武胜县2017—2019年PM10与PM2.5污染变化特征研究

2021-06-23幸奠芳钱一凡

环境保护与循环经济 2021年4期

幸奠芳钱一凡

（1.武胜县环境监测站，四川武胜 638400；2.四川省南充生态环境监测中心站，四川南充 637000）

1 引言

2016年，新的GB 3095—2012《环境空气质量标准》在全国范围内实施［1］，许多城市面临的大气环境压力陡增［2-3］，特别是小的地级市和县级城市，既要突破经济发展的瓶颈，又要面对经济发展过程中出现的一系列环境问题［4-5］。而随着经济的发展，人民生活水平的提高，城市居民对居住环境的空气质量要求越来越高，对环境空气质量保护的关注度和参与度逐年提升［6-7］。各地政府也根据当地实际情况出台一系列的大气污染防治规章制度来保护环境，并投入大量的人力和物力来治理环境［5］，取得了不错的成效，国内大部分城市的环境空气质量逐年好转［8］。

由于我国幅员辽阔，地形复杂多变，各城市间的经济发展水平不同，环境空气污染程度也不尽相同，各地的环境空气污染防治重点和防治策略也有所差异。目前，国内大部分城市环境空气污染防治的重点仍以颗粒态污染物为主［8］，特别是一些城镇化速率过快、人口和机动车保有量大幅增长的县级城市，在颗粒态污染物防治方面的压力更大［9］。本文以四川盆地边缘县城——广安市武胜县城区环境空气污染物可吸入颗粒物（PM10）和细颗粒物（PM2.5）为研究对象，以探究武胜县城区的PM10和PM2.5浓度变化趋势与特征，进而分析PM10和PM2.5的污染来源，为今后武胜县的大气污染治理以及促进经济和环境和谐发展提供参考依据。

2 数据资料来源

2.1 研究区域概况

武胜县地处四川盆地东部，嘉陵江中游，广安市西南部，四川、重庆两省市接合部，东临岳池县，西连蓬溪县，南接重庆市合川区，北交南充市。地理坐标为105°56′39″-106°26′50″E，30°10′46″-30°32′36″N，地形由西北向东南倾斜，形成典型的方山丘陵地貌。受亚热带湿润季风气候影响，四季分明，气候温和，雨量充沛，日照充足，年均气温17.6℃，年均降雨量1 037.9mm，年均日照时数1 280.8 h，年均相对湿度82.0%，年均风速1.5 m/s，主导风向为NE。

2.2 监测数据来源与方法

2.2.1 监测数据来源

本研究数据来源于2017—2019年广安市武胜县环境空气自动监测站监测数据，该站点位于武胜县某办公楼顶（106.285 3°E，30.348 6°N），距地面20 m左右。

2.2.2 监测仪器与监测方法

PM10自动监测仪器为河北先河环保科技股份有限公司生产，PM2.5自动监测仪器为聚光科技（杭州）股份有限公司生产，监测方法均为β射线法。

2.3 数据处理

运用统计学软件SPSS 19.0对武胜县环境空气PM10与PM2.5数据进行统计分析，利用Spearman相关系数法对环境空气中PM10与PM2.5进行相关性分析，并用OriginPro9.0软件进行绘图。

3 结果与讨论

3.1 PM10污染特征分析

3.1.1 PM10月均浓度变化特征分析

2017—2019年，武胜县城区环境空气PM10年均浓度呈先降后升趋势（见图1），2017年的PM10年均浓度为70.6μg/m3，超过环境空气污染物年浓度限值国家二级标准（70.0μg/m3）0.9%［1］，2018年和2019年的PM10年均浓度则较2017年分别下降了5.49%和3.25%，变化幅度不显著（p=0.082）。环境空气PM10的来源主要为建筑施工扬尘、道路扬尘、化石燃料燃烧、机动车尾气、生物质燃烧和工业生产排放等［10-12］，其中，建筑施工扬尘和道路扬尘是环境空气PM10的最主要贡献来源，贡献度可高达60%左右［10］。

图1 2017—2019年武胜县城区PM10年均浓度变化

据统计，2019年武胜县三大产业结构的比例为19.5∶31.1∶49.4，第二产业的优势并不明显，而建筑业对第二产业的贡献度高达10%以上，表明武胜县环境空气PM10受建筑施工扬尘的影响较大，2017—2019年武胜县建筑施工场地面积呈逐年增加趋势（见表1），特别是2019年的建筑工地开工面积较2018年增加幅度较大，高达9.9%，因此造成2019年的PM10年均浓度较2018年有所反弹。

表1 2017—2019年武胜县建筑工地开工面积m2

2017—2019年，武胜县城区环境空气PM10月均浓度均呈“V”字型，冬季的PM10平均浓度最高，春季次之，夏、秋季最低（见图2），4个季节间的平均浓度差异极其显著（p＜0.01），这与广安市主城区［13］及周边其他部分县（市）的PM10月变化趋势相同［14-16］。造成此种变化趋势主要是因为冬季的生物质燃烧较多以及烟花爆竹燃放，部分远距离输送而来的沙尘也对PM10产生贡献［17］，而武胜县虽地处四川盆地的边缘，但是污染物气象扩散条件与盆地其他城市类似［13，18］。冬季降雨量较少，风速较小，静风频率较高，逆温现象频发且逆温层高度较低，相对湿度较大，易造成PM10累积，使得武胜县城区冬季的PM10平均浓度高于其他季节。此外，武胜县城区在4—5月和8—9月的PM10月平均浓度出现反弹主要是农作物成熟后大量的秸秆被焚烧所造成的［10，19］。

3.1.2 PM10日均浓度变化特征分析

2017—2019年，武胜县城区的PM10浓度日变化曲线均呈“双峰双谷”型（见图3），PM10小时浓度最高值出现在22：00左右，次高值出现在10：00左右；PM10小时浓度最低值出现在16：00左右，次低值出现在06：00左右，这与其他盆地城市的环境空气PM10日变化曲线基本一致［16，18］。受城区居民生产和出行的影响，PM10小时浓度最高值和次高值出现在早晚交通高峰后，由于白天的污染物气象扩散条件优于夜间，因而夜间时段PM10小时浓度总体高于白天时段。虽然夜间的污染来源较少，但PM10小时浓度最低值出现在16：00左右，次低值出现在06：00左右，这与南充市城区环境空气PM10小时浓度最低值和次低值出现时间刚好相反［18］，主要原因可能是武胜县城区周边夜间存在PM10污染源。此外，武胜县城区夏季环境空气PM10小时浓度次高值出现略晚于其他季节，而夏季的PM10小时浓度最高值却早于其他季节，主要是由于夏季昼长夜短，白天城区居民生产和生活的时间较冬季略有提前且活动时间有所延长，因而PM10小时浓度出现最高值和次高值的时间略有差异。

图3 2017—2019年武胜县城区PM10日均浓度变化

3.2 PM2.5污染特征分析

3.2.1 PM2.5月均浓度变化特征分析

2017—2019年，武胜县城区环境空气PM2.5年均浓度呈逐年降低趋势（见图4），2017年的PM2.5年均浓度为47.5μg/m3，超过环境空气污染物年浓度限值国家二级标准（35.0μg/m3）35.7%，与2017年相比，2018年和2019年的下降幅度分别为29.26%和31.33%，下降幅度极其显著（p＝0.000）。

图4 2017—2019年武胜县城区PM2.5年均浓度变化

2017—2019年，武胜县城区环境空气PM2.5月均浓度变化趋势与PM10相同，均呈“V”字型，4—5月和8—9月的P M2.5月均浓度出现反弹主要是农作物成熟后秸秆焚烧所致。4个季节间的PM2.5平均浓度差异极其显著（p＜0.01），季节间的PM2.5平均浓度变化趋势为冬季最高，春、秋季次之，夏季最低（见图5）。武胜县城区冬季PM2.5浓度高于其他季节的原因可能是冬季的污染源（生物质燃烧、烟花爆竹燃放等）多于其他季节［12，20-22］，加上不利的污染物气象扩散条件（降雨量较少，风速较小，静风频率较高，逆温现象频发且逆温层高度较低）对PM2.5的清除和扩散作用较小，从而造成PM2.5累积，而较大的相对湿度则有利于PM2.5的生成［13，18］。

图5 2017—2019年武胜县城区PM2.5月均浓度变化

3.2.2 PM2.5日均浓度变化特征分析

2017—2019年，武胜县城区的PM2.5浓度日变化曲线均呈“双峰双谷”型（见图6），PM2.5小时浓度最高值出现在22：00—00：00，次高值出现在09：00—12：00；PM2.5小时浓度最低值一般出现在17：00—18：00，次低值出现在07：00左右。武胜县城区环境空气PM2.5小时浓度峰值出现在早晚交通高峰后，表明武胜县城区环境空气PM2.5主要受城区居民的出行影响。武胜县城区夜间PM2.5浓度总体高于白天，且PM2.5小时最高值出现在夜间（即污染物扩散条件较差时段），而PM2.5小时浓度最低值则出现在白天下午（即污染物气象扩散条件较好时段），这与盆地内其他城市情况类似，污染物气象扩散条件能对城区环境空气PM2.5浓度产生较大影响［13］。此外，不同季节中PM2.5小时浓度极值出现时间略有不同，夏季的PM2.5小时浓度最高值出现时间略晚于其他季节，次高值出现时间则略早于其他季节，这和城区居民的日常生活习惯有关。

图6 2017—2019年武胜县城区PM2.5日均浓度变化

3.3 PM 2.5/PM10值分析

3.3.1 PM2.5/PM10月均值变化分析

2017—2019年，武胜县城区环境空气PM2.5/PM10年均值呈逐年下降趋势（见图7），下降幅度达到极显著水平（p＜0.01）。

图7 2017—2019年武胜县城区PM2.5/PM10年均值变化

由图8可知，4个季节间的PM2.5/PM10值差异显著（p＜0.01），3年的PM2.5/PM10值季节变化趋势略有不同，2017年和2019年冬季的PM2.5/PM10值明显高于其他3个季节，2018年则呈夏季最高，冬季次之，秋、春季最低的趋势。相较于其他3个季节，盆地城市由于冬季的风速较小，静风频率较大，降雨量较小，相对湿度较大，空气中粒径较大的颗粒物易通过重力沉降被清除，粒径较小的颗粒物则能长期漂浮于空中，从而造成冬季的PM2.5/PM10值较高［8］。2018年武胜县城区夏季环境空气中的PM2.5/PM10值高于冬季，此种变化的原因可能为污染物气象扩散条件的差异。四川盆地东北部受亚热带湿润季风气候影响，全年的主导风向为NE-NNE［12］，而广安市虽地处盆地边缘，但与盆地东北部其他城市的主导风向相同，此外，广安市夏季还受到偏南风的影响，武胜县位于四川盆地的边缘，高空远距离输送而来的颗粒物在此下沉造成PM2.5的浓度略有上升，虽然夏季的PM2.5和PM10的浓度均较低，但PM2.5在PM10中占比升高。

图8 2017—2019年武胜县城区PM2.5/PM10月均值变化

3.3.2 PM2.5/PM10日均值变化分析

2017—2019年，武胜县城区环境空气PM2.5/PM10日均值变化曲线总体呈“双峰双谷”型，部分时段出现波动（见图9），PM2.5/PM10最高值出现在13：00—15：00，次高值出现在23：00—00：00；PM2.5/PM10最低值出现在18：00—20：00，次低值出现在08：00—10：00。白天时段的PM2.5/PM10小时值总体高于夜间，且波动幅度较大，夜间的PM2.5/PM10值变化趋势较为平缓，表明PM2.5/PM10值受人为活动的影响较大。

图9 2017—2019年武胜县城区PM2.5/PM10日均值变化

4 结论

4.1 PM10污染特征

2017—2019年，武胜县城区环境空气PM10年均浓度呈总体下降趋势，2019年的PM10年均浓度较2018年有所反弹；3年的PM10月均浓度变化趋势均呈“V”字型，受秸秆焚烧的影响，4—5月和8—9月的PM10月浓度出现反弹；武胜县城区环境空气PM10季节间浓度差异极其显著，总体呈冬季最高，春季次之，夏、秋季最低的趋势；受城区居民生产和出行活动规律的影响，武胜县城区环境空气PM10日均浓度变化曲线呈“双峰双谷”型，且夏季环境空气PM10小时浓度次高值出现略晚于其他季节，而夏季的PM10小时浓度最高值却早于其他季节。

4.2 PM 2.5污染特征

2017—2019年，武胜县城区环境空气PM2.5年均浓度呈逐年下降趋势；3年的PM2.5月浓度变化趋势均呈“V”字型，受秸秆焚烧的影响，4—5月和8—9月的PM2.5月均浓度出现反弹；武胜县城区环境空气PM2.5的季节间浓度差异极其显著，呈冬季最高，春、秋季次之，夏季最低的趋势；受早晚交通高峰的影响，武胜县城区环境空气PM2.5日均浓度变化曲线呈“双峰双谷”型。

4.3 PM2.5/PM10值变化特征

2017—2019年，武胜县城区环境空气中PM2.5/PM10年均值呈逐年下降趋势；3年的月均值变化趋势不一致，2017年和2019年冬季的PM2.5/PM10值高于其他3个季节，2018年的夏、冬季的PM2.5/PM10值高于秋、春季；武胜县环境空气中PM2.5/PM10日均值变化曲线呈“双峰双谷”模式，夜间的PM2.5/PM10值波动幅度小于白天。

5 对策与建议

5.1 加大建筑施工扬尘和道路扬尘整治力度

2017—2019年，武胜县城区环境空气PM10浓度虽总体呈下降趋势，但下降幅度较小，且2019年的PM10年均浓度较2018年有所反弹，PM2.5/PM10值呈逐年下降趋势，表明粒径较大的颗粒物的污染较重，而近年来武胜县的建筑工地施工面积呈逐年增长趋势。因此，武胜县需进一步加大建筑工地的管控力度，要求施工方对施工工地实行封闭式施工，覆盖挖掘的土方，工地四周增加喷淋设施，对渣土运输车辆进行严管，对运输的渣土进行覆盖以防渣土洒落，对散落的渣土进行及时清理等，以减少建筑施工扬尘的产生；其次，加大城区的保洁范围，将城区的保洁范围扩展至城乡接合部，同时需要改进保洁方式，增加街道的清扫和洒水频次，减少扬尘污染。

5.2 加大机动车尾气治理工作

机动车尾气对武胜县城区环境空气PM2.5的贡献很大，需大力控制和减少机动车尾气的排放。首先，需加强城市交通管理，大力发展公共交通，推广新能源汽车、共享单车，方便城乡居民出行，减少机动车尾气排放量；其次，加大宣传力度，倡导绿色出行，减少日常生活中的机动车尾气排放；最后，严格执行新车排放和油品供应标准，严格落实“黄标车”淘汰工作，大力推行“黄标车”淘汰补助政策，减少机动车尾气排放。