基于綜合指數法的高速公路施工期環境空氣質量評價

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。環境空氣污染關乎人們的身體健康，環境空氣質量的好壞直接影響到人們正常的工作和學習。隨著全社會環保意識的日益提高，環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，多集中于城市區域，研究內容主要涉及環境空氣質量的變化趨勢、環境空氣質量污染特征、環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境空氣質量綜合評價監測具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

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。項目區自然植被屬暖溫帶森林草原灌叢植被區，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 監測內容與要求

1.2.1 監測項目

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

1.2.2 監測布點

環境空氣質量監測共設4個點位，各監測點布設見表1。

表1 環境空氣采樣點及監測項目

1.2.3 監測時間、頻率

環境空氣質量各監測因子需連續監測7 d，其中SO2、NO2、PM10每天連續監測不少于20 h有效數據，TSP不少于24 h有效數據。

1.2.4 采樣及分析方法

采樣環境、采樣高度的要求按《環境監測技術規范》（大氣部分）執行，樣品分析執行《空氣和廢氣監測分析方法》中規定的方法。具體方法見表2。

表2 環境空氣監測分析方法

1.3 數據處理與評價方法

數據的統計分析方法采用SPSS 19.0軟件，采用EXCEL軟件作圖。

本文采用綜合指數法對高速公路施工期環境空氣質量進行評價。該方法不僅可以反映出某一特定監測因子對環境空氣質量的影響，而且可以通過綜合指數全面地反映出各個監測因子對環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；ai為i因子的實際監測結果；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。

2 結果與分析

2.1 各監測因子的濃度狀況

由表3可以看出，環境空氣質量各監測因子中TSP與PM10呈顯著相關關系，其余各監測因子之間無明顯相關關系。由表4可以看出，研究區環境空氣質量監測因子中，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。各監測點位監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，在監測點位A、B、C和D連續7 d環境空氣質量監測因子變化中，TSP與PM10的監測值波動較大，而SO2和NO2的監測值波動較小，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 環境空氣質量各監測因子相關分析結果

表4 環境空氣質量各因子監測結果 mg/m3

圖1 監測點位A連續7 d環境空氣質量各監測因子變化情況

圖2 監測點位B連續7 d環境空氣質量各監測因子變化情況

圖3 監測點位C連續7 d環境空氣質量各監測因子變化情況

圖4 監測點位D連續7 d環境空氣質量各監測因子變化情況

2.2 單因子評價指數

本項目以環境空氣質量標準（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的計算。

表5 環境空氣污染物基本項目濃度限值

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

表6 環境空氣質量監測因子單因子評價指數

2.3 綜合指數評價

2.3.1 評價等級的確定

本文利用系統分級法確定環境空氣質量評價等級[6]，將環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，然后將各監測因子的處理值相加，獲得環境空氣質量分級標準，據此劃分出項目區環境空氣質量評價級別（表7）。由表7計算結果，得到基于監測因子權重的系統分級法確定的環境空氣質量綜合評價分級標準（表8）。

表7 系統分級法確定環境空氣質量評價等級

表8 環境空氣質量綜合評價分級標準

2.3.2 綜合評價指數

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

表9 監測點位A、B、C和D監測因子單因子評價指數平均值

3 結論

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

a）項目區環境空氣質量監測因子中，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。各監測點位監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監測點位的綜合評價指數分別為0.527和0.498，其環境空氣質量評價等級均為Ⅱ級，環境空氣質量均為良；C和D監測點位的綜合評價指數分別為1.087和1.008，其環境空氣質量評價等級均為Ⅲ級，環境空氣質量均為不佳；項目區整體綜合評價指數為0.780，其環境空氣質量評價等級為Ⅱ級，環境空氣質量為良。