 248 h，属于中亚热带湿润季风气候。

1.2 数据来源

本文环境质量数据主要来源于2009—2017 年重庆市生态环境局《重庆市环境质量简报》和《重庆市环境状况公报》中公布数据，2018年数据来自该年的《涪陵区国民经济和社会发展统计公报》。其他经济增长及交通统计数据均来自2009—2018 年《涪陵区国民经济和社会发展统计公报》。涪陵区历年天气数据来源于网页（https：//tianqi.911cha.com/fuling/2010.html）。

1.3 评价标准

根据《重庆市人民政府关于印发重庆市环境空气质量功能区划分规定的通知》可知：涪陵区除大木山市级自然保护区、武陵山国家森林公园、乌江市级森林公园和小溪市级风景名胜区外均为二类环境空气质量功能区，即涪陵大部分区域适用国家二级浓度限值，另外2016 年前后重庆市分别采用《环境空气质量标准》（GB 3095—1996）（简称老标准）和《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）（简称新标准）进行空气质量评价。而新老标准SO2和NO2二级标准年均值均为60 μg/m3和40 μg/m3，新标准PM10年均值（70 μg/m3）严于老标准（100 μg/m3）。

1.4 研究方法

首先对2009—2018 年重庆涪陵区PM10、SO2、NO2三项主要污染因子年均质量浓度数据和2009—2018 年重庆涪陵区空气质量优良天数情况进行年变化趋势分析。

其次为定量反映空气环境中各污染物的影响程度，确定各污染因子重要性的顺序，引进污染物负荷系数概念[3]：

式中：fi表示污染物i的负荷系数，无量纲；Ci表示污染物i的平均浓度，μg/m3；Si表示污染物i的评价标准，μg/m3；Pi表示污染物i的单项质量指数，无量纲。虽然2016年前fi、Ci和Si三种污染因子年均浓度执行空气质量老标准，但为了更好地比较其污染负荷情况，本处计算均采用新标准中二级标准值。

2 涪陵区空气质量变化情况

2.1 涪陵区主要空气质量评价因子的年变化趋势

2009—2018 年涪陵区环境空气质量主要评价因子年变化趋势如图1所示。

由图1可知，2009—2018年涪陵区SO2年均浓度整体呈下降趋势，自2009 年刚好达标和2010年68 μg/m3（超标倍数达13.3%）以后逐年下降，到2011 年后均能达到《环境空气质量标准》（GB 3095—1996）中的二级标准要求；NO2浓度在2009—2018 年呈上下波动状态，整体趋势平缓，除2011—2015 五年超标外，其他年份均达到《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）中的二级标准要求；2009—2018 年PM10年均浓度基本也呈现逐年下降趋势，2009—2015 年虽按空气质量老标准达标，但如按新标准来评价，只有2015年达标，尤其是2016年全面严格按新标准评价后，2016年，2017 年均属超标，因此涪陵区空气质量治理应加强PM10和NO2的有效控制。

图1 2009—2018年涪陵区PM10、SO2、NO2年均值变化趋势Fig.1 Vriation trend of PM10, SO2 and NO2 in Fuling district from 2009 to 2018

2009—2018 年重庆市涪陵区空气质量优良天数情况见图2，除2010年和2013年分别为310 d和311 d 外，其他年份空气质量优良天数均超过了325 d，其变化趋势与2009—2018年涪陵区降雨天数变化情况大体一致，基本反映降雨清尘作用的影响。结合图1和图2可知，2010年降雨天数的减少与PM10与SO2浓度的增加基本对应，但2013年和2017年降雨天数的减少并未引起PM10与SO2浓度的提升，推测其除了受天气因素影响外，还和产业结构与生产、交通、环境政策与污染控制措施等社会因素有关，需综合考虑其变化影响因素。涪陵区空气质量优良天数比率在86.11%～95.34%之间浮动，表明其空气质量总体较好，但随着进一步的发展，涪陵区空气质量监测及评价也应加强。

图2 2009—2018年涪陵区空气质量优良天数和降雨天数变化趋势Fig.2 Variation trend of days with good air quality and rain days in Fuling district from 2009 to 2018

2.2 涪陵区主要污染因子重要性评价

根据污染物负荷系数计算公式，计算结果见表1。

表1 涪陵区三项主要空气污染物负荷系数Tab.1 Load coefficient of three major air pollutants in Fuling district

由表1可知，2009—2018年除2014年、2015年和2018 年首要污染物为NO2外，其他年份首要污染物均为PM10，且NO2和PM10的污染负荷系数逐步接近，基本呈现了涪陵区空气污染逐步转化为混合型污染的趋势。这三种污染物除其产生的自然原因外，更多地来自人类活动：SO2主要产生于工业生产，尤其煤、石油等矿石能源的燃烧大量释放出该物质，但由于近年来国家通过制定更严格的SO2排放标准，开展SO2排污交易，实施SO2排放总量控制，关停小火电机组以及逐步提升完善SO2治理技术等来减少SO2排放，SO2已逐步退出首要污染物的行列。近年来涪陵区机动车保有量虽大幅增加，但NO2却平缓变动，认为与其二次转化有关；PM10的来源则涉及工业生产、交通尾气的二次转化、建筑施工、露天焚烧等多个领域。

涪陵区地处四川盆地和盆边山地过渡地带，境内地势以低山丘陵为主，横跨长江南北、纵贯乌江东西。地形呈现西北部地势较低，多为河谷丘陵、低山，东南部较高，多为丘陵山地。城市空气质量的好坏与自然因素关系紧密，自然因素对空气质量的影响主要表现在大气运动对空气中

3 影响空气质量年际变化的主要原因

3.1 自然因素

污染物的扩散、稀释、迁移和转化作用[13]。2009—2018 年涪陵区平均气温为17 ℃～20 ℃，气温在水平方向上的变化对环境空气质量影响很小，能够引起“逆温层”的垂直方向上的气温变化对空气质量的影响不可忽视，但本文由于数据获得的限制，未对其做进一步探究。另外涪陵区境内多静风，频率高达57%。全年主导风向为东北风，频率7%；次为北风，频率6%[14]。由于涪陵区内多静风，大气污染物不利于扩散，因此涪陵区空气污染应主要考虑本区污染源影响，尤其是静风频率达65%的10—12 月，更应加强空气质量监测和治理力度，在东北风或北风较多季节适当考虑邻近垫江县和长寿区大气污染物迁移影响。

3.2 社会经济因素

3.2.1 产业结构与生产

2009—2018 年涪陵区产业结构变化见图3，其中第一产业占比逐年降低，从7.5%降为6.1%；第二产业占比不断上升，但2018年略有下降（57%），总体占比在55.6%～62.5%之间，可见工业已成为带动涪陵区经济增长的主力军。第三产业浮动增长，总体占比在30.9%～36.9%之间。

图3 2009—2018年涪陵区三类产业占比变化趋势Fig.3 Variation trend of proportion of three industries in Fuling district from 2009 to 2018

根据《重庆市涪陵区“十二五”工业及能源发展规划》，第二产业集中分布在涪陵工业园区，实现了企业向园区集结，功能集成、用地集约、产业集聚。虽然涪陵区第二产业基本朝着集聚型规模经济发展，但目前来看涪陵区工业发展仍存在结构不优的缺点。由图4可知涪陵区工业重化程度高，重工业产值占比超过了60%，且有逐年提升趋势，远高于全国平均水平。持续重化工业的过程虽然带动了涪陵区经济快速增长，但在一定程度上也加大了SO2、PM2.5和PM10等污染因子的污染程度及其治理难度。

另外为完成《重庆市涪陵区城市总体规划（2004—2020 年）》“一城二区五片”总体规划布局部署和推进“两线三片一城”建设，近些年来涪陵区城市发展迅猛，进而带动城区建筑业迅速发展。房屋建设工程、道路建设工程、码头建筑工程等项目多，导致裸露地面多，有些施工项目扬尘控制措施不到位产生大量扬尘，故施工扬尘也是涪陵区PM10的重要来源之一。

图4 2009—2016年涪陵区轻重工业产业产值变化趋势Fig.4 Variation trend of output value of light and heavy industries in Fuling district from 2009 to 2016

3.2.2 交通

随着涪陵快速发展，其机动车保有量持续增加，但公共交通车辆除了2009—2014 年增幅相对较快外，其他年份基本稳定（见图5）。汽车排放污染物主要有碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、一氧化碳（CO）、固体悬浮颗粒等，其中HC、甲醛（HCHO）、丙烯醛及多环芳烃等有机碳和燃烧不完全的碳黑都增加了涪陵城区大气中的总碳气溶胶浓度[5]；另外NOx（主要为NO 和NO2，并以NO2为主）排放量的增加并未引起涪陵区NO2浓度的迅猛增长，整体趋势平缓（见图1），推测一方面是由于部分NO2光解转化为O3，故建议今后涪陵区需加强O3的监测。另一方面在适当气象条件下，空气中NO 和NO2通过光化学反应可转变成硝酸和硝酸盐气溶胶。总碳气溶胶、硝酸和硝酸盐气溶胶均属于PM10的重要来源，尤其是细颗粒物（PM2.5）的重要二次来源，因此涪陵区今后也应加强PM2.5的监测预警。近几年涪陵区空气首要污染物主要呈现为PM10和NO2的交替变化，表明该区空气污染逐步转化为混合型污染。

图5 2009—2016年涪陵区机动车数量变化趋势Fig.5 Change trends of the number of motor vehicles in Fuling district from 2009 to 2016

3.2.3 环境政策与污染控制措施

随着涪陵社会经济的大力发展，大气污染物的排放也随之增加，但由于涪陵区人民政府积极响应国家环保政策，逐年加大环境治理力度，尤其是2004 年涪陵区严格按照《重庆市涪陵区城市总体规划（2004—2020）》进行发展后，SO2年均浓度相比2012 年有大幅下降，而2012 年后SO2的大幅度下降应该与涪陵区环保局与各责任单位签署《2012 年涪陵区主要污染物排放总量削减目标责任书》，并将其纳入党政一把手环保实绩考核重要内容[15]的环保举措有着紧密关系。另外涪陵区环保局围绕《中华人民共和国大气污染防治法》、“大气十条”和《重庆市大气污染防治条例》实施意见，开展蓝天专项行动，狠抓空气质量，强力开展工业企业、建筑施工、道路扬尘、交通污染、秸秆露天焚烧等专项整治，环境空气质量持续好转[15-16]。以上措施的落实对应着2009—2018年涪陵区三种主要污染物的持续下降，这也说明只要措施到位，生态环境保护可以与社会经济发展达到共赢。

4 结论

（1）2009—2018 年涪陵区SO2、NO2、PM10年均质量浓度总体呈现逐年下降趋势，但随着国家对PM10质量标准浓度的限制，须注意PM10浓度的超标问题。

（2）根据主要污染物负荷系数可知2009—2018年间首要污染物NO2和PM10交替呈现，且两者的污染负荷系数逐步接近，体现涪陵区空气污染逐步转化为混合型污染趋势。

（3）考察了自然因素、产业结构与生产、交通、环境政策与污染控制措施等社会经济因素对涪陵区空气质量变化的影响，尽管产业结构的逐渐重化和机动车数量的逐年增加等加剧了涪陵区SO2、NO2、PM10的年排放量，但2009—2018 年间涪陵区空气质量基本呈现逐年改善趋势，表明环境政策及污染控制措施的落实可有效控制环境污染。