特長(zhǎng)隧道空氣質(zhì)量的調(diào)查研究

趙 琦,許 君,余家燕,鮑 雷,張維賓,李大年

(1.重慶市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,重慶401147;2.重慶交通大學(xué),重慶400074)

作為長(zhǎng)江上游的經(jīng)濟(jì)中心,重慶主城區(qū)正經(jīng)歷“北移、東進(jìn)、西拓、南擴(kuò)”的大規(guī)模擴(kuò)展。由于特有的山城地貌條件,前所未有的道路建設(shè)帶來(lái)了隧道數(shù)量和長(zhǎng)度的迅速增長(zhǎng),重慶已成為名副其實(shí)的“隧道之都”。作為相對(duì)封閉的人造空間,隧道存在著空氣污染、能見(jiàn)度降低和噪聲振動(dòng)等敏感問(wèn)題,導(dǎo)致交通事故率高于其他路段,事故影響面往往更大。相關(guān)研究表明[1],隧道高濃度一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)通過(guò)協(xié)同效應(yīng)易導(dǎo)致駕駛員生理反應(yīng)能力下降,神志不清、精神渙散乃至昏睡,增加發(fā)生交通事故的危險(xiǎn)性。特長(zhǎng)隧道空氣污染不僅關(guān)乎著隧道的營(yíng)運(yùn)安全,也關(guān)系廣大司乘人員身心健康,甚至關(guān)系大眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。開(kāi)展主城區(qū)特長(zhǎng)隧道空氣污染調(diào)查,有利于把握其污染特征;驗(yàn)證現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)施的排污能力,促進(jìn)隧道設(shè)計(jì)規(guī)范的不斷完善;同時(shí)也能客觀評(píng)價(jià)機(jī)動(dòng)車(chē)排放和燃油質(zhì)量狀況[2]。其結(jié)果將為“藍(lán)天行動(dòng)”和“健康重慶”、“暢通重慶”建設(shè)提供積極的技術(shù)支持。

1 材料與方法

為確保檢測(cè)儀器、設(shè)備和人員安全,同時(shí)不影響隧道正常通車(chē),確定了3座特長(zhǎng)隧道作為調(diào)查對(duì)象,見(jiàn)表1。具體采樣點(diǎn)位于隧道緊急停車(chē)港,同期車(chē)流量在上述隧道的3個(gè)監(jiān)控中心進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

表1 隧道基本狀況

檢測(cè)項(xiàng)目和分析測(cè)試儀器見(jiàn)表2。每個(gè)隧道連續(xù)采樣48 h,統(tǒng)計(jì)及分析指標(biāo)為各污染物小時(shí)濃度均值。同步記錄檢測(cè)期間隧道內(nèi)氣溫、氣壓和風(fēng)速等參數(shù)。

表2 檢測(cè)項(xiàng)目和分析測(cè)試儀器

2 污染特征分析

2.1 污染物濃度水平

隧道污染物濃度水平見(jiàn)表3。

表3 隧道污染物質(zhì)量濃度測(cè)試結(jié)果(2009-10-16—2009-10-22) mg·m-3

采用《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-1996)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述污染物濃度評(píng)價(jià)(TVOC在環(huán)境空氣標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)暫缺,借用 GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)價(jià))如下:

3座隧道SO2小時(shí)濃度均未超標(biāo),但有2座隧道日均濃度超標(biāo);PM10日均濃度超標(biāo);NO2小時(shí)濃度未超標(biāo),日均濃度也未超標(biāo);NOx小時(shí)濃度超標(biāo),日均濃度也超標(biāo),檢測(cè)顯示NO占NOx總濃度的98.8%。CO小時(shí)濃度未超標(biāo),但日濃度超標(biāo);Pb日均濃度未超標(biāo);苯并[a]芘日均濃度未超標(biāo),且遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值。分析測(cè)試顯示,隧道內(nèi)16種多環(huán)芳烴中含量最多是苊烯,比例達(dá)57.2%。統(tǒng)計(jì)表明,苊烯、芘、屈、熒蒽、苯并[a]蒽和芴這6種污染物占16種多環(huán)芳烴總量的90.5%;苯并[a]芘則僅占多環(huán)芳烴總量的0.78%,所占份額較低。

采用SO2,PM10,NOx,CO,Pb和苯并[a]芘等6項(xiàng)污染因子計(jì)算隧道內(nèi)空氣綜合污染指數(shù),得其范圍為18.9～37.9,均值達(dá)31.1,屬重度污染。

2.2 污染物濃度與車(chē)流量相關(guān)性

隧道車(chē)流量每日均有2個(gè)高峰時(shí)段,分別是在上午和下午,但最高峰值所在時(shí)間各不相同,見(jiàn)圖1。車(chē)流量谷底時(shí)段相同,均在凌晨02:00～03:00。

圖1 隧道車(chē)流量逐時(shí)變化

隧道內(nèi)污染物濃度與車(chē)流量相關(guān)分析結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 隧道污染物濃度與車(chē)流量相關(guān)分析

機(jī)動(dòng)車(chē)排氣NOx污染物濃度與車(chē)流量的相關(guān)性見(jiàn)圖2。

圖2 隧道NOx小時(shí)濃度與車(chē)流量相關(guān)性趨勢(shì)

2.3 通風(fēng)模式對(duì)隧道污染的影響

對(duì)隧道監(jiān)控中心的調(diào)查顯示:從節(jié)能和延長(zhǎng)設(shè)備壽命角度出發(fā),隧道運(yùn)管單位在常態(tài)下只開(kāi)啟進(jìn)口段的射流風(fēng)機(jī)組;若有煙霧出現(xiàn)才會(huì)增開(kāi)中部段和出口段的射流風(fēng)機(jī)組,形成全開(kāi)。選取北碚隧道在非高峰時(shí)段對(duì)上述通風(fēng)運(yùn)管模式運(yùn)行對(duì)比測(cè)試(各運(yùn)行3 h)。不同通風(fēng)模式對(duì)隧道污染物濃度影響見(jiàn)表5。

表5 2種通風(fēng)模式對(duì)隧道污染物濃度影響

全開(kāi)(風(fēng)機(jī))模式可使污染物濃度在常態(tài)模式基礎(chǔ)上降低14.2%至37.8%,效果不理想,且不同污染物降低率存在差異。為對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行有效解釋,筆者對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了第2次調(diào)查和分析,發(fā)現(xiàn)了當(dāng)前隧道設(shè)計(jì)的1項(xiàng)明顯失誤:射流風(fēng)機(jī)組或機(jī)動(dòng)車(chē)行駛氣流能將隧道污染物有效攜帶出洞,前提是隧道內(nèi)車(chē)流應(yīng)是單向而非雙向。但現(xiàn)有的隧道為保障隧道內(nèi)出現(xiàn)緊急情況時(shí)疏通車(chē)輛和駕乘人員,在雙洞隧道之間均建有數(shù)個(gè)開(kāi)敞式人行互通和車(chē)行互通橫洞。因射流風(fēng)機(jī)組排風(fēng)互為反向,空氣互通混流,使得射流風(fēng)機(jī)組排風(fēng)效果不佳。

2.4 與其他城市隧道空氣污染均值比較[3]

城市間特長(zhǎng)隧道空氣污染物濃度比較見(jiàn)表6。

表6 城市間特長(zhǎng)隧道空氣污染物濃度比較

廣州珠江隧道的污染最為嚴(yán)重,重慶典型特長(zhǎng)隧道CO,TVOC,NOX污染水平相對(duì)較輕,但SO2,PM10污染卻相對(duì)較重。成都龍泉山隧道機(jī)動(dòng)車(chē)污染最為嚴(yán)重,韶關(guān)京珠高速隧道污染最輕。由于隧道內(nèi)空氣污染與車(chē)流量和車(chē)型、車(chē)況關(guān)系密切,加上各地觀測(cè)時(shí)間相距較長(zhǎng),上述比較并非嚴(yán)格,特此說(shuō)明。

3 結(jié)果與討論

(1)特長(zhǎng)隧道空氣質(zhì)量屬于重度污染,NO為首要污染物。現(xiàn)隧道建設(shè)環(huán)評(píng)指標(biāo)僅用CO來(lái)評(píng)估隧道空氣質(zhì)量和通風(fēng)效果不符合實(shí)際,應(yīng)考慮補(bǔ)加NO指標(biāo)。

(2)隧道空氣NOx濃度較高,反映出部分在用機(jī)動(dòng)車(chē)尤其是柴油車(chē)NO排放因子偏高,污染控制潛力較大。可吸入顆粒物中Pb含量未超標(biāo),印證汽油無(wú)鉛化成效明顯;SO2在扣除大氣環(huán)境背景后濃度仍偏高,反映出燃油(柴油)硫份較高。

(3)特長(zhǎng)隧道縱向射流風(fēng)機(jī)組接力排風(fēng)受到開(kāi)敞式緊急疏散通道紊流影響而效果不佳,風(fēng)機(jī)全啟對(duì)隧道不同污染物濃度降低率僅在14.2%至37.8%之間。

4 對(duì)策與建議

(1)完善隧道設(shè)計(jì)。雙洞隧道之間開(kāi)敞式緊急疏散通道應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)安裝防火型隔煙門(mén),以阻隔空氣互通混流。

(2)改進(jìn)隧道運(yùn)管。高峰時(shí)段,風(fēng)機(jī)應(yīng)全部開(kāi)啟;下半夜車(chē)流少時(shí),風(fēng)機(jī)可停運(yùn),以節(jié)能;其余時(shí)段,風(fēng)機(jī)可部分運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)裝備多功能隧道保潔車(chē)和配套機(jī)具(能對(duì)隧道3 m以下墻面做機(jī)械行走式保潔),以改善隧道墻面和人行道塵污染較重的現(xiàn)狀。

(3)減少污染傷害。當(dāng)機(jī)動(dòng)車(chē)進(jìn)入特長(zhǎng)隧道前,駕乘人員應(yīng)提前關(guān)閉車(chē)窗,以減少污染物對(duì)健康的影響。若汽車(chē)空調(diào)開(kāi)啟則設(shè)置為內(nèi)循環(huán)狀態(tài)。若隧道內(nèi)發(fā)生車(chē)禍而誘發(fā)空氣污染事件,駕乘人員應(yīng)經(jīng)緊急疏散通道迅速撤離至安全地帶。

(4)降低污染排放。加速淘汰高污染和長(zhǎng)年限的破舊柴油車(chē)。推廣使用低硫柴油。加快內(nèi)環(huán)高速內(nèi)現(xiàn)有長(zhǎng)途客運(yùn)站和貨運(yùn)場(chǎng)搬遷至繞城高速東南西北數(shù)個(gè)方位收費(fèi)站附近,切實(shí)減少大型柴油客貨車(chē)對(duì)主城區(qū)隧道的污染。

(5)進(jìn)行污染治理。未來(lái)新建特長(zhǎng)隧道應(yīng)有污染治理設(shè)施要求,作為隧道的基本配置。盡快開(kāi)展靜電除塵裝置和常溫光催化凈化廢氣裝置在特長(zhǎng)隧道的應(yīng)用試驗(yàn)。

[1] 王伯光,張遠(yuǎn)航,祝昌健,等.城市機(jī)動(dòng)車(chē)排放因子隧道試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué),2001,22(2):55-59.

[2] 中華人民共和國(guó)交通部.《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(J TGD70-2004) [M].北京:人民交通出版社,2004.

[3] 鄧順熙,成 平.用隧道確定高速公路汽車(chē)CO、THC和NOx排放因子[J].環(huán)境科學(xué)研究,2000,13(2):32-35.