兰州城区大气污染物分布特征分析，本文主要内容关键词为：兰州论文,污染物论文,大气论文,特征论文,城区论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
兰州市位于青藏高原东北边缘的河谷盆地之中，是一个以石油化工、机械制造、金属冶炼和毛纺织业为主的工业城市，整个市区呈西高东低走向，全市共分为四个行政区：西固区、安宁区、七里河区、城关区。市区中心海拔高度为1520m，城区南北两山对峙，南山——皋兰山海拔2129m，北山——九州台海拔2067m，市区东西长约35km，南北宽约2～ 8km。黄河自西向东贯穿全市，构成典型的哑铃状东西两块盆地，由于特殊的地形，形成了兰州市特有的污染气象条件：风速小、大气层结稳定、逆温频率高且厚度厚，加之冬季比较长且寒冷，空气相对干燥，工业及生活采暖燃煤量大，是典型的煤烟型污染城市。
1 污染现状
根据2000年兰州市城市污染浓度监测值分析结果可知，影响兰州市空气质量的主要大气污染物依次为：TSP、SO[，2]、NO[，x]。全年平均为重度污染，采暖期为严重污染，非采暖期为轻度污染。污染源按性质可分为工业污染源，生活污染源，交通污染源三种。采暖期污染严重（主要是冬季采暖），能源结构以燃煤为主，自然降尘量大，绿化及植被差，扬沙和浮尘天气也随之增多，气象因素影响突出（如静风、逆温、下沉气流等）。
2 兰州市城区源排放量及区域分布
图1 2000年兰州市城区污染物排放量
Fig.1 The pollution emission Lanzhou city in 2000
2.1 总源排放量分布
2000年兰州市城区烟尘主要由工业源排放，占总源烟尘排放量的64％；SO[，2]主要由工业源和生活源排放，分别占67％和24％；NO[，x]主要由工业源和交通源排放，分别占56％和30％。（如图1）。这是因为工业源污染物排放量大且大多数为连续排放，而生活源排放量并不大，大部分为间歇排放。
2.2 污染物排放量区域分布
2000年西固区的主要污染物的排放量最大，这主要是西固区工业源分布较多，较密集。其烟尘年排放量占全城区烟尘年排放总量的57.15％，SO[，2]年排放量占全城区SO[，2]年排放总量的56.22％，NO[，x]年排放量占全城区NO[，x]年排放总量的61.82％；城关区次之，其烟尘、SO[，2]和NO[，x ]排放量分别占24.50％、28.43％和 27.04％；七里河区则相对较小，其烟尘、SO[，2]和NO[，x]排放量分别占10.63％、10.48％和7.99％；安宁区最小，其烟尘、SO[，2]和NO[，x]排放量分别占7.72％、4.87％和 3.15％。（如图2）
图2 2000年兰州城区大气污染物排放量区域分布
Fig.2 The area distribution of emission of Lanzhou city
3 城区污染源及污染物网格分布
将计算区域的水平范围取为东西39km，南北宽 19km，水平以均匀网格，1km×1km。污染源按排气筒的高度可分为三层：高架排放源（≥100m）、中架排放源（30—100m）和低架排放源（＜30m）。各污染源在兰州市城区网格内的分布，兰州市生活源分布以城关区最多，其次是七里河区、西固区和安宁区；工业源分布以西固区最多，其次是城关区、七里河区和安宁区；将生活源与工业源同时考虑可定义为叠加源，其分布以城关区最多，其次是七里河区、西固区和安宁区。2000年兰州市区工业源的烟囱个数为 502个，生活源为1332个，合计1834个。高架源7个，全部在工业源中；中架源30m—100m的烟囱为667个，工业源占27％；低架源30m以下烟囱为1160个占烟囱总数的63％。可以看出低架污染物排放源的数量较多，且排放高度较低，对市区居民生活和工作环境产生直接污染，对兰州市区空气污染也起到了的一定的影响。见表1
表1 兰州城区污染源排放高度（烟囱）的分布
┌───┬────────────┬───┐
│ │排气筒高度 │ │
│ 类别││ 合计│
│ ├───┬────┬───┤ │
│ │＜30m │30—99m │≥100m│ │
├───┼───┼────┼───┼───┤
│工业源│ 315 │180 │7 │ 502 │
│生活源│ 845 │487 │ │ 1332│
└───┴───┴────┴───┴───┘
Tab.1 The distribution of smokestack height in Lanzhou city
3.1 工业源烟尘、SO[，2]和NO[，x]年分担率分布
如图3所示，网格内工业源烟尘，SO[，2]（图略）和 NO[，x]（图略）分担率＞1％的网格分布比较分散，基本上呈现“点”状孤立分布，烟尘年分担率最大的是兰化化肥厂为32％，其次是西固热电厂26％，兰州钢厂 6.2％，兰州铝厂3.7％，甘肃铝厂、铁路局、兰州第二热电厂均为2.5％，其余各点均在1.1％—1.6％之间；SO[，2]年分担率最大的是西固热电厂为55％，其次是兰州第二热电厂13％，位居第三的是兰化化肥厂11％，其余各点均在1.2％—1.6％之间；NO[，x]年分担率最大的是西固热电厂为46％，其次是兰州第二热电厂11％，兰化化肥厂与兰州铝厂连片分布，合计为9％，兰州炼化公司3.5％，其余各点均在1.1％—3.0％之间。
图3 2000年兰州市城区工业源烟尘分担率分布
Fig.3 The share percentage of industrial sourced smokdeust air pollution in Lanzhou city（2000）
3.2 生活源烟尘，SO[，2]和NO[，x]年分担率分布
如图4所示，网格内生活源烟尘，SO[，2]（图略）和 NO[，x]（图略）分担率＞1％的网格分布明显较集中，基本上呈现“面”状联片分布，各种污染物分担率分布区域均为城关区最大，其次分别是七里河区、安宁区和西固区。而烟尘年分担率最大中心出现在城关区为 3.7％，最小中心出现在安宁区为1.5％，七里河区、西固区分别位居第二和第三，其值分别为2.6％和1.5％；而SO[，2]年分担率最大中心出现在西固区为5.7％，城关区、七里河区并列第二，为4.3％；NO[，x]年分担率最大中心出现在城关区、七里河区，均为4.4％，其次是安宁区和西固区，其中心值分别为1.5％和1.0％。
图4 2000年兰州市城区生活源烟尘分担率分布
Fig.4 The same as fig.3,but for residential air pollution souces
3.3 叠加源烟尘，SO[，2]和NO[，x]年分担率分布
网格内叠加源年分担率＞1％网格分布更加集中，基本上呈现“区域”状大范围联片分布，城关区和七里河区相连，西固区几个重点源和周围生活区相连。如图5，烟尘排放量最大的污染源是兰化化肥厂占31％，其次是西固热电厂占29％；兰维集团公司占12％；兰钢占7.1％；兰州铝厂、二热电厂、甘肃铝厂、兰州机车厂、沙井驿建材公司、兰练化工总厂在4.2％—1.8％之间。这10家企业烟尘分担率合计大于95％；区域各网格年分担率之和仅占5％；SO[，2]排放量最大的污染源是西固热电厂占57.2％，其次是二热电厂 10.6％；兰化化肥厂6.9％；兰炼化工总厂、兰钢、兰维集团、兰州铝厂、兰石机械厂、兰州平板玻璃厂、黄河啤酒厂在4.4％—1.2％之间，这10家企业分担率合计为93.1％（图略）；NO[，x]排放量最大的污染源是西固热电厂占53％；其次是二热电厂15.6％；兰化化肥厂 14.3％；兰维集团、兰州煤气厂、兰石机械厂、兰州平板玻璃厂、兰钢、兰炼化工总厂、黄河啤酒厂在3.8％—1.0％之间，这10家企业分担率合计大于95％。
从以上分析可知，城市的生活源是以低架面源为主，各网格所占年分担率并不大，但影响的范围较大。从全城区水平方向来看，城关区最重，其次是七里河区和西固区，安宁区最轻。工业源分担率较集中，主要是兰化化肥厂，西固热电厂，兰州二热电厂，兰州钢厂等几个大型企业。在西固区和城关区各出现了一个年分担率高值中心，西固区比城关区年分担率值高，分析其原因是西固电厂比城关区二热厂排放量大的结果。工业源和生活源同时排放时，污染浓度和地形走向、污染源分布相一致，主要的高值中心有3个：西固电厂南部、城关区铁路局和七里河西站一带。此外还出现了几个离散高值中心，特别是兰州钢厂，南关什字，翠英门等地。另据研究表明，在天气形势比较稳定的情况下，工业污染源对兰州市空气污染的影响主要体现在300m高度左右的大气层，而生活污染源主要影响兰州市近地面的空气质量。
图5 2000年兰州市城区叠加源烟尘分担率分布
Fig.5 The same as fig.3,but for superimposed air pollution souces
（图3-5中，虚线为地形线，实线为等值线，网格线为污染源网格分布，其中数值为各网格分担率）
4 结论
（1）由于特殊的地形特征，造成了兰州市特有的污染气象条件，风速小，大气层结稳定，逆温频率高且厚度厚，加上冬季较长，空气寒冷干燥，工业源、生活源采暖耗煤量大，是典型的煤烟型污染城市。
（2）影响兰州市城区的大气污染物，烟尘排放量主要来自工业源，SO[，2]排放量主要来自工业源和生活源，NO[，x]排放量主要来自工业源和其他源（主要是交通源）。
（3）工业源呈点状分散分布，分担率分布较集中，由此源排放的大气污染物，在网格上出现3个年分担率高值中心，主要分布在兰化化肥厂，西固热电厂，兰州二热电厂和兰州钢厂一带，年分担率值由高到低分别是：西固区，城关区，七里河区和安宁区。
（4）生活源呈面状联片分布，由生活源排放的大气污染物，在网格上出现3个年分担率高值中心，由高到低分别是，西固区最高，城关区次之，其次为七里河区和安宁区。
（5）叠加源呈区域状大范围分布，由叠加源排放的大气污染物，在网格上出现3个年分担率高值中心，分布在西固电厂南部、城关区铁路局和七里河西站一带，此外还出现了几个离散高值中心，分布在兰州钢厂，南关什字，翠英门等地。