学文网摘要：研究以开封市市区近10年的环境空气质量监测数据为依据，综合分析该区域的空气质量状况、变化趋势及其污染原因。据分析，开封市的大气状况为典型的煤烟型污染，依据国家环境质量二级标准（GB3095-1996），开封市总悬浮颗粒物和可吸入颗粒物浓度年均值历年超标率为90%，污染损害指数最大，近十年浓度年均值呈显著上升趋势；二氧化硫浓度部分年份超标，超标率为30%，污染损害指数较小，2003年后浓度逐年明显下降；氮氧化物历年均未超标，基本处于受控状态，近十年整体浓度呈现极微弱的上升趋势。
关键词：空气质量；污染损害指数；开封市
中***分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-08-0153-2
0 引言
随着社会经济持续发展，城市规模扩大，城市环境问题也日益突出，特别是城市环境空气质量状况的恶化给人们的生产和生活带来了诸多的影响，并将成为制约今后经济发展的主要因素之一[1-4]。本研究利用开封环境空气质量定点监测资料，探讨城市发展过程中空气质量变化趋势及其影响因素，并提出建议和对策，为有关部门进行环境质量评估提供参考。
1 开封市环境空气污染状况
上世纪末，开封市空气烟尘污染较为严重。据资料显示，开封市空气污染以煤烟型为主，煤烟型污染是以尘和SO2为代表的污染类型[5]。主要污染因素有：气候和人为原因造成的风沙扬尘、建筑施工尘，燃煤污染，机动车尾气污染和饮食业烟尘油烟污染等[6]。近几年，市有关部门对燃煤锅炉和饮食业烟尘油烟污染进行了集中整治，并加强施工工地现场管理，采取措施防止扬尘，环境空气状况有所改观，但环境形势依然严峻。
2 数据收集与处理
2.1 数据来源
文中所用数据来自开封市空气自动监测站、1999-2008年河南省统计年鉴和1999-2008年开封市环境状况公报。
按人口和功能区布点法，开封市环境监测站在城区设立了4个环境空气质量常规监测点，分别为：龙亭旅游品商场（商业、旅游及居住混合区），纱厂（工业、居住混合区），柴油机厂（工业、交通混合区）、世纪星幼儿园（交通、居住混合区）。
1999-2008年的主要监测指标SO2、NO2、TSP（2004年以后为PM10）的年均值见表1。
表1 1999-2008年开封市主要空气污染物浓度（mg/m3）[6]
注：由于测量项目不同，大气颗粒物1999-2003年以总悬浮颗粒物为监测指标，2004-2008年以可吸入颗粒物为监测指标。
另附：
表2 各主要监测指标的国家环境空气质量二级标准[7]
2.2 数据分析处理方法
本研究先采用污染损害指数法来分析污染因子对开封市环境空气质量的危害程度，然后通过国内外常用的污染趋势定量分析方法――相关系数法来分析开封市大气污染的变化趋势[8，9]。
除此之外，本研究还进行了各主要污染物年际变化分析，探讨各污染物的浓度与城市人口数量、市GDP总值、工业企业数量、民用汽车总量等因素之间的关系，旨在找出对环境污染贡献较大的因素，为决策部门提供参考意见。
3 结果分析
3.1 整体空气质量的污染状况分析
3.1.1 单因子的污染损害指数 国内外学者已经提出了多种环境空气质量评价方法，常见的有污染指数法、模糊评价法、灰色聚类法等。但这些方法都存在各自的不足[10，11]。污染损害指数公式是我国学者李祚泳借鉴空气污染损害率评价法后提出的，能应用于多种污染物的空气质量评价[12-15]。
空气污染损害指数公式[13]如下：
其中xj为用下式表示的污染物j浓度的相对值：
两式中：Ij――空气污染物的污染损害指数；
Cj――污染物j的实测浓度；
Cjo――为污染物j的设定的“基准”浓度值（表3）。
表3 空气污染物的“基准”浓度值[13]
根据空气污染损害指数公式，计算出各监测指标的污染损害指数见表5。
3.1.2 污染损害综合指数 受m种污染物污染的空气污染损害综合指数计算公式为[13]:
式中：Wj――为污染物j的归一化权值（表4）。
表4 环境空气质量级别与污染损害指数的对应关系[13]
由上述公式计算出历年污染损害综合指数见表5。
表5 1999-2008年开封市主要空气污染物污染损害指数
整体上看，开封市近十年总体状况为轻度污染。2004年污染损害综合指数达19.7，中度污染，为历年环境空气质量最差的一年。从各污染物单因子损害指数来看，以TSP与PM10为代表的大气颗粒物污染贡献最大，全年污染损害指数均值超过12.5。
3.2 主要大气污染物的变化趋势分析
污染趋势定量分析方法――相关系数法采用了Daniel趋势检验，使用了Spearman相关系数，公式如下[16,17]：
式中：N――时间周期（年）；
di――变量Xi和Yi的差值，即：di=Xi-Yi；
Xi――周期Ⅰ到周期N按浓度值从小到大排列的序号；
Yi――按时间排列的序号。
如果rs为正值表示呈上升趋势，若rs为负值则表示有下降趋势。用秩相关系数rs与Spearman秩相关系数统计表中的临界值Wp进行比较，若rs>Wp，则变化趋势显著，有意义；若rs
3.2.1 大气颗粒物 1999-2007年，无论监测指标是TSP还是PM10，年均值均超过国家二级标准，只有2008年PM10年均值未超标，TSP历年超标率为100%，PM10历年超标率为80%。从污染损害程度方面分析，2004年的污染损害指数为历年最高，达21.5，属中度污染；2008年损害指数最低，为7.9，属轻度污染。对1999-2008年连续10年的监测数据（表1）、污染物损害指数（表5）及趋势进行分析，TSP的rs=-0.6，│rs│ Wp（0.9）。结果表明：大气颗粒物为主要污染物；1999-2003年开封市环境空气中TSP浓度处于下降趋势，但下降趋势不显著；2004-2008年PM10浓度也处于下降趋势，且下降趋势显著。
3.2.2 SO2与NO2 开封市热能源以煤为主，SO2主要来自煤炭燃烧。1999-2003年开封市大气环境中的SO2浓度呈逐年上升的趋势。从2004年起呈现波动下降趋势，到2008年SO2浓度年均值减少到历年最低值0.038mg/m3。近十年间，SO2浓度除了2003、2004和2006年超标之外，其余7年均低于国家二级标准，超标率为30% 。SO2年平均值为0.056mg/m3，接近国家二级标准阈值。污染损害指数属于轻度污染。经检验，1999-2008年SO2的rs=0.236
NOx浓度全年变化较为平稳，近十年都控制在国家二级标准之内。由***4可看出2001-2008年，开封市NOx变化规律与SO2大体一致。经检验，NOx的rs=0.03
3.2.3 NOx/SO2 近十年间，空气中各种污染物浓度呈现出不同的消长趋势，使开封市空气污染的总体特征也发生改变。总体看来，开封市环境空气污染为煤烟型污染，但在2001年之前环境空气污染更接近汽车尾气型污染，2000年NOx/SO2的比值[18]是10年间的最高值1.389。2001年以后，除了个别年份有所波动之外，NOx/SO2的比值总体表现出缓慢增长的态势，2003年NOx/SO2的rs=0.943>Wp（0.829），说明2003-2008年NOx与SO2的比值呈明显上升趋势。若按此趋势发展，并考虑到民用汽车拥有量的增长，开封市环境空气有可能会由煤烟型污染转化为煤烟和汽车尾气复合型污染。
4 结论
（1）1999-2004年开封市整体环境空气质量介于轻度污染和中度污染之间，自2004年来各监测指标对环境空气的综合损害指数逐年下降，且SO2与PM10的浓度年均值呈明显下降趋势，可见近年整体环境空气质量在提高。随着环保工作力度的进一步加大，开封市整体环境空气质量有从轻度污染转为清洁的可能性。
（2）通过对各主要污染物浓度年均值损害指数和变化趋势分析发现，大气颗粒物（TSP、PM10）近十年年均污染损害指数最大，达到中度污染，其浓度呈逐年降低趋势。SO2和NOx的污染损害程度较小，2006-2008年间污染状况有较明显改善。
（3）自2003年起，SO2和NOx的比值呈显著上升趋势，由此可说明开封市环境空气正由煤烟型污染向煤烟和汽车尾气复合型污染转化。
参考文献
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作者简介：蔡晓强（1982-），男，河南周口人，硕士，开封市环境监测站助理工程师，研究方向：环境化学及其应用技术。
通讯作者：段海静（1983-），女，河南新乡人，硕士，河南大学环境与规划学院实验师，研究方向：土壤环境污染与保护。
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