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 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)塵與我們每個人的生活都息息相關(guān)，特別是長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],而近年來我國機(jī)動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力條件(風(fēng)力、機(jī)動車碾壓、人群活動等)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人體有害組分，如重金屬、多環(huán)芳烴[5]等，對人體有危害，易造成支氣管炎、肺癌等。

貴陽市某區(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個測點(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)塵的測定，來分析道路揚(yáng)塵的影響因素。

1 實(shí)測概要

1.1 測試地點(diǎn)及測點(diǎn)布置

本研究基于貴陽市某城區(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個測量點(diǎn)作為代表測量點(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定。

1.2 測試參數(shù)及儀器

本研究測試項(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長，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)塵的濃度測試采用CCHZ-1000全自動粉塵測定儀，安裝高度為1.2 m；溫濕度測試采用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；因測試揚(yáng)塵濃度時風(fēng)速太小，風(fēng)速測量采用CFJD5微速電子風(fēng)速儀進(jìn)行。

1.3 測試條件

測試時間為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；單次測量時間為5 min，并記錄一次。每個測點(diǎn)測量3次。

2 結(jié)果及分析

29個道路監(jiān)測點(diǎn)共采集464個數(shù)據(jù)，將每個測點(diǎn)所測的三次揚(yáng)塵濃度與5分鐘車流量、相對濕度、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量時人員操作讀數(shù)時產(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，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)，適用于描述兩個變量間線性相關(guān)強(qiáng)弱的程度。R的絕對值越大表明相關(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)動車和其他形式能量作用下會被揚(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。

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)。相對濕度表示空氣中的絕對濕度與同溫度和氣壓下的飽和絕對濕度的比值，得數(shù)是一個百分比。同溫度下空氣的相對濕度越大，絕對濕度越大。絕對濕度是每立方米濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量。絕對濕度越高，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)動越劇烈，顆粒撞擊顆粒時撞擊力越大，因而同一瞬間來自各個不同方向的顆粒對顆粒撞擊力越大，小顆粒的運(yùn)動狀態(tài)改變越快。帶電荷的顆粒會很快和相對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，風(fēng)流流動開始表現(xiàn)為紊流狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)流流速再增加時，流線不再清楚可辨，流場中有許多小漩渦，層流被破壞，相鄰流層間不但有滑動，還有混合。這時的流體作不規(guī)則運(yùn)動，有垂直于流管軸線方向的分速度產(chǎn)生，這種流體運(yùn)動稱紊流。這種紊流導(dǎo)致每個監(jiān)測點(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，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)通過對貴陽市某城區(qū)道路揚(yáng)塵濃度的測量數(shù)據(jù)對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)由于在本次研究測定道路揚(yáng)塵濃度時，沒有考慮記錄其他自然因素對道路揚(yáng)塵在周圍空氣中擴(kuò)散的影響，但從實(shí)際測量道路揚(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，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，主要是測試時間在7～9月，測試的天氣為多云天和晴天，當(dāng)?shù)仫L(fēng)速較小，地面風(fēng)速就更小；在風(fēng)速較小的紊流情況下，一個區(qū)域一個測點(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。