基于綜合指數(shù)法的高速公路施工期環(huán)境空氣質量評價

趙 兵

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

近年來大氣污染物排放呈逐年下降趨勢，但總體污染形勢仍然嚴峻。環(huán)境空氣污染關乎人們的身體健康，環(huán)境空氣質量的好壞直接影響到人們正常的工作和學習。隨著全社會環(huán)保意識的日益提高，環(huán)境空氣質量問題越來越受到學者們的廣泛關注。目前國內對于此類問題的研究，多集中于城市區(qū)域，研究內容主要涉及環(huán)境空氣質量的變化趨勢、環(huán)境空氣質量污染特征、環(huán)境空氣質量與氣象因素關系等[1-3]。但關于高速公路施工期環(huán)境空氣質量評價方面的相關研究較少，而已有研究表明，高速公路的施工建設會對周邊區(qū)域空氣質量帶來顯著影響[4-5]。因此，開展高速公路施工期環(huán)境空氣質量綜合評價監(jiān)測具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

山西省某高速公路路線全長119.96 km，設計時速80 km/h，路基寬度24.5 m。項目所在區(qū)域屬溫帶大陸性季風氣候，四季分明，春季增溫快，晝夜溫差大，夏季氣候溫暖濕潤，秋季天高氣爽，冬季干燥寒冷。降雨多集中于7—9月，年平均降雨量475.9～501.0 mm，年均蒸發(fā)量1836.9～2162.2 mm，年平均氣溫6.9℃～9.1℃，極端最高氣溫39.5℃，極端最低氣溫-33.0℃，年平均風速2.2～2.7 m/s，最大凍土深度124 cm。項目區(qū)自然植被屬暖溫帶森林草原灌叢植被區(qū)，主要樹草種有油松、華北落葉松、側柏、白樺、山楊、柞樹等喬木和沙棘、黃刺玫、虎榛子等草灌。林草覆蓋率約24.7%。土壤類型主要有：灰褐土、山地棕壤土、褐土、草甸土、山地草甸土等。

1.2 監(jiān)測內容與要求

1.2.1 監(jiān)測項目

本文選取 TSP、PM10、SO2和 NO2作為高速公路施工期環(huán)境空氣質量監(jiān)測因子。

1.2.2 監(jiān)測布點

環(huán)境空氣質量監(jiān)測共設4個點位，各監(jiān)測點布設見表1。

表1 環(huán)境空氣采樣點及監(jiān)測項目

1.2.3 監(jiān)測時間、頻率

環(huán)境空氣質量各監(jiān)測因子需連續(xù)監(jiān)測7 d，其中SO2、NO2、PM10每天連續(xù)監(jiān)測不少于20 h有效數(shù)據(jù)，TSP不少于24 h有效數(shù)據(jù)。

1.2.4 采樣及分析方法

采樣環(huán)境、采樣高度的要求按《環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》（大氣部分）執(zhí)行，樣品分析執(zhí)行《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》中規(guī)定的方法。具體方法見表2。

表2 環(huán)境空氣監(jiān)測分析方法

1.3 數(shù)據(jù)處理與評價方法

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析方法采用SPSS 19.0軟件，采用EXCEL軟件作圖。

本文采用綜合指數(shù)法對高速公路施工期環(huán)境空氣質量進行評價。該方法不僅可以反映出某一特定監(jiān)測因子對環(huán)境空氣質量的影響，而且可以通過綜合指數(shù)全面地反映出各個監(jiān)測因子對環(huán)境空氣質量的綜合影響。其計算公式為：

式中：Si為i因子的單因子評價指數(shù)；ai為i因子的實際監(jiān)測結果；bi為i因子的參考評價標準；wi為i因子的權重；xi為i因子的實測平均值；C為綜合評價指數(shù)。

2 結果與分析

2.1 各監(jiān)測因子的濃度狀況

由表3可以看出，環(huán)境空氣質量各監(jiān)測因子中TSP與PM10呈顯著相關關系，其余各監(jiān)測因子之間無明顯相關關系。由表4可以看出，研究區(qū)環(huán)境空氣質量監(jiān)測因子中，TSP的濃度范圍在0.113～0.423 mg/m3， 平均為 0.242 mg/m3；PM10的濃度范圍在 0.063 ～0.247 mg/m3， 平均為 0.140 mg/m3；SO2的濃度范圍在 0.023～0.041 mg/m3，平均為 0.031 mg/m3；NO2的濃度范圍在 0.015～0.023 mg/m3，平均為0.018 mg/m3。各監(jiān)測點位監(jiān)測因子濃度排序均為TSP＞PM10＞SO2＞NO2， 權重分別為 0.56、0.33、0.07和0.04。由圖1～圖4可以看出，在監(jiān)測點位A、B、C和D連續(xù)7 d環(huán)境空氣質量監(jiān)測因子變化中，TSP與PM10的監(jiān)測值波動較大，而SO2和NO2的監(jiān)測值波動較小，這可能與當時的風向、風速、氣溫、氣壓等氣象要素變化有關。

表3 環(huán)境空氣質量各監(jiān)測因子相關分析結果

表4 環(huán)境空氣質量各因子監(jiān)測結果 mg/m3

圖1 監(jiān)測點位A連續(xù)7 d環(huán)境空氣質量各監(jiān)測因子變化情況

圖2 監(jiān)測點位B連續(xù)7 d環(huán)境空氣質量各監(jiān)測因子變化情況

圖3 監(jiān)測點位C連續(xù)7 d環(huán)境空氣質量各監(jiān)測因子變化情況

圖4 監(jiān)測點位D連續(xù)7 d環(huán)境空氣質量各監(jiān)測因子變化情況

2.2 單因子評價指數(shù)

本項目以環(huán)境空氣質量標準（GB 3095—2012）中的24 h平均時間二級濃度限值（表5）為參考評價標準進行單因子評價指數(shù)的計算。

表5 環(huán)境空氣污染物基本項目濃度限值

由表6可以看出，A監(jiān)測點位除第五天由于監(jiān)測因子中PM10單因子評價指數(shù)大于1致使環(huán)境空氣質量超標外，其余幾天環(huán)境空氣質量均達標。B監(jiān)測點位連續(xù)7 d環(huán)境空氣質量均達標。C監(jiān)測點位環(huán)境空氣質量監(jiān)測因子中TSP六天單因子評價指數(shù)超標，PM10連續(xù)7 d單因子評價指數(shù)超標，整體環(huán)境空氣質量未達標。D監(jiān)測點位環(huán)境空氣質量監(jiān)測因子中TSP五天單因子評價指數(shù)超標，PM10連續(xù)7 d單因子評價指數(shù)超標，整體環(huán)境空氣質量未達標。

表6 環(huán)境空氣質量監(jiān)測因子單因子評價指數(shù)

2.3 綜合指數(shù)評價

2.3.1 評價等級的確定

本文利用系統(tǒng)分級法確定環(huán)境空氣質量評價等級[6]，將環(huán)境空氣質量污染物濃度分級標準與權重相乘后再除以評價標準，獲得處理值，然后將各監(jiān)測因子的處理值相加，獲得環(huán)境空氣質量分級標準，據(jù)此劃分出項目區(qū)環(huán)境空氣質量評價級別（表7）。由表7計算結果，得到基于監(jiān)測因子權重的系統(tǒng)分級法確定的環(huán)境空氣質量綜合評價分級標準（表8）。

表7 系統(tǒng)分級法確定環(huán)境空氣質量評價等級

表8 環(huán)境空氣質量綜合評價分級標準

2.3.2 綜合評價指數(shù)

利用監(jiān)測點位A、B、C和D各監(jiān)測因子連續(xù)7 d監(jiān)測結果的單因子評價指數(shù)平均值與權重相乘再相加，獲得各監(jiān)測點位的綜合評價指數(shù)，利用4個點位整體單因子評價指數(shù)的平均值與權重相乘再相加，獲得項目區(qū)整體綜合評價指數(shù)。經(jīng)計算，A監(jiān)測點位的綜合評價指數(shù)為0.527，B監(jiān)測點位的綜合評價指數(shù)為0.498，C監(jiān)測點位的綜合評價指數(shù)為1.087，D監(jiān)測點位的綜合評價指數(shù)為1.008，項目區(qū)整體環(huán)境空氣質量綜合評價指數(shù)為0.780。由表8環(huán)境空氣質量綜合評價分級標準可以看出，A和B監(jiān)測點位的評價等級為Ⅱ級，環(huán)境空氣質量為良，C和D監(jiān)測點位的評價等級為Ⅲ級，環(huán)境空氣質量為不佳，項目區(qū)整體評價等級為Ⅱ級，環(huán)境空氣質量為良。

表9 監(jiān)測點位A、B、C和D監(jiān)測因子單因子評價指數(shù)平均值

3 結論

利用綜合指數(shù)評價法對山西省某高速公路施工期環(huán)境空氣質量監(jiān)測因子中的 TSP、PM10、SO2和NO2進行了綜合評價，得出了A、B、C和D四個監(jiān)測點位及項目區(qū)整體的環(huán)境空氣質量評價等級及環(huán)境空氣質量狀況。

a）項目區(qū)環(huán)境空氣質量監(jiān)測因子中，TSP的濃度范圍在 0.113 ～0.423 mg/m3，平均為 0.242 mg/m3；PM10的濃度范圍在 0.063～0.247 mg/m3，平均為0.140 mg/m3；SO2的濃度范圍在 0.023 ～0.041 mg/m3，平均為 0.031 mg/m3；NO2的濃度范圍在 0.015～0.023 mg/m3，平均為0.018 mg/m3。各監(jiān)測點位監(jiān)測因子濃度排序均為TSP＞PM10＞SO2＞NO2，權重分別為 0.56、0.32、0.07 和 0.04。

b）A和B監(jiān)測點位的綜合評價指數(shù)分別為0.527和0.498，其環(huán)境空氣質量評價等級均為Ⅱ級，環(huán)境空氣質量均為良；C和D監(jiān)測點位的綜合評價指數(shù)分別為1.087和1.008，其環(huán)境空氣質量評價等級均為Ⅲ級，環(huán)境空氣質量均為不佳；項目區(qū)整體綜合評價指數(shù)為0.780，其環(huán)境空氣質量評價等級為Ⅱ級，環(huán)境空氣質量為良。