基于綜合指數(shù)法的高速公路施工期環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)

趙 兵

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

近年來(lái)大氣污染物排放呈逐年下降趨勢(shì)，但總體污染形勢(shì)仍然嚴(yán)峻。環(huán)境空氣污染關(guān)乎人們的身體健康，環(huán)境空氣質(zhì)量的好壞直接影響到人們正常的工作和學(xué)習(xí)。隨著全社會(huì)環(huán)保意識(shí)的日益提高，環(huán)境空氣質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于此類問(wèn)題的研究，多集中于城市區(qū)域，研究?jī)?nèi)容主要涉及環(huán)境空氣質(zhì)量的變化趨勢(shì)、環(huán)境空氣質(zhì)量污染特征、環(huán)境空氣質(zhì)量與氣象因素關(guān)系等[1-3]。但關(guān)于高速公路施工期環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)方面的相關(guān)研究較少，而已有研究表明，高速公路的施工建設(shè)會(huì)對(duì)周邊區(qū)域空氣質(zhì)量帶來(lái)顯著影響[4-5]。因此，開(kāi)展高速公路施工期環(huán)境空氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

山西省某高速公路路線全長(zhǎng)119.96 km，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h，路基寬度24.5 m。項(xiàng)目所在區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明，春季增溫快，晝夜溫差大，夏季氣候溫暖濕潤(rùn)，秋季天高氣爽，冬季干燥寒冷。降雨多集中于7—9月，年平均降雨量475.9～501.0 mm，年均蒸發(fā)量1836.9～2162.2 mm，年平均氣溫6.9℃～9.1℃，極端最高氣溫39.5℃，極端最低氣溫-33.0℃，年平均風(fēng)速2.2～2.7 m/s，最大凍土深度124 cm。項(xiàng)目區(qū)自然植被屬暖溫帶森林草原灌叢植被區(qū)，主要樹(shù)草種有油松、華北落葉松、側(cè)柏、白樺、山楊、柞樹(shù)等喬木和沙棘、黃刺玫、虎榛子等草灌。林草覆蓋率約24.7%。土壤類型主要有：灰褐土、山地棕壤土、褐土、草甸土、山地草甸土等。

1.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容與要求

1.2.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

本文選取 TSP、PM10、SO2和 NO2作為高速公路施工期環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)因子。

1.2.2 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)

環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)共設(shè)4個(gè)點(diǎn)位，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)見(jiàn)表1。

表1 環(huán)境空氣采樣點(diǎn)及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

1.2.3 監(jiān)測(cè)時(shí)間、頻率

環(huán)境空氣質(zhì)量各監(jiān)測(cè)因子需連續(xù)監(jiān)測(cè)7 d，其中SO2、NO2、PM10每天連續(xù)監(jiān)測(cè)不少于20 h有效數(shù)據(jù)，TSP不少于24 h有效數(shù)據(jù)。

1.2.4 采樣及分析方法

采樣環(huán)境、采樣高度的要求按《環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（大氣部分）執(zhí)行，樣品分析執(zhí)行《空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法》中規(guī)定的方法。具體方法見(jiàn)表2。

表2 環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)分析方法

1.3 數(shù)據(jù)處理與評(píng)價(jià)方法

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析方法采用SPSS 19.0軟件，采用EXCEL軟件作圖。

本文采用綜合指數(shù)法對(duì)高速公路施工期環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。該方法不僅可以反映出某一特定監(jiān)測(cè)因子對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，而且可以通過(guò)綜合指數(shù)全面地反映出各個(gè)監(jiān)測(cè)因子對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的綜合影響。其計(jì)算公式為：

式中：Si為i因子的單因子評(píng)價(jià)指數(shù)；ai為i因子的實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果；bi為i因子的參考評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；wi為i因子的權(quán)重；xi為i因子的實(shí)測(cè)平均值；C為綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 各監(jiān)測(cè)因子的濃度狀況

由表3可以看出，環(huán)境空氣質(zhì)量各監(jiān)測(cè)因子中TSP與PM10呈顯著相關(guān)關(guān)系，其余各監(jiān)測(cè)因子之間無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系。由表4可以看出，研究區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)因子中，TSP的濃度范圍在0.113～0.423 mg/m3， 平均為 0.242 mg/m3；PM10的濃度范圍在 0.063 ～0.247 mg/m3， 平均為 0.140 mg/m3；SO2的濃度范圍在 0.023～0.041 mg/m3，平均為 0.031 mg/m3；NO2的濃度范圍在 0.015～0.023 mg/m3，平均為0.018 mg/m3。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)因子濃度排序均為TSP＞PM10＞SO2＞NO2， 權(quán)重分別為 0.56、0.33、0.07和0.04。由圖1～圖4可以看出，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位A、B、C和D連續(xù)7 d環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)因子變化中，TSP與PM10的監(jiān)測(cè)值波動(dòng)較大，而SO2和NO2的監(jiān)測(cè)值波動(dòng)較小，這可能與當(dāng)時(shí)的風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、氣壓等氣象要素變化有關(guān)。

表3 環(huán)境空氣質(zhì)量各監(jiān)測(cè)因子相關(guān)分析結(jié)果

表4 環(huán)境空氣質(zhì)量各因子監(jiān)測(cè)結(jié)果 mg/m3

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位A連續(xù)7 d環(huán)境空氣質(zhì)量各監(jiān)測(cè)因子變化情況

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位B連續(xù)7 d環(huán)境空氣質(zhì)量各監(jiān)測(cè)因子變化情況

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位C連續(xù)7 d環(huán)境空氣質(zhì)量各監(jiān)測(cè)因子變化情況

圖4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位D連續(xù)7 d環(huán)境空氣質(zhì)量各監(jiān)測(cè)因子變化情況

2.2 單因子評(píng)價(jià)指數(shù)

本項(xiàng)目以環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3095—2012）中的24 h平均時(shí)間二級(jí)濃度限值（表5）為參考評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算。

表5 環(huán)境空氣污染物基本項(xiàng)目濃度限值

由表6可以看出，A監(jiān)測(cè)點(diǎn)位除第五天由于監(jiān)測(cè)因子中PM10單因子評(píng)價(jià)指數(shù)大于1致使環(huán)境空氣質(zhì)量超標(biāo)外，其余幾天環(huán)境空氣質(zhì)量均達(dá)標(biāo)。B監(jiān)測(cè)點(diǎn)位連續(xù)7 d環(huán)境空氣質(zhì)量均達(dá)標(biāo)。C監(jiān)測(cè)點(diǎn)位環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)因子中TSP六天單因子評(píng)價(jià)指數(shù)超標(biāo)，PM10連續(xù)7 d單因子評(píng)價(jià)指數(shù)超標(biāo)，整體環(huán)境空氣質(zhì)量未達(dá)標(biāo)。D監(jiān)測(cè)點(diǎn)位環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)因子中TSP五天單因子評(píng)價(jià)指數(shù)超標(biāo)，PM10連續(xù)7 d單因子評(píng)價(jià)指數(shù)超標(biāo)，整體環(huán)境空氣質(zhì)量未達(dá)標(biāo)。

表6 環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)因子單因子評(píng)價(jià)指數(shù)

2.3 綜合指數(shù)評(píng)價(jià)

2.3.1 評(píng)價(jià)等級(jí)的確定

本文利用系統(tǒng)分級(jí)法確定環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)[6]，將環(huán)境空氣質(zhì)量污染物濃度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與權(quán)重相乘后再除以評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，獲得處理值，然后將各監(jiān)測(cè)因子的處理值相加，獲得環(huán)境空氣質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)此劃分出項(xiàng)目區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)級(jí)別（表7）。由表7計(jì)算結(jié)果，得到基于監(jiān)測(cè)因子權(quán)重的系統(tǒng)分級(jí)法確定的環(huán)境空氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表8）。

表7 系統(tǒng)分級(jí)法確定環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)

表8 環(huán)境空氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.3.2 綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

利用監(jiān)測(cè)點(diǎn)位A、B、C和D各監(jiān)測(cè)因子連續(xù)7 d監(jiān)測(cè)結(jié)果的單因子評(píng)價(jià)指數(shù)平均值與權(quán)重相乘再相加，獲得各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，利用4個(gè)點(diǎn)位整體單因子評(píng)價(jià)指數(shù)的平均值與權(quán)重相乘再相加，獲得項(xiàng)目區(qū)整體綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。經(jīng)計(jì)算，A監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為0.527，B監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為0.498，C監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為1.087，D監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為1.008，項(xiàng)目區(qū)整體環(huán)境空氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為0.780。由表8環(huán)境空氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可以看出，A和B監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，環(huán)境空氣質(zhì)量為良，C和D監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，環(huán)境空氣質(zhì)量為不佳，項(xiàng)目區(qū)整體評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，環(huán)境空氣質(zhì)量為良。

表9 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位A、B、C和D監(jiān)測(cè)因子單因子評(píng)價(jià)指數(shù)平均值

3 結(jié)論

利用綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)山西省某高速公路施工期環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)因子中的 TSP、PM10、SO2和NO2進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，得出了A、B、C和D四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位及項(xiàng)目區(qū)整體的環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)及環(huán)境空氣質(zhì)量狀況。

a）項(xiàng)目區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)因子中，TSP的濃度范圍在 0.113 ～0.423 mg/m3，平均為 0.242 mg/m3；PM10的濃度范圍在 0.063～0.247 mg/m3，平均為0.140 mg/m3；SO2的濃度范圍在 0.023 ～0.041 mg/m3，平均為 0.031 mg/m3；NO2的濃度范圍在 0.015～0.023 mg/m3，平均為0.018 mg/m3。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)因子濃度排序均為TSP＞PM10＞SO2＞NO2，權(quán)重分別為 0.56、0.32、0.07 和 0.04。

b）A和B監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)分別為0.527和0.498，其環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)均為Ⅱ級(jí)，環(huán)境空氣質(zhì)量均為良；C和D監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)分別為1.087和1.008，其環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)均為Ⅲ級(jí)，環(huán)境空氣質(zhì)量均為不佳；項(xiàng)目區(qū)整體綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為0.780，其環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，環(huán)境空氣質(zhì)量為良。