2013～2019年天津市環(huán)境空氣污染研究

郭 鑫，李紅柳，李 燃，郭洋琳，楊崳鈜，楊 陽(yáng)

（1.天津環(huán)科環(huán)境規(guī)劃科技發(fā)展有限公司，天津 300191；2.天津市生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，天津 300191）

0 引言

天津市是京津冀協(xié)同發(fā)展的“雙城之一”，明確了“一基地三區(qū)”和“五個(gè)現(xiàn)代化天津”的發(fā)展戰(zhàn)略和目標(biāo)愿景，對(duì)良好生態(tài)環(huán)境提出了更高要求[1]。 新時(shí)期，天津市以習(xí)近平生態(tài)文明思想為引領(lǐng)，堅(jiān)持踐行“綠水青山就是金山銀山”等先進(jìn)理念，全力做好污染防治工作。 即將步入的十四五時(shí)期是 “兩個(gè)一百年”奮斗目標(biāo)的歷史交匯期，是打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)之后，向?qū)崿F(xiàn)生態(tài)環(huán)境根本好轉(zhuǎn)邁進(jìn)的第一個(gè)五年規(guī)劃期，在攻堅(jiān)戰(zhàn)后如何持續(xù)有效保護(hù)和改善天津市生態(tài)環(huán)境，是十四五面臨的重大問(wèn)題。優(yōu)良的環(huán)境空氣是幸福生活的重要組成部分，直接關(guān)系老百姓日常生活，大氣環(huán)境污染受社會(huì)的關(guān)注程度也越來(lái)越高[2-3]。 盡管天津市以前所未有的工作力度推進(jìn)空氣質(zhì)量改善措施的實(shí)施，但由于大氣環(huán)境質(zhì)量影響因素十分復(fù)雜，環(huán)境空氣質(zhì)量仍超標(biāo)比較嚴(yán)重[4]。 目前天津市地區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量與2013年相比有所好轉(zhuǎn)，但仍不樂(lè)觀。 本文選取SO2，NO2，PM2.5，PM10，CO和O3環(huán)境空氣中6 種主要污染物，分析2013 ～2019年天津市環(huán)境空氣質(zhì)量變化情況及存在的問(wèn)題，旨在研究2013 ～2019年天津市地區(qū)空氣質(zhì)量超標(biāo)污染物的時(shí)空分布特征，以期為即將到來(lái)的十四五時(shí)期天津市大氣環(huán)境質(zhì)量改善研究提供科學(xué)參考依據(jù)。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

2013 ～2019年天津市6 項(xiàng)主要污染物年均濃度來(lái)源于對(duì)應(yīng)年份的《天津市環(huán)境狀況公報(bào)》（《天津市生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》），2019年全國(guó)環(huán)境空氣6 項(xiàng)污染物濃度來(lái)源于2019年《中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》。

1.2 技術(shù)方法

天津市行政區(qū)矢量數(shù)據(jù)基于谷歌影像通過(guò)Arcgis 10.2 矢量化獲得，2013年和2019年天津市4種超標(biāo)污染物空間分析通過(guò)Arcgis 10.2 實(shí)現(xiàn)。 所有圖片均在Arcgis 10.2 和OriginLab 8 中繪制成圖，并在CorelDRAW 12 中進(jìn)一步優(yōu)化處理。

2 天津市環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀分析

2.1 環(huán)境空氣質(zhì)量顯著改善

2013 ～2019年天津市空氣中6 項(xiàng)污染物變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。 由圖1 可以看出，與2013年相比，2019年6 項(xiàng)主要污染物中僅O3濃度較2013年增長(zhǎng)33.1%，其余5 項(xiàng)均顯著降低。 2019年P(guān)M2.5，PM10，SO2，NO2和CO 質(zhì)量濃度分別為51，76，11，42 μg/m3和1.8 mg/m3，較2013年分別下降45.8%，45.3%，79.6%，12.9%和48.6%，SO2質(zhì)量濃度下降幅度最大。

圖1 2013 ～2019年天津市空氣中6 項(xiàng)污染物變化趨勢(shì)

2.2 環(huán)境空氣質(zhì)量仍超標(biāo)嚴(yán)重

十三五以來(lái)，天津市制定實(shí)施了《天津市貫徹落實(shí)京津冀大氣污染防治強(qiáng)化措施 （2016 ～2017年）實(shí)施方案》、《天津市2017年大氣污染防治工作方案》以及《天津市2017~2018年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動(dòng)方案》。2018年7月，天津市政府印發(fā)實(shí)施了 《天津市打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年作戰(zhàn)計(jì)劃（2018 ～2020年）》，雖以前所未有的工作力度共同推進(jìn)環(huán)境空氣質(zhì)量改善措施的實(shí)施，但由于大氣環(huán)境質(zhì)量影響因素十分復(fù)雜，環(huán)境空氣質(zhì)量總體呈改善趨勢(shì)仍不樂(lè)觀。 自實(shí)施大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃以來(lái)，天津市環(huán)境空氣中主要污染物濃度仍較高，超過(guò)GB 3095―2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。 2013 ～2019年天津市空氣中6 項(xiàng)污染物濃度見(jiàn)圖2。 由圖2 可以看出，2019年僅SO2和CO 質(zhì)量濃度達(dá)到GB 3095―2012 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，PM2.5，PM10，NO2和O3質(zhì)量濃度均超標(biāo)，分別超標(biāo)0.46，0.09，0.05 和0.25 倍。

圖2 2013 ～2019年天津市環(huán)境空氣中6 項(xiàng)污染物濃度

根據(jù)2019年《中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》，2019年天津市PM2.5，PM10，NO2，CO 和O3質(zhì)量濃度分別高于全國(guó)平均質(zhì)量濃度的41.7%，20.6%，55.6%，28.6%和35.1%，SO2質(zhì)量濃度與全國(guó)平均水平相持平。

由以上分析可知，2013 ～2019年天津市PM2.5，PM10，NO2和SO2質(zhì)量濃度整體雖呈逐年下降趨勢(shì)，但2019年P(guān)M2.5，PM10和NO2質(zhì)量濃度仍超國(guó)家GB 3095―2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》；O3質(zhì)量濃度增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，遠(yuǎn)超國(guó)家GB 3095―2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。

3 天津市環(huán)境空氣超標(biāo)污染物空間分布特征分析

3.1 PM2.5 質(zhì)量濃度空間分布特征

2013年和2019年天津市16 個(gè)區(qū)PM2.5年均質(zhì)量濃度變化見(jiàn)圖3。由圖3 可以看出，2013年天津市16 個(gè)區(qū)中PM2.5質(zhì)量濃度均高于65 μg/m3，未達(dá)到GB 3095―2012 中的標(biāo)準(zhǔn)要求35 μg/m3，且差距較大，PM2.5污染相當(dāng)嚴(yán)重。 2019年，13 個(gè)區(qū)PM2.5質(zhì)量濃度均下降至55 μg/m3以下，下降幅度較大。

圖3 2013年和2019年天津市16 個(gè)區(qū)PM2.5年均質(zhì)量濃度變化

與2013年相比，2019年天津市16 個(gè)區(qū)中PM2.5質(zhì)量濃度雖然均在下降，但是與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)35 μg/m3相比，仍差距較大，16 個(gè)區(qū)中PM2.5質(zhì)量濃度最小的薊州區(qū)也達(dá)到45 μg/m3，各區(qū)PM2.5質(zhì)量濃度短期內(nèi)達(dá)標(biāo)難度均較大，還需進(jìn)一步加大PM2.5治理力度。

3.2 PM10 質(zhì)量濃度空間分布特征

2013年和2019年天津市16 個(gè)區(qū)PM10年均質(zhì)量濃度變化見(jiàn)圖4。

圖4 2013年和2019年天津市16 個(gè)區(qū)PM10年均質(zhì)量濃度變化

由圖4 可以看出，2013年天津市16 個(gè)區(qū)中PM10質(zhì)量濃度均未達(dá)到GB 3095—2012 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》70 μg/m3，除薊州區(qū)PM10質(zhì)量濃度為104 μg/m3之外，其它各區(qū)均高于105 μg/m3。 2019年，薊州區(qū)PM10質(zhì)量濃度達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其它各區(qū)均未達(dá)標(biāo)，和平區(qū)、河西區(qū)、南開(kāi)區(qū)和濱海新區(qū)PM10質(zhì)量濃度分別為73，73，75 和75 μg/m3，與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)70 μg/m3相比，差距較小，短期內(nèi)加大PM10治理，可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)，其余各區(qū)還需加大PM10治理力度。

3.3 NO2 質(zhì)量濃度空間分布特征

2013年和2019年天津市16 個(gè)區(qū)NO2年均質(zhì)量濃度變化見(jiàn)圖5。 由圖5 可以看出，2013年天津市16 個(gè)區(qū)中僅寧河區(qū)、薊州區(qū)和北辰區(qū)NO2質(zhì)量濃度均達(dá)到GB 3095―2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》40 μg/m3，分別為37，39 和40 μg/m3，其它各區(qū)NO2質(zhì)量濃度均介于41~45 μg/m3之間。 2019年，各區(qū)NO2質(zhì)量濃度均明顯下降，其中薊州區(qū)、靜海區(qū)、寶坻區(qū)、南開(kāi)區(qū)、北辰區(qū)、和平區(qū)和紅橋區(qū)NO2質(zhì)量濃度分別為28，35，36，37，38，39 和39 μg/m3，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其它各區(qū)雖沒(méi)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但也都介于41~45 μg/m3之間，距國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)40 μg/m3差距較小，短期內(nèi)加強(qiáng)NO2治理可實(shí)現(xiàn)天津市全區(qū)NO2達(dá)標(biāo)。

圖5 2013年和2019年天津市16 個(gè)區(qū)NO2年均質(zhì)量濃度變化

3.4 O3 質(zhì)量濃度空間分布特征

2013年和2019年天津市16 個(gè)區(qū)O3年均質(zhì)量濃度變化見(jiàn)圖6。 與2013年相比，2019年天津市16個(gè)區(qū)中O3質(zhì)量濃度均明顯增加。 由圖6 可以看出，2013年除南開(kāi)區(qū)、北辰區(qū)和武清區(qū)O3質(zhì)量濃度超過(guò)GB 3095―2012 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》160 μg/m3之外，其它各區(qū)均達(dá)標(biāo)，其中南開(kāi)區(qū)、北辰區(qū)和武清區(qū)O3質(zhì)量濃度分別為162，165 和178 μg/m3。 2019年16 個(gè)區(qū)O3質(zhì)量濃度均未達(dá)標(biāo)，武清區(qū)O3質(zhì)量濃度為179 μg/m3，其它各區(qū)O3質(zhì)量濃度均超過(guò)180 μg/m3，遠(yuǎn)超國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)160 μg/m3。

圖6 2013年和2019年天津市16 個(gè)區(qū)O3年均質(zhì)量濃度變化

與2013年相比，2019年天津市16 個(gè)區(qū)O3質(zhì)量濃度均明顯增加，除南開(kāi)區(qū)、北辰區(qū)和武清區(qū)O3質(zhì)量濃度接近國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)160 μg/m3之外，各區(qū)差距均較大，要實(shí)現(xiàn)O3質(zhì)量濃度達(dá)標(biāo)，治理難度較大，必須加強(qiáng)治理措施，力爭(zhēng)各區(qū)O3質(zhì)量濃度逐年降低直至達(dá)標(biāo)。

4 討論

天津在長(zhǎng)期發(fā)展中形成了工業(yè)占比高的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)根本轉(zhuǎn)變需要一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程。結(jié)合天津市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，深入分析天津市環(huán)境空氣質(zhì)量超標(biāo)現(xiàn)象，得出天津市環(huán)境空氣質(zhì)量超標(biāo)主要是因?yàn)橐韵聨c(diǎn)因素。

（1）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重。 作為傳統(tǒng)的特大型工業(yè)城市，2019年天津第二產(chǎn)業(yè)占比達(dá)35.2%，盡管天津市通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造，大力發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，加快培育新的發(fā)展動(dòng)能，但產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換尚需時(shí)日。

（2）能源結(jié)構(gòu)偏煤。受冬季采暖需求突出等因素影響，煤炭占一次能源比例在45%以上。 外購(gòu)電比例約30%，明顯低于北京和上海（分別超過(guò)70%和40%）。 天津市石化產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達(dá)，揮發(fā)性有機(jī)物排放量大，隨著機(jī)動(dòng)車保有量持續(xù)增加，NOx排放量也不斷加大，二者為O3生成提供了充分的前體物條件，使O3污染問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)[5-6]。

（3）運(yùn)輸結(jié)構(gòu)偏公路。 天津公路貨運(yùn)比重較高，機(jī)動(dòng)車排放NOx貢獻(xiàn)突出，特別是占汽車保有量不到10%的柴油貨車排放占機(jī)動(dòng)車排放總量的70%。過(guò)境的貨運(yùn)車輛中，近2/3 是重型柴油車。

目前天津市在PM2.5問(wèn)題尚未解決情況下，O3問(wèn)題已逐漸凸顯并且逐漸嚴(yán)重，秋冬季PM2.5和夏季O3超標(biāo)是制約天津市空氣質(zhì)量改善的主要瓶頸，治理難度較大。此外，天津市正處在開(kāi)發(fā)建設(shè)的重要階段，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、各類施工項(xiàng)目散布點(diǎn)多面廣、強(qiáng)度大。雖然通過(guò)治理和監(jiān)管，有效提升了企業(yè)、工地等排放個(gè)體的環(huán)境績(jī)效，污染物排放總量有所下降，但由于企業(yè)多，工地多，造成污染源數(shù)量多，導(dǎo)致污染物排放總量仍然遠(yuǎn)超環(huán)境承載能力[7]。

十四五期間，天津市應(yīng)以聚焦PM2.5控制、協(xié)同控制O3污染為重點(diǎn)，研究提出至2035年生態(tài)環(huán)境根本改善的大氣環(huán)境質(zhì)量改善的目標(biāo)，以期在十四五末實(shí)現(xiàn)天津市環(huán)境空氣質(zhì)量顯著改善。

5 結(jié)論

本文主要研究了2013 ～2019年天津市環(huán)境空氣質(zhì)量變化情況和存在的問(wèn)題，深入分析了4 種超標(biāo)污染物時(shí)空變化特征，主要得出以下結(jié)論。

（1）2019年天津市環(huán)境空氣質(zhì)量雖大幅提高但仍超標(biāo)嚴(yán)重，僅SO2和CO 質(zhì)量濃度達(dá)到GB 3095―2012 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，PM2.5，PM10，NO2和O3質(zhì)量濃度均超標(biāo)，分別超標(biāo)0.46，0.09，0.05 和0.25 倍。

（2）與2013年相比，2019年天津市16 個(gè)區(qū)O3質(zhì)量濃度均大幅增加，其它污染物濃度均在減少。十四五期間，天津市應(yīng)以聚焦PM2.5控制、協(xié)同控制O3污染為重點(diǎn)，加大大氣污染治理力度。