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本文作者：魏疆1,2作者單位：1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院2.烏魯木齊市天山區(qū)人民政府

烏魯木齊市作為新疆的首府城市，隨著其區(qū)域中心的不斷聚集，污染也隨之加劇，區(qū)域中心的承載能力及環(huán)境容量逐漸下降［1－3］。根據(jù)以往研究結(jié)果顯示，全市由南向北，污染程度呈梯度增加趨勢，污染濃度南高北低的態(tài)勢即市南片的天山區(qū)污染最重，市中的沙依巴克區(qū)次之，市北片的新市區(qū)較輕［4，5］。為不斷增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展活力、緩解和徹底改善城市環(huán)境污染狀況，政府制定了"強(qiáng)化二產(chǎn)、優(yōu)化三產(chǎn)"的方針來推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，以"城市南控北擴(kuò)、東延西進(jìn)"的戰(zhàn)略思想指導(dǎo)著區(qū)域空間結(jié)構(gòu)的重組［6］。經(jīng)過幾年的大力建設(shè)，烏魯木齊市中心城區(qū)的工業(yè)基本轉(zhuǎn)產(chǎn)或搬遷，周邊的工業(yè)園區(qū)已初具規(guī)模［7］。這一系列措施的推進(jìn)將導(dǎo)致原城區(qū)污染物排放強(qiáng)度和大氣環(huán)境中污染物濃度發(fā)生了根本性的變化，形成新的大氣污染格局，對未來烏魯木齊市的大氣環(huán)境產(chǎn)生新的影響。因此，分析烏魯木齊市的大氣污染變遷趨勢就顯得尤為重要。文中通過大氣環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)位的數(shù)據(jù)來分析大氣污染的變化趨勢，討論烏魯木齊市大氣污染因子的變遷格局，希望能為今后的環(huán)境治理工作提供必要的理論支撐。

1研究方法

1．1采樣點(diǎn)布置

環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置采用梯度布局的原則從南到北分別設(shè)在市南片天山區(qū)(收費(fèi)所點(diǎn))、市中的沙依巴克區(qū)(監(jiān)測站點(diǎn))及市北片的新市區(qū)(鐵路局點(diǎn))，直線距離大約為7km(圖1)。三個(gè)站點(diǎn)均采用大西比儀器。

1．2測量方法

SO2－紫外吸收方法、NO2－化學(xué)發(fā)光法、PM10－射線法。數(shù)據(jù)為每日0－23點(diǎn)的小時(shí)平均值［8］。采用Spss和Excel軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2結(jié)果

2．1各監(jiān)測點(diǎn)位污染因子濃度的變化趨勢

2．1．1SO2年均濃度的變化趨勢

烏魯木齊市經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展過程中對原煤的大量消耗，是造成SO2排放量增加的根本原因。但產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和社會生活在城市區(qū)域內(nèi)分布的不均勻勢必造成能源消耗和污染物排放的不均衡特征。2004－2009年SO2年均濃度變化幅度不大的前提下，各監(jiān)測區(qū)域卻表現(xiàn)出了較大的變化(圖2)。天山區(qū)的SO2年均濃度變化呈現(xiàn)出上升－下降－再上升－后繼續(xù)下降的趨勢，整體走勢呈"M"型，其中在2005年達(dá)到峰值，但總體趨勢呈下降態(tài)勢;沙區(qū)SO2年均濃度變化呈現(xiàn)出"緩慢上升－下降－再上升"的走勢，走勢呈"N"，整體趨勢呈上升態(tài)勢;新市區(qū)SO2年均濃度變化趨勢不明顯，基本在0．1±0．01mg/m3左右波動(dòng)。從數(shù)值來看，2004－2009年三個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位的年均濃度值均超過SO2國家二級標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)污染物的年均濃度限值;其中，2004－2006年和2008年SO2年均濃度呈現(xiàn)出天山區(qū)＞新市區(qū)＞沙區(qū)，2007年新市區(qū)＞天山區(qū)＞沙區(qū)，2009年沙區(qū)＞新市區(qū)＞天山區(qū)。

2．1．2NO2年均濃度的變化趨勢

NO2是大氣環(huán)境中主要的氣態(tài)污染物質(zhì)，由于城市布局、能源消耗及城市交通和車輛的不均衡，造成NO2年均濃度變化的不一致性(圖3)。2004－2009年NO2年均濃度整體呈上升趨勢。相對于2004年，2009年NO2年均濃度增長了19．6%。其中，天山區(qū)增長21．3%，沙區(qū)30．1%，新市區(qū)8．4%。從各年度均值數(shù)據(jù)來看，2004－2008年天山區(qū)NO2年均濃度變化呈現(xiàn)出快速增長的趨勢，2008－2009年略有下降，沙區(qū)和新市區(qū)NO2年均濃度變化整體均呈現(xiàn)出"緩慢增加－下降－再增加"趨勢。2004－2009年增長速率表現(xiàn)為沙區(qū)＞天山區(qū)＞新市區(qū)。

2．1．3PM10年均濃度的變化趨勢

2004－2009年，PM10年均濃度的變化呈現(xiàn)出"增加－降低－再增加"的過程(圖4)，從數(shù)理分析來看，相對于2004年，2009年的年均濃度增加了22．4%;其中天山區(qū)增加29．8%，沙區(qū)增加－12%，新市區(qū)增加54．2%。數(shù)值顯示，除沙區(qū)監(jiān)測點(diǎn)有個(gè)別年度數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)外，其他各點(diǎn)的數(shù)據(jù)均超過PM10國家二級標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)污染物的年均濃度限值;2004－2006年，天山區(qū)＞沙區(qū)＞新市區(qū)，2007－2009年天山區(qū)＞新市區(qū)＞沙區(qū)。

2．2污染源與各污染因子的相關(guān)性

經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中能源消耗排放的污染物質(zhì)是造成空氣污染因子濃度增加的主要原因。2004－2009年烏魯木齊市空氣污染(SO2、NO2、PM10)年均濃度值與耗煤量和機(jī)動(dòng)車相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果(表1)?？梢钥闯觯琒O2和PM10與耗煤量和機(jī)動(dòng)車之間無相關(guān)性，NO2與耗煤量和機(jī)動(dòng)車之間存在相關(guān)性，且NO2與機(jī)動(dòng)車之間的相關(guān)系數(shù)大于與耗煤量之間的相關(guān)系數(shù)(R機(jī)動(dòng)車=0．88＞R耗煤量=0．87)。

3討論與分析

大氣污染伴隨著烏魯木齊市經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展而產(chǎn)生，不同時(shí)期呈現(xiàn)出不同變化規(guī)律。通過結(jié)果分析可以看出，SO2和PM10年均濃度值與原煤消耗之間不具有相關(guān)性，說明烏魯木齊市在過去的大氣污染治理中采取的集中供熱，熱電聯(lián)產(chǎn)以及加大大型除塵設(shè)施的脫硫等手段和措施取得了積極的成效，這與前研究結(jié)論基本相符［9］。在煤炭消耗量不斷增加的前提下，SO2和PM10年均濃度值沒有呈現(xiàn)出與之相同的增加趨勢。NO2年均濃度值與耗煤量和機(jī)動(dòng)車之間存在顯著的相關(guān)性，主要是因?yàn)槟壳按髿馕廴局卫碓O(shè)施并沒有專業(yè)的技術(shù)治理和收集NOx的排放，同時(shí)城市機(jī)動(dòng)車輛的增加導(dǎo)致尾氣的大量排放，對大氣環(huán)境中NOx濃度的貢獻(xiàn)不斷增加與相關(guān)研究結(jié)論一致［10－12］。NO2與機(jī)動(dòng)車的相關(guān)性大于與耗煤量的相關(guān)性，說明機(jī)動(dòng)車尾氣對環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測中的NOx污染物的貢獻(xiàn)已經(jīng)取代了燃煤產(chǎn)生的污染。這一點(diǎn)與機(jī)動(dòng)車NOx排放總量是燃煤NOx排放總量的35%不符［13］。文中作者認(rèn)為，造成這種結(jié)果的主要原因是:燃煤產(chǎn)生的NOx主要是通過高空點(diǎn)源排放①，污染物通過大氣運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散和稀釋的距離較遠(yuǎn)，到達(dá)監(jiān)測點(diǎn)位時(shí)濃度已有所降低②;機(jī)動(dòng)車尾氣屬于低空面源式排放，由于受到建筑物的阻擋不易擴(kuò)散，在低空形成濃度較高的污染層，導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車尾氣造成的NO2濃度增加的趨勢，這一現(xiàn)象與近年來相關(guān)研究報(bào)道相符［9］。

3．1SO2年均值的變化分析

SO2年均濃度值始終高于二級標(biāo)準(zhǔn)的濃度限值。三個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位的SO2年均濃度呈現(xiàn)出不同的變化趨勢;天山區(qū)作為烏魯木齊市的老城區(qū)，過去存在大量的工業(yè)企業(yè)、采暖小鍋爐等污染源。近年來，當(dāng)?shù)卣畬Νh(huán)境污染問題高度重視，加大了工業(yè)企業(yè)污染治理設(shè)施的投入和監(jiān)管力度;同時(shí)采取熱電聯(lián)產(chǎn)的方式取締了大量的采暖小鍋爐，使得天山區(qū)范圍的SO2排放量逐年降低，就SO2來說取得了顯著的成效。新市區(qū)的SO2年均濃度值基本恒定，且高于沙區(qū)(除2009年)，除新市區(qū)自身經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展耗能產(chǎn)生的SO2之外，還因?yàn)樾率袇^(qū)海拔較低，周邊民用采暖小鍋爐排放的污染物質(zhì)，在冬季大氣云團(tuán)的運(yùn)動(dòng)和城市熱島效應(yīng)的作用下將周邊的部分SO2帶到此區(qū)域造成SO2年均濃度值偏高［14－16］。沙區(qū)由于地處烏魯木齊市的中部，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展迅速，工業(yè)能耗的增長和居民采暖對能源的需求快速增加，使得SO2年均濃度呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢，并且在2009年超過天山區(qū)和新市區(qū)成為SO2年均濃度最高的區(qū)域。

3．2NO2年均值的變化分析

NO2作為主要的大氣污染物質(zhì)之一，呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢(圖2)。從變化趨勢來看，天山區(qū)NO2年均濃度值始終保持著較高的值，在2009年出現(xiàn)下降趨勢。由前面分析可知，除燃煤造成NO2的排放之外，機(jī)動(dòng)車的快速增加是造成NO2年均濃度值增加的又一主要原因，天山區(qū)作為老城區(qū)，轄區(qū)高樓林立造成區(qū)域下墊面極其粗糙，不利于污染物質(zhì)的擴(kuò)散［17］;同時(shí)轄區(qū)內(nèi)擁有自治區(qū)、兵團(tuán)的黨政機(jī)關(guān)和主要廳局以及主要的金融商業(yè)區(qū)，極易造成交通堵塞，增加污染物質(zhì)的排放。據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，全市最容易堵塞的道路主要集中在市南片［18］。交通不暢增加了NO2的排放，根據(jù)機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)原理和國外經(jīng)驗(yàn)測算當(dāng)機(jī)動(dòng)車時(shí)速將由40km/h降至23km/h時(shí)，NO2、CO和HC等因子的排放會增加1倍［19］。另外，距離天山區(qū)監(jiān)測點(diǎn)不遠(yuǎn)處有全疆的北郊客運(yùn)站，大型車輛的行使一方面增加了局域污染物質(zhì)的增加，另一方面導(dǎo)致交通不暢，誘發(fā)區(qū)域內(nèi)間歇性的污染物質(zhì)積聚排放。沙區(qū)和新市區(qū)表現(xiàn)出相同的變化趨勢，與近年來機(jī)動(dòng)車保有量的迅速增長的趨勢相吻合。

3．3PM10年均值的變化分析

從不同點(diǎn)位PM10年均濃度值的變化來看，天山區(qū)始終高于沙區(qū)和新市區(qū)，這與天山區(qū)轄區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)和居民供暖大量使用原煤有關(guān)，同時(shí)，南部山區(qū)的天氣過程，極易造成揚(yáng)塵等污染物質(zhì)的快速增加［20］。自2006年以來，沙區(qū)PM10年均濃度值持續(xù)走低，除了集中供熱、加大污染處理設(shè)施的監(jiān)管以外，城區(qū)綠化也對減少PM10年均濃度值起到了積極的作用。新市區(qū)PM10年均濃度值則表現(xiàn)出逐年上升的趨勢，這與原新市區(qū)開發(fā)程度低，能源消耗量較少，隨著烏魯木齊市整體經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，新市區(qū)轄區(qū)內(nèi)的房地產(chǎn)以及開發(fā)區(qū)內(nèi)的大量的企業(yè)入住，導(dǎo)致能源消耗持續(xù)增加。同時(shí)，局部氣象條件導(dǎo)致周邊污染物質(zhì)的進(jìn)入有關(guān)［21］。

4結(jié)論

通過數(shù)據(jù)分析顯示，烏魯木齊市燃煤消耗與大氣環(huán)境污染因子(SO2、PM10)年均濃度值不再具有相關(guān)性，但大氣污染仍屬"煤煙型"污染。大氣環(huán)境中SO2年均濃度均大于國家規(guī)定的二級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值，PM10年均濃度除沙區(qū)有減少趨勢外，其他兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)均顯示出較高的濃度值大于國家規(guī)定的二級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值，NO2年均濃度雖未超過國家規(guī)定的二級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值，但也呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢。天山區(qū)依然是烏魯木齊市污染最嚴(yán)重的區(qū)。從分項(xiàng)數(shù)據(jù)來看，由于城市布局和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，天山區(qū)和新市區(qū)污染物質(zhì)主要以PM10為主，沙區(qū)主要以SO2為主，監(jiān)測范圍內(nèi)NO2濃度增長迅速。機(jī)動(dòng)車尾氣的污染日益加重，對NO2年均濃度值超過燃煤所產(chǎn)生的污染，氮氧化物的污染將由"燃煤型"轉(zhuǎn)變?yōu)?汽車尾氣型"。