春節(jié)期間黔江區(qū)污染物濃度變化特征及相關影響因素研究

鄧　茂，張永江，程睿韜，王祥炳，姚　靖，劉先良，張宗慶

(黔江區(qū)環(huán)境監(jiān)測中心站，重慶 409000)

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春節(jié)期間黔江區(qū)污染物濃度變化特征及相關影響因素研究

鄧茂，張永江，程睿韜，王祥炳，姚靖，劉先良，張宗慶

(黔江區(qū)環(huán)境監(jiān)測中心站，重慶 409000)

摘要：利用2015年春節(jié)期間黔江城區(qū)主要污染物(PM(10)、SO2、NO2、PM(2.5))自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了燃放煙花爆竹對空氣質量的影響。結果表明：黔江區(qū)城區(qū)春節(jié)期間集中燃放煙花爆竹造成了環(huán)境空氣短時間嚴重污染；對空氣中不同污染物濃度的影響存在差異，PM(10)污染最為嚴重；氣象條件是影響春節(jié)期間空氣質量的關鍵因素。

關鍵詞：煙花爆竹燃放；環(huán)境影響；空氣污染；春節(jié)期間；氣象條件

0引言

春節(jié)期間燃放煙花爆竹是我國民間的傳統(tǒng)習俗，黔江區(qū)未禁止過在春節(jié)期間燃放煙花爆竹，因此人們在春節(jié)期間集中燃放煙花爆竹的現(xiàn)象十分普遍。但隨著城市化進程的持續(xù)推進，城市人口和建筑越來越密集，在春節(jié)期間大量煙花爆竹的燃放，帶來的環(huán)境影響及對人體健康可能造成的危害引起了人們的重視。國內外學者也開展了煙花爆竹的燃放對環(huán)境空氣質量影響的相關研究[1-6]。T.Nishanth[7]等人研究了印度南部喀拉拉邦的坎納諾爾在2010和2011年4月舉行Vishu節(jié)慶典時燃放煙花爆竹所產(chǎn)生的O3、 NO2、NO、PM10的污染水平，其中臭氧濃度比該月平日增加了2倍，NO2、PM10的濃度也增加了100%，NO的濃度比平日降低了4倍。王占山[8]等對北京市春節(jié)期間常規(guī)污染物濃度、PM2.5化學組分進行分析，并量化估算煙花爆竹燃放對PM2.5中化學成分的貢獻率。

目前，針對黔江區(qū)春節(jié)期間空氣質量的研究鮮有報道。本文利用2015年黔江區(qū)春節(jié)期間2個自動監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，對黔江區(qū)城區(qū)春節(jié)期間大氣質量進行監(jiān)測、分析和評價，為黔江區(qū)春節(jié)期間環(huán)境空氣污染綜合治理、防治和監(jiān)管提供參考數(shù)據(jù)，為黔江區(qū)環(huán)境管理提供切實的參考依據(jù)。對指導煙花爆竹的有序燃放，保障城市居民身體健康和改善黔江城區(qū)環(huán)境空氣質量具有重要的實際意義。

1監(jiān)測點位和自動監(jiān)測原理

黔江城區(qū)空氣自動監(jiān)測點位設置2個，位于區(qū)政府會議樓和下壩民族中學，空氣質量自動監(jiān)測實施24h連續(xù)采樣。自動監(jiān)測項目為二氧化硫、二氧化氮、臭氧、可吸入顆粒物(PM10)、風向、風速、氣溫、氣壓、濕度等相關參數(shù)，監(jiān)測頻率為24h連續(xù)自動監(jiān)測，執(zhí)行《HJ/T193-2005 環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測技術規(guī)范》。

在2015年春節(jié)期間對大氣質量濃度進行了連續(xù)觀測，對所取得數(shù)據(jù)按照儀器規(guī)范進行了質量控制，剔除了無效數(shù)據(jù)。

2統(tǒng)計分析說明

(1)春節(jié)期代表日的確定

春節(jié)期：傳統(tǒng)意義上的春節(jié)是指從臘月的臘祭或臘月二十三或二十四的祭灶，一直到正月十九。本文主要分析農歷臘月二十五至正月初十期間的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，即春節(jié)期半月。

(2)時平均質量濃度：監(jiān)測站監(jiān)測的1h平均質量濃度。

(3)日平均質量濃度：前一日13∶00至當日12∶00質量濃度的平均值。

3結果與討論

3.1春節(jié)期間主要污染物濃度變化特征

春節(jié)期間2015年2月15日—2月28日黔江區(qū)2個空氣自動觀測站SO2、PM10、NO2、O3日均質量濃度時間變化曲線見圖1。

從圖1可以看出，下壩和西山站監(jiān)測點PM10日均值變化濃度分別為13～169μg/m3、1～107μg/m3。春節(jié)期間下壩站超過《GB3095-1996 環(huán)境空氣質量標準》二級標準(150μg/m3)的天數(shù)比率為21.4%，分別為臘月二十九、除夕和春節(jié)3天。除夕PM10日均值為169μg/m3，為二級標準的1.1倍。這主要是除夕前后大量的煙花爆竹燃放，致使空氣中顆粒物增加的緣故。西山站監(jiān)測表明，春節(jié)期間PM10日均值低于國家二級標準，但是變化趨勢與下壩站一致，說明同樣受到煙花爆竹燃放的影響。

觀測期間下壩和西山站SO2日均值變化范圍分別為6～65μg/m3、6～41μg/m3，均低于《GB3095-1996 環(huán)境空氣質量標準》二級標準(150μg/m3)，且呈現(xiàn)下壩>西山的趨勢。這種空間差異可能與監(jiān)測點的位置、周邊環(huán)境和氣象條件有關。下壩站附近居民多使用燃煤作為燃料，同時靠近319國道，大量汽車的廢氣排放對SO2的濃度造成影響。西山站位于森林公園附近，且附近居民全部使用天然氣，無明顯的排放源，加上植被的凈化作用，使得該點SO2濃度較低。春節(jié)期間下壩和西山站SO2變化趨勢基本一致，呈波浪形變化。除夕前后由于煙花爆竹的燃放，SO2濃度普遍要高于其他時間段。

春節(jié)期間2個監(jiān)測點NO2日均濃度變化范圍分別是5～48μg/m3、7～32μg/m3，均未超過《GB3095-1996 環(huán)境空氣質量標準》二級標準(80μg/m3)。春節(jié)期間NO2濃度變化與PM10的逐日變化趨勢一致，說明煙花爆竹也對其有影響。

觀測期間黔江區(qū)下壩和西山2個監(jiān)測點O3日均值變化范圍分別為24～98μg/m3、6～41μg/m3。從圖1可知，在春節(jié)期間，O3的峰值與NO2、PM10等峰值相比，出現(xiàn)的時間呈現(xiàn)滯后的情況，這是因為O3化學反應過程非常復雜，其過程受氣象條件和前體污染物(NOx、VOCs、CO和CH4)的控制。

3.2污染物日變化特征

從圖2可看出，春節(jié)期間城區(qū)空氣污染物平均小時濃度有明顯的峰值變化。2月18日下午14∶00—19日凌晨2∶00煙花爆竹燃放高峰，峰值變化極為顯著。PM10的小時均值濃度高達326μg/m3，出現(xiàn)在凌晨2∶00，正是煙花爆竹集中燃放的時候；次高值199μg/m3，出現(xiàn)在凌晨1∶00。SO2濃度高峰值出現(xiàn)在凌晨1∶00，為61μg/m3；凌晨2∶00起SO2濃度開始明顯下降，為12μg/m3。NO2變化不大，但仍有峰值出現(xiàn)，從18日下午17∶00開始增加比較明顯，到1∶00出現(xiàn)峰值，濃度為26μg/m3。O3濃度在19日凌晨2∶00降至最低，可能是夜間O3在逆溫層中被NO等還原性物質消耗，在缺少累計過程的情況下，降為最低。SO2、NO2日變化趨勢一致，均為雙峰型，峰值出現(xiàn)的時間與PM10相近。相關統(tǒng)計分析表明SO2、NO2與PM10均具有明顯相關性(r為0.53、0.48，p=0.05)。O3與PM10的相關系數(shù)r為0.005，p=2.1×10-4，說明二者無明顯相關性。

監(jiān)測結果表明煙花爆竹的燃放導致近地面空氣中主要污染物(PM10、SO2與NO2)濃度上升，但是由于氣象條件、煙花爆竹的種類及人口密集程度等影響，下壩和西山站有不同的變化特征。為進一步研究春節(jié)期間煙花爆竹對黔江區(qū)空氣質量的影響，分別選取下壩和西山兩個自動站2月17日—2月19日(臘月二十九—正月初一)3天的每日不同時刻的污染物濃度(PM10、SO2與NO2)的平均值進行分析(圖3)。

由圖3可見，臘月二十八至臘月二十九從19∶00開始，PM10質量濃度上升，到22∶00后逐漸回落。除夕下午14∶00—正月初一2∶00煙花爆竹燃放高峰，峰值變化極為顯著。下壩和西山站PM10的小時均值濃度分別高達381μg/m3、276μg/m3，出現(xiàn)在初一凌晨2∶00和1∶00。PM10質量濃度峰值出現(xiàn)與煙花爆竹集中燃放的時間基本一致并略有延后，顯示出一定的積累效應。由此可以看出，煙花爆竹燃放與PM10質量濃度增加呈正相關，屬于引起PM10污染的重要因素。

下壩站SO2質量濃度呈雙峰變化，除夕下午15∶00和初一凌晨1∶00達到峰值，其濃度分別為87μg/m3和67μg/m3。西山站濃度峰值出現(xiàn)在初一凌晨1∶00，為54μg/m3。下壩和西山站SO2質量濃度變化與煙花爆竹燃放的高峰期相符合，高峰期過后質量濃度急劇下降。由此說明，煙花爆竹燃放對SO2質量濃度產(chǎn)生正向影響，屬于引起SO2質量濃度變化的重要原因。

下壩站NO2質量濃度變化趨勢與SO2質量濃度變化趨勢一致，峰值同樣出現(xiàn)在除夕下午15∶00和初一凌晨1∶00，其濃度為41μg/m3和29μg/m3。西山站濃度峰值則在初一凌晨1∶00出現(xiàn)，為24μg/m3。NO2濃度變化趨勢與煙花爆竹燃放的時間規(guī)律相符，與SO2質量濃度變化相比，其變化幅度相對較小，說明煙花爆竹的燃放是引起NO2濃度變化的因素之一。

3.3春節(jié)煙花爆竹燃放時段PM2.5的濃度變化特征

黑火藥和緩燃藥是煙花爆竹的主要成分，藥粒由成千上萬的粉粒組成。煙花爆竹燃放時，劇烈爆炸時含有極為豐富的PM10和PM2.5。從圖4可以看出，西山PM2.5的質量濃度出現(xiàn)的峰值時間是初一凌晨1∶00和2∶00，分別為100μg/m3和134μg/m3，與PM10質量濃度變化趨勢基本一致。

除夕夜PM2.5/PM10的逐時變化表明，隨著燃放煙花爆竹的數(shù)量增多，PM2.5在PM10中的比例明顯增大。在煙花爆竹燃放的高峰時期，PM2.5/PM10值同樣出現(xiàn)峰值，但峰值出現(xiàn)的時間滯后于顆粒物濃度的峰值，主要是因為粒徑大的顆粒物的沉降速度快于粒徑小的顆粒物。

從圖5可以看出，PM2.5與PM10呈現(xiàn)非常顯著的正相關(r=0.89)，表明在除夕夜當天PM10濃度急劇增加時，PM2.5的濃度也隨之快速增加。煙花爆竹的燃放不僅對PM10有較大貢獻，同時對PM2.5的濃度快速增加也有重要影響。

3.4春節(jié)期間氣象因素對污染物濃度變化的影響

氣象條件(太陽輻射、氣溫、風向、風速、相對濕度等)是影響近地面空氣污染物濃度的最主要因素之一。為了研究黔江地區(qū)氣象因素對春節(jié)期間濃度的變化的影響，圖6給出了黔江區(qū)的氣壓、相對濕度、風速和氣溫的變化曲線。

由圖6可知，春節(jié)期間(2月17日—2月19日)，天氣變化相對穩(wěn)定，氣溫、氣壓變化不大。2月17—18日平均風速在0.4 m/s左右， 2月19日平均風速在1.0 m/s左右。地面風速在一定程度上反映了低層大氣的擴散能力，對空氣質量的影響尤為顯著。由圖4可知，除夕夜煙花爆竹的燃放對2月19日空氣污染產(chǎn)生了嚴重的污染，但在煙花爆竹燃放結束后，其污染濃度下降趨勢極為顯著。2月17—19日的空氣污染指數(shù)API分別為85、90、89。這是因為2月17—18日的地面平均風速在0.4 m/s左右，不利于污染物的擴散，出現(xiàn)污染物的不斷積累，濃度增加。除夕夜煙花爆竹的燃放對空氣質量產(chǎn)生嚴重污染，但在燃放高峰時段(22∶00—凌晨2∶00)，最大風速為2.25 m/s，對空氣中污染物起到清除作用。

4結論

(1)春節(jié)期間煙花爆竹的集中燃放對城區(qū)空氣質量具有一定的影響。其對PM10和PM2.5的影響遠遠高于空氣中其他氣態(tài)污染物(SO2、NO2)。SO2和NO2是氣態(tài)分子，受分子運動和空氣流動的影響，擴散速度快，污染持續(xù)時間短；而PM10和PM2.5是顆粒物，擴散速度慢，污染持續(xù)時間長。

(2)氣象條件對污染物濃度的擴散和演變有明顯作用。2015年黔江區(qū)除夕夜燃放了大量的煙花爆竹，由于存在有利的氣象條件，并沒有造成污染天氣。

(3)春節(jié)期間對煙花爆竹的限制燃放區(qū)域，應盡量指定在空曠、空氣流動性好的地方。同時應加大監(jiān)管力度，加強教育宣傳。如遇空氣重度污染，各煙花爆竹銷售點必須停止銷售，市民應自覺停止燃放。應加快研制安全環(huán)保型煙花爆竹，滿足民眾歡度春節(jié)的需求，減少煙花爆竹引發(fā)的城市空氣污染，為歡度春節(jié)增加祥和的氣氛。

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Effects of Setting off Fireworks on Ambient Air Quality DuringtheSpring Festival in Qianjiang District

DENG Mao, ZHANG Yong-Jiang, CHENG Rui-Tao, WANG Xiang-Bing, YAO Jing,LIU Xian-Liang, ZHANG Zong-Qing,

(Qianjiang District Environmental Monitoring Center, Chongqing 409000,China)

Abstract：Based on the main pollutants monitoring data in Qianjiang district during the Spring Festivals 2015, the impacts of setting off firecrackers on air quality were analyzed. The results showed that the fireworks caused an extremely high concentration of PM(10) and SO2 in a short time period. The increase of the concentration of the PM(10) was monitored seriously. Weather conditions were the key factors influencing the air quality during the Spring Festival.

Key words：setting off fireworks; environmental impact; air pollution; Spring Festival; weather conditions

中圖分類號：X51

文獻標志碼：A

文章編號：1673-9655(2016)03-0068-06

作者簡介：鄧茂(1987-)，男，助理工程師，研究方向：環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境影響評價。

基金項目：黔江區(qū)科委項目(黔科計2014023)，重慶市環(huán)境保護局項目(環(huán)科字2015CF第101號)，重慶市科委項目(前沿與應用基礎研究cstc2015jcyjA0002)。

收稿日期：2015-10-21