第17卷第3期 重庆科技学院学报(自然科学版) 2015年6月 西安市PM 2.5污染水平时空分布特征 及其成因分析 李凤 纵孟 晁代强 易俊 , (1.重庆科技学院安全工程学院,重庆401331;2.重庆市安全生产科学研究院,重庆401331) 摘要:在研究西安市2013年1—4月份的PM2.5污染水平的基础上,对PM2.5质量浓度逐日变化规律和各月份 分布情况进行分析,结果显示西安市1—3月份的PM2.5污染较为严重且质量浓度值震荡性显著,4月份PM2.5质 量浓度值相对偏低且较平稳。然后通过每个观测点统计各级别AQI出现的频率,描述每个观测点的污染状况,计算 AQI指标各监测物质的相关性矩阵,结果显示PM10与PM2.5的相关性最大,CO、SO 和NO:与PM2.5呈显著正相 关,结合西安市的实际情况分析PM2.5指标的成因。 关键词:PM2.5;污染特征;相关性矩阵 中图分类号:X513 文献标识码:A 文章编号:1673—1980(2015)03—0121—04 大气与人类生存息息相关,但是随着工业的发 展,空气污染日益严重。大气中的悬浮颗粒物造成 各月份分布情况来描述其时间变化规律。 1.1.1 PM2.5质量浓度逐日变化规律 的雾霾天气更加频繁,由此给人体健康和环境带来 危害,成为制约社会经济发展的重要因素¨I2 J。随 着环境空气质量指数(AQI)标准的实施,细颗粒物 利用Excel表绘制了2013年1—4月份西安市 PM2.5平均质量浓度变化规律图(图1),并对其进 行分析。 PM2.5(粒径≤2.5 m)作为学术界的新课题开始 进入公众视线。PM2.5粒径小、表面积大,有害物 质更易于附着并积累,因而对人体和环境的危害 性远大于粗颗粒物。近年来国际上对我国大气中 冒6o。 ・500 蔷伽 艇300 刺PM2.5进行的大量实验和研究成果表明,我国气溶 胶细微颗粒物污染程度有进一步恶化的趋势,研究 200 ’c ,i 100 富 0 PM2.5的污染特征和成因迫在眉睫 。以颗粒物 污染较为严重的西安市为研究对象,选取覆盖西安 日期(mm—dd1 市主要区县的13个PM2.5质量浓度监测点,对其 2013年1—4月份PM2.5污染的特征及其成因进 行分析 图1 2013年1—4月份西安市PM2.5 全市平均质量浓度变化规律图 1 西安市PM2.5的时空分布规律及污染 评估 1.1 西安市PM2.5质量浓度的时间变化规律 从图1可知,西安市2013年1月1日至4月26 日的日均PM2.5浓度在5O~500 I ̄g/m 变化。从 2013年1月1日开始,污染物逐渐积累,到1月8日 PM2.5质量浓度达到第一次高值,为364 I ̄g/m ,将 24 h PM2.5小时平均质量浓度作平均,得到PM2.5 日平均值为220 g/m ,1月9日PM2.5的质量浓度 相关资料显示,气象条件对大气污染水平有较 大影响 ]。为了使气象因素的影响降到最小,本次 研究主要通过分析西安市PM2.5逐日变化规律和 收稿日期:2014—09—02 逐渐降低。之后几天空气状况较好,颗粒物的质量 基金项目:国家自然科学基金项目(91024031);重庆科技学院研究生科技创新项目(YKJCX2013016) 作者简介:李凤(1990一),女,河南安阳人,重庆科技学院在读硕士研究生,研究方向为安全技术及工程。 ・12l・ 李凤,等:西安市PM2.5污染水平时空分布特征及其成因分析 浓度逐渐增大,1月19日PM2.5平均质量浓度增加 至42 I.Lg/m ,到1月29日PM2.5日平均值为240 Ixg/m 。值得注意的是,2月10日是中国的传统佳 节——春节,由于鞭炮燃放造成污染物质量浓度 日平均最高值达500 g/m 。在随后的观测中,西安 市区颗粒物污染较前一段时间降低,但仍有数个污 染高值出现,如2月16日PM2.5平均质量浓度达 到306 la,g/m ,2月24日(中国的传统节日——元 宵节)达到333 I,zg/m。,元宵节后第2天达到32 la,g/m 。 根据《环境空气质量标准》(GB3095—2012) J, PM2.5日平均浓度二级标准限值为75 I,zg/m 。在 1—2月份PM2.5的质量浓度日平均值分别达到 249,245 I ̄g/m ,超过标准3.3倍,3月份PM2.5的 质量浓度日平均达到162 txg/m ,超过标准值2.2倍 多。按照中华人民共和国国家环境保护标准《环境 空气质量指数(AQI)技术规定》 J,在1—3月份西 安市区环境空气质量为重度污染,在4月份PM2.5 的质量浓度虽然相对比较平稳,且总量较低,但是4 月份空气质量为良的天数在总观测天数中的比例仅 为35%。由此可见,在1—3月份冬春季采暖期间 大气颗粒物污染较为严重,并且由于西安春季干燥 少雨且易受来自于西北地区沙尘的影响,大气的污 染程度较为严重。 1.1.2 PM2.5质量浓度月变化规律 2013年1—4月份PM2.5的月平均质量浓度 分别为249,245,162,112 g/m ,可见PM2.5在冬 春采暖期间的月均浓度远大于其他月份,如1月份 PM2.5的月平均质量浓度最高,是4月份的2倍多。 为了更直观地描述PM2.5质量浓度在不同月份的变 化情况,以50 Ixg/m 为间隔,统计了观测期间不同质 量浓度的PM2.5在每个月出现的天数在每月统计天 数中的比例(图2)。 60 50 旃40 萋 1O O 图2各月份PM2.5质量浓度出现频率分布图 由图2可见,西安市区4月份PM2.5质量浓度 ・l22・ 在51~100 Ixg/m。范围内出现的天数占本月统计天 数的50%,在101~150 I,zg/m 浓度范围内出现的天 数占到了30%。4月份PM2.5质量浓度在201— 300 I,zg/m 范围内出现的比例却不足5%,大于 300 I.zg/m 的天数为零;3月份PM2.5质量浓度在 101~150 la,g/m 范围内出现的天数占本月统计天数 的46%,在151~200 txg/m 浓度范围内出现的比例 为24%,均高于统计范围内的其他月份。值得注意 的是:2月份PM2.5质量浓度在201—300 g/m 范围 内出现的天数比例为22%,大于300 la,g/m 范围的 比例达到了36%,仅次于1月份。1月份PM2.5质 量浓度在201~300 g/m 范围内出现的天数所占 比例为27%,大于300 I.zg/m 范围的天数所占比例 高达40%,均高于统计范围内的其他月份。分析认 为西安市区在1—3月份冬春季采暖期间大气颗粒 物污染较为严重,大气中PM2.5质量浓度较高,空 气质量指数为重度污染和严重污染,4月份的空气 质量指数较前3个月有较大改观。 西安是典型的煤烟污染型城市,1—3月份是 煤等燃料消耗的高峰期,因此SO 和NO 的排放量 偏高,而且在此期间地表温度低,大气稳定度较高, 加之较少的降雨和较弱的光照,导致比较频繁的逆 温现象,以致大气污染物不易于扩散,从而导致污染 物的浓度急剧升高。 1.2西安市PM2.5质量浓度空间分布规律 根据《环境空气质量标准》中计算空气质量指 数的方法 ],首先计算了各监测点2013年1月1日 至4月26日每天的空气质量指数,并根据相关标准 对各个监测点每天的空气质量指数进行了级别划 分,然后统计监测期间西安市13个观测点各级空气 质量指数出现的频率(表1)。 表1直观地体现了各区的污染状况。广运潭的 污染最为严重,空气质量指数级别超过Ⅱ级的概率 高达78%;高压开关厂、市人民体育场、高新西区和 草滩的污染程度也令人堪忧,其空气质量指数级别 超过Ⅱ级的频率都超过70%。 2 PM2.5的相关因素分析 PM2.5的成分主要由水溶性离子、颗粒有机物 和微量元素等组成。有研究认为,AQI监测指标中 的二氧化硫(SO ),二氧化氮(NO:),一氧化碳 (CO)是在一定环境条件下形成PM2.5前的主要气 态物质。为了分析PM2.5形成的主要原因,本次研 李凤,等:西安市PM2.5污染水平时空分布特征及其成因分析 究对AQI指标中6个基本监测指标的相关性与 性进行分析,进而分析PM2.5与其他5项分指标及 其对应污染物含量间的相关性,相关性矩阵如表2 所示。 % 表1各观测点空气质量指数(AQI)频率统计表 表2 AQI指标中6个基本监测指标的相关性分析表 PM10与PM2.5的相关性最大,为0.743 883。 1—4月份的PM2.5污染水平进行分析,确定了其 CO、SO2和NO:也与PM2.5在含量上呈显著正相 关。事实上,CO是煤炭等化石燃料不完全燃烧的产 物,因此与PM2.5的含量有绝对的正相关性;SO,和 随着时间和空间变化的分布特征,并通过因素相关 性分析,确定了各AQI检测指标之间的相关性特 征,为西安市完善PM2.5治理导则和实施治理提供 了依据。 参考文献 NO 是生成硫酸盐、盐、铵盐的前体物质,理应 与PM2.5有很大的相关性;而0 具有强氧化性,极 易将CO、SO:和NO2氧化,进而抑制PM2.5质量浓 度的增加,从表中数据亦可以看出,0 与PM2.5、 CO、SO2和NO 在含量上呈负相关。 [1]Zhang R J,Wang M X,Xia X G.Chemical Composition of Aerosols in Winter or Spring in Bering[J].Journal of En— vironmental Sciences,2002,14(1):7—11. 3 结语 [2]Dockery D W,Schwartz J,Spen ̄er J D.Air Pollution and 本次研究通过对西安市13个监测点在2013年 Daily MortMi ̄:Associations with Particulates and Acid ・】23- 李凤,等:西安市PM2.5污染水平时空分布特征及其成因分析 Aerosol[J].Atmospheric Environment,1992,59:362 —54—56. 373. [5]全国量和单位标准化技术委员会.GB 3095—2012环 境空气质量标准[s]. [6]HJ 633—2012环境空气质量指数(AQI)技术规定(试 行)[s]. [3]毛节泰,张军华,王美华.中国大气气溶胶研究综述 [J].气象学报,2002(5):625—634. [4]任海燕.认识PM2.5[J].中国科技术语,2012,14(2): The Temporal and Spatial Distribution Characteristics of PM2.5 Pollution Level in Xi an LI Feng ZONG Meng CHAO Daiqiang。 YI Jun ‘ (1.College of Safety Engineering,Chongqing University of Science and Technology,Chongqing 401331,China; 2.Chongqing Institute of Safety Science and Technology,Chongqing 401 33 1,China) Abstract:This paper studied the pollution level of PM2.5 in Xi an,by analyzing daily variation and each—month distribution of PM2.5 concentration presented by Exce1.The result shows that PM2.5 pollution is more serious and turbulent signiifcantly during January to March.At the same time,PM2.5 concentration is generally lower and smoother on April.By counting each AQI level S occurrence frequency in the total observation days for each moni- toring point,this paper described the pollution status of each monitoring point,thus displayed the spatial distribu— tion characteristics of PM2.5 in Xi an.This paper calculated the correlation matrix of every AQI monitoring index. indicating that the positive correlation between PM10 and PM2.5 is the highest.At the same time,CO,SO2 and NO2 also showed a significant positive correlation with PM2.5,and therefore revealed the causes of PM2.5 with ac— tual evidences in the city. Key words:PM2.5;pollution characteristics;correlation matrix (上接第105页) Development and Application of the Hydraulic System in High Pressure Multilateral Wells L/Min LI Ruiqiang YAN Rentian (I.GWDC Engineering Research Institute,CNPC,Panjin Liaoning 124010,China; 2.School of Mechanical Engineering and Automation,Dalian Polytechnic University, Dalian Liaoning 1 1 6034,China) Abstract:The action of the hydraulic system is an important factor affecting the successful application in muhilater— al wells.Because of the performance of drilling fluid in high pressure is different from conventional mud,the hy— draulic part manufacture by the acceptance tolerance in old machining horn3 could not move in high pressure.In this paper,in order to solve the failure of hydraulic system in high pressure environment,the fit tolerance of the hy— draulic cylinder was optimized based on finite element simulation and external pressure test.The application of the improved tools in a multilateral well of Kazakhstan Kenjiyake,the tool could conquer the adverse effects by high pressure environment and successfully completion. Key words:high pressure;multilateral wells;hydraulic system;structure optimization ・124・