珠江三角洲一次大范围灰霾天气下的空气污染特征分析
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环境科学导刊 2009, 28 (4) : 78 - 82 CN53 - 1205 /X ISSN1673 - 9655
珠江三角洲一次大范围灰霾天气下的 空气污染特征分析
刘 俊 1 , 袁 鸾 1 , 刘衍君 2 (11广东省环境监测中心 , 广东 广州 510045; 21聊城大学环境与规划学院 , 山东 聊城 252059)
二次污染物包括 O3 和 PM215 。期间 O3 区域平 均浓 度 为 01067mg /m3 , 比 2006 年 区 域 年 均 值 (01048mg /m3 ) 高出 3916% , 涨幅明显超过一次 污染物 。
灰霾本质上是由细粒子 PM215污染造成 , PRD 网在天湖 、万顷沙有监测 PM215 。这两个子站都是 区域站 , 其中天湖位于珠三角最北端 , 工业 、人为 活动干扰少 , 可以反映珠三角相对清洁地区的空气 质量状况 ; 万顷沙位于广州南部郊区 , 在珠三角的 几何中心 , 用于监测珠三角地区内部污染物的传输 过程 。
根据 ( 2006 年广东省气候公报 ) , 2006 年广 东省平均出现灰霾 7415d /站 , 珠江三角洲大部分 区域大于 100d, 其中新会 、珠海 、恩平 、东莞霾 日在 200d以上 。作为中国四大灰霾严重污染地区 之一 , 珠江三角洲覆盖广州 、深圳 、东莞 、佛山 、 中山 、珠 海 、江 门 、肇 庆 、惠 州 9 个 城 市 , 约 3000万人口 。因此 , 揭示珠江三角洲灰霾与环境 的关系对城市的可持续发展和保护人民群众的身体 健康有非常重要的现实意义 。 1 时段选取及数据来源
一次污染物包括 SO2、NO2 、 PM10 , 此次灰霾 期间 三 者 的 区 域 平 均 浓 度 分 别 为 01062mg /m3 、
珠江三角洲一次大范围灰霾天气下的空气污染特征分析 刘 俊
01051mg /m3 、01098mg /m3 , 可见 PM10接近国家二 级标准的年均值限值 , 而 SO2 和 NO2 均未 超出 。 若与 对 应 的 2006 年 区 域 年 均 值 ( 01052mg /m3 、 01045mg /m3 、 01077mg /m3 ) 比 较 , 则 分 别 高 出 1912%、1313%、2713% , 可见一次污染物水平全 部偏高 , PM10涨幅最大 。 212 二次污染物水平
摘 要 : 利用粤港珠江三角洲区域空气监控网络的监测结果 , 对 2006年 10月珠江三角洲一次大范围 灰霾过程进行分析 , 研究灰霾天气下珠江三角洲的空气污染特征 。研究表明 : 灰霾引起空气质量恶化 , 细 颗粒物在可吸入颗粒物中比重上升 , 多项污染物发生超标 , 臭氧是首要污染物 。时间分布上 , PM215和 O3 日均值浓度出现峰值相比 SO2 、NO2 、 PM10滞后数日 , 各站污染物的逐时变化曲线随着各自的主要影响因 素不同而表现出不同的特征 。空间分布上 , 珠三角空气污染的区域性特征比较明显 , 其中佛山 - 广州 - 东 莞一带是珠三角的污染核心区 。
— 79 —
环境科学导刊 第 28卷 第 4期 2009年 8月
21412 逐时变化 SO2 、NO2 、 PM10 、O3 的逐时变化曲线如图 3
所示 。
图 1 珠三角区域各污染物的逐日变化趋势 图 2 珠三角区域两种污染指数的逐日变化趋势Biblioteka 图 3 4种污染物的逐时变化图
2006年 10月 21 日广州市气象台发布黄色灰 霾预警信号 , 广州市区最小能见度低至 115km , 并
收稿日期 : 2009 - 03 - 16 基金项目 : 国家 973计划课题 ( 2002CB410801) ; 国家 863 重大 项目 ( 2006AA06A308) 。 作者简介 : 刘俊 (1977 - ) , 男 , 江西吉安人 , 工程师 。
表 1汇总了珠三角各站 19日至 24日超标污染
物的分布情况 : 珠三角在 20 日首先出现较大范围
的超标 , 13个子站中有 6 个监测到超标 , 且超标
项目合计有 10项 ; 22日情况最为严重 , 作为二次
污染物的 O3 大规模爆发 , 共造成 8 个站点超标 , 超标项目合计有 11 项 ; 然后 23 日 、 24 日趋于缓
SO2 逐时变化曲线与 NO2 非常相似 。 O3 逐时变化曲线都是单峰型 , 在 14时左右达 到最高 , 此时紫外辐射最强 , 光化学反应最强 。值
有万顷沙是单峰型变化 , 万顷沙位于郊区 , 站点附 得注意的是 , 天湖峰值持续时间很长 , 14 时至 19
近以农村居民为主 , 机动车流量的变化跟上下班关 时都处于高峰期 , 究其原因可能是 : 天湖站点处于
NO2 逐时变化曲线可分为三类 : ①双峰型 。城 市站基本上都是双峰型变化 , 双峰分别出现在上午
围 , 受排放干扰小 , 相对清洁 , 浓度变化幅度十分 小 , 因此表现为一条比较平缓的曲线 。比如天湖就
和晚上 , 与市民上下班高峰期一致 , 是由机动车密 是如此 。
集排放造成 。一般来说 , 下午是一天中空气扩散条 件最好的时段 , 所以污染物在下午会呈现低谷 。荔 园和紫马岭就代表了此类城市站点 ; ②单峰型 。只
— 78 —
且周边城市也出现不同程度灰霾 。期间珠三角地区 受副热带高压控制 , 大气比较稳定 。从灰霾的累 积 、爆发 、消退全过程来考虑 , 我们选取 2006 年 10月 19日至 2006 年 10 月 24 日这个时段进行分 析。
本文所用空气质量数据均来自粤港珠江三角洲 区域空气监控网络 (以下简称 PRD 网 ) 的监测结 果 [ 2 ] 。 PRD 网是我国第一个区域空气质量监控网 络 , 广东省内有 13 个监测子站 , 覆盖珠江三角洲 所有 9 个 城市 。监测 指标 包括 SO2、NO2 、 PM10 、 O3 、CO , 部分站点还能监测 PM215 。
图 1是珠三角区域各污染物的逐日变化趋势
图 , 从 SO2、NO2 、 PM10三条曲线来看 , 19 日污染 开始累积 , 20日到达最高峰 , 21、22、 23 日较 20
日有所下降但仍维持较高水平 , 24 日大幅下降 ;
观察 PM215和 O3 曲线 , 可以发现一个有趣的现象 , 最高峰并不是出现在 20日 , 而是在 22日和 23日 ,
珠三角区域空气质量状况图由 PRD 网各站点 的 RAQ I指数 [ 3 ]插值而得 , RAQ I综合了 4 种主要 空气污染物 ( SO2 、NO2 、 PM10 、O3 ) 的污染总量 水平 , 适合用于表示大范围区域空气污染的分布形 势。
由珠三角空气质量状况图大致可以看出 : 19 日佛山 、广州大部 、东莞部分地区处于污染累积状 态 ; 20～23日珠三角处于污染爆发状态 , 不仅佛 山 、广州 、东莞全部处于污染核心区 , 周边的肇 庆 、江门 、中山 、珠海 、深圳 、惠州也存在不同程 度污染 ; 24日污染减弱消退 。这初步表明 , 灰霾 的出现引起空气质量恶化 。 2 结果与讨论 211 一次污染物水平
关键词 : 灰霾 ; 空气污染 ; 时空分布 ; 珠江三角洲 中图分类号 : X82 文献标识码 : A 文章编号 : 1673 - 9655 (2009) 04 - 0078 - 05
灰霾 (又称霾 ) 是悬浮在大气中的大量微小 尘粒 、烟粒或盐粒的集合体使空气浑浊 、水平能见 度降低到 10km 以下的一种大气现象 [ 1 ] 。能见度恶 化 , 必然严重影响海陆空交通运输 。不仅如此 , 大 气灰霾还引发了诸如环境 、健康 、生态等深层次的 问题 : 使空气质量恶化 , 诱发呼吸道疾病 ; 使生物 气溶胶更加活跃 , 传染病增多 ; 使植物的光合作用 变弱 , 农作物减产 。在我国 , 近年来随着经济规模 的迅速扩大和城市化进程的快速发展 , 各地灰霾天 气急剧增多 , 灰霾问题也越来越引起了广泛关注 。
此次灰霾期间天湖和万顷沙 PM215浓度均值分 别为 01081mg /m3 和 01076mg /m3 。与 2006 年年均 值 (天 湖 01047mg /m3 , 万 顷 沙 01061m g /m3 ) 比 较 , 高出 7213%和 2416% , 表明灰霾期间 PM215显 著升高 ; 由于我国目前并没有出台 PM215标准 , 若 与美国最新标准比较 ———美国环保署在 2006 年将 PM215的 24h标准大幅收紧由原先的 65μg /m3 下降 到 35μg /m3 , 超日均标准 1倍以上 。郊区如此 , 城 区污染就更为严重了 。魏复盛等 [ 4 ]研究过广州等 4 个大城市的 PM215污染 , 1996 年广州近郊的年均值 01062mg /m3 , 城区为 01140m g /m3。可见 , 2006年 广州郊区的 PM215年均浓度水平与 1996年相比变化 不大 。
和。
从表 1 简单统计可得 , SO2 、NO2 、 PM10 、O3 的超标次数分别为 5、5、7、18, 此次灰霾过程首
要污染物无疑是臭氧 , 这与臭氧表现出明显的区域
性污染直接相关 。另一方面 , PM215的污染也不容 忽视 , 因没有国家标准 , 不在此处讨论 。
214 时间变化特征
21411 逐日变化
系不大 , 因此我们推断这种单峰现象与距离 30km 处的火力燃煤电厂群有关 。早上 9点后太阳开始照 射 , 地面温度上升 , 逆温层被破坏 , 空气垂直对流 加强 , 电厂高空排放的污染物向低层注入 , 导致了 峰值出现 。 ③平直型 。这类站点一般处于珠三角外
山林之中 , 植被多 , 天然排放的 VOCs应该不少并 且持续时间较长 , 因此形成 O3 的前驱物可谓充足 。 当然地形也是一个重要的因素 。另外 , 对比 NO2 与 O3 的逐时变化图可以发现 , O3 最高值出现的时 段 14时正好是 NO2 最低值出现的时段 , 符合 O3
这种高峰滞后效应也许与 PM215和 O3 都是二次污染 物有关 。
图 2是珠三角区域两种污染指数的逐日变化趋
势图 , 由于 RAQ I数值较小 , 故放大 20 倍以比较
趋势 。两条曲线最明显的区别在于 RAQ I曲线是 23
日出现最高峰 , 这是因为两种指数计算方法不同 ,
并且 RAQ I比 AP I增加了 O3 作为评价指标 。
PM215占 PM10百分比可以反映 PM215对 PM10的 贡献 。期间天湖和万顷沙的 PM215占 PM10百分比分 别为 8516%和 7313% , 表明可吸入颗粒物中细颗 粒物的比重远大于粗颗粒物 , 特别是天湖 , 其水平 已与广州市街道的年均值 [ 5 ]相当 ; 2006 年天湖和 万顷沙的年均值为 7411%和 6711% , 对比可知灰 霾天气下细粒子在颗粒物中所占比例较平时会升 高 。同样与魏复盛等的研究结果 [ 4 ] 比较 , 2006 年 广州郊区的 PM215占 PM10百分比年均值与 1996 年 (7011% ) 相近 。
19 日
SP
O 2 3
20日 O
SN P SN P
P
PO O 6 10
21 日
SN P
O 2 4
22日 N O O O
O NO
SPO O 8 11
23 日 O O O
O 4 4
24日
O
O 2 2
注 : S, N , P, O 分别代表 SO2 , NO2 , PM10 , O3 ; O3 按小时 标准评价 , 当天若至少有 1h超标则计当日超标 。
与北方城市兰州 [ 4 ] 、北京 [ 6 ] 相比 , 天湖和万 顷沙的 PM215占 PM10百分比明显偏高 , 原因可能是 北方天气干燥且受沙尘暴影响较大 , 粗颗粒的比例
比南方高 。
213 首要污染物分析
表 1 各站超标污染物分布
站点 麓湖 万顷沙 天湖 荔园 唐家 党校 惠景城 东湖 城中 下埔 金果湾 豪岗 紫马岭 超标站点合计 超标项目合计
珠江三角洲一次大范围灰霾天气下的 空气污染特征分析
刘 俊 1 , 袁 鸾 1 , 刘衍君 2 (11广东省环境监测中心 , 广东 广州 510045; 21聊城大学环境与规划学院 , 山东 聊城 252059)
二次污染物包括 O3 和 PM215 。期间 O3 区域平 均浓 度 为 01067mg /m3 , 比 2006 年 区 域 年 均 值 (01048mg /m3 ) 高出 3916% , 涨幅明显超过一次 污染物 。
灰霾本质上是由细粒子 PM215污染造成 , PRD 网在天湖 、万顷沙有监测 PM215 。这两个子站都是 区域站 , 其中天湖位于珠三角最北端 , 工业 、人为 活动干扰少 , 可以反映珠三角相对清洁地区的空气 质量状况 ; 万顷沙位于广州南部郊区 , 在珠三角的 几何中心 , 用于监测珠三角地区内部污染物的传输 过程 。
根据 ( 2006 年广东省气候公报 ) , 2006 年广 东省平均出现灰霾 7415d /站 , 珠江三角洲大部分 区域大于 100d, 其中新会 、珠海 、恩平 、东莞霾 日在 200d以上 。作为中国四大灰霾严重污染地区 之一 , 珠江三角洲覆盖广州 、深圳 、东莞 、佛山 、 中山 、珠 海 、江 门 、肇 庆 、惠 州 9 个 城 市 , 约 3000万人口 。因此 , 揭示珠江三角洲灰霾与环境 的关系对城市的可持续发展和保护人民群众的身体 健康有非常重要的现实意义 。 1 时段选取及数据来源
一次污染物包括 SO2、NO2 、 PM10 , 此次灰霾 期间 三 者 的 区 域 平 均 浓 度 分 别 为 01062mg /m3 、
珠江三角洲一次大范围灰霾天气下的空气污染特征分析 刘 俊
01051mg /m3 、01098mg /m3 , 可见 PM10接近国家二 级标准的年均值限值 , 而 SO2 和 NO2 均未 超出 。 若与 对 应 的 2006 年 区 域 年 均 值 ( 01052mg /m3 、 01045mg /m3 、 01077mg /m3 ) 比 较 , 则 分 别 高 出 1912%、1313%、2713% , 可见一次污染物水平全 部偏高 , PM10涨幅最大 。 212 二次污染物水平
摘 要 : 利用粤港珠江三角洲区域空气监控网络的监测结果 , 对 2006年 10月珠江三角洲一次大范围 灰霾过程进行分析 , 研究灰霾天气下珠江三角洲的空气污染特征 。研究表明 : 灰霾引起空气质量恶化 , 细 颗粒物在可吸入颗粒物中比重上升 , 多项污染物发生超标 , 臭氧是首要污染物 。时间分布上 , PM215和 O3 日均值浓度出现峰值相比 SO2 、NO2 、 PM10滞后数日 , 各站污染物的逐时变化曲线随着各自的主要影响因 素不同而表现出不同的特征 。空间分布上 , 珠三角空气污染的区域性特征比较明显 , 其中佛山 - 广州 - 东 莞一带是珠三角的污染核心区 。
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环境科学导刊 第 28卷 第 4期 2009年 8月
21412 逐时变化 SO2 、NO2 、 PM10 、O3 的逐时变化曲线如图 3
所示 。
图 1 珠三角区域各污染物的逐日变化趋势 图 2 珠三角区域两种污染指数的逐日变化趋势Biblioteka 图 3 4种污染物的逐时变化图
2006年 10月 21 日广州市气象台发布黄色灰 霾预警信号 , 广州市区最小能见度低至 115km , 并
收稿日期 : 2009 - 03 - 16 基金项目 : 国家 973计划课题 ( 2002CB410801) ; 国家 863 重大 项目 ( 2006AA06A308) 。 作者简介 : 刘俊 (1977 - ) , 男 , 江西吉安人 , 工程师 。
表 1汇总了珠三角各站 19日至 24日超标污染
物的分布情况 : 珠三角在 20 日首先出现较大范围
的超标 , 13个子站中有 6 个监测到超标 , 且超标
项目合计有 10项 ; 22日情况最为严重 , 作为二次
污染物的 O3 大规模爆发 , 共造成 8 个站点超标 , 超标项目合计有 11 项 ; 然后 23 日 、 24 日趋于缓
SO2 逐时变化曲线与 NO2 非常相似 。 O3 逐时变化曲线都是单峰型 , 在 14时左右达 到最高 , 此时紫外辐射最强 , 光化学反应最强 。值
有万顷沙是单峰型变化 , 万顷沙位于郊区 , 站点附 得注意的是 , 天湖峰值持续时间很长 , 14 时至 19
近以农村居民为主 , 机动车流量的变化跟上下班关 时都处于高峰期 , 究其原因可能是 : 天湖站点处于
NO2 逐时变化曲线可分为三类 : ①双峰型 。城 市站基本上都是双峰型变化 , 双峰分别出现在上午
围 , 受排放干扰小 , 相对清洁 , 浓度变化幅度十分 小 , 因此表现为一条比较平缓的曲线 。比如天湖就
和晚上 , 与市民上下班高峰期一致 , 是由机动车密 是如此 。
集排放造成 。一般来说 , 下午是一天中空气扩散条 件最好的时段 , 所以污染物在下午会呈现低谷 。荔 园和紫马岭就代表了此类城市站点 ; ②单峰型 。只
— 78 —
且周边城市也出现不同程度灰霾 。期间珠三角地区 受副热带高压控制 , 大气比较稳定 。从灰霾的累 积 、爆发 、消退全过程来考虑 , 我们选取 2006 年 10月 19日至 2006 年 10 月 24 日这个时段进行分 析。
本文所用空气质量数据均来自粤港珠江三角洲 区域空气监控网络 (以下简称 PRD 网 ) 的监测结 果 [ 2 ] 。 PRD 网是我国第一个区域空气质量监控网 络 , 广东省内有 13 个监测子站 , 覆盖珠江三角洲 所有 9 个 城市 。监测 指标 包括 SO2、NO2 、 PM10 、 O3 、CO , 部分站点还能监测 PM215 。
图 1是珠三角区域各污染物的逐日变化趋势
图 , 从 SO2、NO2 、 PM10三条曲线来看 , 19 日污染 开始累积 , 20日到达最高峰 , 21、22、 23 日较 20
日有所下降但仍维持较高水平 , 24 日大幅下降 ;
观察 PM215和 O3 曲线 , 可以发现一个有趣的现象 , 最高峰并不是出现在 20日 , 而是在 22日和 23日 ,
珠三角区域空气质量状况图由 PRD 网各站点 的 RAQ I指数 [ 3 ]插值而得 , RAQ I综合了 4 种主要 空气污染物 ( SO2 、NO2 、 PM10 、O3 ) 的污染总量 水平 , 适合用于表示大范围区域空气污染的分布形 势。
由珠三角空气质量状况图大致可以看出 : 19 日佛山 、广州大部 、东莞部分地区处于污染累积状 态 ; 20～23日珠三角处于污染爆发状态 , 不仅佛 山 、广州 、东莞全部处于污染核心区 , 周边的肇 庆 、江门 、中山 、珠海 、深圳 、惠州也存在不同程 度污染 ; 24日污染减弱消退 。这初步表明 , 灰霾 的出现引起空气质量恶化 。 2 结果与讨论 211 一次污染物水平
关键词 : 灰霾 ; 空气污染 ; 时空分布 ; 珠江三角洲 中图分类号 : X82 文献标识码 : A 文章编号 : 1673 - 9655 (2009) 04 - 0078 - 05
灰霾 (又称霾 ) 是悬浮在大气中的大量微小 尘粒 、烟粒或盐粒的集合体使空气浑浊 、水平能见 度降低到 10km 以下的一种大气现象 [ 1 ] 。能见度恶 化 , 必然严重影响海陆空交通运输 。不仅如此 , 大 气灰霾还引发了诸如环境 、健康 、生态等深层次的 问题 : 使空气质量恶化 , 诱发呼吸道疾病 ; 使生物 气溶胶更加活跃 , 传染病增多 ; 使植物的光合作用 变弱 , 农作物减产 。在我国 , 近年来随着经济规模 的迅速扩大和城市化进程的快速发展 , 各地灰霾天 气急剧增多 , 灰霾问题也越来越引起了广泛关注 。
此次灰霾期间天湖和万顷沙 PM215浓度均值分 别为 01081mg /m3 和 01076mg /m3 。与 2006 年年均 值 (天 湖 01047mg /m3 , 万 顷 沙 01061m g /m3 ) 比 较 , 高出 7213%和 2416% , 表明灰霾期间 PM215显 著升高 ; 由于我国目前并没有出台 PM215标准 , 若 与美国最新标准比较 ———美国环保署在 2006 年将 PM215的 24h标准大幅收紧由原先的 65μg /m3 下降 到 35μg /m3 , 超日均标准 1倍以上 。郊区如此 , 城 区污染就更为严重了 。魏复盛等 [ 4 ]研究过广州等 4 个大城市的 PM215污染 , 1996 年广州近郊的年均值 01062mg /m3 , 城区为 01140m g /m3。可见 , 2006年 广州郊区的 PM215年均浓度水平与 1996年相比变化 不大 。
和。
从表 1 简单统计可得 , SO2 、NO2 、 PM10 、O3 的超标次数分别为 5、5、7、18, 此次灰霾过程首
要污染物无疑是臭氧 , 这与臭氧表现出明显的区域
性污染直接相关 。另一方面 , PM215的污染也不容 忽视 , 因没有国家标准 , 不在此处讨论 。
214 时间变化特征
21411 逐日变化
系不大 , 因此我们推断这种单峰现象与距离 30km 处的火力燃煤电厂群有关 。早上 9点后太阳开始照 射 , 地面温度上升 , 逆温层被破坏 , 空气垂直对流 加强 , 电厂高空排放的污染物向低层注入 , 导致了 峰值出现 。 ③平直型 。这类站点一般处于珠三角外
山林之中 , 植被多 , 天然排放的 VOCs应该不少并 且持续时间较长 , 因此形成 O3 的前驱物可谓充足 。 当然地形也是一个重要的因素 。另外 , 对比 NO2 与 O3 的逐时变化图可以发现 , O3 最高值出现的时 段 14时正好是 NO2 最低值出现的时段 , 符合 O3
这种高峰滞后效应也许与 PM215和 O3 都是二次污染 物有关 。
图 2是珠三角区域两种污染指数的逐日变化趋
势图 , 由于 RAQ I数值较小 , 故放大 20 倍以比较
趋势 。两条曲线最明显的区别在于 RAQ I曲线是 23
日出现最高峰 , 这是因为两种指数计算方法不同 ,
并且 RAQ I比 AP I增加了 O3 作为评价指标 。
PM215占 PM10百分比可以反映 PM215对 PM10的 贡献 。期间天湖和万顷沙的 PM215占 PM10百分比分 别为 8516%和 7313% , 表明可吸入颗粒物中细颗 粒物的比重远大于粗颗粒物 , 特别是天湖 , 其水平 已与广州市街道的年均值 [ 5 ]相当 ; 2006 年天湖和 万顷沙的年均值为 7411%和 6711% , 对比可知灰 霾天气下细粒子在颗粒物中所占比例较平时会升 高 。同样与魏复盛等的研究结果 [ 4 ] 比较 , 2006 年 广州郊区的 PM215占 PM10百分比年均值与 1996 年 (7011% ) 相近 。
19 日
SP
O 2 3
20日 O
SN P SN P
P
PO O 6 10
21 日
SN P
O 2 4
22日 N O O O
O NO
SPO O 8 11
23 日 O O O
O 4 4
24日
O
O 2 2
注 : S, N , P, O 分别代表 SO2 , NO2 , PM10 , O3 ; O3 按小时 标准评价 , 当天若至少有 1h超标则计当日超标 。
与北方城市兰州 [ 4 ] 、北京 [ 6 ] 相比 , 天湖和万 顷沙的 PM215占 PM10百分比明显偏高 , 原因可能是 北方天气干燥且受沙尘暴影响较大 , 粗颗粒的比例
比南方高 。
213 首要污染物分析
表 1 各站超标污染物分布
站点 麓湖 万顷沙 天湖 荔园 唐家 党校 惠景城 东湖 城中 下埔 金果湾 豪岗 紫马岭 超标站点合计 超标项目合计