福州市快速路交通颗粒物变化特征 檀华梅 张兰怡 邱荣祖 乐晓敏 福建农林大学交通与土木工程学院 摘 要： 基于 2017 年连续数天对福州市三环快速路测试路段交通的颗粒物浓度进行监测, 同步记录的气象、交通特征数据, 对颗粒物污染特征进行探究并分析得到, 风速、温度、湿度与 PM2.5、PM 10浓度均呈显著的负相关性。研究结果显示:该路段“周末效应”并不明显, 总的交通量与 PM2.5、PM 10浓度均有明显正相关性;在调查的 6 种车型中, 小型客车、大型货车对颗粒物浓度影响最为明显, 其中, 小型客车对 PM2.5、PM 10有较明显正相关影响, 而大型货车和 PM2.5呈明显的正相关性的同时与 PM10相关性较弱。关键词： 机动车污染; 颗粒物; 分布特征; 作者简介：檀华梅 (1991) , 女, 硕士生, 研究方向:交通运输环境。作者简介：邱荣祖 (1961) , 男, 教授, 研究方向:交通环境影响评价。E-mail:qrz1010yahoo.com.cn收稿日期：2017-09-18基金：福建省教育厅中青年教师教育科研项目 (JAS170150) Characteristics of Particulate Emission from Expressway Traffic in Fuzhou CityTAN Huamei ZHANG Lanyi QIU Rongzu YUE Xiaomin College of Transportation and Civil Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University; Abstract： Based on continuous several days monitoring of particle concentration in Fuzhou third ringroad expressway in 2017, and simultaneous recording of the weather and the data of traffic characteris-tics, to analyze the characteristics of particulate emission, it was obtained that the temperature, humidi-ty, wind speed with PM2.5, PM10 concentration had a significant negative correlation.The results showedthat the weekend effect was not obvious in this section of the road, the total amount of traffic andPM2.5, PM10 concentrations were significantly positively correlated.In the investigation of six vehicletypes, small cars and large trucks had the most obvious influence on the concentration of particulateemission, small cars had a significantly positive correlation with PM2.5 and PM10, while the large trucksshowed a significant positive correlation with PM2.5, and a weak correlation with PM10.Keyword： motor vehicle pollution; particulate matter; distribution characteristics; Received： 2017-09-18机动车尾气污染形势日益严峻, 并已成为城市大气颗粒物污染重要来源之一。据环保部门发布的2016 年中国机动车环境管理年报, 2015 年全国机动车总污染物排放初步核算为 4 532.2 万 t, 其中 NOX、HC、CO 和颗粒物分别占584.9、430.2、3 461.1 和 56 万 t1。近年来, 颗粒物污染特征从固定源逐渐向移动源方向深入, 对在交通环境下颗粒物的研究也越来越多。杨柳等2应用扫描电迁移率颗粒粒径谱仪 (SMPS) 研究了北京北四环道路边常规交通和奥运交通状况大气颗粒物数分布特征及变化规律, 并探讨了交通流量、平均车速等因素对其的影响;陈上杰等3分析了林带内外的 PM2.5浓度变化特征以及植被结构配置 (林带宽度、单位面积三维绿量) 、气象条件对其浓度的影响;明锦等4通过对某交通干道附近细颗粒物及车流量的连续测量, 得到晴天、雨天不同粒径段的细颗粒物浓度的波动性不一致, 并分析交通流量与其浓度之间的关系, 可初步判断该环境中细颗粒物来源;竹涛等5通过典型道路采样点采集到的道路尘样品对 PM2.5化学分析表明, 机动车污染 (包括尾气、磨损等) 和建筑尘、土壤尘、燃煤和生物质燃烧等对离子均有较大贡献。大气中颗粒物对人体会造成一定的危害, 特别是径粒小微粒如细颗粒物、超细颗粒物威胁更大6, 同时对空气环境也会产生一定的消极影响, 因此通过排放法规、相关措施来限制颗粒物的排放十分必要。本文基于福州市三环快速路2017 年 4 月 23 日-26 日及 5 月 3 日-6 日 (为期 7 d, 分别从星期天、星期一依次到星期六) 道路交通监测数据 (其中五一期间交通特性比较特殊, 故没有考虑) , 获取两段同一道路类型的车流量、平均速度、车队构成等交通活动水平信息, 对实验道路的颗粒物排放特征进行分析, 并对比工作日与周末的交通活动水平, 深入研究车辆构成、瞬时交通量、气象等因素对颗粒物浓度的影响, 为城市交通颗粒物污染的治理提供参考依据。1 研究路段概况与实验方法1.1 研究路段概况本实验路段选在福州市仓山区, 位于福州城区南部, 年平均日照数为 1 7001 980 h, 年均温度为 1620, 年均降水量为 9002 100 mm。2016 年, 全市汽车保有量达 108.08 万辆 (含三轮汽车和低速货车) , 比上年末增长 12.2%。福州市三环路为城市快速路, 2012 年 1 月已全线贯通, 在各路段及隧道口都有明显的限速交通标志, 西、南三环 80 km/h, 东、北三环路沿线 120 km/h, 隧道限速 100 km/h, 本研究选取福建农林大学金山校区西门三环快速路段属于三环路段西三环位置, 限速 80 km/h。本路段设有中央分隔带, 双向六车道, 城市道路中非机动车、行人等因素对实验结果干扰较大, 为避免减少自行车、摩托车、行人等其他因素对排放造成的影响, 保证数据的精确性选择该路段进行研究, 并且此道路较宽、路两边有绿化带、直通式并且无红绿灯, 保证机动车能畅通连续地行驶。1.2 实验方法与测试仪器考虑到夜间交通流量较小, 监测时间段选择从 700 到 2200, 每 25 min 测量一次。观测点位于人行道靠近非机动车道一侧, 采样点设置在人行道内 1m 处, 采样高度为 1.53m, 且距离上下游交叉路口 200 m 以上。布点根据实验时间按顺序编号。采用的实验仪器设备有 Metone831 粉尘仪、LM8000A 风速/照度/温湿度/温度计、激光测速仪及 Hi-Pro MTC10 多功能交通调查仪。2 结果与分析2.1 颗粒物变化趋势分析2.1.1 颗粒物浓度时间变化趋势利用实验监测数据, 得到福州三环快速路 7 d的 PM2.5、PM 10每天平均浓度变化值, 如图 1 所示。从图 1 中可以看出, 第 3 天 (星期二) 与图中第 6 天 (星期五) 中 PM2.5、PM 10浓图 1 颗粒物每天平均浓度变化 Fig.1 Changes of average concentration of particles in different days 下载原图度均呈现较高值, 从记录的气象信息中得到星期二与星期五均是雨天, 该结果与 CHARRON 等7的研究结果一致, 其研究提出粒径150 nm 的颗粒物在下雨天会增加, 并且降雨量0.4 mm, 颗粒物浓度增加更大。因此, 从图中可以得到雨天天气比其他天气颗粒物浓度高。另外, PM 10日均浓度最高为 291.264 1g/m, 最低浓度为 123.983 6g/m, 高低值得差距百分比为 57.43%, 平均值为 189.232 3g/m, 远远高于国家环境空气质量标准 (GB3095-2012) 二级标准限值 150 ug/m, 而 PM2.5除了以上所述的两天雨天外均在标准限值 (75g/m) 内, 日均浓度最高为 165.839 6g/m, 最低为 58.779 3g/m, 高低值得差距百分比为 64.56%, 平均浓度为 82.906 8g/m。PM2.5、PM 10平均浓度时刻变化如图 2 所示。图 2 中, PM 2.5、PM 10浓度双峰现象较为明显, 8:00-9:00 时间段出现第一个高峰, 原因是上午温度较低且上升较慢, 不利于颗粒物的净化, 并且该时段为早高峰时段, 车流量增加, 导致PM2.5、PM 10浓度增高;而后随着该路段中午车流量较小且温度升高, 大气活跃度增加, 导致在 11:30 至 15:00 期间出现颗粒物浓度低谷;16:00-18:00 点为晚高峰时段, 交通量增加且温度降低, PM 2.5、PM 10浓度升高, 并且夜晚温度下降较为明显, 颗粒物扩散条件变得不利, 导致晚上 19:00-22:00 点颗粒物浓度持上升水平。图 2 颗粒物平均浓度时刻变化值 Fig.2 Changes of average concentration of particles in different moments 下载原图2.1.2 交通量变化趋势福州市三环快速路 7 d 交通量变化如图 3 所示。从图 3 可知, 该实验周交通量变化幅度较小, 因为三环路为快速路, 与城市一般主要道路出行特点不同, 该路段一天中除早晚高峰, 非高峰时段通过车辆也非常多, 特别是中重型货车。另外, 结合上述 7 d 内日平均浓度变化, 发现本路段“周末效应”并不明显, 星期六星期天交通量虽然有所降低, 但并不特别明显, 分别为 6 253、6 766 pcu/h, 而在星期四与星期五交通量却有较大幅度增加, 分别为 8 735、8 531 pcu/h。图 3 7 天交通量变化趋势 Fig.3 Changing trends of traffic volume in seven days 下载原图从 7 d 的调查中可以看出, 该路段的双高峰期明显, 平峰期下降较为明显, 整理数据发现, 在被测时间段 7:00-22:00 内, 最大交通量 (16 404pcu/h) 出现在早高峰 7:00-8:00, 该时段由于上班上学等原因出行会明显增加;最小交通量 (2 080 pcu/h) 出现在 21:00-22:00, 主要由于此时段为深夜, 居民出行减少。从全天交通流量变化来看 (见图 4, 单位:pcu/h) , 早晚高峰趋势大致相同, 早高峰小时内平均车流量 11 182 pcu/h, 在 7:00-8:00 时间段内;晚高峰平均车流量 11 443pcu/h, 在 17:00-18:00 时间段内;图 4 中 11:00-14:00 期间存在一个交通低谷, 可能此时间段由于午休等原因导致机