山地城市道路平坡路段PM2.5及VOCs濃度實(shí)證分析

向 健

重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶 400074

近年來(lái)，我國(guó)空氣污染問(wèn)題愈發(fā)突出，2012年，中國(guó)的華北等地在當(dāng)年屬全球PM2.5數(shù)值最高的地區(qū)[1]。2013年，對(duì)北京市10個(gè)空氣質(zhì)量觀測(cè)點(diǎn)的資料數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到北京市PM2.5濃度最高可達(dá)500μg/m3，平均值超過(guò)200μg/m3，污染程度十分嚴(yán)重[2]。而機(jī)動(dòng)車尾氣主要污染物有氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）及可吸入顆粒物[3]。

山地城市車輛產(chǎn)生的污染由于受到地形限制，并不能快速有效地?cái)U(kuò)散開(kāi)，但山區(qū)城市植被相對(duì)豐富，這也與平原城市有一定差異。2014年，重慶的環(huán)境污染源研究中表明，PM2.5來(lái)源最多來(lái)自二次粒子、移動(dòng)源及揚(yáng)塵，其中移動(dòng)源占全部來(lái)源的28%左右[4]。而移動(dòng)源主要來(lái)源是燃燒天然氣、柴油及汽油的車輛。這說(shuō)明山地城市受到車輛排放的影響也不容忽視。而早在2012年，重慶主城區(qū)污染研究中就表明，PM1.0、PM2.5和PM10日濃度均值可達(dá)0.057、0.075和0.120mg/m3，PM2.5的濃度是《美國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中PM2.5年均濃度標(biāo)準(zhǔn)的5倍，而PM10的濃度也超過(guò)了國(guó)家二級(jí)年均值標(biāo)準(zhǔn)（0.100mg/m3）[5]。2016年以來(lái)，雖重慶汽車保有量低于北京等城市，但城市交通對(duì)于VOCs濃度如芳香烴排放一樣有顯著的影響[6]。至今，在山地城市的污染排放研究中，還沒(méi)有系統(tǒng)研究PM2.5及VOCs濃度在道路兩側(cè)直接的分布規(guī)律。所以本文針對(duì)山地城市的特點(diǎn)，分析PM2.5及VOCs濃度隨路側(cè)橫向衰退規(guī)律的方式，以研究山地城市PM2.5及VOCs濃度在道路兩側(cè)的分布規(guī)律，并分析影響其分布特性及濃度大小的因素。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)道路

在重慶市主城區(qū)內(nèi)選取了有代表性的3段路段，作為測(cè)量道路。分別為楊家坪西城天街、楊家坪西郊和楊家坪直港大道。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)所用儀器分別為HT-305激光測(cè)距儀，用于測(cè)量橫向距離、博朗通BR-SMART126空氣質(zhì)量測(cè)試儀，用于測(cè)量PM2.5、VOCs濃度。

1.3 采集的方法和斷面觀測(cè)

本文所運(yùn)用的研究方法是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)法。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求，我們主要測(cè)量PM2.5濃度隨道路橫向距離的分布規(guī)律，因此要求盡量選取離路邊有較寬距離的地點(diǎn)測(cè)量，并且盡量使該地點(diǎn)在所選路段的中間段。測(cè)量間的橫向距離的確定也是根據(jù)公路外路面的寬度而決定的。一般選擇離路邊有20m左右寬度的地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，相鄰兩次測(cè)量間的橫向距離一般為2、3m或5m，每個(gè)斷面采集8個(gè)或者9個(gè)數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)。

1.4 觀測(cè)時(shí)間及采集的數(shù)據(jù)

此次試驗(yàn)的測(cè)量主要在四月下半旬采集的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集物無(wú)刻意避開(kāi)陰雨天氣，每天分高峰期及平峰期各測(cè)一組數(shù)據(jù)。排出單一數(shù)據(jù)的特殊性。

2 PM2.5與VOCs濃度的分布特征

2.1 PM2.5濃度的橫向分布特征

先整理測(cè)量的數(shù)據(jù)，在整體上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以很容易看出PM2.5與VOCs濃度與路側(cè)橫向距離有著密切的聯(lián)系，選擇如下的數(shù)據(jù)。楊家坪西城天街PM2.5濃度如圖1所示。

圖1 楊家坪西城天街PM2.5濃度

從圖1各組折線中總體趨勢(shì)可以看到，PM.25濃度一直在30mg/m3的范圍內(nèi)不停的波動(dòng)，有時(shí)波動(dòng)十分明顯，有的波動(dòng)相對(duì)較小。整體來(lái)看，PM2.5濃度是在測(cè)量范圍內(nèi)，隨著路側(cè)橫向距離的增加有輕微衰減現(xiàn)象。

2.2 VOCs濃度的橫向分布特點(diǎn)

同樣選取楊家坪西郊為實(shí)驗(yàn)地，如圖2所示。

圖2 楊家坪西郊支路VOCs濃度

從總體的趨勢(shì)可以看到，VOCs的濃度隨著路側(cè)橫向距離的增加而呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)并在一定距離之后基本保持恒定，且測(cè)量結(jié)果顯示在9m之后基本保持穩(wěn)定。從楊家坪西郊支路，楊家坪直港大道天寶廣場(chǎng)中可以明顯的看出VOCs隨著路側(cè)距離的增加而明顯下降的趨勢(shì)，而且越靠近行駛道路下降速率越快，然后逐漸趨于穩(wěn)定。從PM2.5及VOCs濃度的不停波動(dòng)可以分析，導(dǎo)致其波動(dòng)性的可能是風(fēng)速、車速及行人導(dǎo)致的測(cè)量時(shí)空氣不停快速流動(dòng)引起的?；蛘吡硪环矫嬗捎谲囕v在行駛過(guò)程中不停的變動(dòng)，引起排放不規(guī)律的變化導(dǎo)致的數(shù)據(jù)的波動(dòng)。

3 交通平峰期與高峰期對(duì)PM2.5與VOCs濃度的影響

3.1 交通擁平峰期與高峰期對(duì)PM2.5濃度的影響

根據(jù)圖1、2中各個(gè)地方所測(cè)數(shù)據(jù)可以清楚地看出，同一個(gè)地方不同時(shí)間測(cè)量的數(shù)據(jù)，無(wú)論是PM2.5的濃度還是VOCs的濃度都有著很大的差異，得到PM2.5與VOCs濃度大小非單獨(dú)的只受到路側(cè)橫向距離的影響，還會(huì)直接受到道路的擁堵情況的影響，所以本次實(shí)驗(yàn)主要選擇了車輛流量高峰期及平峰期所測(cè)數(shù)據(jù)，從而可以進(jìn)一步探討交通擁擠程度對(duì)PM2.5與VOCs的濃度的影響。由表1可以看出，交通擁堵程度對(duì)于PM2.5與VOCs濃度存在很明顯的影響。在同一天的測(cè)量數(shù)據(jù)中，PM2.5的濃度很大程度上受到了道路擁堵程度的影響，整體來(lái)看PM2.5濃度在道路擁堵的時(shí)刻比道路通暢的時(shí)候要高。從上海城20日、西郊支路24日及天寶廣場(chǎng)24日數(shù)據(jù)可以清楚看到，高峰期PM2.5濃度高于平峰期濃度超過(guò)20mg/m3，其余大多數(shù)地區(qū)高峰期的PM2.5濃度明顯高于平峰期時(shí)的數(shù)據(jù)。圖中還可以看出除了交通量對(duì)PM2.5的影響，還有其他因素對(duì)其產(chǎn)生影響。但總體來(lái)說(shuō)交通高峰期時(shí)PM2.5濃度比平峰期時(shí)PM2.5濃度高出約12.3%。

表1 實(shí)驗(yàn)路段平峰期及高峰期PM2.5及VOCs濃度分布情況

3.2 交通平峰期與高峰期對(duì)VOCs濃度的影響

同理，選擇同一地方同一天的交通高峰期與交通平峰期VOCs濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（表1），交通擁堵程度對(duì)于VOCs濃度有一定影響，但程度沒(méi)有PM2.5那么明顯。在同一天的測(cè)量數(shù)據(jù)中，VOCs濃度同樣受到道路的擁堵程度的影響，整體來(lái)看VOCs濃度在道路擁堵時(shí)比道路通暢的情況下高，但不及對(duì)PM2.5的影響明顯，從此可以猜測(cè)出其他因素對(duì)其產(chǎn)生的影響很大。從總體來(lái)看，交通高峰期時(shí)VOCs濃度比交通平峰期的VOCs濃度高出約8.9%。

4 結(jié)論與研究展望

山地城市道路由于道路交通復(fù)雜，容易造成堵車，城市相對(duì)封閉，PM2.5和VOCs擴(kuò)散相對(duì)緩慢，且具有城市道路兩邊人行道結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。所以得到如下的測(cè)驗(yàn)結(jié)果：

（1）PM.25濃度一直在30mg/m3的范圍內(nèi)不停的波動(dòng)，有時(shí)波動(dòng)十分明顯，有的波動(dòng)相對(duì)較小，但整體來(lái)說(shuō)PM2.5濃度在一定范圍內(nèi)隨路側(cè)橫向距離的增加呈現(xiàn)出稍微衰減的趨勢(shì)；

（2）VOCs的濃度隨著路側(cè)橫向距離的增加而呈現(xiàn)出明顯下降的趨勢(shì)并在一定距離之后基本保持穩(wěn)定。且測(cè)量結(jié)果顯示在9m之后基本保持穩(wěn)定；

（3）PM2.5及VOCs濃度都受到交通量的大小的影響。總體來(lái)說(shuō)交通高峰期時(shí)PM2.5濃度比平峰期時(shí)PM2.5濃度高，高出約12.3%；VOCs濃度在交通高峰期比平峰期下高高出約8.9%。