石家庄市空气质量状况分析

孙冬梅，曹 磊，李彦妍

(石家庄市环境综合执法支队，河北石家庄 050023)

石家庄市空气质量状况分析

孙冬梅，曹 磊，李彦妍

(石家庄市环境综合执法支队，河北石家庄 050023)

针对石家庄市已采取多项治理措施，但大气污染治理成效仍不显著的现状，为改善石家庄市的空气质量，在对石家庄市气象条件、地形地理情况、社会经济发展模式及大气污染源排放状况进行综合分析的基础上，运用大气环境质量模型，模拟计算得出各项大气污染源对石家庄市空气质量的贡献比例和本区域外部传输的影响。在石家庄市自然等因素不利于污染物扩散的的前提下，针对石家庄市以燃煤为主的能源结构和高耗能产业占比较大的产业结构等现状，提出应增加清洁能源在现有能源结构中的比例、应用成熟可行技术提升工业企业治理污染的能力，以及重污染天气时采取多方面管控措施等手段。研究结果对改善石家庄市的空气质量有一定的参考价值。

大气污染防治工程；空气环境质量；污染状况分析；WRF-CMAQ模型；治理措施

近几年来，大气污染防治工作形势日益严峻，石家庄市相继采取了大气污染物总量减排、大力实施扬尘治理、禁止全市焚烧秸秆、加强机动车污染防治等综合治理措施，使得环境空气中各项污染物的浓度显著降低，空气质量改善取得了阶段性成果[1-8]。但由于燃煤消耗量大、工业结构不合理等历史原因，使得石家庄市近几年在中国74个重点城市空气质量的排名中始终较为靠后，对城市形象产生较差影响。为改善民生、提升城市整体形象，在客观分析石家庄市空气环境质量现状和存在问题的基础上，综合考量石家庄市的气象条件、地理地形、社会经济发展及大气污染源排放状况，合理运用大气环境质量模型，研究改善石家庄市空气环境质量状况的可能性和应对的系列措施和办法。

1 石家庄市空气质量现状及主要问题

1.1主要污染物年均浓度仍然超标

2013—2015年，石家庄市主要污染物的年均浓度均呈下降趋势；与2013年相比，2014年SO2，NO2，PM10，O3和PM2.5分别下降41%，22%，33%，7%和20%；与2014年相比，2015年SO2，NO2，PM10，O3和PM2.5分别下降24%，3.6%，28.6%，2.8%和28.3%。虽然各项污染物浓度下降幅度均较大，但2015年除SO2年均浓度达标外，NO2，PM10，PM2.5这3项污染物均超标，PM10在2014年和2015年分别超标1.94倍和1.1倍，PM2.5分别超标2.54倍和1.54倍。2013—2015年主要污染物年均浓度如图1所示。

图1 2013—2015年主要污染物年均浓度Fig.1 Annual concentration of major pollutants in 2013—2015

1.2颗粒物仍为空气质量超标的主要因素

《2013—2015年石家庄市环境质量公告》表明，石家庄市日均浓度超标天数较多的污染物主要为PM2.5和PM10。以2015年为例，PM2.5和PM10分别超标132天和170天，达标比例分别仅为63.8%和53.3%。基于2015年石家庄空气质量数据及对首要污染物的统计分析，可知石家庄市四季的首要污染物为PM2.5，春季(3—5月)和夏季(6—8月)PM10为次要污染物，冬季(1月、11月、12月)和秋季(9月、10月)NO2为次要污染物。具体统计占比如图2所示。

图2 各季节主要污染物统计Fig.2 Primary pollutant statistics in each season

1.3冬季是控制颗粒物污染的重要季节

通过对2013—2015年PM10和PM2.5日均浓度的趋势进行分析可知，石家庄市PM10和PM2.5日均浓度和重污染峰值均有所降低，但是冬季重污染天气仍然频发。以2015年为例，剔除冬季重度污染和严重污染天气后，石家庄市PM10和PM2.5年均质量浓度分别为120 μg/m3和73 μg/m3，冬季极端天气对当地PM10和PM2.5年均浓度抬升率分别达到23%和22%。因此，冬季特别是重污染天气下的“削峰工程”将是控制颗粒物污染的重要时间窗口。2013—2015年石家庄市PM10和PM2.5日均浓度变化趋势如图3所示。

2 石家庄市大气环境压力分析

2.1自然气象条件及特殊的地理地形

石家庄自然气象条件及特殊的地理地形不利于污染物的扩散和清除。石家庄市区年平均降水量为534 mm，郊县降水量略高于市区，城市“干岛”效应明显。常年主导风向为北风，年平均风速约为1.6 m/s，小风频率39.2%，年静风频率达19.87%，特别是市区，冬季静风频率达到了59.6%。总体上来看，石家庄市稳定性天气出现率高达48.4%，全市全年大气状况处于较稳定的状态。此外，石家庄市逆温层的出现平均频率达到了72.5%，尤其是在冬季，逆温层出现的频率更是高达90%以上。石家庄市的逆温层还有一个特点，就是高度较低，其平均高度约为88 m，平均厚度约为339 m，强度约为1.6度，这都不利于城市大气污染物的扩散和稀释，从客观层面上加大了大气污染治理的难度[1]。另外，石家庄市位于太行山脉东部和南部的天气系统汇聚带内，气候常年干燥、少雨，本区和外来的大气污染物易于汇聚和凝滞。当受东南风作用时，石家庄上空的污染物随风西移，遇到太行山脉的阻挡后，转而东移滞留。与此相似，当受西北风影响的时候，作为巨大屏障的太行山脉，阻挡着西北风的通行，致使污染物扩散不明显。再加上近年来石家庄市城区年均气温上升明显，“热岛效应”与“城市焚风效应”加剧，以及受逆温等因素的影响，污染物更易聚积于大气层底部，形成污染物循环的“城市污染谷”，加剧了城市建成区大气环境的污染程度。

图3 2013—2015年石家庄市PM10，PM2.5日均浓度变化趋势Fig.3 PM10 and PM2.5 daily concentration change trend in Shijiazhuang in 2013—2015

2.2高耗能的第二产业比例偏高

石家庄市能源结构以煤炭为主，高耗能的第二产业比例偏高。根据石家庄市统计局公报数据可知，2012年石家庄市全社会煤炭消费量约为6 007万t，甚至超过著名煤产地太原所消耗的4 100万t，而同年北京年燃煤量为2 000万t。数据显示，石家庄的7座冬季供热站和23家热电联产企业年耗煤量之和就已达到了2 390万t，超出西安或北京的全年煤炭消耗总量。据相关测算显示，当地由燃煤产生的污染物约占大气污染物总量的53.4%[2]。因此，如果未来能源结构不发生改变，随着城市的发展和人口的增加，不仅燃煤量仍将继续迅速增加，而且当地大气污染状况也不会得到根本性的改变。

近几年石家庄市产业结构中第二产业占比虽略有下降，如2015年第三产业占比略超过第二产业，但与国内同级城市相比，石家庄市的第二产业占比仍略高[3]，如图4所示。

图4 2011—2015年石家庄市三产比例Fig.4 Proportion of the three industries in Shijiazhuang in 2011—2015

2.3工业企业行业分布广、污染排放强度大

基于2014年石家庄污染源统计资料显示，石家庄市二氧化硫全年排放量约为13万t，氮氧化物量为18万t，烟粉尘量为9万t，其中对二氧化硫排放量贡献较大的行业依次为电厂(24%)、民用燃煤(16%)和金属冶炼(14%)、医药化工(14%)；对氮氧化物贡献较大的为移动源(34%)、电力(27%)和水泥建材(10%)；对烟粉尘排放量贡献较大的行业依次为金属冶炼(18%)、开放源(16%)和移动源(16%)。

通过计算石家庄市单位GDP污染负荷，并与北京、邢台、呼和浩特、南京、唐山等其他城市进行比较，发现石家庄市二氧化硫和烟粉尘的单位GDP污染物负荷均为最高，大幅超过北京、南京及河北其他城市，氮氧化物的单位GDP污染物负荷虽然略低于呼和浩特和其他河北城市，但仍远高于北京、南京。可见，工业布局及产业结构调整是石家庄市改善城市空气质量的必经之路。不同城市单位GDP污染物负荷状况如图5所示。

图5 不同城市单位GDP污染物负荷Fig.5 GDP pollutant load in different cities

通过计算石家庄市单位面积污染负荷，并与北京、呼和浩特、南京、唐山等其他城市进行比较发现，与单位GDP污染物负荷的情况类似，石家庄市二氧化硫和烟粉尘单位面积污染物负荷仍为最高，氮氧化物的单位面积污染物负荷略低于南京和唐山，但高于其他对比城市。不同城市单位面积污染物负荷状况如图6所示。

图6 不同城市单位面积污染物负荷状况Fig.6 Pollutant load per unit area in different cities

2.4移动源、金属冶炼和其他行业对PM2.5浓度贡献较大

本文更侧重于对区域环境的测算，选用当前在国内外较为通用的WRF-CMAQ模型[4-6]，对石家庄市2015年1月至12月全年气象因子和污染物浓度进行了模拟，采用石家庄市气象局和石家庄市环境监测中心提供的数据，分析了各行业对石家庄市污染物浓度的贡献情况，如图7所示。分析结果显示，移动源、金属冶炼和其他行业对石家庄市PM2.5浓度贡献较为突出，未来应着力削减这3个行业的大气污染物排放量，以减轻空气污染程度。此外，生物质燃烧、开放源和民用锅炉虽然对污染物浓度的贡献不如重点行业突出，但由于其本身排放量小且排放高度低，因而对局地的污染物浓度影响状况也不可忽视。

图7 大气污染源对石家庄市大气污染物浓度贡献比例Fig.7 Contribution of air pollution sources to atmospheric pollutant concentrations in Shijiazhuang

3 石家庄市空气质量改善措施

根据以上石家庄市的空气质量数据及对影响因素的分析，结合国内外的成功经验[7-10]，提出以下改善措施。

3.1增加清洁能源供应，降低煤炭消耗总量

石家庄市散煤消耗量较大，是冬季大气污染的重要来源，因而需控制煤炭消费总量，大力推进农村散煤清洁化替代工作。

一是要在城市大幅提升集中供热率，在农村大力推进“电代煤”“气代煤”工程，既能解决散煤污染问题，又能有效化解电力、煤炭行业的过剩产能，推动相关设备行业的发展，达到“一石三鸟”的效果。未来石家庄市建成区应以“气代煤”工程为主，农村地区应以“电代煤”工程为主，加快推进散煤清洁化的替代进度。

二是协调电网企业加大“电代煤”配套电网建设的改造力度，将建设改造费用纳入输配电价成本核算，集中资源重点建设改造主城区及周边区县“电代煤”配套电网，通过出台发电侧与需求侧相匹配的峰谷分时电价政策，适度提高峰谷电价差，对电采暖居民用户采暖季暂不执行阶梯电价，选择性地执行峰谷分时电价。

三是全力协调天然气供应量，提高天然气在总能源消耗中的比例。按照全市一张网的原则，结合天然气资源落实和设施建设情况，有序推进天然气管网建设，逐步完成“县县通”、居民生活气化、供热气化、工业窑炉气化等工程建设。

四是逐步压减现有电厂数目，改变目前向外输电、卖电的方式，以解决城市本身供电需求为主，提高外购电量比例，逐步关停小机组和自备电厂，将容量腾给低耗能、高参数的优质电厂。

五是划定高污染燃料禁燃区，加强煤炭管制，规范散煤经营行为，严格执行河北省工业和民用燃料煤地方标准[11]，严禁销售不达标煤炭。

3.2优化产业结构，降低单位GDP能耗

供给侧改革的首要任务是去产能，要以化解产能为契机，加大产业结构调整力度。石家庄要以钢铁、水泥、玻璃等行业为重点，加大环境监管力度，积极淘汰落后产能和化解过剩产能。

一是要控制“两高”行业新增产能，根据石家庄本地区环境质量改善需求、自然资源特点、产业发展状况等，研究符合石家庄的城市功能定位，探索制订更为严格的产业准入政策。

二是结合《产业结构调整指导目录》[12]及《河北省新增限制和淘汰类产业目录》[13]，明确落后产能淘汰任务，加快淘汰重污染流程或工艺，倒逼企业转型升级。

3.3加大工业企业治污力度，控制大气污染物排放

一是要整治燃煤锅炉，尽快实现燃煤锅炉全部改用天然气或由周边电厂供电，通过集中建设热电联产机组，逐步淘汰工业企业聚集区域内的燃煤锅炉。

二是严格执行现有重点行业的排放标准[14-18]，依法关停排放不达标的相关企业。综合考虑环境质量、发展状况、治理技术、经济成本和管理能力等因素，科学合理地制定严于国家或省级的地方排放标准，充分发挥环境标准引领企业改造升级和倒逼生产结构的作用，加快重点行业环保设施达标改造，实现污染物稳定达标排放，逐步推进挥发性有机物污染的治理工作。

3.4加强移动源污染管控，降低机动车污染影响

一是要协调统一城市规划与交通规划，完善多部门联合执法的工作制度，不定期对施工工地使用的燃油设备、机械进行抽查、检查；此外，加快建立以轨道交通为骨干、常规公交为主体、其他交通方式共同协调的综合交通体系。

二是大力推广使用新能源汽车，加快燃油生产企业升级工作，确保高标准车用汽柴油的应用。通过测算城市环境容量，合理控制机动车保有量，加快淘汰黄标车及老旧车辆。选择市区、省市界典型路段，安装机动车遥感检测装置和视频在线监测装置，并与市交管局、环保局监控平台联网，加大对道路行驶车辆排放的检测力度。此外，加强用车年度检验，不达标车辆不得上路行驶，鼓励出租车每年更换高效尾气净化装置。鼓励私人优先购买新能源汽车，新增或更换城市公交车、党政机关公务车、执法执勤巡逻车、环卫车、出租车等，应优先考虑选择新能源汽车。

3.5强化面源污染整治，严格控制扬尘污染

一是要求建设工程施工现场做到场地围挡、路面硬化、定期洒水，原料及建筑垃圾要进行苫盖。在房屋建筑施工工地推进使用预拌混凝土(砂浆)、高效自动洗轮机、防尘抑尘材料等新技术，消除工地车辆车轮带泥上路行驶的现象。市政道路、水利施工工地和拆迁工地必须分段施工，建议对全市所有渣土运输车辆安装卫星定位系统，实行“挖、堆、运”全过程监控。

二是合理制定城市道路清扫实施方案，依据石家庄自身气象特点合理安排清扫和洒水频次，加强施工区域及周边清扫保洁作业，加大洒水抑尘频次，提升城市保洁水平。还要改进作业模式，变扫马路为“吸扫联动”，变“大扫把”为机械化。此外，应科学合理地对道路进行绿化，消灭裸露地面，减少扬尘。对城市周边未铺装或破损道路应及时进行铺装硬化或修补工作，加强道路的维修保养，提升道路的通行环境。

3.6修订应急预案，强化重污染天气的应对工作

一是要修改和完善重污染天气应急预案，结合排污许可证管理，严格控制重污染应急期间的电力、钢铁等重点行业的污染物排放，将减排措施细化到具体工艺流程和停限产设备。

二是要加强重污染天气预报预测能力建设，坚持空气质量预报会商制度，建立日常联合会商、应急会商和信息通报机制，加强重污染天气过程的分析研判，完善监测预警应急体系。规范预测预报、应急联动、信息报送、监督检查等工作流程，从冬春采暖季常态化减排比例和应急措施减排比例入手，切实做好重污染天气的应对工作。

4 结 语

中国大气污染整体上已步入区域性、复合型、叠加型的新阶段，所以石家庄市的空气质量改善将是一个长期、复杂的过程。如果以上空气改善措施能够得以实施，那么石家庄市的烟粉尘、氮氧化物和二氧化硫的总体排放量都会有所下降，特别是在火电、金属冶炼、医药化工、水泥建材等重污染行业的下降水平会非常显著。此外，若周边城市同时加大减排力度，减少区域传输，则石家庄市的空气质量有望得到进一步的改善和提升。

/

[1] 石家庄市环境保护局．2013年—2015年石家庄市环境质量公告[EB/OL]. http://www.sjzhb.gov.cn，2016-06-03．

[2] 康爱彬，李燕凌，张滨，等．石家庄市雾霾产生的原因及其治理[J]．河北经贸大学学报(综合版)，2015，15(4)：89-90．

KANG Aibin，LI Yanling，ZHANG Bin，et al．Reasons and treatment measures of haze formation in Shijiazhuang[J].Journal of Hebei University of Economics and Business (Integrated Edition)，2015，15(4)：89-90．

[3] 石家庄市统计局.2016年石家庄统计年鉴[EB/OL].http://www.sjztj.gov.cn/uploadfile/nianjian/2016/indexch.htm，2017-06-03．

[4] 薛文博，王金南，杨金田,等．国内外空气质量模型研究进展[J]．环境与可持续发展，2013，38(3)：14-20．

XUE Wenbo，WANG Jinnan，YANG Jintian,et al．Domestic and foreign research progress of air quality model[J]. Environment and Sustainable Development，2013，38(3)：14-20．

[5] 陈欣昊，王咏薇，任侠,等．基于WRF-CMAQ对江苏省2014年冬半年霾日的模拟与评估[J]．南京大学学报(自然科学)，2016，52(6)：961-976．

CHEN Xinhao，WANG Yongwei，REN Xia,et al．Sinulation and evaluation of haze day in Jiangsu Province based on WRF-CMAQ model in winter,2014[J]. Journal of Nanjing University(Natural Sciences)，2016，52(6)：961-976．

[6] 周静博，李治国，路娜,等．抗战胜利70周年大阅兵期间石家庄大气细颗粒物在线来源解析[J]．环境科学，2016，37(8)：2855-2862．

ZHOU Jingbo，LI Zhiguo，LU Na,et al．Online sources about atmospheric fine particles during the 70th anniversary of victory parade in Shijiazhuang[J]．Environmental Science，2016，37(8)：2855-2862．

[7] 戴春岭,齐堃,张菲菲.石家庄市大气颗粒物TSP，PM10和PM2.5主要成分研究[J].河北工业科技,2016,33(3):252-257.

DAI Chunling,QI Kun,ZHANG Feifei.Study on the major components of atmospheric particulates TSP, PM10and PM2.5in Shijiazhuang City[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2016,33(3):252-257.

[8] 闫静，吴晓清，罗志云,等．国外大气污染防治现状综述[J]．中国环保产业，2016，5(2)：56-60．

YAN Jing，WU Xiaoqing，LUO Zhiyun,et al．Review of air prevention and control status in foreign countris[J]. China Environmental Protection Industry，2016，5(2)：56-60．

[9] 康爱彬，李燕凌，张滨．国外大气污染治理的经验与启示[J]．产业与科技论坛，2015(19)：7-8．

[10] 罗杨．国外雾霾成因、治理经验对我国现阶段严重雾霾污染的启示[J]．冶金经济与管理，2017，4(3):14-17．

LUO Yang．China’s haze governance based on foreign experience[J]．Metallurgical Economics and Management，2017， 4(3):14-17．

[11] DB 13/2081—2014，工业和民用燃料煤[S].

[12] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.产业结构调整指导目录[EB/OL]．http://www.360doc.com/content/17/0103/20/28151086_619839940.shtml,2017-01-03.

[13] 河北省人民政府办公厅.河北省新增限制和淘汰类产业目录[EB/OL]．http://www.hbdrc.gov.cn/common/ueditor/jsp/upload/20150507/21641430959520108.pdf,2017-06-17.

[14] DB 13/ 2322—2016，工业企业挥发性有机物排放控制标准[S].

[15] DB 13/ 2209—2015，燃煤电厂大气污染物排放标准[S].

[16] DB 13/ 2169—2015，钢铁工业大气污染物排放标准[S].

[17] DB 13/ 2167—2015，水泥工业大气污染物排放标准[S].

[18] DB 13/ 2323—2016，在用汽车排气污染物限值及检测方法(遥测法)[S].

Analysis of air quality condition in Shijiazhuang City

SUN Dongmei, CAO Lei, LI Yanyan

(Shijiazhuang Environmental Comprehensive Law Enforcement Detachment, Shijiazhuang, Hebei 050023, China)

In view of Shijiazhuang City has taken a number of governance measures, but the effectiveness of air pollution control is still not significant status quo, in order to improve the air quality in Shijiazhuang, based on the comprehensive analysis of the meteorological conditions, topography and geography situation, socio-economic development mode and the emission situation of air pollution sources in Shijiazhuang City, the atmospheric environmental quality model is used to calculate the contribution of air pollution sources to the air quality of Shijiazhuang proportion and the impact of the external transmission in the region. In Shijiazhuang City, on the premise that natural and other factors are not conducive to the proliferation of pollutants, according to the coal-based energy structure existing in Shijiazhuang City, high proportion of high energy-consuming industries, etc., it is proposed to enhance the ability of industrial enterprises to control pollution by increasing the proportion of clean energy in the existing energy structure and applying mature and feasible technology, while in heavy pollution weather. The study has certain reference value to improve the air quality of Shijiazhuang City.

air pollution prevention and control engineering；air environment quality；pollution situation analysis；WRF-CMAQ model；treatment measures

1008-1534(2017)06-0471-06

X820

A

10.7535/hbgykj.2017yx06014

2017-09-18;

2017-10-19；责任编辑：张士莹

河北省科技计划项目(冀科成转鉴字[2015]第9-1155号)

孙冬梅(1977—)，女，河北石家庄人，高级工程师，主要从事环境工程方面的研究。

E-mail:287279321@qq.com

孙冬梅，曹 磊，李彦妍.石家庄市空气质量状况分析[J].河北工业科技,2017,34(6):471-476.

SUN Dongmei, CAO Lei, LI Yanyan.Analysis of air quality condition in Shijiazhuang City[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2017,34(6):471-476.