黄石市团城山片区空气质量及污染物变化趋势分析

徐太秋，柯振东，刘子国，柳 山，刘先利，汪铭函

(1.湖北同正检测科技股份有限公司，湖北 黄石 435003；2.黄石市环境保护监测站，湖北 黄石 435000；3.湖北理工学院 环境科学与工程学院，湖北 黄石 435003；4.黄冈市环境保护监测站，湖北 黄冈 438000)

0 引言

当前我国经济持续快速发展，但伴随而来的是日益严重的生态破坏与污染问题。与环境中的水和土壤污染相比，大气污染的特点主要是不可见性和较大的流动性，难以用肉眼发现。近年来，大气雾霾污染越来越严重，环境空气质量变差，严重威胁到了人们的健康和生命安全。空气环境与人们的生活密切相关，对人们的呼吸质量有着重要的影响[1-4]。

近年来，国内外大量的流行疾病研究证实，大气污染物可引起呼吸系统及心脑血管等多种疾病，如肺炎、高血压、心脏病等。尤其是在大气污染严重的城市，这些疾病的发病率已增加了30%[4-5]。因此，大气污染治理已迫在眉睫，也越来越受到人们的重视，应通过优化工艺、节能减排等有效措施来减少对环境空气质量的影响。

黄石市团城山片区是以生态宜居、商务金融、文化科教、交通枢纽功能为主，以山水园林为特色的核心片区。该地区环境空气质量的好坏，受到当地居民的普遍关注。本文为进一步了解该片区环境空气质量，对2015年1月至2019年3月3种污染物监测数据进行统计，分析、评价该片区环境空气质量变化趋势。

1 团城山片区环境概况

团城山片区地处湖北省黄石市下陆区东部，位于东经114°49′00″～115°05′00″，北纬30°10′00″～30°12′00″，属亚热带大陆性季风气候，四季分明。春季阴雨天多，气温升降剧烈；初夏雨量集中，温度高；盛夏则热、晴、旱；秋季天高气爽；冬季较为阴冷。年平均气温16.9 ℃，年总降雨量1 382.6 mm，全年无霜期264 d。

伴随着区域农业基地、有色金属、黑色金属和机械制造几大产业的迅猛发展，招商引资和城市化进程不断加快，地区经济实现了跨越式的发展，城市环境空气质量受到了一定的影响。

2 监测方案

本研究监测工作由位于湖北理工学院的团城山环境空气自动监测站完成。监测时间为2015年1月至2019年3月，监测对象包括SO2,NO2,PM103种污染物，监测频率为实时连续监测。其中月均监测浓度由日均监测浓度平均计算而得，年均监测浓度由月均监测浓度平均计算而得。

3 研究方法

对取得的数据(日均值)利用Daniel趋势检验的秩相关系数法进行分析评价。Daniel检验法是对环境污染变化趋势进行定量分析最常用的方法，其使用Spearman秩相关系数，用于单因素小样本的检验[6-7]，计算公式为：

(1)

di=xi-yi

(2)

式(1)～(2)中，rs为Spearman秩相关系数；xi为周期1～n按浓度值从小到大排列的序号；yi为按时间排列的序号；di为变量xi与yi的差值；n为时间周期。将秩相关系数rs的绝对值同Spearman秩相关系数统计表中临界值Wp进行比较，如果|rs|≥Wp，表明变化趋势有显著意义；如果rs是正值，则表明为上升趋势，反之为下降趋势[8]。

4 结果与讨论

4.1 环境空气质量现状分析

对2015年1月至2019年3月3种污染物日平均值进行统计，对照《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)二级浓度限值，计算每年度日均浓度超标值，具体情况见表1。

由表1可知，对黄石市团城山片区空气质量影响比较大的污染物是PM10，PM10的超标率和超标倍数在3种污染物中都是最严重的。要改善团城山片区空气质量，首要是控制PM10的浓度。

表1 2015—2019年团城山片区污染物超标情况

注：2019年度为1—3月数据。

4.2 空气中SO2，NO2，PM10随季节变化情况

湖北省全省春、夏、秋、冬四季的平均初日分别为3月22日、5月27日、9月27日、11月27日，而四季长度分别为65.7，122.8，60.9，115.6 d。故黄石市四季划分为：3—5月为春季；6—8月为夏季；9—11月为秋季；12-2月为冬季[9]。根据2015—2019年黄石市团城山片区监测数据，用SO2，NO2，PM103种污染物的月平均质量浓度计算其季平均质量浓度，统计结果如图1所示。

从图1中可以看出，3种污染物浓度在不同的季节有所不同。一般冬季污染物浓度最高，夏季污染物浓度最低。分析原因，是因为冬季逆温天气比较多，不利于污染扩散，使各类污染物在近地面空间滞留较长时间，导致污染物浓度较高。另外，黄石地区冬季雨水较夏季少，降水对空气污染物的洗涮不像夏季那样频繁。

图1 主要污染物浓度随季节变化示意图

4.3 空气中SO2，NO2，PM10浓度变化趋势及原因分析

2015年1月至2018年12月黄石市团城山片区3种污染物年均浓度序列见表2。

表2 2015年1月至2018年12月黄石市团城山片区3种污染物年均浓度序列

根据表1和表2数据，空气中SO2，NO2，PM10在2015—2018年的超标天数、超标率、超标倍数和年均浓度呈现以下变化趋势。

1)SO2在2015年度的超标天数是1 d，超标率仅为0.27%，超标倍数为1.17倍，而在2016—2019年均未出现超标，说明SO2在2015—2019年整体情况较好。年均浓度分别为15.83，5.69，10.06和12.62 μg/Nm3，2016年的年均浓度最低，其他年份浓度变化不大。

2)NO2在2015年和2017年超标天数最多为8 d，超标率为2.19%，2016年超标天数为4 d，超标率为1.10%，2018年为1 d，超标率为0.27%，2019年为0 d。2015—2018年的超标倍数分别为0.01～0.28，0.04～0.24，0.01～0.13和0.05，超标倍数均较小。NO2在2015—2018年的年均浓度在35.29～36.19 μg/Nm3，浓度较为稳定。

3)PM10在2015—2019年的超标天数分别为50，33，30，15和9 d，在2015—2018年超标率分别为13.70%，9.04%，8.22%和4.11%，超标倍数分别为0.01～1.03，0.01～1.24，0.01～0.97和0.01～0.74，年均浓度分别为97.60，93.46，88.16和71.33 μg/Nm3，可以看出PM10超标天数、超标率、年均浓度均在逐年下降，超标倍数均较小。

4.4 变化趋势

通过相关计算可得出，n=4，置信度为0.95，Wp=1.0；而SO2，NO2的|rs|值分别为0.20，0.20，都小于Wp，故它们的浓度序列无显著变化；PM10的rs=-1，即|rs|=Wp=1.0，故具有显著性下降趋势。

4.5 原因分析

通过以上分析可知，黄石市团城山片区2015—2018年间SO2，NO22种污染物年均浓度较为平稳，PM10年均浓度呈下降趋势，环境空气质量有所好转。SO2主要由燃煤排放，其次是有色金属冶炼、钢铁、化工等生产过程排放[10]。黄石市团城山片区不存在这些传统重工业，也无其他工业炉窑，因而黄石市针对燃煤电厂、钢铁工业以及其他工业炉窑等重点行业进行的空气污染治理行动，对黄石市团城山片区SO2年均浓度影响不大。在黄石市团城山片区，NO2主要来源于机动车尾气，在该片区机动车数量逐年增加的情况下，NO2年均浓度变化平稳，说明采取淘汰黄标车和老旧车辆、增加新能源公交车数量、严格管理车辆定期排放检测的措施是有效的。PM10年均浓度呈下降趋势，与黄石市团城山片区强化施工工地扬尘环境监管，实施“清扫、洒水、吸尘、捡拾”一体化保洁作业有密切关系，该片区二次扬尘得到了有效控制。

5 结论与建议

1)对黄石市团城山片区空气质量影响比较大的污染物是PM10。要改善团城山片区空气质量，首要是要控制PM10的浓度。

2)2015—2018年黄石市团城山片区SO2，NO22种污染物年均浓度较为平稳，PM10年均浓度呈下降趋势，环境空气质量逐步提升。重点行业空气污染治理行动，是SO2保持平稳的主要原因；增加新能源公交车数量、严格车辆定期排放检测是控制NO2的主要手段；PM10年均浓度逐年呈下降趋势主要是由于强化了对片区内施工工地扬尘环境的监管。

3)基于上述结论，建议继续加强对重点行业大气污染治理行动，加快新能源汽车的转型，并加强工地施工监管。同时向黄石市其他地区推广相关经验，持续改善黄石地区空气质量。