昌吉市道路環(huán)境顆粒物污染特征研究

金淑聰

（昌吉回族自治州環(huán)境監(jiān)測站 新疆昌吉 831100）

引言

“十五”以來，經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速上升的同時也對環(huán)境空氣質(zhì)量造成了不同程度的影響。人類活動成為大氣質(zhì)量污染主要污染源，活動產(chǎn)生的可吸入顆粒物（PMI0）、細(xì)顆粒物（PM2.5）為特征污染物的區(qū)域性污染問題明顯突出，霧霾現(xiàn)象的頻發(fā)，不同程度影響群眾工作和生活。通過作者課題《昌吉市灰霾天氣大氣顆粒物污染特征分析》研究結(jié)果表明：揚(yáng)塵是昌吉市區(qū)域空氣可吸入顆粒物（PMI0）、細(xì)顆粒物（PM2.5）增加的主要原因之一，道路揚(yáng)塵又是可吸入式顆粒物的主要來源。“大氣十條”實施以來，尤其是近幾年來，秋冬季大氣污染一直處于較高水平，以細(xì)顆粒物為代表的顆粒物污染問題較為突出，部分重污染月份連續(xù)出現(xiàn)顆粒物嚴(yán)重污染現(xiàn)象。雖然昌吉州的大氣污染防治工作取得初步成果，2016 年、2017 年已連續(xù)兩年大氣環(huán)境質(zhì)量均呈現(xiàn)下降趨勢，2017 年P(guān)M2.5 年均濃度 達(dá)到67 微克/立方米，2018 年通過努力，PM2.5 年均濃度較2017 年下降7.5%，PM2.5 平均濃度62微克/立方米?！缎陆S吾爾自治區(qū)打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃（2018-2020 年）》要求，到2020 年昌吉州轄區(qū)PM2.5 達(dá)到36 微克/立方米。以目前實際情況來看，要完成自治區(qū)下達(dá)的指標(biāo)任務(wù)形勢嚴(yán)峻。

為了給管理者提供正確的決策數(shù)據(jù)，昌吉州采取移動走航平臺。走航檢測平臺可實現(xiàn)邊走邊測，能說清污染成因、污染來源、污染趨勢，也能及時發(fā)現(xiàn)污染源且精確污染源定位，真正做到“測管”協(xié)同，在環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)察系統(tǒng)都有廣泛應(yīng)用大氣污染走航遙感監(jiān)測車主要用于區(qū)域污染分布走航觀測、區(qū)域污染遷移路徑走航觀測、區(qū)域污染輸送斷面掃描觀測、駐點(diǎn)垂直和掃描觀測。走航車系統(tǒng)具備自動設(shè)置調(diào)整走航線路并結(jié)合GIS開展走航觀測功能。大氣污染走航遙感監(jiān)測車將監(jiān)測設(shè)備、信息處理、決策支持、通訊指揮等功能集于一體，在各種情況發(fā)生時采取快速應(yīng)對措施，為環(huán)境監(jiān)測提供強(qiáng)有力的監(jiān)測手段和技術(shù)支持。其監(jiān)測數(shù)據(jù)可遠(yuǎn)程控制、在線查看及數(shù)據(jù)分析。綜合數(shù)據(jù)分析可獲悉顆粒物污染程度、類型、來源和時空演變過程。

隨著機(jī)動車保有量的不斷增加，由機(jī)動車所引起的道路交通揚(yáng)塵已日益成為城市大氣顆粒物污染的主要來源[2]。道路揚(yáng)塵是道路上的積塵在一定的動力條件（風(fēng)力、機(jī)動車碾壓或人群活動）的作用下，一次或多次揚(yáng)起并混合，進(jìn)入環(huán)境空氣中形成不同粒度的顆粒物。本文利用搭載車輛（執(zhí)法車、私家車、出租車）搭載環(huán)境顆粒物走航觀測設(shè)備并對指定區(qū)域路網(wǎng)進(jìn)行連續(xù)巡航觀測。結(jié)合道路環(huán)境顆粒物走航觀測數(shù)據(jù)分析結(jié)果，定期給出走航區(qū)域顆粒物濃度分布疊加圖，直觀展示顆粒物分布，識別道路源高污染區(qū)域；通過對各道路顆粒物數(shù)據(jù)排行，給出倒數(shù)前十的街道排名及PM10/PM2.5，精確識別各街道重污染道路及污染類型，建立考核機(jī)制，指導(dǎo)昌吉州重點(diǎn)區(qū)域開展道路源污染靶向治理工作。基于道路監(jiān)測數(shù)據(jù)，開展道路揚(yáng)塵現(xiàn)場調(diào)研，針對重點(diǎn)污染路段問題定位與排查，并制定差別化治理方案和昌吉市道路精細(xì)化抑塵方案。

1 研究方法及數(shù)據(jù)采集

1.1 研究方法

移動走航平臺是將大氣監(jiān)測系統(tǒng)專用顆粒物傳感器安裝在公共營運(yùn)車輛，利用GPRS 網(wǎng)絡(luò)將捕捉到的數(shù)據(jù)和車輛的位置信息上傳至物聯(lián)網(wǎng)智慧化環(huán)保監(jiān)測平臺，平臺接收、儲存、處理數(shù)據(jù)后，生成裝載顆粒物傳感器的車輛行駛路線和可視化的大氣污染云圖。以實現(xiàn)低成本的大數(shù)據(jù)監(jiān)測，為精準(zhǔn)大氣治理提供科學(xué)依據(jù)。

該系統(tǒng)主要由五部分組成：

（1）移動車載監(jiān)測設(shè)備：能夠?qū)崿F(xiàn)測量PM2.5、PM10 等顆粒物濃度并將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器；

（2）云服務(wù)器：負(fù)責(zé)儲存采集得到的海量數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，及時確定局部污染源；

（3）監(jiān)控中心：大屏顯示云圖數(shù)據(jù)、實時報警顯示、局部污染源確定顯示；

（4）PC 端分析軟件：能夠數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)下載、云圖數(shù)據(jù)顯示、進(jìn)行后臺數(shù)據(jù)配置；

（5）手機(jī)端APP：能夠?qū)崟r顯示車在數(shù)據(jù)、進(jìn)行歷史回放、顯示日道路污染云圖，便于及時治理。

1.2 數(shù)據(jù)采集

2019 年8 月24 日-2019 年9 月2 日期間，利用搭載車輛（執(zhí)法車、私家車、出租車）搭載環(huán)境顆粒物走航觀測設(shè)備對昌吉市主要道路，包括國控點(diǎn)周邊1.5 公里內(nèi)道路及指定區(qū)域路網(wǎng)進(jìn)行連續(xù)巡航觀測。結(jié)合道路環(huán)境顆粒物走航觀測數(shù)據(jù)分析結(jié)果，定期給出走航區(qū)域顆粒物濃度分布疊加圖，直觀展示顆粒物分布，識別道路源高污染區(qū)域。

2 數(shù)據(jù)及來源分析

2.1 昌吉市道路揚(yáng)塵的來源

通過對昌吉市不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道路段的中心位置的揚(yáng)塵源分析研究，可以得出昌吉市各條道路揚(yáng)塵的污染源主要來源為：

（1）路邊土壤在風(fēng)力作用下帶來的揚(yáng)塵；

（2）機(jī)動車行駛輪胎攜帶的揚(yáng)塵、車輛內(nèi)物料灑落等；

（3）部分道路面被碾壓翻起的揚(yáng)塵；

（4）周邊生活區(qū)垃圾、枯枝落葉等；

（5）城市道路清掃車輛在清掃路面時的揚(yáng)塵；

（6）建筑工地使用的大型土方運(yùn)輸車輛；

（7）大氣降塵等。

2.2 昌吉市道路環(huán)境顆粒物污染情況

“十三五”期間，新疆沙塵暴活動較為頻繁，大氣降塵使路面灰塵明顯增多；新疆氣候干燥，尤其是春、秋季風(fēng)速較大，特別是鄉(xiāng)村和城市沒有硬化的路面在風(fēng)力的作用下路面上的塵土容易懸浮，附近土壤無組織揚(yáng)塵的懸浮量增大，進(jìn)入道路的顆粒物增多；道路運(yùn)輸及道路施工由于砂石放及其他垃圾堆放、運(yùn)輸車身帶泥、車輛遺撒等進(jìn)入道路的顆粒物也增多，上述情況均可導(dǎo)致交通揚(yáng)塵排放量大，貢獻(xiàn)濃度相對較高。

8 月24 日-9 月2 日將走航監(jiān)測期間PM10 污染最重的前10 條道路進(jìn)行統(tǒng)計（以1km 為計）（如表1 所示），昌吉市道路環(huán)境中PM10 濃度明顯高于PM2.5，且大部分道路環(huán)境中PM10/PM2.5 值大于4，粗顆物污染尤為突出，其中S115 道路環(huán)境中PM10 濃度最高達(dá)到300μg/m3，污染最為明顯。

表1 8月24日-9月2日PM10污染最重的10條路段

昌吉市道路環(huán)境中PM10 平均濃度為48μg/m3，PM2.5 平均濃度為16μg/m3，PM10/PM2.5 為3.0，屬于典型粗顆粒物污染[3]。（注：PM10/PM2.5>2.5 典型粗顆粒物污染；PM10/PM2.5<1.5 典型細(xì)顆粒物污染；PM10/PM2.5 越大，說明粗顆粒物越多，揚(yáng)塵越嚴(yán)重），由走航期間PM10 污染云圖（圖1）可見，昌吉市污染相對較為嚴(yán)重路段主要在主城區(qū)外部，尤其是S115，S115 路段主要是建筑工地使用的大型土方運(yùn)輸車輛、貨運(yùn)車輛較多，很多運(yùn)輸車輛在運(yùn)輸過程中起塵，車胎帶泥帶土上路，導(dǎo)致此路段污染相對嚴(yán)重；天山路一段污染也較重。

圖1 8月24日-9月2日PM10走航污染云圖

道路揚(yáng)塵的排放主要與路面塵負(fù)荷、車流量、車輛行駛速度和車輛重量有關(guān)[4]。路面塵負(fù)荷是指單位面積路面上所能收集到的顆粒狀物質(zhì)的量是個變量。當(dāng)各類塵土進(jìn)入道路，同時路面塵又不斷地以各種方式減少，最終形成一個動態(tài)平衡。道路面上的塵土若不能及時清掃，在車輛的碾壓、擾動下，會形成道路揚(yáng)塵。

2.3 國控站點(diǎn)周邊1.5公里內(nèi)重點(diǎn)污染路段

國控點(diǎn)周邊1.5km 內(nèi)污染較重的路段有：州監(jiān)測站站點(diǎn)附近的天山路（昌吉市和平醫(yī)院附近路段）、青年北路（三玲豫劇茶園附近路段）和新區(qū)政務(wù)中心站點(diǎn)附近的烏伊公路（明山診所附近路段）。當(dāng)刮東南風(fēng)時，污染路段將對新區(qū)政務(wù)中心站點(diǎn)造成影響；當(dāng)刮西北風(fēng)時，污染路段將對州監(jiān)測站站點(diǎn)造成影響。將國控點(diǎn)周邊1.5km 內(nèi)道路環(huán)境濃度與全部監(jiān)測道路均值進(jìn)行比較列于表2。

表2 8月24日-9月2日國控點(diǎn)周邊道路數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)顯示，州監(jiān)測站周邊道路環(huán)境劣于新區(qū)政務(wù)中心周邊，且州監(jiān)測站周邊道路環(huán)境PM10 濃度高于所有道路均值，應(yīng)加強(qiáng)周邊道路揚(yáng)塵管控。

2.4 污染時段分布

以天山路和和田東路為例，監(jiān)測期間天山路道路環(huán)境濃度通常高于所有道路均值水平（圖3 中散點(diǎn)值多高于曲線值），尤其是8 月28-31 日期間（圖2）特別明顯；而和田東路濃度則普遍低于所有道路均值水平（圖3）。

圖2 天山路(和平醫(yī)院-門診東北路段)PM10 濃度時間序列

圖3 和田東路PM10 濃度時間序列

可見，不同時間區(qū)間各道路的顆粒物污染程度也不同的，應(yīng)根據(jù)具體情況采取相應(yīng)抑塵措施[5]。

結(jié)語

（1）當(dāng)刮東南風(fēng)時，污染路段將對新區(qū)政務(wù)中心站點(diǎn)造成影響；當(dāng)刮西北風(fēng)時，污染路段將對州監(jiān)測站造成影響，而昌吉市常年主導(dǎo)風(fēng)為西北風(fēng)，建議對以上路段給予重點(diǎn)關(guān)注，加強(qiáng)相關(guān)管控力度。

（2）州監(jiān)測站周邊道路環(huán)境劣于新區(qū)政務(wù)中心周邊，且州監(jiān)測站周邊道路環(huán)境PM10 濃度高于所有道路均值，應(yīng)加強(qiáng)周邊道路揚(yáng)塵管控。

（3）由PM10 均值日時間序列可知，昌吉市道路環(huán)境中PM10 均值在上午10-11 時和夜間22-23 時出現(xiàn)高值，可能與早高峰、晚高峰或夜間貨物運(yùn)輸有關(guān)，建議相關(guān)管理部門提前采取抑塵措施并加大管理力度。

（4）從源頭減少揚(yáng)塵污染，建議建設(shè)單位在施工之前，按照《揚(yáng)塵污染防治管理規(guī)定》的要求設(shè)置好圍擋，對工地內(nèi)的行車道路進(jìn)行硬化，防治車輛在拉運(yùn)工地使用土方及建筑材料時起塵，在工地車輛的出入口安裝清洗設(shè)備，對進(jìn)出工地的車輛輪胎進(jìn)行清洗，對車身車槽進(jìn)行清理覆蓋，保證車輛在上路前清潔，避免在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生揚(yáng)塵污染。

（5）減少路面塵土來源量和及時清掃塵土垃圾是控制道路揚(yáng)塵的主要措施，其次是降低車速、減少車流量和限制重載車輛通過，最后利用機(jī)械式的水沖洗為主的清掃方式，也是控制道路揚(yáng)塵產(chǎn)生的主要措施。