汶川地震极重灾区震后10年环境承载力评估

杨 渺，吴 瑕，欧阳志云，陈 婷，徐 玮，邓懋涛

(1.四川省生态环境科学研究院,成都 610041;2.中科院生态环境研究中心，北京 100085; 3.西南交通大学,成都 611756; 4.阿坝州环境监测中心站,四川 阿坝 624000)

前 言

汶川地震极重灾区包括汶川县、北川县、绵竹市、什邡市、青川县、茂县、安县、都江堰市、平武县和彭州市等10个县(市)[1]。经过十年时间的灾后恢复建设，区域的经济社会总体发展取得了飞跃性的突破，经济发展水平已经超过震前水平。根据四川省统计年鉴数据，至2017年，地方财政收入提高为1 048 672万元，是2007年的3.83倍；GDP总量为1 657.48亿元，相比2007年增幅高达163.82%。总体而言，随着灾后10年重建和后续发展，以及生态文明建设的推进，区域经济水平突破性增长，教育、科研水平不断提升，医疗服务、基础设施建设等社会保障体系逐步完善，灾区人民总体生活水平不断提高。

人类想要可持续地生存下去不仅要有持续的资源供给，也必须要有足够的环境容量来容纳人类所排放的废弃物。因此人类的发展除了受到资源的限制之外，还要受到环境容量的约束。汶川地震极重灾区人口分布和经济发展极不平衡，只有准确衡量区域资源环境承载力，才能引导社会经济活动在资源节约、环境保护基础上科学发展。随着科技进步和全球一体化，人们生产生活对本区域自然资源存量的依存度逐渐降低。因此，资源环境承载力又以环境承载力为核心[2]。环境承载力表征区域环境系统对经济社会活动产生的各类污染物的承受与自净能力，是区域可持续发展能力评价的重要方面[2]。

环境承载力评价方法有许多，作者也构建基于线性变换的资源环境承载力预警方法[3]，但目前尚未就评价方法和评价指标体系达成共识[4]。国家发改委等13部委联合下发由地理资源所牵头编制的《资源环境承载能力监测预警技术方法(试行)》[5]，其中环境承载力评价指标由大气污染物超标指数、水污染物浓度超标指数、污染物浓度综合超标指数三个要素构成，通过主要污染物年均浓度检测值与国家现行环境质量标准的对比值反映环境承载力对可持续发展的限制。污染物浓度超标指数越小，表明区域环境系统对社会经济系统的支撑能力越强。为与地方环境管理的紧密结合，本文采用《资源环境承载能力监测预警技术方法(试行)》中环境承载力评价方法，用污染物浓度超标指数法，对2017年汶川地震极重灾区环境承载力进行评估，以期掌握5.12汶川地震发生10年后环境状况，发挥环境承载力对自然资源开发和经济社会发展决策的指导作用。

1 数据来源与评价方法

1.1 数据来源

从四川省环境保护厅收集10个县市大气监测站点2017年省网平站数据，站点信息见表1。监测指标有SO2、NO2、O3、CO、PM10和PM2.5等。

表1 大气监测点Tab.1 Atmospheric monitoring points

水污染评价中，从四川省环境保护厅收集相关流域、湖库控制断面2017年监测值，断面信息见表2、表3。共收集到了8个监测断面数据，其中什邡市、安县2县市缺断面数据。流域断面水质监测指标有：DO、CODMn、BOD5、CODCr、NH3-N、TN、TP，湖库断面监测指标有CODCr、NH3-N。

表2 河流监测断面Tab.2 River monitoring sections

根据四川省环境保护厅数据，共收集到了紫坪铺水库、白龙湖共5个监测断面数据，湖库断面信息见表3。

表3 湖库监测断面Tab.3 Lake and reservoir monitoring sections

1.2 评价及分析方法

评价方法参照《资源环境承载能力监测预警技术方法(试行)》。指标由大气污染物超标指数、水污染物浓度超标指数、污染物浓度综合超标指数三个要素构成。环境承载力采用污染物浓度的综合超标指数来评价。

单项大气污染物浓度的标准限值表征环境系统所能承受人类各种社会经济活动的阈值，(限值采用《环境空气质量标准》(GB30952012)中规定的各类大气污染物浓度限值二级标准)。单项水污染物浓度标准限值采用国家2020年各控制单元水环境功能分区目标中确定的各类水污染浓度的水质标准限值。区域j的污染物浓度的综合超标指数Rj计算根据区域j的大气、水污染物浓度超标指数的极大值模型进行集成。根据Rj，将评价结果划分为污染物浓度超标、接近超标和未超标三种类型。污染物浓度超标指数越小，表明区域环境系统对社会经济系统的支撑能力越强。判断污染物浓度是否超标的临界值为0，是否接近超标状态的临界值为-0.2。

缺失值水质指标空间插值采用arcgis10.7的IDW，数值计算采用MATLAB2018b，统计分析采用R3.6.2。

2 结果与分析

2.1 大气污染物浓度超标结果与分析

2.1.1 各县市大气超标结果

根据空气质量监测站点监测数据，汶川地震极重灾区的大气超标指标有O3、PM2.5和PM10。其中，2个县市的O3呈超标状态，分别是彭州和都江堰；7个县市的PM2.5浓度超标，分别是彭州、都江堰、什邡、绵竹、北川羌族自治州、安县和青川县；5个县市的PM10浓度超标，分别是彭州、都江堰、什邡、绵竹和安县。而汶川地震极重灾区的SO2、NO2和CO年均浓度均未超标。进一步分析结果显示，可吸入颗粒(PM2.5、PM10)超标情况最严重，是造成汶川地震极重灾区大气污染最严重的污染物。根据大气污染物超标评价结果，仅平武县大气不超标，汶川县和茂县大气接近超标，其余7个县市大气均超标(表4)。

表4 汶川地震极重灾区空气监测大气超标情况Tab.4 Atmospheric air monitoring in the severely affected areas of the Wenchuan earthquake

续表4

2.1.2 大气污染超标状况分析

根据区域大气指标SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10超标指数聚类分析，SO2、NO2、CO归为一类，而O3、PM2.5、PM10则归为另外一类大气污染因子，图1。从总体来说，各县市O3、PM2.5、PM10三个环境指标较差，普遍超标或接近超标，是影响区域大气质量的主要因素，其中PM10和PM2.5超标情况最为严重。对于大气中的PM2.5，移动源是最大的贡献源，其次是燃煤源和扬尘。而城市扬尘是PM10最大贡献源，其次是移动源。都江堰市和彭州市还面临着O3超标的现状，其中彭州市O3超标指数又远高于都江堰市。

图1 汶川地震极重灾区大气超标状况热图Fig.1 Heat map of atmospheric excesses in the severely affected area of the Wenchuan earthquake

根据大气指标SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10的浓度超标指数对10个县市进行聚类分析，结果表明，大气污染在10个县市中具有明显的区域特征。都江堰市、彭州市、安县、绵竹市、什邡市等环成都城市圈的县市分为一类，平武县、青川县、北川县、茂县、汶川县等远离成都经济中心的县市则归为另一类。环成都城市圈的县市特征污染因子为SO2、NO2、CO，远离成都经济中心的县市特征污染因子为O3、PM2.5、PM10(表5)。

表5 汶川地震极重灾区大气污染特征分区表Tab.5 Zoning table of air pollution characteristics in the severely affected area of the Wenchuan earthquake

2.2 水污染物浓度超标结果与分析

2.2.1 流域断面超标结果

在流域监测断面中，仅流经德阳和彭州的中河总磷呈超标状态，除总磷外，其余各项断面水污染物均未超标(表6)。

表6 汶川地震极重灾区流域监测断面水污染超标情况Tab.6 Water pollution in the monitoring section of the watershed in the severely affected area of the Wenchuan earthquake

2.2.2 湖库断面超标结果

在汶川地震十个极重灾区中涉及到的监测湖库只有紫坪铺水库。监测结果显示其水质较好，在4个湖库监测断面中，化学需氧量(CODCr)、氨氮均未超标。可以看出紫坪铺水库汶川县两个断面氨氮浓度较高，而都江堰市两个断面化学CODCr浓度较大(表7)。

表7 汶川地震极重灾区湖库断面污染超标评价Tab.7 Over-stardard pollution evaluation of lake and reservoir sections in the severely affected area of the Wenchuan earthquake

2.2.3 水污染物综合超标结果

表8 水污染物综合超标评价结果Tab.8 Comprehensive evaluation results of water pollutants exceeding standards

北川县、安县、什邡市缺少地表水监测值，采用插值结果，对于其它有监测值的县市，水污染超标指数以监测值为准。综合流域地表水和湖库断面监测结果和空间插值结果进行水污染物综合评价。根据水污染物浓度超标指数，10个县市水质均未达到超标状态，但接近超标的县市有4个，分别是彭州市、什邡市、绵竹市和平武县(表8)。

2.2.4 水因子及区域差异性

影响彭州市、什邡市的水质因子主要是化学需氧量(CODCr)、生化需氧量(BOD5)、总磷(P)。什邡市受总磷影响特别大。平武县水质影响因子主要是溶解氧(DO)和高锰酸盐指数(CODMn),氨氮(N-NH3)也是重要影响因素之一(图2)。

图2 水环境影响因子排序图Fig.2 Ranking chart of water environmental impact factors

根据主要水污染类型，10县市归为极重污染和面源污染，以及特征不是特别明显的混合污染三种类型(表9)。

表9 各县市水质污染特征分区Tab.9 Regional characteristics of water pollution by county(city)

2.3 环境承载力评价结果与分析

2.3.1 区域环境承载力超标情况

根据大气污染物浓度超标指数、水污染物浓度超标指数，采用污染物浓度的综合超标指数来评价环境承载力。汶川地震十个极重灾区，环境承载力超载的县市有7个，分别是都江堰市、彭州市、什邡市、绵竹市、安县、北川羌族自治县和青川县；而平武县、汶川县和茂县3个县市的环境承载力接近超载(图3)。

图3 环境污染综合评价结果Fig.3 Comprehensive evaluation results of environmental pollution

2.3.2 大气及水污染分析

在汶川地震极重灾区的10个县市中，9个县市的大气存在环境质量问题，7个县市超标，2个县市接近超标；4个县市的水环境质量存在问题，绵竹市、彭州市、平武县、什邡市均接近超标。除平武县外，9县市大气污染物浓度超标指数均高于水(表10)。

表10 汶川地震极重灾区环境污染综合评价Tab.10 Comprehensive assessment of environmental pollution in the severely affected areas of the Wenchuan earthquake

3 讨论与结论

除平武县外，9县市大气污染物浓度超标指数均高于水。对于整个区域来说，大气环境质量改善形式更为严峻。一是涉及区县更多，二是超标更接近于功能区质量标准限值，而有水环境问题的县市则相对集中。

3.1 大气状况区域差异性

大气污染在10个县市中具有明显的区域特征。环成都城市圈的县市大气污染物浓度超标指数普遍高于远离成都经济中心的县市，且PM2.5、PM10均超标，大气环境保护压力更大。大气质量的改善，可以大气环境质量达标为目标约束，识别大气环境优先保护区，以及重点管控区域。结合“三线一单”工作成果，整合区域内现有管理要求，制定各管控单元的大气环境空间布局约束、污染物排放管控、环境风险防控等要求。根据大气污染贡献源分析，可针对性采取以下针对性措施：

环成都经济圈县市要注意加强建筑扬尘和道路扬尘管理，加强建筑工地、移动源排放控制，积极实施城市道路的清洁、冲洗等措施。另外，可考虑综合措施：在城市规划过程中，通风廊道的科学规划，可有效稀释城区污染物浓度[6-7]；城市绿地、水体的合理空间布局，以及绿地植物的科学筛选和搭配，也是有效滞纳大气降尘，吸附大气污染物，改善大气质量的重要举措[8～11]。大气中SO2、NO2、CO主要人为来源是化石燃料的燃烧。随着环成都经济圈县市燃煤源的逐步淘汰改造，和清洁能源的推广，指标可望得到进一步改善，今后要加强移动源及非道路移动机械的整治，加大新能源汽车推广力度。

远离成都经济中心的县市及环成都经济圈县市的农村地区，要注意控制道路扬尘、加强矿山、次生灾害点、砂石、沙土堆场等裸露地表的复绿及扬尘治理。在秸秆焚烧的重点区域、重点季节、重点时段，加强日常巡查监管，坚决杜绝秸秆露天焚烧现象。

3.2 水状况区域差异性

化学需氧量(CODCr)、生化需氧量(BOD5)、高锰酸盐指数(CODMn)主要用于监测水体中有机物的污染状况。水体受有机物的污染越严重，三指标的污染物浓度超标指数越高。不过CODMn一般用于污染比较轻微的水体或者清洁地表水，而CODCr主要用于工业废水测定。废水中总磷(P)超标的主要影响因素主要有煤化工废水磷超标、生活污水磷超标、化学镀镍废水磷超标、磷化工废水磷超标等。含氮物质进入水环境的途径主要包括自然过程和人类活动两个方面。含氮物质进入水环境的自然来源和过程主要包括降水降尘、非市区地表径流和生物固氮等。特别是化学肥料，被认为是水体中氮营养元素的主要来源，大量未被农作物利用的氮化合物绝大部分被农田排水和地表径流带入地下水和地表水中。

根据影响水质的水污染物性质，及水环境影响因子排序分析，彭州市、什邡市在CODCr、P、N-NH3上有较高载荷，认为彭州市、什邡市受工业产业、城市生活影响较大；平武县在CODMn、DO两因子上载荷较大，认为平武县受自然因素，以及非城市人类活动影响较大，可设置多级植物及工程拦截措施，加大自然岸线保护修复，消减地表径流污染直接入河量。平武县水质评价较差的原因，与平武所处水生态环境功能区要求更为严格有关，用于此次评价的平武水文站以Ⅰ类水质目标要求参与评价。汶川县的主要水环境影响因子是BOD5，可能与城市生活用水排放有关，十四五期间，可结合汶川县国家生态文明建设示范县创建，提升城市污水处理能力。

环成都经济圈县市主要位于岷江流域和沱江流域，境内河段沿岸城镇密布工业和人口高度集中，水污染治理压力较大。另外，沱江流域降水主要集中在7-9月，3个月降雨量占全年的75%。资源型缺水、结构型缺水与污染型缺水并存，并相互作用。近年来成渝经济区、天府新区等快速发展，需水量迅速增长，水资源供需矛盾日益突出。建议以龙门山，甚至以极重灾区水源涵养、水土保持功能提升为核心，建设防护林体系，防治地质灾害和水土流失；分水量和水质两个子系统,制定出沱江水系综合治理规划[12]。远离成都经济中心的县市及环成都经济圈县市的农村地区，加强水源涵养林建设，控制农村面源污染，同时开展城镇生活污水和农村生活污水治理。

4 小 结

汶川地震极重灾区各县市大气环境质量改善形式较为严峻，PM2.5、PM10是主要污染因子。大气污染在10个县市中具有明显的区域特征。环成都城市圈的县市大气污染物浓度超标指数普遍高于远离成都经济中心的县市。远离成都经济中心的县市及环成都经济圈县市的农村地区，要注意控制扬尘源。环成都经济圈县市除控制扬尘污染外，化石燃料燃烧及燃煤源的控制也极为重要；有水环境问题的县市则相对集中于龙门山山前平原，主要位于岷江流域和沱江流域，水污染治理压力较大。随成渝经济区、天府新区等快速发展，水资源供需矛盾将日益突出。建议从水量和水质两个子系统建设入手提升区域水环境质量。一是以龙门山，甚至以极重灾区水源涵养、水土保持功能提升为核心，建设防护林体系，防治地质灾害和水土流失，二是控制农村面源污染，同时开展城镇生活污水和农村生活污水治理。