貴陽(yáng)市某城區(qū)主要交通道路揚(yáng)塵的檢測(cè)及其研究

許石青，盧林波，楊春艷，張現(xiàn)隆

(貴州大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

城市道路揚(yáng)塵雖然不代表城市的空氣品質(zhì)，但我們需要經(jīng)常出行，因此道路揚(yáng)塵與我們每個(gè)人的生活都息息相關(guān)，特別是長(zhǎng)期在公路上或公路旁作業(yè)人員的健康密切相關(guān)；隨著生活的提高與科技的發(fā)展以及城市化建設(shè)的飛快發(fā)展，城市道路路面一般占城市總面積的20%左右[1],而近年來我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量也不斷增加[2],道路揚(yáng)塵已成為城市大氣顆粒物污染的主要來源[3]。道路揚(yáng)塵是路面的積塵在一定動(dòng)力條件(風(fēng)力、機(jī)動(dòng)車碾壓、人群活動(dòng)等)作用下進(jìn)入環(huán)境空氣中形成的[4]，是環(huán)境空氣中總懸浮顆粒物的重要組成部分。道路揚(yáng)塵中顆粒物載帶多種對(duì)人體有害組分，如重金屬、多環(huán)芳烴[5]等，對(duì)人體有危害，易造成支氣管炎、肺癌等。

貴陽(yáng)市某區(qū)工業(yè)比重較小，市政道路上的粉塵成為城區(qū)粉塵的主要來源。控制道路揚(yáng)塵成為提高城市空氣質(zhì)量的重要途徑。鑒于此，本文以貴陽(yáng)市某城區(qū)作為研究背景，綜合考慮道路周圍的自然影響因素，選取29個(gè)測(cè)點(diǎn)作為道路揚(yáng)塵代表點(diǎn)，在道路邊沿的人行道上進(jìn)行道路揚(yáng)塵的測(cè)定，來分析道路揚(yáng)塵的影響因素。

1 實(shí)測(cè)概要

1.1 測(cè)試地點(diǎn)及測(cè)點(diǎn)布置

本研究基于貴陽(yáng)市某城區(qū)，在綜合考慮道路周圍的自然影響因素條件下，在主干道均勻選取29個(gè)測(cè)量點(diǎn)作為代表測(cè)量點(diǎn)，其中包括車流量較大人流量大、車流量較小人流量小、車流量很小、房屋密集和沒有房屋，周圍有建筑施工和沒有建筑施工，行道樹較多和行道樹較少，房屋較高和房屋較矮的路段以及立體交叉的橋洞下路段進(jìn)行了道路粉塵濃度的測(cè)定。

1.2 測(cè)試參數(shù)及儀器

本研究測(cè)試項(xiàng)目包括揚(yáng)塵濃度，5 min車流量、空氣濕度、溫度、風(fēng)速及天氣狀況。其他自然因素沒有作具體測(cè)量記錄，如道路周圍房屋高度，行道樹多少和高度，道路兩旁房屋狀況，交叉路口紅綠燈狀況及等候時(shí)長(zhǎng)，車流通行狀況，通行的車輛大小，周圍是否有施工車輛出入，施工車輛的大小，是否是立體交叉橋下等因素。道路揚(yáng)塵的濃度測(cè)試采用CCHZ-1000全自動(dòng)粉塵測(cè)定儀，安裝高度為1.2 m；溫濕度測(cè)試采用WSB-1型高精度數(shù)顯溫濕表，放置在距離地面30 cm的物體上；因測(cè)試揚(yáng)塵濃度時(shí)風(fēng)速太小，風(fēng)速測(cè)量采用CFJD5微速電子風(fēng)速儀進(jìn)行。

1.3 測(cè)試條件

測(cè)試時(shí)間為2018年7月到9月，風(fēng)速較微小的晴天、多云、陰天，空氣較為干燥的天氣；單次測(cè)量時(shí)間為5 min，并記錄一次。每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量3次。

2 結(jié)果及分析

29個(gè)道路監(jiān)測(cè)點(diǎn)共采集464個(gè)數(shù)據(jù)，將每個(gè)測(cè)點(diǎn)所測(cè)的三次揚(yáng)塵濃度與5分鐘車流量、相對(duì)濕度、空氣溫度、風(fēng)速的數(shù)據(jù)分別取平均值，在保證不影響整體數(shù)據(jù)情況下，剔除少量的離群數(shù)據(jù)(離群數(shù)據(jù)主要是由車身帶泥、車輛灑落貨物以及測(cè)量時(shí)人員操作讀數(shù)時(shí)產(chǎn)生的偏差)，將數(shù)據(jù)以散點(diǎn)圖形式表示，再將散點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到的道路揚(yáng)塵濃度與5分鐘車流量、相對(duì)濕度、空氣溫度、風(fēng)速的關(guān)系圖。

2.1 揚(yáng)塵濃度與天氣變化規(guī)律

將得到的道路揚(yáng)塵濃度數(shù)據(jù)按相同天氣下累加求均值，如圖1所示。

圖1 不同天氣下?lián)P塵濃度對(duì)比Fig.1 Contrast of dust concentration in different weather

圖中可以看出不同的天氣下?lián)P塵濃度有所不同，多云>晴天>陰天。這是由人為因素和氣象因素共同作用造成的。晴天及多云天氣人類活動(dòng)更加頻繁，如工地施工產(chǎn)生的粉塵，運(yùn)輸車輛自身攜帶的泥土與撒落的物料。貴州氣候陰天時(shí)容易伴隨小雨，大氣中微粒被雨滴所吸附。多云天一般風(fēng)速相對(duì)較小，晴天及多云天氣光照強(qiáng)烈，頻繁的光化學(xué)反應(yīng)生成大量二次粒子[6]，而且車輛在雨季攜帶泥土，在強(qiáng)烈的光照作用下，泥土脫水失去附著力，更容易掉落在道路上。經(jīng)過后車輛的碾壓帶動(dòng)，使得揚(yáng)塵濃度更大。

2.2 揚(yáng)塵的影響因素與相關(guān)度的分析方法

R值為pearson相關(guān)系數(shù)，常稱為極差相關(guān)系數(shù)，適用于描述兩個(gè)變量間線性相關(guān)強(qiáng)弱的程度。R的絕對(duì)值越大表明相關(guān)性越強(qiáng)。它的計(jì)算公式為

利用相關(guān)系數(shù)的大小可以判斷變量間相關(guān)系數(shù)的關(guān)系，具體見表1。

表1 R值對(duì)應(yīng)相關(guān)程度Tab.1 R value corresponds to the degree of correlation

2.3 不同車流量下的揚(yáng)塵濃度的變化規(guī)律

從圖2可以看出揚(yáng)塵濃度與車流量為正相關(guān)，但是相關(guān)性為低度，R=0.48說明車流量越大，揚(yáng)塵濃度隨著提高，但是揚(yáng)塵濃度受到車流量的影響程度較弱，這是因?yàn)槿笔к囕v平均車速、車輛表面積和車輛載重等重要的道路信息。道路上的塵土在機(jī)動(dòng)車和其他形式能量作用下會(huì)被揚(yáng)起進(jìn)入大氣中，而揚(yáng)塵的能量主要考慮車輛本身的動(dòng)能。車流量不能直接得出揚(yáng)塵濃度的具體值，但可以反映揚(yáng)塵濃度的變化趨勢(shì)。

圖2 揚(yáng)塵濃度與車流量的關(guān)系Fig.2 The relationship between dust concentration and traffic flow

2.4 不同空氣濕度下的揚(yáng)塵濃度的變化規(guī)律

從圖3可以看出揚(yáng)塵濃度與相對(duì)濕度呈指數(shù)負(fù)相關(guān)。R=0.51表明揚(yáng)塵濃度與濕度顯著相關(guān)。相對(duì)濕度表示空氣中的絕對(duì)濕度與同溫度和氣壓下的飽和絕對(duì)濕度的比值，得數(shù)是一個(gè)百分比。同溫度下空氣的相對(duì)濕度越大，絕對(duì)濕度越大。絕對(duì)濕度是每立方米濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量。絕對(duì)濕度越高，揚(yáng)塵顆粒表面的濕度也將提高[7]，從而增大了揚(yáng)塵顆粒的密度。使得揚(yáng)塵顆粒懸浮在空氣中的能力下降，有效地抑制揚(yáng)塵。針對(duì)道路上的揚(yáng)塵多屬于二次揚(yáng)塵，提高道路的濕度更加有助于遏制揚(yáng)塵。

圖3 揚(yáng)塵濃度與相對(duì)濕度的關(guān)系Fig.3 The relationship between dust concentration and relative humidity

2.5 不同溫度下的揚(yáng)塵濃度的變化規(guī)律

從圖4可以看出揚(yáng)塵濃度與溫度成正比關(guān)系。R值等于0.45說明揚(yáng)塵濃度與溫度低度相關(guān)。溫度越高，空氣中分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，顆粒撞擊顆粒時(shí)撞擊力越大，因而同一瞬間來自各個(gè)不同方向的顆粒對(duì)顆粒撞擊力越大，小顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變?cè)娇?。帶電荷的顆粒會(huì)很快和相對(duì)電荷顆粒撞擊釋放出其自帶電荷，成為中性，在自然界復(fù)雜電場(chǎng)中不易被帶電體吸附，容易形成二次揚(yáng)塵。

圖4 揚(yáng)塵濃度與氣溫的關(guān)系Fig.4 The relationship between dust concentrationand air temperature

2.6 不同風(fēng)速下的揚(yáng)塵濃度的變化規(guī)律

從圖5可以看出揚(yáng)塵濃度與風(fēng)速相關(guān)性很差，R為0.36表明揚(yáng)塵濃度和風(fēng)速低度相關(guān)。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到0.15 m/s時(shí)，風(fēng)流流動(dòng)開始表現(xiàn)為紊流狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)流流速再增加時(shí)，流線不再清楚可辨，流場(chǎng)中有許多小漩渦，層流被破壞，相鄰流層間不但有滑動(dòng)，還有混合。這時(shí)的流體作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，有垂直于流管軸線方向的分速度產(chǎn)生，這種流體運(yùn)動(dòng)稱紊流。這種紊流導(dǎo)致每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的揚(yáng)塵濃度具有隨機(jī)性，故風(fēng)速不能作為揚(yáng)塵濃度定量的標(biāo)準(zhǔn)。但從圖中可以看出風(fēng)速在0.5～1.0 m/s時(shí)揚(yáng)塵普遍偏高。表明空氣中的顆粒在0.5～1.0 m/s容易漂浮在近地面，當(dāng)風(fēng)速大于1 .0 m/s時(shí)，空氣中的顆粒在風(fēng)力作用下帶到高處并漂走，近地面揚(yáng)塵濃度降低。

圖5 揚(yáng)塵濃度與風(fēng)速關(guān)系Fig.5 The relationship between dust concentration and wind speed

3 結(jié)論和建議

(1)通過道路揚(yáng)塵與車流量、空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速的相關(guān)度分析，得出相關(guān)度最高的是空氣濕度。

(2)通過對(duì)貴陽(yáng)市某城區(qū)道路揚(yáng)塵濃度的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比得出陰天比多云和晴天普遍偏低。因此，在晴天和多云天氣下對(duì)施工揚(yáng)塵，運(yùn)輸車輛車身清洗及運(yùn)輸車輛物料的覆蓋和灑落情況加強(qiáng)監(jiān)管。同時(shí)在主干道上加強(qiáng)車流量控制，避免運(yùn)輸車輛在車流量大的干道上行駛。

(3)通過相對(duì)濕度和道路揚(yáng)塵濃度的分析得出濕度越大，降塵效果越好。因此在干燥天氣情況下加強(qiáng)重點(diǎn)道路上的噴霧灑水工作，提高道路局部濕度，從而更加有效的遏制住揚(yáng)塵。同時(shí)在車輛進(jìn)出城區(qū)口設(shè)置車輛沖洗設(shè)備，不但能減少車輛攜帶的泥土，還能攜帶水分，在道路上行駛過程中通過水分的蒸發(fā)達(dá)到提高局部濕度。

(4)由于在本次研究測(cè)定道路揚(yáng)塵濃度時(shí)，沒有考慮記錄其他自然因素對(duì)道路揚(yáng)塵在周圍空氣中擴(kuò)散的影響，但從實(shí)際測(cè)量道路揚(yáng)塵的地點(diǎn)狀況分析得出：立體交叉橋下由于兩側(cè)有高墻不利于揚(yáng)塵向外擴(kuò)散，揚(yáng)塵濃度較高，同樣在道路兩側(cè)有較高房屋，且行道樹較多較高路段，揚(yáng)塵濃度也較高；在紅綠燈等候路段，車流量大且堵車或者緩行時(shí)，揚(yáng)塵濃度也較大；在道路兩側(cè)有較高房屋，行道樹較多較高且有紅綠燈并有車輛緩行、等候通行或者堵車的狀況的路段和周圍有施工車輛進(jìn)出的路段，揚(yáng)塵濃度最高；在周圍沒有施工車輛出入、沒有房屋建筑和行道樹、非紅綠燈等候、非立體交叉橋下路段，測(cè)定出的道路揚(yáng)塵濃度僅為38 μg/m3，其空氣質(zhì)量為優(yōu)。

(5)揚(yáng)塵濃度和風(fēng)速相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)沒有很強(qiáng)相關(guān)性，主要是測(cè)試時(shí)間在7～9月，測(cè)試的天氣為多云天和晴天，當(dāng)?shù)仫L(fēng)速較小，地面風(fēng)速就更??；在風(fēng)速較小的紊流情況下，一個(gè)區(qū)域一個(gè)測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠反映該區(qū)域的風(fēng)速和揚(yáng)塵濃度的相關(guān)性，應(yīng)加強(qiáng)在不同風(fēng)速、距離地面不同高度下的揚(yáng)塵濃度的研究；考慮道路車輛狀況、道路周圍建筑屋、行道樹、紅綠燈以及緩堵等因素進(jìn)行量化的相關(guān)性研究。