城市雾霾污染的人体健康危害及生态环境损害的量化评估研究 ——以济南市为例

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城市化是人类文明发展的必然趋势。改革开放以来,中国的城市化水平不断提高,经济持续增长。然而,随着经济的飞速增长和城市化、工业化的快速推进,城市的生态环境也遭到了日益严重的破坏,尤其是产生了“雾霾”这种严重的大气污染现象,不仅危害人们的身体健康还会损害周边的生态环境,对城市复合生态系统的可持续发展造成了影响。雾霾已经成为生态环境危机中的重大问题,引起了全社会的广泛关注。济南市雾霾污染非常严重,自2013年以来常年位列中国雾霾“十大污染城市”,2017年被生态环境部确立为京津冀大气污染通道传输城市(即“2+26”城市)之一,济南市可以作为研究雾霾问题的一个典型城市。本研究从雾霾污染的朔源、人体健康风险损失、生态环境损害价值以及与经济增长的关系等多个方面,以济南市为例,开展了全链条评估,并重点量化评估了人体健康危害及生态环境损害。首先,探讨和分析了济南市雾霾污染的主要来源;其次,基于暴露-反应系数和相对危险度模型,估算了济南市人群各健康终端的健康效应变化量,并采用支付意愿法和疾病成本法对健康效应进行了货币化表征,估算了雾霾污染的健康经济损失;再次,基于虚拟治理成本法对济南市雾霾污染的生态环境损害价值进行了量化评估,并从区域尺度和行业尺度对生态环境损害价值进行了细化;最后,借助环境库兹涅茨曲线从年际尺度上对济南市的雾霾污染与经济增长之间的关系及规律进行了分析和探究。具体研究内容如下:第一,雾霾污染的来源分析。探讨了导致济南市雾霾产生的各项自然和人为因素。自然因素指地形和气候因素,人为因素包括工业布局、道路交通规划和重点污染源等因素,重点污染源包括燃煤、机动车尾气、工业生产中的废气、建筑工程中的扬尘和季节性秸秆焚烧。从全年尺度和季节尺度分析了济南市PM2.5和PM10的主要来源及其贡献率。从全年尺度上来看,2016和2017年对PM2.5贡献率最大的分别为燃煤(31.0%)和机动车尾气(32.6%),对PM10贡献率最大的均为扬尘(29.0%和34.2%)。从季节尺度上看,采暖季对PM2.5和PM10贡献率最大的均为燃煤(34.8%和27.5%);非采暖季和风沙季对PM2.5贡献率最大的均为机动车尾气(38.4%和30.3%),对PM10贡献率最大的均为扬尘(36.4%和53.8%)。另外,构建了济南市雾霾成因的故障树系统,更为直观和科学地分析济南市雾霾成因。第二,雾霾污染的健康经济损失评估。选择早逝(慢性效应死亡和急性效应死亡)、住院(呼吸系统疾病和心血管疾病)、门诊(内科和儿科)和患病(慢性支气管炎和急性支气管炎)这四类共八个健康终端进行评估。结果表明,2016年济南市PM2.5污染导致的健康效应变化量为88426人(95%CI:33827~133791人),占总人口的1.22%(95%CI:0.47%~1.85%)。其中,急性支气管炎患病人数最多,高达64151人(95%CI:24122~96430人),占健康效应总量的72%;慢性支气管炎患病人数和慢性效应死亡人数分列第二、三位;急性效应死亡人数最少,仅为684人(95%CI:326~1056人)。对健康效应进行货币化评估,2016年济南市PM2.5污染造成的健康经济损失共计1488310.6万元(95%CI:553319.0~2332729.0 万元),占 GDP 的 2.28%(95%CI:0.85%~3.57%)。其中,慢性效应死亡的经济损失最大,高达940392.5万元(95%CI:321195.2~1540684.5万元),占总健康经济损失的63%;其次为慢性支气管炎患病,经济损失为380889.6万元(95%CI:155313.6~534643.2万元),占比26%;急性效应死亡的经济损失大幅低于慢性效应死亡,但仍位列第三位,占比9%;急性支气管炎患病的经济损失大幅低于慢性支气管炎患病,仅占比1%;其余四个健康终端的经济损失相对较小,共占比1%左右。第三,雾霾污染的生态环境损害价值评估。结合《中国环境经济核算技术指南》,选取SO2、NOx、烟(粉)尘和VOCs作为评估对象。结果表明,2016年济南市雾霾4种主要污染物中烟(粉)尘的排放量最高(51569.85t),其次为VOCs和NOx(32083.50t和29347.49t),SO2最低(22838.98t)。采用修正的治理成本系数法计算得SO2、NOx、烟(粉)尘和VOCs的单位治理成本分别为805.48元/吨、7062.90元/吨、455.68元/吨和30253.33元/吨。在排放量和单位治理成本结果的基础上核算得济南市雾霾污染物的虚拟治理总成本高达121980.66万元,其中VOCs最高(97063.26万元),其次为NOx(20727.84万元),烟(粉)尘和SO2均相对较低。经环境功能敏感系数的调整,2016年济南市雾霾污染的生态环境损害数额(生态环境修复费用)的建议值为365941.98万元,占GDP的0.56%。区域尺度细化结果表明,排名前3位的为历城区、商河县和历下区,生态环境损害数额分别为142334.52万元、94088.13万元和84501.57万元,远高于其他区域,共占生态环境损害总数额的87.70%。行业尺度细化结果表明,黑色金属冶炼和压延加工业的生态环境损害数额最高(133427.09万元),其次为石油、煤炭及其他燃料加工业(85468.69万元),此外,化学原料和化学制品制造业,电力、热力生产和供应业,化学原料和化学制品制造业,以及非金属矿物制品业也较高,分别为51402.01万元、40187.79万元、29042.02万元和19940.56万元,上述6个行业共占生态环境损害总数额的98.23%。第四,雾霾污染与经济增长的关系。采用环境库兹涅茨曲线(EKC)研究方法,以2001年来各年度的经济数据和雾霾污染相关数据为基础,从时间尺度上探明了济南市的雾霾污染与经济增长之间的关系。除烟(粉)尘排放总量与人均GDP无明显关系外,其余五个指标与人均GDP的关系共呈现两种EKC类型:倒U型和倒N型。具体而言,工业废气排放量与人均GDP之间呈明显的倒U型曲线关系,201 1年出现拐点(4555×108m3,64331元);NO2年均浓度与人均GDP之间呈倒N型曲线关系,拐点出现在 2006 年(21μg/m3,36394 元)和 2013 年(59μg/m3,76044 元);SO2排放总量与人均GDP之间呈现较弱的倒N型曲线关系,201 1年出现较明显的拐点(120605吨,64331元);SO2年均浓度与人均GDP之间也呈较弱的倒N型曲线关系,2013年出现较明显的拐点(93μg/m3,76044元);PM10年均浓度与人均GDP之间同样呈现较弱的倒N型曲线关系,2013年出现较明显的拐点(191μg/m3,76044元)。研究结果显示济南市在201 1至2013年时段已经到达EKC的拐点,未来随着环境管理措施的进一步完善,济南市的生态环境质量有望进一步提高。此外研究发现环境存量指标与人均GDP之间关系的EKC拐点比流量指标的EKC拐点晚了两年,揭示了环境存量指标与流量指标在EKC拐点中的不同规律。本研究探讨了济南市雾霾污染的主要来源,有利于社会公众更清晰地了解雾霾形成的原因;量化评估了雾霾污染造成的济南市居民的健康经济损失,有利于社会公众和医疗机构更清晰地了解雾霾污染对人体健康的危害及其货币化损失,可为政府部门制定雾霾健康经济补偿及雾霾污染防治相关政策提供数据支撑和科学参考:量化评估了济南市雾霾污染所造成的生态环境损害价值,并从区域和行业尺度进行了细化,有效反映出若要修复已受损的生态环境所需付出的经济代价,可为政府部门更合理、更有针对性地制定雾霾污染防治相关政策提供数据支撑和科学依据;考察了济南市雾霾污染的EKC曲线特征,分析和探明了济南市雾霾污染与经济增长的关系及规律,有利于政府部门制定并完善环境管理相关政策法规,更好地实现经济增长与环境保护的双赢。本研究在一定程度上填补了中国城市雾霾污染全链条评估研究的空白,对于济南市以及中国城市雾霾污染管理具有较好的科学和实践指导价值。
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