1、莆田市省道工程机动车尾气污染防治 檀华梅 徐璐 欧黎闽 福建农林大学交通与土木工程学院 莆田市环境保护 科学研究所 摘 要： 随着生活质量的提高, 道路建设机动车尾气污染防控问题也越来越引起人们的 重视。 以莆田市省道建设工程涵港大道中的一段为例, 通过现场实测, 对该路段 所属区的大气环境质量现状进行客观的评价并对项目的影响进行预测, 分析道 路营运期间机动车尾气中 CO、NO2对环境造成的影响, 提出机动车尾气污染防控 措施。 关键词： 空气环境质量; 机动车尾气; 评价预测; 作者简介：檀华梅 (1991) , 女, 在读硕士研究生, 研究方向:交通运输环境。 作者简介：欧黎闽 (196
2、9) , 女, 主要从事环境科学研究工作。 随着机动车保有量的增加以及城市建设的需求, 省道建设工程显得尤为迫切。 据 莆田市2016年统计年鉴, 福建省全省省道公路通车7355km, 其中莆田省道通车 265km, 占全市总公路通车总里程 4.3%。但在道路建成期, 机动车尾气污染会对 环境质量造成一定的负面影响, 为了全面了解机动车尾气对环境造成的影响, 本文以莆田市省道建设工程涵港大道中的一段为实例, 通过环境质量现状调查, 对该项目路段未来营运期的环境空气质量做出影响预测, 分析了营运期机动车 尾气对空气质量的影响, 并提出机动车尾气污染防治措施, 为省道建设项目机 动车的污染防治提供
3、参考。 1 研究案例路段环境质量现状调查 莆田市涵港大道中段建设工程路段长 2764.31m, 宽53m, 拟采用沥青混凝土铺 设路面, 道路整体呈东西走向。始于沁后村, 终于桩号K4+460处与省道 202对 接。该工程是位于涵江区境内在建的省道中的一段。项目建成后, 道路为 4幅路 双向6 车道, 两侧控制带 6m, 设计车速60km/h。 1.1 空气环境质量现状调查 为了了解项目的环境现状, 在拟建的路段内布设 2个监测点位, 分别是渭阳村 监测点和双婷小学监测点, 连续监测7d。监测出渭阳村监测点因采用的非分散 红外法测定CO未检测出 (检出限0.3mg/m) , NO2日均值浓度范
4、围 0.0140.019mg/m, 2:00 值均0.015mg/m, 8:00 值范围在0.0160.023mg/m、 14:00值 0.0170.028mg/m、20:00值0.015mg m;同理双婷小学监测点 CO日均 值浓度范围0.2500.375mg/m, 2:00h 值为 0.250mg/m、8:00h值范围 0.2500.375mg/m、14:00值范围0.3750.500mg/m、20:00值范围 0.2500.375mg/m, NO2日均值浓度范围0.0310.043mg/m, 2:00 值浓度范围在 0.0280.033mg/m, 8:00 值0.0310.045mg/m
5、、 14:00值0.0450.058mg/m、 20:00 值0.0320.046mg/m。 1.2 大气质量现状评价 利用单因子指数法对现状大气质量进行评价, 公式为: 式中, Pi:i污染物标准指数值;Ci:i污染物实测浓度值 (mg/m) ;Csi:i 污染物评 价标准值/ (mg/m) 。 1.3 大气质量现状评价结果 代入公式, 环境空气现状评价结果见表 1。 摇表1 摇环境空气质量现状监测结果统计及评价结果表 mg/m 下载原表 根据以上结果表明, 在新建项目前项目的环境质量 CO、 NO2小时、 日均浓度在 环 境空气质量标准二级标准范围内。另外按照上述实测数据, 可分别计算出渭
6、阳 村、双亭小学监测点CO和NO2的占标率分别为 9.0%、14.0%和5.0%、29.0%, 由 于评价范围所选取的是道路中心线两侧 200m 的范围, 所以得出的评价等级属于 二级范围, 又因拟建的省道工程, 在进行占标率评价时评价等级不低于二级, 故结合两种评价方法均可得到新建路段前项目所在的环境质量良好。 2 环境空气影响预测分析 2.1 气候特征分析 据莆田市气象站气象统计资料显示, 该区域近 20a平均气温21.0, 年均降水 量1388.8mm, 年均相对湿度73%, 年均日照时数2095.3h, 多年平均风速2.5m/s, 多年风向频率以N风最多, 为18.5%;次主导风向为N
7、NW风, 风频8.1%;静风频率为15.4%, 全年大气稳定度情况四季均以中性 D类为主, 多年平均气压为 1004.4h Pa, 相对平均湿度为 73%。 2.2 大气源强 道路预计2016年通车, 选取近期2017年预测交通量。 预测得到总的日平均交通 量为373 辆/h, 其中小型车为242辆/h, 中型车位 75辆/h, 大型车为 56辆/h; 高峰小时车流量为895辆/h, 其中小型车为582辆/h, 中型车位179辆/h, 大型 车为134 辆/h。预测结果折合为标准小客车车型为 12533辆/d。 机动车尾气中排放中有百种以上的化合物, 主要污染物有氮氧化物 (NOx) 、一 氧
8、化碳 (CO) 、碳氢化合物 (HC) 、可吸入颗粒物等1-2。有研究表明在一定 环境条件下NO2、SO2、PM10等是形成PM2.5、O3等的主要气态物质3;尾气中排 出的NO2还会在一定条件下会发生二次反应, 形成对环境危害更大的酸雨等;CO 是机动车及内燃机排气中有害浓度最大的产物, 对人体造成危害的同时会造成 温室效应, ;HC是化学烟雾形成的重要物质之一, 其中多环芳香烃如苯并芘及硝 基烯是强致癌物质。所以本文选取机动车尾气中较有代表性的 HC、NO2、CO为研 究对象。 本次研究引用国家欧四排放标准中的单车排放因子的平均值, 又因为国 家标准中未涉及HC 的单车排放系数, 因此在计
9、算过程中引用邓顺熙等4提出 的HC单车排放系数, 预测2017年污染物HC、CO、NO2的排放源强见表 2。 摇摇摇摇摇摇表2 摇不同时段主要污染物排放源强 下载原表 2.3 预测模式 根据路段特征, 预测模型选择线源高斯模型, 公式如下, 其中为方向与线源 的夹角。 (1) 当 090时, 计算任意形状线源的积分扩散模式为: 式中:CPR:道路线源 AB段对预测点R0产生的污染物浓度/ (mg/m) ;Qj:气态j类污 染物排放源强度/ (mg/辆.m) ;U:预测路段有效排放源高处的平均风速/ (m/s) ;A, B:线源起点及终点;x:线源微元中点至预测点的下风向距离/m;y, z:水平
10、横 风向和垂直向扩散参数/m;z:预测点至地面高度/m;y:线源微元中点至预测点的 横风向距离/m;h:有效排放源高度/m。 (2) 当 =90时, 其地面污染物浓度扩散模式为: (3) 当 =0时, 其地面污染浓度扩散模式为: 2.4 结果分析 根据以上计算结果, 得到 2017 年拟建公路通车运营后路段各排放因子浓度增量, 预测结果见表3。 按上述预测结果可以看出, HC的浓度增量在 HC、CO、NO23者中最大, HC又是机 动车尾气中主要排放的污染物之一, 因此路段通车后机动车尾气污染对环境造 成的影响是很明显的。 再以离道路中心 20m高峰小时浓度为例, 按预测增量叠加 本底值之后可
11、以得到渭阳村、双亭小学监测点区域内CO和NO2的占标率对比如 表4。从表中可以看出建成后营运期占标率均提高了, 特别是NO2提高了 7.7个 百分点, 而且HC的浓度增量更高, 对环境影响更大, 可见营运期路段建成通车 后由于机动车尾气污染排放对空气质量的影响是不容忽视的, 对比道路现状中 的空气质量, 通车后道路会因为多了机动车这一污染源而导致空气质量有所下 降, 所以应保持这种空气质量良好状态或在此基础上提出机动车尾气防治措施 进一步优化。 表3 摇 HC、CO、NO2 浓度增量 下载原表 表4 摇前后占标率对比 下载原表 另外, 在上述的源强计算中, 对比欧四标准中原有的HC、 CO、
12、NO2的排放因子, 本 文中按平均排放因子计算的 HC、CO浓度会比欧四标准中柴油车的排放高, 计算 得到的NOx会比标准中汽油机的排放低, 因此可以得到柴油机在CO和HC排放上 明显低于汽油机, 根据李芳5对柴油机与汽油机的有害排放成分分析研究, 得 到汽油机CO的排放市柴油机的 12倍, HC的排放是柴油机的 210倍, 所以综合 比较在污染物排放方面柴油机的污染物排放量更高。 3 机动车尾气的污染防治 由上可知, 机动车量越多, 其尾气的排放对环境的影响越大。 为了做到道路运营 期因机动车尾气对环境质量的影响运行不增加, 仍需要采取必要的措施进行污 染物的防控。 3.1 做好机动车尾气的
13、环保检测 要做好机动车尾气的防治工作, 首先要做好机动车的环保检测。莆田市于 2012 年实行机动车环保检验合格标志的管理, 该检验过程全部免费, 对检测合格的 车辆, 且装用点燃式发动机的机动车达到国及以上排放标准的、 装用压燃式发 动机的机动车达到国及以上排放标准的, 核发绿色环保标志;未达到上述排放 标准的机动车, 核发黄色环保标志, 对于外来车辆也要严格执行检验标准管理。 2014年提出市区部分道路禁止无绿色环保标志机动车通行。随着机动车保有量 的快速增加, 今后应加大机动车环保检测力度。 3.2 推广新能源车的使用 新能源车的普遍使用是减少柴油、 汽油车尾气污染的有效手段, 该市也在
14、为此积 极努力。2015年莆田市大力推广新能源汽车推广应用, 并扩大无绿色环保标志 机动车限行区域, 使得全市完成推广应用 610 辆新能源汽车, 这为减少机动车 废气污染和改善城市空气质量奠定了良好的基础。 应在此基础上加大新能源车的 宣传和使用, 通过新闻媒体等渠道让广大的市民了解到机动车尾气对大气造成 的严重污染, 增强市民切实的环保意识。 3.3 加强道路两侧绿化工作 除了上述比较宏观的措施, 还可在道路两旁改善绿化条件。通过查阅文献资料, 王慧等6通过研究得到公路绿化带对交通运行所引起的 NO2污染有显著的净化 效果, 并在 510m处净化效应较好;李寒娥等7提出抗性强净化环境能力强
15、的 植物品种可改善交通环境, 如南方比较常见的大叶紫薇、 黄葛榕等, 对尾气中的 污染物有很好的吸附作用。潘辉等8通过福州及厦门市共 8种行道树的研究, 得到芒果和凤凰木对降低 CO的浓度的作用效果最佳。 于丽胖9提出道路两侧分 车绿带树木形态对城市街道中 CO浓度扩散影响不同, 树冠较大且排列紧密的分 车绿带对浓度的减少有明显的作用。 但是新建道路两侧绿化往往不尽人意, 所以 要想改善机动车尾气对环境的影响, 应种植吸收能力强的大树, 提高道路两侧 绿化覆盖率, 减少对环境的污染。 3.4 优化道路信号配时 另外在交通管制方面, 应合理调配信号配时, 减少机动车排放, 张滢滢等10 通过对比
16、北京市典型信号协调路段与普通路段两种控制策略下的机动车尾气排 放, 得出信号协调路段机动车排放比普通路段排放低。 因此要想降低机动车的尾 气污染, 需考虑优化道路网的信号配时, 同时对路网中交通流量进行控制, 减 少机动车停车次数与减速情况。 4 结语 机动车尾气的排放对该路段环境质量的影响是显而易见的, 随着省道建设工程 以及机动车保有量的增多, 对空气质量的影响也越来越大。 多种因素综合作用会影响道路环境空气质量的好坏, 其中包括机动车本身以及外部的行驶状况、 道路 车流量和气象扩散条件等。 从监测结果看, 欲使省道建设工程在营运期环境空气 质量最佳, 减少机动车尾气对空气质量以及对人们正
17、常生活的影响, 需要在做 好机动车环保检测以及大力推广新能源车的基础上, 加大道路绿化覆盖率, 合 理进行信号配时等多方面综合改善, 加强省道道路建设, 提高车辆通行能力, 进一步改善城市省道建设空气质量。 参考文献 1蒋耀梅, 杜敏敏.机动车尾气污染控制的对策建议J.北方环境, 2011 (6) :109-111. 2 李莉, 陈长虹, 李作攀, 等.长江三角洲地区大气 O3和PM10的区域污染特 征模拟J.环境科学导刊, 2008, 29 (1) :9. 3 朱吉祥, 徐冉, 张琳, 等.可吸入颗粒物 PM2.5的影响因子分析J.环境卫 生工程, 2016, 24 (1) :59-60.
18、4 邓顺熙, 李百川, 陈爱侠.中国公路线源污染物排放强度的计算方法J.交 通运输工程学报, 2001, 1 (4) :83-86. 5 李芳, 陈敏东.柴油发动机颗粒排放物研究进展J.环境科学与技术, 2009, 32 (4) :82-83. 6 王慧, 郭晋平, 张芸香.公路绿化带净化路旁 SO2、 NO2效应及影响因素J. 山西农业大学学报 (自然科学版) , 2012, 04:321-327. 7 李寒娥, 李秉滔, 蓝盛.城市行道树对交通环境的响应J.生态学报, 2005, 25 (9) :2180-2187. 8 潘辉, 刘晓华, 黄石德, 等.城市行道树对道路空间 CO浓度的影响J.福 建林学院学报, 2008, 04:356-360. 9 于丽胖.城市道路绿化配置对空气颗粒物和 CO扩散的影响D.中国林业科 学研究院, 2009. 10 张滢滢, 陈旭梅, 张潇, 等.交通信号控制策略对机动车尾气排放影响的 评价J.交通运输系统工程与信息, 2009, 9 (1) :150-155.
