“十三五”恩施环境空气质量特征及污染来源分析

赵 静，倪 裳，田华婧，胡 振

(1.湖北省生态环境厅恩施州生态环境监测中心，湖北 恩施 445000；2.武汉理工大学，湖北 武汉 430070；3.武汉湖振煜环境科技有限公司，湖北 武汉 430100)

1 引言

近年来，由于环境空气质量的逐步恶化，大气污染的治理工作受到高度重视，如何提升环境空气质量被频繁提及[1～5]。谢剑锋等[6]研究冀南地区空气质量变化规律，说明机动车限行、工业企业停产等防控举措确实有利于本地一次排放污染物浓度的降低。王翔等[7]分析京津冀、长三角及珠三角地区的空气质量，发现NO2对京津冀、长三角、珠三角地区空气综合质量提升都存在主要阻碍作用，京津冀、长三角、珠三角地区需加大金融支持、加强政策处罚力度，降低NO2排放量。王璐瑶[8]分析合肥市环境空气质量，发现与NO2和PM2.5浓度有关的有绿化覆盖率、总人口数、废气污染物排放量、人均生产总值、生产总值、汽车拥有总量。戴楠珍[9]基于2016～2020年福建省国控环境空气自动监测数据分析污染物的变化特征，发现“十三五”前后不同污染物呈明显时空分布特征。丁镭等[10]以湖北省17个城市2004～2013年的空气监测数据为基础分析城市环境空气质量的时空演化特征及主要影响因素，冬季的1月份和12月份是空气污染最严重时期。众多地区环境空气质量总体变好，但是依然存PM2.5和O3等污染物为特征的复合型污染日益突出的问题[10～13]。

“十三五”期间，恩施州环境空气质量逐年变好，环境空气综合指数逐年降低，环境空气优良率不断提高。部分县市环境空气质量常年保持较高水平，利川市、鹤峰县“十三五”期间环境空气优良率全都保持在95%以上。恩施州作为武陵山区水土保持与生物多样性生态功能区的重要组成部分[14～16]，也作为“十三五”全国337个地级及以上考核城市，同时也是“十三五”全省17个重点考核城市，为科学进行“十四五”期间的大气污染防治工作，对恩施州“十三五”期间的空气质量特征以及污染来源进行了分析。

2 研究区域与研究方法

2.1 区域概况

恩施州全称恩施土家族苗族自治州，位于湖北省西南部，E108°～110°，N29°～31°。恩施自治州所辖有恩施、利川、巴东、建始、宣恩、咸丰、来风、鹤峰8个县 (市)[17～20]。“十三五”期间，恩施州8县市均完成城市环境空气自动监测站六参数监测指标的任务或改造升级，实现数据联网传输，实时发布监测数据。全州共建成3个国控监测点，10个省控监测点，所有空气自动站均建设在环境空气质量功能区二类区。

2.2 研究方法

恩施州城市环境空气质量评价方法采用环境空气质量指数(AQI)法，依照《环境空气质量指数(AQI)技术规定》(HJ 633-2012)来评价城市综合指数、优良天数及污染物浓度。恩施州城市环境空气质量评价标准依照《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)执行，选取“年平均”值及“日平均值”进行评价。

3 结果讨论

3.1 “十三五”环境空气质量特征

2020年恩施州环境空气质量总体良好。全州8个县市城市环境空气质量均达标，达标率100%。各县市主要污染物浓度值均符合环境空气质量二级标准，部分污染物浓度已达到空气质量一级标准。详见表1。

表1 2020年恩施州主要污染物年均浓度

全州城市空气质量平均优良天数为352 d，平均优良天数比例为97.6%，8个县市城市优良天数比例均在95%以上。

全州累计发生污染天气68 d次，其中轻度污染53 d次，中度污染13 d次，重度污染2 d次。污染天气发生时，PM2.5为首要污染物共有67 d次，O3为首要污染物1 d次。全州环境空气质量各级别天数比例见图1。

图1 2020年全州环境空气质量各级别天数比例

3.2 污染来源分析

在打赢蓝天保卫战的政策背景下，恩施州于2018年启动了州城颗粒物源解析研究项目。该研究项目主要探究恩施州城PM2.5及臭氧不同季节特征水平及污染成因，选择在2018年3月至2019年2月期间的春、夏、秋、冬季对环境大气进行观测。

3.2.1 细颗粒物(PM2.5)来源解析结果

通过污染物来源结构分析。如图2所示，对比各个季节来源结构及源贡献占比，恩施州城春、夏、秋、冬季对细颗粒物贡献最大的均为机动车尾气源，占比分别为36.5%、26.4%、34.0%、57.3%，年均占比为38.5%，为最主要的污染源，尤以冬季占比最高。因此针对汽车尾气排放这类最主要的污染物来源，制定长期的、稳定的管控策略是有效降低恩施州城PM2.5污染浓度的关键举措。

图2 受体模型法各季节颗粒物来源占比

利用数值模式对PM2.5进行来源解析。分析发现区域传输对恩施州细颗粒物的影响在10%～20%左右，但是在污染过程中区域传输对细颗粒物的贡献高达50%。本地排放源中，对细颗粒物影响较为明显的是机动车，具体贡献为21%～49%，其次分别为居民源(21%～35%)、工业源(13%～24%)和农业源(1%～9%)。如图3所示。

图3 数值模式法各季节颗粒物来源占比

这2种方法得到的结果可以发现，机动车尾气均为PM2.5最主要的排放源，且都呈现类似的季节波动趋势。冬季机动车尾气贡献占比明显高于春、夏、秋三季。数值模式方法中居民源与受体模型中生物质燃烧源存在一定包含关系，即居民源包括生物质燃烧源，这2个来源均在春、夏季贡献率较高，呈现趋势一致性，说明这类源在春夏两季需引起关注。数值模式结果中工业源的贡献占比明显高于受体模型中工业工艺源结果，这是由于数值模式基于排放清单中的工业源囊括的范围比受体模型解析的工业工艺源更广。

3.2.2 臭氧污染特征及来源解析

根据模拟得到的臭氧生成等浓度曲线(图4)，夏季恩施州处于臭氧等浓度曲线的拐角“脊线”附近，为VOCs和氮氧化物协同控制区域附近，且偏向于氮氧化物控制区。因此，控制氮氧化物浓度及降低VOCs浓度均能降低臭氧生成的速率。

图4 研究区城臭氧等浓度曲线

如图5所示。春、夏、秋季VOCs浓度相当，而冬季VOCs浓度远高于其他三季，这是由于冬季温度低日间几乎没有光化学反应过程，VOCs消耗受到抑制，加之冬季大气稳定且边界层较低，导致VOCs浓度累积。VOCs各组分中，烷烃贡献占比均为最高。4个季节中各组分含量相对稳定，其中秋季烯烃、乙炔含量高于其他3个季节，而芳香烃含量低于其他3个季节，说明秋季较其他季节化石燃料的燃烧这一类排放源对VOCs贡献率增加，工业类排放源对VOCs贡献率降低。

图5 各季节VOCs平均浓度及组分分布

春、夏、秋、冬季观测期间，恩施VOCs来源贡献率最高的均是机动车尾气排放，贡献占比分别为：24.0%、26.3%、46.1%、26.0%，年均占比为30.6%，为主要污染源，其中秋季机动车尾气排放贡献率较其他三季更高。如图6所示。

图6 研究区各季节VOCs行业来源占比

4 结语

“十三五”末，恩施州空气质量已整体达到国家二级标准。2020年，恩施州平均优良天数已达352 d，平均优良天数比例为97.6%，首要污染物为细颗粒物(PM2.5)。州城恩施市达到了“十三五”国家空气质量考核目标，全年优良天数比例96.4%，主要污染物浓度值均达到环境空气质量二级标准，无重度污染天气发生。

分别将“十三五”期间州城恩施市春、夏、秋、冬四季的空气污染物来源进行分析，可以看出，州城恩施市细颗粒物(PM2.5)主要来源于机动车尾气排放，汽车尾气污染源在4个季节里始终都排在贡献率首位，年均占比为38.5%，为最主要的污染源。恩施州城VOCs 4个季节里来源贡献率最高的也是机动车尾气排放，年均占比为30.6%。