重庆公路干道交通污染源对空气质量影响研究

王同桂 张 灿 郑 坚 吴莉萍

（1 重庆市生态保护技术服务中心 重庆 401147 2 重庆市生态环境监测中心 重庆 401147 3 重庆市生态环境科学研究院 重庆 401147）

引言

自1952 年伦敦“硫酸烟雾事件”以及1955 年洛杉矶“光化学烟雾事件”发生以来，世界各国对机动车排放污染物的毒性和健康效应进行了大量的研究。这些研究结果表明，机动车排放的污染物具有很强的诱变性。机动车尾气造成的大气环境污染占整个城市大气污染的60%以上，最高可达90%[1]。国内外很多研究实证了交通活动与环境污染之间存在很强的相关关系，如Clarke 和Ko 对英国利兹地区的研究[2]，Thijsse 对对德国柏林及其郊区空气污染的研究[3]，Wang 通过比较研究[4]，张菊等对北京的空气质量变化的研究发现[5]及肖宏伟的研究认为是城市机动车尾气排放是中国雾霾污染形成的重要因素[6]。

而随着城市的快速发展，以城内高速、绕城高速为代表的交通主干线逐渐成为城市分区的重要依据。因此，很有必要探讨高速和城市主干线的交通污染排放对环境空气质量的影响。

本文选择了重庆市主城某区的茶园片区为试点研究对象，开展了交通情况的实际调查，在分析空气污染物的时空分布特征、气象数据变化规律以及交通量和车速的变化特征的基础上，探讨了高速公路及主干道交通污染对空气质量的影响，并提出有针对性的交通污染控制建议。空气质量数据来自于茶园空气质量监测站。

1 基本交通情况调查

1.1 道路情况

研究对象所在的重庆主城某区，总公里里程581.53 公里，其中等级公路505.13 公里，高速公路37.64 公里。茶园片区总公里里程38.1 公里，占该区的6.56%，道路类型以主干道为主，具体信息如表1 所示。

表1 茶园片区主要道路情况

1.2 机动车保有量

2011-2016 年，重庆市机动车保有量增长快速，年均增长率约9%。机动车保有量中，汽车保有量持续增长，摩托车保有量持续减少。汽车在机动车保有量中的占比越来越大，从2011 年的39%上升到2016 年的65%，具体见图1。

图1 汽车保有量增长情况

汽车保有量的快速增长，主要来源于轻型汽油车的快速增长。2016 年，净增长的49 万辆汽车中，有47 万辆是轻型汽油车。重型柴油车（以货车和中、重型客车为主的）增速相对较低年均增速（6%）仅约为轻型汽油车的1/3，年均增量（2 万辆）约为轻型汽油车的1/19。2016 年，轻型汽油车（约85%）和重型柴油车（约10%）占据了汽车保有量的绝大部分（约95%）。由于重型柴油车增速低于轻型汽油车，从2011 年到2016 年，重型柴油车在汽车保有量中的比例，从29%降至10%。

1.3 不同车型机动车污染排放情况

根据调查，一氧化碳、碳氢化合物排放状况相似，排放主要来源于汽油车，柴油车有20-30%的占比。国Ⅰ、国Ⅱ汽油车排放的一氧化碳、碳氢化合物占比约为30%。约95%的颗粒物和70%的氮氧化物是由重型柴油车排放的。黄标车对颗粒物排放的影响最大，对颗粒物、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物排放的贡献率依次为22%、18%、16%和15%。

1.4 典型道路的车流量

车流量是指单位时间通过道路某一断面的车辆数，是检验机动车的重要营运参数。本课题结合重庆市的特殊地形和道路特征，特别组选取茶园区玉马路作为本次调查的对象，并把通过此路段的车辆进行了连续个12 小时和连续24 小个时的计数，最后得出结果是连续12 个小时平均的通过车辆为1783 辆，连续24个小时通车辆为3309 辆。该路段车辆通行规律表现出双峰型，即在上午8：00-11：00 时段和下午15：00-20：00 时段车流量最大，而在夜间01：00-03：00 时段主要是以建筑工地的渣土车为主。

1.5 典型道路的车流速度

机动车不同的速度行驶所产生污染物的总量也不相同。主城区干路路网高峰平均车速为23.1km/h。选用茶园新区7 条主干道，选用GPS 仪固定测试过往车辆行驶的速度。实验测试时间是在工作日的白天，测量时间是9：00-10：00 时段、17：00-19：00时段，实验测量过程中该车与被测主干道上车流同步，不存在超车行为。测量结果显示，茶园新区的道路机动车车辆平均行驶速度为41.8km/h，尤其是在工作日的上下班高峰期平均车速达到31km/h 左右，通行状况优于主城区平均情况。

1.6 道路车辆污染物排放情况

对南岸区金山路的1.2 万辆机动车尾气排放情况进行了遥感监测，见表2。结果表明，该区域车型白天以小型汽车为主，夜间以大型运货车辆为主。在道路通行情况相同，车辆行驶速度基本一致的情况下，大型客货车CO2、CO、HC、NO 等特征污染物的排放量远远超过小型客货车的排放，尤其是NO 的差异尤为明显。

表2 污染物排放监测情况

2 气象条件及空气质量状况

区域空气自动监测站位于茶园新区，通江大道管委会楼上，距内环高速直线距离1.18 公里、距茶园新区主干道通江大道直线距离180 米。地理位置较易受局交通地污染影响。环境空气质量数据选取1-3 月数据进行分析。

2.1 气象条件

（1）风向。试验点的主导风以东北风向为主，出的现频率约25%左右；次主导风为东风，出现的频率为20%。风频玫瑰图见图2。

图2 南岸区风频玫瑰图

（2）风速。试验点最高风速为4.1m/s，出现的频次为0.2%，出现频次最多的风速为0.8m/s，频次为10.8%；试验点风速主要以0.4-1 m/s 为主，出现的频次为62.4%，见图3。

图3 风速频率图

2.2 环境空气质量变化特征

（1）氮氧化物。试验点地区氮氧化物日变化趋势为：日均浓度93.3g/m3，最高的日均浓度出现时间为23 点，出现时段为：08：00-10：00，20：00-01：00，其变化规律为从8：00 开始上升，9：00 到该时段高点，10：00 以后浓度逐渐下降，到16：00 降到全天最低；从20：00 后浓度逐渐上升，到23：00 达到全天最高浓度，0：00 后浓度逐渐下降，见图4。

图4 氮氧化物日均监测数据

（2）颗粒物。试验地区颗粒物日变化趋势为：日均浓度99.83g/m3，最高日均浓度出现的时间为22 点，高值出现时段为20：00-03：00，其变化规律为从20：00 开始上升，22：00 到达峰值，23：00 以后浓度逐渐下降，到15：00 降到全天最低；总体来说其变化的曲线比较平缓，日均浓度波动不大，见图5。

图5 颗粒物日均监测数据

（3）细颗粒物。试验地区细颗粒物浓度变化趋势为：日均浓度70.01g/m3，最高日均浓度出现点为23 时，高浓度值出现时间为20：00-03：00，变化情况表现在从晚上20：00 慢慢升高，23：00到达最高值，23：00 以后开始慢慢回落，直到16：00 降低到一天的最低值；总体来说其变化的曲线比较平缓，日均浓度波动不大，见图6。

图6 细颗粒物日均监测数据

（4）一氧化碳。试验地区一氧化碳日变化趋势为：日均值1.19mg/m3，最高日均浓度出现点为晚上22 点，高浓度值出现时间为20：00-00：00，变化情况表现在从晚上20：00 开始上升，22：00到最高值，23：00 以后开始慢慢回落，直到15：00 降低到一天的最低值；总体来说其变化的曲线比较平缓，日均浓度波动不大，见图7。

图7 一氧化碳日均监测数据

3 道路污染物浓度变化特征分析

在试验地区主干道（包括高速路口）以及次干道上设置了颗粒物和氮氧化物监测点，对其路段进行不间断24 小时连续监测。

3.1 氮氧化物监测结果

监测结果见图8，监测结果表明，主、次干道氮氧化物变化，与其车流量高峰期基本吻合，从半夜20 点至23 点逐渐上升，23点出现该区域氮氧化物最高值。这与目前茶园新区大量的建筑工地有密切的关系，课题组经观察发现茶园片区每晚23 点过后有大量的运渣车通过内环高速到茶园下道倾倒渣土。

图8 南岸区次级道路氮氧化物监测结果

3.2 细颗粒物监测结果

试验测试结果见图8，监测的数据表明细颗粒物的高浓度出现在晚上23 点和凌晨2 点这个时间段，峰值在0：00，结果说明该路段载重货车对细颗粒物浓度贡献较大。

图9 南岸区次级道路颗粒物监测结果 影响分析

（1）车流量与道路监测的关系。道路监测结果表明，氮氧化物从夜间20 点至23 点逐渐上升，23 点出现该区域最高值；细颗粒物的高值出现在23 点和凌晨2 点之间；该时间段均为重型柴油车运行高峰时段，重型柴油车对道路氮氧化物和颗粒物的排放贡献显著。

（2）道路污染物分布与空气质量的关系。结合试验地区大气质量监测点数据和试验道路现场试验数据的结果分析，颗粒物等主要大气污染物浓度最高值出现的时间：试验地区大气质量监测点细颗粒物日均值峰值出现在夜间23 点，峰值出现的时间段在20：00-03：00，变化情况表现在从晚上20：00 慢慢上升，23：00到达最高值；试验道路现场监测数据细颗粒物的最高值出现在晚间23 点和凌晨2 点这个时间段，说明试验地区细颗粒物与道路细颗粒物具有一致性；NOx 试验地区大气质量监测点日均值峰值出现在夜间23 点，最高浓度值出现时段为：08：00-10：00，20：00-01：00，变化情况表现在从早上8：00 慢慢升高，早上9：00 到峰值，上午10：00 以后浓度缓慢降低，到下午16：00 下降到全天最低值；又从晚间20：00 开始浓度慢慢升高，到夜间23：00 达到一天的峰值，试验道路数据显示，从20 点至夜间23 点缓慢升高，夜间23 点出现该区域氮氧化物峰值。环境空气站点颗粒物和氮氧化物变化趋势和道路监测数据的一致性说明道路交通对该片区环境空气质量有较大影响。

4 建议

（1）关闭茶园新区渣场，控制夜间外来大型货车数量；（2）合理规划运行路线，对于交通繁忙的通江大道限制货车通行；（3）强化尾气排放监管，禁止尾气排放不符合要求的车辆通过。

结语

要持续改善空气质量要以控制机动车排气污染为抓手，首先要控制首要污染源——重型柴油车，规范其道路行为，控制超载，降低污染，在影响群众生活生产的路段采取限行措施。