特長隧道空氣質量的調查研究

趙 琦,許 君,余家燕,鮑 雷,張維賓,李大年

(1.重慶市環境監測中心,重慶401147;2.重慶交通大學,重慶400074)

作為長江上游的經濟中心,重慶主城區正經歷“北移、東進、西拓、南擴”的大規模擴展。由于特有的山城地貌條件,前所未有的道路建設帶來了隧道數量和長度的迅速增長,重慶已成為名副其實的“隧道之都”。作為相對封閉的人造空間,隧道存在著空氣污染、能見度降低和噪聲振動等敏感問題,導致交通事故率高于其他路段,事故影響面往往更大。相關研究表明[1],隧道高濃度一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)通過協同效應易導致駕駛員生理反應能力下降,神志不清、精神渙散乃至昏睡,增加發生交通事故的危險性。特長隧道空氣污染不僅關乎著隧道的營運安全,也關系廣大司乘人員身心健康,甚至關系大眾的生命財產安全。開展主城區特長隧道空氣污染調查,有利于把握其污染特征;驗證現有通風設施的排污能力,促進隧道設計規范的不斷完善;同時也能客觀評價機動車排放和燃油質量狀況[2]。其結果將為“藍天行動”和“健康重慶”、“暢通重慶”建設提供積極的技術支持。

1 材料與方法

為確保檢測儀器、設備和人員安全,同時不影響隧道正常通車,確定了3座特長隧道作為調查對象,見表1。具體采樣點位于隧道緊急停車港,同期車流量在上述隧道的3個監控中心進行統計。

表1 隧道基本狀況

檢測項目和分析測試儀器見表2。每個隧道連續采樣48 h,統計及分析指標為各污染物小時濃度均值。同步記錄檢測期間隧道內氣溫、氣壓和風速等參數。

表2 檢測項目和分析測試儀器

2 污染特征分析

2.1 污染物濃度水平

隧道污染物濃度水平見表3。

表3 隧道污染物質量濃度測試結果(2009-10-16—2009-10-22) mg·m-3

采用《環境空氣質量標準》(GB3095-1996)二級標準對上述污染物濃度評價(TVOC在環境空氣標準內暫缺,借用 GB/T 18883-2002《室內空氣質量標準》評價)如下:

3座隧道SO2小時濃度均未超標,但有2座隧道日均濃度超標;PM10日均濃度超標;NO2小時濃度未超標,日均濃度也未超標;NOx小時濃度超標,日均濃度也超標,檢測顯示NO占NOx總濃度的98.8%。CO小時濃度未超標,但日濃度超標;Pb日均濃度未超標;苯并[a]芘日均濃度未超標,且遠低于標準限值。分析測試顯示,隧道內16種多環芳烴中含量最多是苊烯,比例達57.2%。統計表明,苊烯、芘、屈、熒蒽、苯并[a]蒽和芴這6種污染物占16種多環芳烴總量的90.5%;苯并[a]芘則僅占多環芳烴總量的0.78%,所占份額較低。

采用SO2,PM10,NOx,CO,Pb和苯并[a]芘等6項污染因子計算隧道內空氣綜合污染指數,得其范圍為18.9～37.9,均值達31.1,屬重度污染。

2.2 污染物濃度與車流量相關性

隧道車流量每日均有2個高峰時段,分別是在上午和下午,但最高峰值所在時間各不相同,見圖1。車流量谷底時段相同,均在凌晨02:00～03:00。

圖1 隧道車流量逐時變化

隧道內污染物濃度與車流量相關分析結果見表4。

表4 隧道污染物濃度與車流量相關分析

機動車排氣NOx污染物濃度與車流量的相關性見圖2。

圖2 隧道NOx小時濃度與車流量相關性趨勢

2.3 通風模式對隧道污染的影響

對隧道監控中心的調查顯示:從節能和延長設備壽命角度出發,隧道運管單位在常態下只開啟進口段的射流風機組;若有煙霧出現才會增開中部段和出口段的射流風機組,形成全開。選取北碚隧道在非高峰時段對上述通風運管模式運行對比測試(各運行3 h)。不同通風模式對隧道污染物濃度影響見表5。

表5 2種通風模式對隧道污染物濃度影響

全開(風機)模式可使污染物濃度在常態模式基礎上降低14.2%至37.8%,效果不理想,且不同污染物降低率存在差異。為對測試數據進行有效解釋,筆者對現場進行了第2次調查和分析,發現了當前隧道設計的1項明顯失誤:射流風機組或機動車行駛氣流能將隧道污染物有效攜帶出洞,前提是隧道內車流應是單向而非雙向。但現有的隧道為保障隧道內出現緊急情況時疏通車輛和駕乘人員,在雙洞隧道之間均建有數個開敞式人行互通和車行互通橫洞。因射流風機組排風互為反向,空氣互通混流,使得射流風機組排風效果不佳。

2.4 與其他城市隧道空氣污染均值比較[3]

城市間特長隧道空氣污染物濃度比較見表6。

表6 城市間特長隧道空氣污染物濃度比較

廣州珠江隧道的污染最為嚴重,重慶典型特長隧道CO,TVOC,NOX污染水平相對較輕,但SO2,PM10污染卻相對較重。成都龍泉山隧道機動車污染最為嚴重,韶關京珠高速隧道污染最輕。由于隧道內空氣污染與車流量和車型、車況關系密切,加上各地觀測時間相距較長,上述比較并非嚴格,特此說明。

3 結果與討論

(1)特長隧道空氣質量屬于重度污染,NO為首要污染物。現隧道建設環評指標僅用CO來評估隧道空氣質量和通風效果不符合實際,應考慮補加NO指標。

(2)隧道空氣NOx濃度較高,反映出部分在用機動車尤其是柴油車NO排放因子偏高,污染控制潛力較大。可吸入顆粒物中Pb含量未超標,印證汽油無鉛化成效明顯;SO2在扣除大氣環境背景后濃度仍偏高,反映出燃油(柴油)硫份較高。

(3)特長隧道縱向射流風機組接力排風受到開敞式緊急疏散通道紊流影響而效果不佳,風機全啟對隧道不同污染物濃度降低率僅在14.2%至37.8%之間。

4 對策與建議

(1)完善隧道設計。雙洞隧道之間開敞式緊急疏散通道應當設計安裝防火型隔煙門,以阻隔空氣互通混流。

(2)改進隧道運管。高峰時段,風機應全部開啟;下半夜車流少時,風機可停運,以節能;其余時段,風機可部分運轉。應裝備多功能隧道保潔車和配套機具(能對隧道3 m以下墻面做機械行走式保潔),以改善隧道墻面和人行道塵污染較重的現狀。

(3)減少污染傷害。當機動車進入特長隧道前,駕乘人員應提前關閉車窗,以減少污染物對健康的影響。若汽車空調開啟則設置為內循環狀態。若隧道內發生車禍而誘發空氣污染事件,駕乘人員應經緊急疏散通道迅速撤離至安全地帶。

(4)降低污染排放。加速淘汰高污染和長年限的破舊柴油車。推廣使用低硫柴油。加快內環高速內現有長途客運站和貨運場搬遷至繞城高速東南西北數個方位收費站附近,切實減少大型柴油客貨車對主城區隧道的污染。

(5)進行污染治理。未來新建特長隧道應有污染治理設施要求,作為隧道的基本配置。盡快開展靜電除塵裝置和常溫光催化凈化廢氣裝置在特長隧道的應用試驗。

[1] 王伯光,張遠航,祝昌健,等.城市機動車排放因子隧道試驗研究[J].環境科學,2001,22(2):55-59.

[2] 中華人民共和國交通部.《公路隧道設計規范》(J TGD70-2004) [M].北京:人民交通出版社,2004.

[3] 鄧順熙,成 平.用隧道確定高速公路汽車CO、THC和NOx排放因子[J].環境科學研究,2000,13(2):32-35.