高速公路服務設施大氣污染物的變化規律與特征研究

賀勝義

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

高速公路作為重要交通基礎設施，對推動區域經濟發展和社會進步發揮了十分重要的作用。然而，隨著高速公路建設運營的快速發展，不可避免地帶來了一系列生態破壞和環境污染問題。通過高速公路運營期環境監測工作，可有效掌握環境質量和污染源排放狀況及變化趨勢，為高速公路周邊環境空氣變化及防控措施研究提供科學依據。

本研究利用山西省交通運輸環境監測網絡試點工程4套環境空氣在線自動監測系統（分別位于太舊、太長高速服務區，忻阜、侯禹高速收費站），分析了高速公路服務區、收費站環境空氣中VOCS、PM10、O3、NO、NO2、NOx、SO2等污染物濃度變化規律及特征。

1 材料與方法

1.1 監測站點

本研究選擇4個環境空氣在線自動監測站點2014年10月—2015年9月的連續監測數據資料進行分析研究，同時采集溫度、壓力、濕度、風速、主導風向等氣象參數。站點布設見表1。

1.2 監測方法

采用連續自動在線監測方法，在線監測系統由子站連接信息平臺，信息平臺協調整個監測系統的運行，完成對各種監測儀器的數據采集和遠程通訊控制、數據處理，最終形成統計報表[1]。

1.3 評價依據

該研究空氣質量評價指標污染物濃度限值依據主要為《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）、《環境空氣質量指數（AQI）技術規定》（HJ 663—2012）等。

表1 環境空氣在線監測站點布設[2]

1.4 數據處理

采用Excel2010和SPSS16.0軟件進行數據整理、繪圖和統計分析。

2 結果與分析

2.1 太舊高速陽泉服務區北區

2.1.1 大氣污染物月變化趨勢[3]

表2列出了2014年10月—2015年9月期間甲烷、非甲烷烴、PM10和O3的逐月日均值濃度及超標情況。圖1給出了監測站點大氣污染物濃度的月變化情況。

甲烷的日均值變化范圍為0.007～4.296 mg/m3，平均濃度為2.081 mg/m3，2014年10月—2015年9月期間超標率為70%，12月份濃度值最高，3月份濃度值最低，整體呈現出波動下降的變化趨勢；非甲烷烴的日均值變化范圍為0.006～1.823 mg/m3，平均濃度為0.125 mg/m3。2014年10月—2015年9月期間全部達標，7月份濃度值最高，1月份濃度值最低，整體呈現出波動上升的變化趨勢。PM10的日均值變化范圍為0.043～0.591 mg/m3，平均濃度為0.238 mg/m3，2014年10月—2015年9月期間超標率為83%，5月份濃度值最高，11月份濃度值最低，整體呈現出中間高兩側低的正態分布變化趨勢。O3的日均值變化范圍為0.001～0.130 mg/m3，平均濃度為0.027 mg/m3，2014年10月—2015年9月期間全部達標，6月份濃度值最高，1月份濃度值最低，整體呈現出緩慢上升的變化趨勢。

表2 陽泉服務區北區環境空氣逐月日平均值統計 mg/m3

圖1 陽泉服務區北區大氣污染物月變化

2.1.2 大氣污染物季度變化趨勢

圖2為大氣污染物濃度的季度變化情況。甲烷在冬季的平均濃度最高，為2.508 mg/m3，夏季平均濃度最低，為1.999 mg/m3，整體呈下降的變化趨勢。非甲烷烴在秋季的平均濃度最高，為0.211 mg/m3，冬季平均濃度最低，為0.071 mg/m3，整體呈上升的變化趨勢。PM10在夏季的平均濃度最高，為0.326 mg/m3，秋季平均濃度最低，為 0.138 mg/m3，整體呈先上升后下降的變化趨勢。O3在夏季的平均濃度最高，為0.041 mg/m3，冬季平均濃度最低，為0.016 mg/m3，整體呈上升的變化趨勢。

圖2 陽泉服務區北區大氣污染物季度變化

2.1.3 大氣污染物年度日均值貢獻率

甲烷年度日均濃度值為2.081 mg/m3，非甲烷烴年度日均值為 0.125 mg/m3，PM10年度日均值為0.238 mg/m3，O3年度日均值為 0.027 mg/m3，其中甲烷、非甲烷烴和O3達標率為100%，PM10達標率為12.2%。由圖3可以看出，各類大氣污染物年度日均值貢獻率中，甲烷占比最高，為84%，PM10占比為10%，非甲烷烴占比為5%，O3占比最低，為1%。

圖3 陽泉服務區北區大氣污染物年度日均值貢獻率

2.2 太長高速武鄉服務區東區

2.2.1 大氣污染物月變化趨勢[3]

表3列出了2014年10月—2015年9月期間NO、NO2、NOx和 SO2的逐月日均值濃度及超標情況。圖4給出了監測站點大氣污染物濃度的月變化情況。

NO的日均值變化范圍為0.001～0.125 mg/m3，平均濃度為 0.022 mg/m3，2014年 10月—2015年9月期間全部達標，11月份濃度值最高，6月份濃度值最低，整體呈現出波動下降的變化趨勢。NO2的日均值變化范圍為0.001～0.104 mg/m3，平均濃度為0.034 mg/m3，2014年10月—2015年9月期間全部達標，11月份濃度值最高，9月份濃度值最低，整體呈現出緩慢下降的變化趨勢。NOx的日均值變化范圍為 0.002～0.229 mg/m3，平均濃度為 0.057 mg/m3，2014年10月—2015年9月期間超標率為8%，11月份濃度值最高，9月份濃度值最低，整體呈現出波動下降的變化趨勢。SO2的日均值變化范圍為0.010～0.391 mg/m3，平均濃度為 0.085 mg/m3，2014年10月—2015年9月期間超標率為8%，1月份濃度值最高，9月份濃度值最低，整體呈現出先上升后下降的變化趨勢。

表3 武鄉服務區東區環境空氣逐月日平均值統計 mg/m3

圖4 武鄉服務區東區大氣污染物月變化

2.2.2 大氣污染物季度變化趨勢

圖5為大氣污染物濃度的季度變化情況。NO在冬季的平均濃度最高，為0.047 mg/m3，夏季平均濃度最低，為0.006 mg/m3，整體呈先下降后上升的變化趨勢。NO2在冬季的平均濃度最高，為0.041 mg/m3，秋季平均濃度最低，為 0.020 mg/m3，整體呈下降的變化趨勢。NOx在冬季的平均濃度最高，為0.088 mg/m3，秋季平均濃度最低，為0.036 mg/m3，整體呈下降的變化趨勢。SO2在春季的平均濃度最高，為 0.136 mg/m3，秋季平均濃度最低，為0.035 mg/m3，整體呈先上升后下降的變化趨勢。

圖5 武鄉服務區東區大氣污染物季度變化

2.2.3 大氣污染物年度日均值貢獻率

大氣污染物中NO年度日均濃度值為0.022 mg/m3，NO2年度日均值為 0.034 mg/m3，NOx年度日均值為 0.057 mg/m3，SO2年度日均值為0.085 mg/m3，其中 NO、NO2達標率為 100%，NOx、SO2達標率分別為94.7%、88.6%。由圖6可以看出，各類大氣污染物年度日均值貢獻率中，SO2占比最高，為43%，NOx占比為29%，NO2占比為17%，NO占比最低，為11%。

圖6 武鄉服務區東區大氣污染物年度日均值貢獻率

2.3 忻阜高速石咀收費站

2.3.1 大氣污染物月變化趨勢[3]

表4列出了2014年10月—2015年9月期間O3、SO2的逐月日均值濃度及超標情況。圖7給出了監測站點大氣污染物濃度的月變化情況。

O3的日均值變化范圍為 0.002～0.166 mg/m3，平均濃度為0.038 mg/m3，2014年10月—2015年9月期間全部達標，4月份濃度值最高，11月份濃度值最低，整體呈現出上下波動的變化趨勢。SO2的日均值變化范圍為 0.006～0.085 mg/m3，平均濃度為0.022 mg/m3，2014年10月—2015年9月期間全部達標，11月份濃度值最高，7月份濃度值最低，整體呈現出波動下降的變化趨勢。

表4 石咀收費站環境空氣逐月日平均值統計 mg/m3

圖7 石咀收費站大氣污染物月變化

2.3.2 大氣污染物季度變化趨勢

圖8為大氣污染物濃度的季度變化情況。O3在夏季的平均濃度最高，為0.056 mg/m3，冬季平均濃度最低，為0.025 mg/m3，整體呈先上升后下降的變化趨勢。SO2在冬、春季的平均濃度最高，為0.033 mg/m3，秋季平均濃度最低，為 0.010 mg/m3，整體呈下降的變化趨勢。

圖8 石咀收費站大氣污染物季度變化

2.3.3 大氣污染物年度日均值貢獻率

大氣污染物中O3年度日均濃度值為0.038 mg/m3，達標率為 99.5%，SO2年度日均值為0.022 mg/m3，達標率為100%。由圖9可以看出，兩類大氣污染物年度日均值貢獻率中，O3占比為63%，SO2占比為37%，O3占比較SO2高26%。

圖9 石咀收費站大氣污染物年度日均值貢獻率

2.4 侯禹高速龍門收費站

2.4.1 大氣污染物月變化趨勢[3]

表5列出了2014年10月—2015年9月期間CO、NO、NO2、NOx和 PM10的逐月日均值濃度及超標情況。圖10給出了監測站點大氣污染物濃度的月變化情況。

CO的日均值變化范圍為0.588～24.758 mg/m3，平均濃度為 5.883 mg/m3，2014年 10月—2015年9月期間超標率為100%，10月份濃度值最高，3月份濃度值最低，整體呈現出上下波動的變化趨勢。NO的日均值變化范圍為0.001～0.199 mg/m3，平均濃度為0.057 mg/m3，2014年10月—2015年9月期間超標率為16%，1月份濃度值最高，7月份濃度值最低，整體呈現出波動下降的變化趨勢。NO2的日均值變化范圍為 0.002～0.120 mg/m3，平均濃度為0.058 mg/m3，2014年10月—2015年9月期間全部達標，7月份濃度值最高，2月份濃度值最低，整體呈現出波動下降的變化趨勢。NOx的日均值變化范圍為 0.013～0.300 mg/m3，平均濃 度為 0.115 mg/m3，2014年10月—2015年9月期間超標率為66%，1月份濃度值最高，2月份濃度值最低，整體呈現出波動下降的變化趨勢。PM10的日均值變化范圍為0.095～0.678 mg/m3，平均濃度為 0.279 mg/m3，2014年10月—2015年9月期間超標率為100%，1月份濃度值最高，7月份濃度值最低，整體呈現出波動下降的變化趨勢。

表5 龍門收費站環境空氣逐月日平均值統計 mg/m3

圖10 龍門收費站大氣污染物月變化

2.4.2 大氣污染物季度變化趨勢

圖11為大氣污染物濃度的季度變化情況。CO在冬季的平均濃度最高，為11.673 mg/m3，夏季平均濃度最低，為4.858 mg/m3，整體呈下降的變化趨勢。NO在冬季的平均濃度最高，為0.074 mg/m3，秋季平均濃度最低，為0.040 mg/m3，整體呈下降的變化趨勢。NO2在秋季的平均濃度最高，為0.064 mg/m3，冬、春季平均濃度最低，為0.056 mg/mm3，整體呈上升的變化趨勢。NOx在冬季的平均濃度最高，為0.132 mg/m3，秋季平均濃度最低，為0.222 mg/mm3，整體呈下降的變化趨勢。

圖11 龍門收費站大氣污染物季度變化

2.4.3 大氣污染物年度日均值貢獻率

大氣污染物中CO年度日均濃度值為5.883 mg/m3，達標率為 44.5%，NO年度日均值為0.057 mg/m3，達標率為 100%，NO2年度日均值為0.058 mg/m3，達標率為 89.1%，NOx年度日均值為0.115 mg/m3，達標率為46.1%，PM10年度日均值為0.279 mg/m3，達標率為9.3%。由圖12可以看出，各類大氣污染物年度日均值貢獻率中，CO占比最高，為92%，PM10占比為4%，NO、NO2占比最低，均為1%，NOx占比為2%。

圖12 龍門收費站大氣污染物年度日均值貢獻率

2.5 大氣污染物濃度影響因素相關分析[4]

2.5.1 太舊高速陽泉服務區北區

選擇2014年10月—2015年9月期間壓力、風速、溫度和濕度為影響因素，甲烷、非甲烷烴、PM10和O3的逐月日均值濃度監測數據，運用SPSS19.0統計軟件進行相關性分析。由表6可以看出，甲烷與壓力呈負相關，與風速、溫度和濕度呈正相關；非甲烷烴與風速呈負相關，與壓力、溫度和濕度呈正相關；PM10與壓力、溫度和濕度呈負相關，與風速呈正相關；O3與壓力呈正相關，與溫度呈極顯著正相關，與風速和濕度呈負相關。

表6 陽泉服務區北區大氣污染物濃度影響因素相關分析

2.5.2 太長高速武鄉服務區東區

選擇2014年10月—2015年9月期間溫度、壓力、濕度和風速為影響因素，NO、NO2、NOx和SO2的逐月日均值濃度監測數據，運用SPSS19.0統計軟件進行相關性分析。由表7可以看出，NO與溫度、濕度和風速呈負相關，與壓力呈顯著正相關；NO2與溫度和濕度呈負相關，與壓力和風速呈正相關；NOx與溫度呈顯著負相關，與濕度呈負相關，與壓力和風速呈正相關；SO2與溫度呈極顯著負相關，與濕度呈負相關，與壓力呈顯著正相關，與風速呈正相關。

表7 武鄉服務區東區大氣污染物濃度影響因素相關分析

2.5.3 忻阜高速石咀收費站

選擇2014年10月—2015年9月期間壓力、溫度、濕度和風速為影響因素，O3、SO2的逐月日均值濃度監測數據，運用SPSS19.0統計軟件進行相關性分析。由表8可以看出，O3與壓力呈顯著負相關，與濕度呈負相關，與溫度和風速呈正相關；SO2與壓力呈極顯著正相關，與風速呈正相關，與溫度呈極顯著負相關，濕度呈顯著負相關。

表8 石咀收費站大氣污染物濃度影響因素相關分析

2.5.4 侯禹高速龍門收費站

選擇2014年10月—2015年9月期間溫度、壓力、濕度和風速為影響因素，CO、NO、NO2、NOx、PM10的逐月日均值濃度監測數據，運用SPSS19.0統計軟件進行相關性分析。由表9可以看出，CO與溫度和濕度呈正比，與壓力和風速呈負相關；NO與溫度呈極顯著負相關，與濕度呈負相關，與壓力呈極顯著正相關，與風速呈正相關；NO2與溫度和濕度呈正相關，與壓力和風速呈負相關；NOx與溫度和濕度呈負相關，與壓力呈顯著正相關，與風速呈正相關；PM10與溫度呈極顯著負相關，與濕度呈顯著負相關，與壓力呈極顯著正相關，與風速呈顯著正相關。

表9 龍門收費站大氣污染物濃度影響因素相關分析

3 結論

通過對4個環境空氣在線監測站點大氣污染物的變化規律、影響因素的研究，得出如下結論：

a）從變化規律來看，甲烷第四季度濃度值高于其他3個季度，整體呈現出波動下降的變化趨勢，平均濃度為2.081 mg/m3，按月全年超標率為70%。非甲烷烴第三季度濃度值高于其他3個季度，整體呈現出波動上升的變化趨勢，平均濃度為0.125 mg/m3，按月全部達標。PM10在兩個監測站點表現出不同的變化規律，這可能與監測站點周邊氣象因子、車流量等影響因素有關，按月全年超標率均超過80%，說明PM10為服務區、收費站區域大氣污染物的重要組成。O3第二季度濃度值高，第四季度濃度值低，按月全年達標。NO、NO2、NOx基本表現為第四季度濃度值高于其他3個季度，整體呈現出波動下降的變化趨勢，NO2全部達標，NO和NOx有不同程度的超標，實際情況表明：冬季煤炭運輸車輛較多，重載車輛尾氣對空氣有一定影響。SO2呈整體下降的變化趨勢，第一季度濃度值高于其他3個季度，按月全年超標率為8%，是服務區大氣污染物的重要組成，根據現場調查結果，設置燃煤采暖鍋爐對周邊環境有一定影響，增加配套脫硫除塵設備，能有效降低SO2排放。CO整體呈現出上下波動的變化趨勢，平均濃度為5.883 mg/m3，按月全年超標率為100%，說明高速公路收費站停留繳費車輛尾氣排放是大氣污染物重要組成。

b）從影響因素來看，甲烷與壓力呈負相關，與風速、溫度和濕度呈正相關。非甲烷烴與風速呈負相關，與壓力、溫度和濕度呈正相關。PM10與溫度和濕度呈負相關，與風速呈正相關。O3與風速和濕度呈負相關，與溫度和壓力呈正相關。NO與溫度和濕度呈負相關，與壓力呈顯著正相關。NOx與溫度和濕度呈負相關，與壓力和風速呈正相關。SO2與溫度和濕度呈負相關，與壓力呈顯著正相關，與風速呈正相關。CO與溫度和濕度呈正比，與壓力和風速呈負相關。

該研究利用山西省交通運輸環境監測網絡試點工程已建的4套環境空氣在線監測點連續1年的環境空氣數據分析，得出了一定的變化規律和趨勢特征，能清楚地反映高速公路服務區、收費站及沿線周邊環境空氣污染現狀，可以為公路交通運輸節能減排和大氣污染防治工作提供重要的科學依據。