常州市環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃調(diào)整研究

劉智強， 孫 凱， 丁洪澤，于 樂， 芮 科

(1.江蘇常環(huán)環(huán)境科技有限公司，江蘇 常州 213022；2.常州市環(huán)境科學研究院，江蘇 常州 213022；3.常州市環(huán)境保護局，江蘇 常州 213022；4.常州市新北區(qū)環(huán)境保護局，江蘇 常州 213022)

1 引 言

常州市現(xiàn)行的具有法律效力的環(huán)境空氣功能區(qū)劃是在1997年制定劃分的，分為3個類型的功能區(qū)，一類功能區(qū)包括：武進滆湖良種場、武進城灣、金壇錢資蕩、金壇茅山、溧陽天目湖；三類功能區(qū)包括：武進武鋼、溧陽西郊；二類功能區(qū)為一、三類區(qū)以外常州市轄區(qū)范圍。隨著城市化進程的擴大及區(qū)域相關(guān)規(guī)劃的調(diào)整變化，原環(huán)境空氣功能區(qū)劃分方案與現(xiàn)行的土地利用規(guī)劃、風景區(qū)旅游規(guī)劃、區(qū)域總體發(fā)展規(guī)劃等存在一定的不協(xié)調(diào)，導致環(huán)境空氣保護的一系列措施實際操作性不強。2012年國家發(fā)布了《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-2012)，該標準撤消了三類區(qū)，將環(huán)境空氣功能區(qū)分為二類，即一類功能區(qū)和二類功能區(qū)[1]。為適應新的形勢，保護生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，保障人體健康及動植物正常生存、生長，需要調(diào)整環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分以更好地指導常州大氣污染防治工作的開展。本文從尊重自然、順應自然的角度出發(fā)，以《環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分原則與技術(shù)方法(HJ14-1996)》為基礎(chǔ)，綜合了常州市大氣環(huán)境均一性分析、大氣環(huán)境敏感區(qū)域識別的結(jié)果，提出了常州市環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃調(diào)整的方案，并在環(huán)境管理實踐中得到了應用。

2 研究區(qū)域概況

常州，位居長江之南、太湖之濱，處于長三角中心地帶，與上海、南京兩大都市等距相望，與蘇州、無錫聯(lián)袂成片，構(gòu)成蘇錫常都市圈，是蘇南地區(qū)的重要城市。現(xiàn)轄溧陽一個縣級市和金壇、武進、新北、天寧、鐘樓五個行政區(qū)。全市面積4 372km2，常住人口470萬人。常州基本地貌類型屬長江三角洲沖積平原，境內(nèi)地形復雜，種類多樣，南為天目山余脈，西為茅山山脈，北為寧鎮(zhèn)山脈尾部及長江，中部和東部為寬廣的平原、圩區(qū)(海拔約2～10m)，圖1所示。其境內(nèi)地勢西南略高，尤其是下轄的金壇、溧陽境內(nèi)擁有大量的低山丘陵，植被覆蓋率高，生態(tài)環(huán)境良好。據(jù)常州市氣象局多年監(jiān)測統(tǒng)計顯示，常州市多年平均風速2.6m/s，夏季主導風向為東南風(14.0%)，冬季主導風向為東北風(8.7%)。2016年常州市域風場圖如圖2所示。

2016年常州市區(qū)二氧化硫年均濃度為22μg/m3，一氧化碳日均第95分位數(shù)為1.6mg/m3，達到國家二級標準；細顆粒物、可吸入顆粒物、二氧化氮年均濃度和臭氧日均濃度第90分位數(shù)分別為53μg/m3、90μg/m3、42μg/m3和175μg/m3，均未達國家二級標準，分別超標0.51倍、0.29倍、0.05倍和0.09倍，其在全年超標天數(shù)占比分別為18.0%、11.5%、3.6%和14.8%，細顆粒物為常州大氣環(huán)境質(zhì)量的首要污染物。從超標大氣污染物濃度分布來看：NO2，除鐘樓、金壇、溧陽和太湖灣達標外，其他地區(qū)均呈現(xiàn)不同程度地超標；O3，除金壇、溧陽外，其他4個區(qū)及太湖灣均超標，其中太湖灣(一類功能區(qū))超標程度最高；此外，PM2.5、PM10濃度的超標情況也呈現(xiàn)類似結(jié)果，即武進太湖灣的超標程度相對其他區(qū)域較高。

圖1 常州市域內(nèi)高程分布示意圖Fig.1 Elevation distribution in Changzhou City

圖2 2016年常州市域風場圖Fig.2 Regional wind Field of Changzhou in 2016

根據(jù)常州市大氣PM2.5源解析研究成果，常州市細顆粒物濃度中一次源排放占主導地位，占比達64%；前體污染物二次轉(zhuǎn)化占比達36%，其中硫酸根占比最高，硝酸根占比次之，二次氣溶膠占比最低[2]。依據(jù)常州市大氣污染源排放清單的研究成果，2016年常州全市細顆粒物一次排放源、二氧化硫、氮氧化物、揮發(fā)性有機物(人為源)的首要來源是工業(yè)源(燃料燃燒+工藝過程)，溧陽市和武進區(qū)的細顆粒物一次排放、二氧化硫、氮氧化物排放量較大這與常州市鋼鐵、水泥等重點大氣污染物排放行業(yè)的空間分布較為吻合，新北區(qū)揮發(fā)性有機物排放量較大。

3 環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃調(diào)整方法

3.1 基于生態(tài)保護區(qū)域初定一類功能區(qū)

常州境內(nèi)有溧陽市上黃水母山自然保護區(qū)(省級)和天目湖濕地自然保護區(qū)(縣級)2個區(qū)域在全國自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)名錄范圍內(nèi)。由江蘇省政府2013年劃定的常州市生態(tài)紅線區(qū)共有32個(如圖3所示)，其中涉及自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)(2個)以及其他需要保護的區(qū)域[3]。

依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分原則與技術(shù)方法》(HJ 14-1996)及《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-2012)有關(guān)“一類區(qū)為自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)和其他需要特殊保護的區(qū)域”的規(guī)定，溧陽市上黃水母山自然保護區(qū)和天目湖濕地自然保護區(qū)均應納入常州一類環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)的范圍內(nèi)。

圖3 常州市生態(tài)紅線區(qū)域分布圖Fig.3 Distribution of ecological red line in Changzhou

圖4 一類環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)初定Fig.4 Preliminary delimitation of ambient air quality function classⅠ

從保障全市生態(tài)環(huán)境安全的角度分析，生態(tài)紅線區(qū)中的茅東山地水源涵養(yǎng)區(qū)、方山(金壇區(qū))森林公園、向陽水庫水源涵養(yǎng)區(qū)、溧陽瓦屋山省級森林公園、大溪水庫水源涵養(yǎng)區(qū)、沙河水庫水源涵養(yǎng)區(qū)、溧陽天目湖自然濕地保護區(qū)、溧陽南山水源涵養(yǎng)區(qū)、太湖(武進區(qū))重要保護區(qū)等區(qū)域既屬于“其他需要特殊保護的地區(qū)”，又屬于生態(tài)環(huán)境較敏感的區(qū)域，具備良好的大氣環(huán)境保護條件。初步考慮將以上區(qū)域納入常州市一類環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)范圍(如圖4所示)。

3.2 大氣環(huán)境的均一性分析

常州市整體地貌類型屬于沖積平原，從氣象學角度來說，常州市大部分地區(qū)，除西部茅山山脈平均海拔達200～300m、南部天目山余脈平均海拔達300～500m外，均屬于近地層(即地面到50～100m左右的大氣層)，垂直方向上熱量和動量的交換少，地面的污染物難以向更高層擴散而易于在地表積聚；另一方面，由于市域分布大量的湖泊、河流、水庫、坑塘，由于地表濕度不均且存在溫度差異，空氣的水平流動較為頻繁，不同片區(qū)排放的污染物相互影響，市內(nèi)平原區(qū)域具有較好的大氣環(huán)境質(zhì)量均一性。據(jù)此，風景旅游點、文物保護單位以及街心公園等區(qū)域應服從所處區(qū)域的大氣環(huán)境功能區(qū)類型應劃分為同一大氣環(huán)境功能區(qū)。因此，建議將溧陽市上黃水母山自然保護區(qū)(省級)從一類環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃入二類環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)。

3.3 基于大氣環(huán)境的敏感區(qū)優(yōu)化

利用CALPUFF空氣質(zhì)量模型識別聚集敏感區(qū)域[4]，劃定常州市污染物聚集敏感區(qū)，如圖5所示。從大氣功能區(qū)功能要求來看，對環(huán)境質(zhì)量需求較高的功能區(qū)，如自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)及人口密集區(qū)等，應盡量布局在聚集敏感區(qū)范圍外，暨一類環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)不宜處于聚集敏感區(qū)內(nèi)。從氣象和下墊面條件綜合分析，常州大氣環(huán)境聚集特征較顯著，聚集敏感區(qū)主要位于城市中、西部的平原區(qū)，其中西部山脈海拔越低的區(qū)域，污染物越易聚集，海拔較高的區(qū)域污染物聚集敏感性下降。因此，方案將山脈的海拔作為劃分常州空氣質(zhì)量功能區(qū)類型的一大要素。綜合考慮大氣環(huán)境的均一性和常州地形的海拔分布，將一類大氣環(huán)境功能區(qū)內(nèi)海拔30m以下區(qū)域(海拔30m以上山體環(huán)繞的湖面除外)剔除出一類大氣環(huán)境功能區(qū)。劃分后的結(jié)果如圖6所示。

圖5 常州市大氣污染聚集敏感性分析Fig.5 Sensitivity analysis of pollutant accumulation areas in Changzhou

圖6 一類環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分過程圖Fig.6 Process of ambient air quality function-classⅠdelimitation

3.4 與城市總體規(guī)劃協(xié)調(diào)性分析

《常州市城市總體規(guī)劃》(2011-2020)、《金壇市城市總體規(guī)劃》(2013-2030)、《溧陽市城市總體規(guī)劃(2014-2030)》分別對市區(qū)(武進、新北、天寧、鐘樓四個區(qū))、金壇區(qū)、溧陽市的未來發(fā)展作出規(guī)劃布局，明確了已經(jīng)建設(shè)、禁止建設(shè)、限制建設(shè)和適宜建設(shè)區(qū)域的范圍。除禁止建設(shè)區(qū)域外，其他區(qū)域均不同程度地受到人類活動的干擾，因此從環(huán)境保護的角度，除禁止建設(shè)外的其余區(qū)域均不宜劃入一類環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)內(nèi)。圖6中的一類環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)內(nèi)均屬于城市規(guī)劃中禁止建設(shè)的范圍，故無需作進一步地甄別剔除。

4 常州市環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)調(diào)整結(jié)果的確定

綜合以上分析，原一類功能區(qū)武進滆湖良種場、金壇錢資蕩，三類功能區(qū)武進武鋼、溧陽西郊全部劃入二類功能區(qū)范圍；原一類功能區(qū)武進城灣、金壇茅山、溧陽天目湖等片區(qū)，現(xiàn)狀方山(金壇區(qū))森林公園、向陽水庫水源涵養(yǎng)區(qū)、溧陽瓦屋山省級森林公園等區(qū)域以生態(tài)紅線區(qū)域范圍為基礎(chǔ)，保留30m以上海拔的山體范圍作為一類功能區(qū)，其余劃入二類功能區(qū)范圍。調(diào)整后的常州市環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃結(jié)果如下：

4.1 一類功能區(qū)范圍

常州市一類環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)分布在4個片區(qū)，具體如下表所示。

4.2 一、二類功能區(qū)之間的緩沖區(qū)范圍

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分原則與技術(shù)方法(HJ14-1996)》關(guān)于緩沖帶設(shè)置的要求，沿上述一類功能區(qū)邊界外擴300m寬度的緩沖區(qū)域。緩沖區(qū)域內(nèi)的環(huán)境空氣質(zhì)量在滿足二級標準的基礎(chǔ)上向一類功能區(qū)的空氣質(zhì)量標準要求靠攏[5]。

表 調(diào)整后的常州市一類環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)Tab. The final ambient air quality function-classⅠin Changzhou after adjustment

4.3 二類功能區(qū)范圍

一類功能區(qū)及緩沖區(qū)域外的常州市域范圍，均納入二類環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)的范圍。調(diào)整結(jié)果具體如圖7所示。

圖7 常州市環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)范圍調(diào)整示意圖Fig.7 Schematic diagram of adjustment of ambient air quality function area in Changzhou

5 結(jié)論與建議

本文以常州為研究區(qū)域，對1997年制定劃分的環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃方案進行了調(diào)整。調(diào)整以“生態(tài)紅線”、自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)和其他需要特殊保護區(qū)域的統(tǒng)籌結(jié)果為基線，綜合常州市下墊面條件及氣象規(guī)律，研究氣象環(huán)境的均一性，利用大氣環(huán)境敏感區(qū)域識別的結(jié)果進行方案優(yōu)化。經(jīng)與城市總規(guī)“四區(qū)劃定”進行相符性分析后，最終形成環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃調(diào)整方案。本研究對盆周山區(qū)確定環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃調(diào)整有一定借鑒作用，是對《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-2012)撤消了三類區(qū)，將環(huán)境空氣功能區(qū)分為二類后環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃調(diào)整的一次探索實踐。

由于研究區(qū)域內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀普遍不達標，因此，本次研究參照《環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分原則與技術(shù)方法(HJ14-1996)》的最低要求在一類與二類區(qū)之間設(shè)置不少于300m寬度的緩沖帶寬度。在空氣質(zhì)量達標或即將達標區(qū)域，緩沖帶寬度設(shè)置應結(jié)合污染源分布、大氣擴散能力，以保護一類區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量為目標綜合論證設(shè)計。

環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃涉及因素眾多，而基礎(chǔ)的氣象條件和污染物傳輸規(guī)律特征對區(qū)劃的結(jié)果起著至關(guān)重要的作用。因此，在未來的環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃研究中，應綜合全面考慮上述因素提高劃定結(jié)果的科學性。

[1] GB3095-2012，環(huán)境空氣質(zhì)量標準[S].

[2] 常州市環(huán)境保護局.常州市大氣PM2.5源解析研究[Z].2015.

[3] 江蘇省人民政府.江蘇省生態(tài)紅線區(qū)域保護規(guī)劃 [Z].2013.

[4] 薛文博，吳舜澤，楊金田，雷 宇，萬 軍.城市環(huán)境總體規(guī)劃中大氣環(huán)境紅線內(nèi)涵及劃定技術(shù)[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2014，39，(1)14-16.

[5] HJ14-1996，環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分原則與技術(shù)方法[S].