重慶公路干道交通污染源對空氣質量影響研究

王同桂 張 燦 鄭 堅 吳莉萍

（1 重慶市生態(tài)保護技術服務中心 重慶 401147 2 重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 重慶 401147 3 重慶市生態(tài)環(huán)境科學研究院 重慶 401147）

引言

自1952 年倫敦“硫酸煙霧事件”以及1955 年洛杉磯“光化學煙霧事件”發(fā)生以來，世界各國對機動車排放污染物的毒性和健康效應進行了大量的研究。這些研究結果表明，機動車排放的污染物具有很強的誘變性。機動車尾氣造成的大氣環(huán)境污染占整個城市大氣污染的60%以上，最高可達90%[1]。國內外很多研究實證了交通活動與環(huán)境污染之間存在很強的相關關系，如Clarke 和Ko 對英國利茲地區(qū)的研究[2]，Thijsse 對對德國柏林及其郊區(qū)空氣污染的研究[3]，Wang 通過比較研究[4]，張菊等對北京的空氣質量變化的研究發(fā)現(xiàn)[5]及肖宏偉的研究認為是城市機動車尾氣排放是中國霧霾污染形成的重要因素[6]。

而隨著城市的快速發(fā)展，以城內高速、繞城高速為代表的交通主干線逐漸成為城市分區(qū)的重要依據(jù)。因此，很有必要探討高速和城市主干線的交通污染排放對環(huán)境空氣質量的影響。

本文選擇了重慶市主城某區(qū)的茶園片區(qū)為試點研究對象，開展了交通情況的實際調查，在分析空氣污染物的時空分布特征、氣象數(shù)據(jù)變化規(guī)律以及交通量和車速的變化特征的基礎上，探討了高速公路及主干道交通污染對空氣質量的影響，并提出有針對性的交通污染控制建議?？諝赓|量數(shù)據(jù)來自于茶園空氣質量監(jiān)測站。

1 基本交通情況調查

1.1 道路情況

研究對象所在的重慶主城某區(qū)，總公里里程581.53 公里，其中等級公路505.13 公里，高速公路37.64 公里。茶園片區(qū)總公里里程38.1 公里，占該區(qū)的6.56%，道路類型以主干道為主，具體信息如表1 所示。

表1 茶園片區(qū)主要道路情況

1.2 機動車保有量

2011-2016 年，重慶市機動車保有量增長快速，年均增長率約9%。機動車保有量中，汽車保有量持續(xù)增長，摩托車保有量持續(xù)減少。汽車在機動車保有量中的占比越來越大，從2011 年的39%上升到2016 年的65%，具體見圖1。

圖1 汽車保有量增長情況

汽車保有量的快速增長，主要來源于輕型汽油車的快速增長。2016 年，凈增長的49 萬輛汽車中，有47 萬輛是輕型汽油車。重型柴油車（以貨車和中、重型客車為主的）增速相對較低年均增速（6%）僅約為輕型汽油車的1/3，年均增量（2 萬輛）約為輕型汽油車的1/19。2016 年，輕型汽油車（約85%）和重型柴油車（約10%）占據(jù)了汽車保有量的絕大部分（約95%）。由于重型柴油車增速低于輕型汽油車，從2011 年到2016 年，重型柴油車在汽車保有量中的比例，從29%降至10%。

1.3 不同車型機動車污染排放情況

根據(jù)調查，一氧化碳、碳氫化合物排放狀況相似，排放主要來源于汽油車，柴油車有20-30%的占比。國Ⅰ、國Ⅱ汽油車排放的一氧化碳、碳氫化合物占比約為30%。約95%的顆粒物和70%的氮氧化物是由重型柴油車排放的。黃標車對顆粒物排放的影響最大，對顆粒物、一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物排放的貢獻率依次為22%、18%、16%和15%。

1.4 典型道路的車流量

車流量是指單位時間通過道路某一斷面的車輛數(shù)，是檢驗機動車的重要營運參數(shù)。本課題結合重慶市的特殊地形和道路特征，特別組選取茶園區(qū)玉馬路作為本次調查的對象，并把通過此路段的車輛進行了連續(xù)個12 小時和連續(xù)24 小個時的計數(shù)，最后得出結果是連續(xù)12 個小時平均的通過車輛為1783 輛，連續(xù)24個小時通車輛為3309 輛。該路段車輛通行規(guī)律表現(xiàn)出雙峰型，即在上午8：00-11：00 時段和下午15：00-20：00 時段車流量最大，而在夜間01：00-03：00 時段主要是以建筑工地的渣土車為主。

1.5 典型道路的車流速度

機動車不同的速度行駛所產生污染物的總量也不相同。主城區(qū)干路路網(wǎng)高峰平均車速為23.1km/h。選用茶園新區(qū)7 條主干道，選用GPS 儀固定測試過往車輛行駛的速度。實驗測試時間是在工作日的白天，測量時間是9：00-10：00 時段、17：00-19：00時段，實驗測量過程中該車與被測主干道上車流同步，不存在超車行為。測量結果顯示，茶園新區(qū)的道路機動車車輛平均行駛速度為41.8km/h，尤其是在工作日的上下班高峰期平均車速達到31km/h 左右，通行狀況優(yōu)于主城區(qū)平均情況。

1.6 道路車輛污染物排放情況

對南岸區(qū)金山路的1.2 萬輛機動車尾氣排放情況進行了遙感監(jiān)測，見表2。結果表明，該區(qū)域車型白天以小型汽車為主，夜間以大型運貨車輛為主。在道路通行情況相同，車輛行駛速度基本一致的情況下，大型客貨車CO2、CO、HC、NO 等特征污染物的排放量遠遠超過小型客貨車的排放，尤其是NO 的差異尤為明顯。

表2 污染物排放監(jiān)測情況

2 氣象條件及空氣質量狀況

區(qū)域空氣自動監(jiān)測站位于茶園新區(qū)，通江大道管委會樓上，距內環(huán)高速直線距離1.18 公里、距茶園新區(qū)主干道通江大道直線距離180 米。地理位置較易受局交通地污染影響。環(huán)境空氣質量數(shù)據(jù)選取1-3 月數(shù)據(jù)進行分析。

2.1 氣象條件

（1）風向。試驗點的主導風以東北風向為主，出的現(xiàn)頻率約25%左右；次主導風為東風，出現(xiàn)的頻率為20%。風頻玫瑰圖見圖2。

圖2 南岸區(qū)風頻玫瑰圖

（2）風速。試驗點最高風速為4.1m/s，出現(xiàn)的頻次為0.2%，出現(xiàn)頻次最多的風速為0.8m/s，頻次為10.8%；試驗點風速主要以0.4-1 m/s 為主，出現(xiàn)的頻次為62.4%，見圖3。

圖3 風速頻率圖

2.2 環(huán)境空氣質量變化特征

（1）氮氧化物。試驗點地區(qū)氮氧化物日變化趨勢為：日均濃度93.3g/m3，最高的日均濃度出現(xiàn)時間為23 點，出現(xiàn)時段為：08：00-10：00，20：00-01：00，其變化規(guī)律為從8：00 開始上升，9：00 到該時段高點，10：00 以后濃度逐漸下降，到16：00 降到全天最低；從20：00 后濃度逐漸上升，到23：00 達到全天最高濃度，0：00 后濃度逐漸下降，見圖4。

圖4 氮氧化物日均監(jiān)測數(shù)據(jù)

（2）顆粒物。試驗地區(qū)顆粒物日變化趨勢為：日均濃度99.83g/m3，最高日均濃度出現(xiàn)的時間為22 點，高值出現(xiàn)時段為20：00-03：00，其變化規(guī)律為從20：00 開始上升，22：00 到達峰值，23：00 以后濃度逐漸下降，到15：00 降到全天最低；總體來說其變化的曲線比較平緩，日均濃度波動不大，見圖5。

圖5 顆粒物日均監(jiān)測數(shù)據(jù)

（3）細顆粒物。試驗地區(qū)細顆粒物濃度變化趨勢為：日均濃度70.01g/m3，最高日均濃度出現(xiàn)點為23 時，高濃度值出現(xiàn)時間為20：00-03：00，變化情況表現(xiàn)在從晚上20：00 慢慢升高，23：00到達最高值，23：00 以后開始慢慢回落，直到16：00 降低到一天的最低值；總體來說其變化的曲線比較平緩，日均濃度波動不大，見圖6。

圖6 細顆粒物日均監(jiān)測數(shù)據(jù)

（4）一氧化碳。試驗地區(qū)一氧化碳日變化趨勢為：日均值1.19mg/m3，最高日均濃度出現(xiàn)點為晚上22 點，高濃度值出現(xiàn)時間為20：00-00：00，變化情況表現(xiàn)在從晚上20：00 開始上升，22：00到最高值，23：00 以后開始慢慢回落，直到15：00 降低到一天的最低值；總體來說其變化的曲線比較平緩，日均濃度波動不大，見圖7。

圖7 一氧化碳日均監(jiān)測數(shù)據(jù)

3 道路污染物濃度變化特征分析

在試驗地區(qū)主干道（包括高速路口）以及次干道上設置了顆粒物和氮氧化物監(jiān)測點，對其路段進行不間斷24 小時連續(xù)監(jiān)測。

3.1 氮氧化物監(jiān)測結果

監(jiān)測結果見圖8，監(jiān)測結果表明，主、次干道氮氧化物變化，與其車流量高峰期基本吻合，從半夜20 點至23 點逐漸上升，23點出現(xiàn)該區(qū)域氮氧化物最高值。這與目前茶園新區(qū)大量的建筑工地有密切的關系，課題組經觀察發(fā)現(xiàn)茶園片區(qū)每晚23 點過后有大量的運渣車通過內環(huán)高速到茶園下道傾倒渣土。

圖8 南岸區(qū)次級道路氮氧化物監(jiān)測結果

3.2 細顆粒物監(jiān)測結果

試驗測試結果見圖8，監(jiān)測的數(shù)據(jù)表明細顆粒物的高濃度出現(xiàn)在晚上23 點和凌晨2 點這個時間段，峰值在0：00，結果說明該路段載重貨車對細顆粒物濃度貢獻較大。

圖9 南岸區(qū)次級道路顆粒物監(jiān)測結果 影響分析

（1）車流量與道路監(jiān)測的關系。道路監(jiān)測結果表明，氮氧化物從夜間20 點至23 點逐漸上升，23 點出現(xiàn)該區(qū)域最高值；細顆粒物的高值出現(xiàn)在23 點和凌晨2 點之間；該時間段均為重型柴油車運行高峰時段，重型柴油車對道路氮氧化物和顆粒物的排放貢獻顯著。

（2）道路污染物分布與空氣質量的關系。結合試驗地區(qū)大氣質量監(jiān)測點數(shù)據(jù)和試驗道路現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)的結果分析，顆粒物等主要大氣污染物濃度最高值出現(xiàn)的時間：試驗地區(qū)大氣質量監(jiān)測點細顆粒物日均值峰值出現(xiàn)在夜間23 點，峰值出現(xiàn)的時間段在20：00-03：00，變化情況表現(xiàn)在從晚上20：00 慢慢上升，23：00到達最高值；試驗道路現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)細顆粒物的最高值出現(xiàn)在晚間23 點和凌晨2 點這個時間段，說明試驗地區(qū)細顆粒物與道路細顆粒物具有一致性；NOx 試驗地區(qū)大氣質量監(jiān)測點日均值峰值出現(xiàn)在夜間23 點，最高濃度值出現(xiàn)時段為：08：00-10：00，20：00-01：00，變化情況表現(xiàn)在從早上8：00 慢慢升高，早上9：00 到峰值，上午10：00 以后濃度緩慢降低，到下午16：00 下降到全天最低值；又從晚間20：00 開始濃度慢慢升高，到夜間23：00 達到一天的峰值，試驗道路數(shù)據(jù)顯示，從20 點至夜間23 點緩慢升高，夜間23 點出現(xiàn)該區(qū)域氮氧化物峰值。環(huán)境空氣站點顆粒物和氮氧化物變化趨勢和道路監(jiān)測數(shù)據(jù)的一致性說明道路交通對該片區(qū)環(huán)境空氣質量有較大影響。

4 建議

（1）關閉茶園新區(qū)渣場，控制夜間外來大型貨車數(shù)量；（2）合理規(guī)劃運行路線，對于交通繁忙的通江大道限制貨車通行；（3）強化尾氣排放監(jiān)管，禁止尾氣排放不符合要求的車輛通過。

結語

要持續(xù)改善空氣質量要以控制機動車排氣污染為抓手，首先要控制首要污染源——重型柴油車，規(guī)范其道路行為，控制超載，降低污染，在影響群眾生活生產的路段采取限行措施。