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碳氢化合物对环境的危害及措施

2012/06/09 阅读:

1引言

在我国,随着土地利用布局的重大变革,许多污染性工厂已迁出了人口密集的市区,从而使城市大气环境污染已由传统煤烟污染型转变为汽车尾气污染型[1]。城市空气污染物浓度严重超标,严重危害着人们的身体健康,并且制约了城市经济的发展。在许多大中城市,汽车排放的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物等有害物质已成为城市大气污染的主要来源。在上海,这3种有害物质已分别占城市大气污染总量的`93%、76%和44%[2]。估计2010年,这3种有害物质将占上海中心城区污染总负荷量的98%、94%和75%[3]。当前,可持续发展的理念正逐步深入到城市交通系统规划的理论和方法中,成为21世纪城市交通系统规划理论与方法的研究热点。交通与城市环境的协调发展是可持续发展的城市交通规划的主要研究内容[4]。因此,本课题以碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物为研究对象,进行了系列监测实验与交通流模拟,而本文以碳氢化合物为例,对碳氢化合物的日变化浓度进行监测,对其与大气环境要素的关系进行了研究,根据该关系进行了交通流分布模拟研究,提出征收汽车排污费的建议,让每位司机出行时,可根据交通管理者设计的出行路径进行选择,在考虑出行时间的同时,也需考虑自己承担的排污费,从而达到减少规划地区的排污总量的目的。

2碳氢化合物的监测

2.1采样点的选择汽车尾气中的碳氢化合物成分相当复杂[5],组分化也很大,其中大部分对人体的健康无直接影响,但其中的多环芳香烃是`1`种很强的致癌物质,当它在空气中达到一定浓度值时,在气候条件合适的情况下,会和氮氧化物发生光化学反应,产生的光化学烟雾对人的呼吸系统和眼睛有刺激作用。因此,对人体健康造成的危害很大。军工路是上海杨浦区主要交通干道,车流量平均每小时约为`7`300`辆,行驶的车辆以大中型货车为主,故监测碳氢化合物的地点选择在军工路与松花江路交叉路口。汽车尾气的排放高度距离地面约为1`m,正处于人们的呼吸带。为此,采样的选择高度为距离地面`1`m`处。

2.2碳氢化合物浓度日变化规律当大气中碳氢化合物浓度达到一定值后,在气象条件适应的情况下,便会发生光化学反应,产生的某些强氧化物质会对人体的视觉器官及呼吸系统产生巨大危害。本文对军工路与松花江路交叉处的碳氢化合物浓度进行了系列监测,监测时间设在`1`年的单月进行,每月选择`4~8`d`进行`24`h`监测,监测时间段内碳氢化合物浓度时平均变化规律如图`1`所示。该曲线具有较为明显的`3`个峰值,第`1`个峰值出现在上午`10∶00`左右,浓度为`7.2`mg/m3,这段时间碳氢化合物浓度一直维持较高水平,表明其浓度受交通流量的影响较大。第`2`个峰值出现在下午`18∶30`左右,浓度为`5.98`mg/m3,这段时间交通流量非常大,常常出现拥堵现象,车辆在排队及起步加速时,大气环境中碳氢化合物浓度迅速增加。而在夜间`22∶40`左右也出现了较高的碳氢化合物浓度值,这是因为夜间气温较低,致使污染物不易扩散,另外,此时也是晚班及夜间娱乐活动的人们回家的高峰时间,这时的交通流量与白天相比虽然较少,但平均车速高达`30`km/h,这可以说明碳氢化合物浓度与平均车速的关系较为密切。

2.3碳氢化合物与大气环境要素的关系将碳氢化合物浓度值`yHC`与测定的环境因素平均车速`x1、车流量`x2、气压`x3、温度`x4、观测点与道路的垂直连线和风向夹角的余弦值`x5、风速`x6,用主成分回归法进行分析,得`yHC`计算方程:yHC=5.645`7-0.087`4x1+0.023x2-0.000`44x3-0.008`77x4-0.001`7x5-0.000`04x6R2=0.589`1从汽车尾气中有害成分的监测结果及分析可以看出,城市交通污染不但与城市交通密切相关,还受气象条件的影响。但结果显示,交通流平均车速和交通流量是影响城市交通污染物浓度的`2`个关键因素,如要有效地减少城市交通污染,可以对城市交通流运行状态及流量进行合理控制,从而改善城市大气环境质量。

3交通流量分布模拟

3.1不采取交通管理措施时碳氢化合物浓度的分布由于次干道和支路靠近居民区,汽车尾气的排放对城市居民的身体健康会产生很大的影响。本案例使用`EMME/2`交通规划软件对上海市杨浦区的次干道和支路的交通流量进行分布模拟[4],得到未采取交通管理时交通流量分布见图`2(图中黑色阴影部分表示交通流量所集中的区域)。由图`2`可以看出,此时交通流量分布很广。碳氢化合物的排放因子与交通流性态的关系式为:EHC=33.124-1.529`9v+0.047`8v2-0.000`5v3(1)式中,EHC——碳氢化合物的排放因子;V——车速,`m/h。利用式(1)可得到不采取交通管理措施时碳氢化合物排放总量的分布见图`3(图中黑色阴影部分表示碳氢化合物浓度的集中分布区)。由图`3`可知,路网中碳氢化合物浓度分布很高、范围很广。

3.2采取交通管理措施后碳氢化合物浓度的分布图2未采取交通管理时交通流量分布示意机出行时,不仅会产生私人成本,即司机本人必须承担的费用,而且会产生外部成本,即司机出行给他人带来的交通拥挤和对大气环境的影响。交通拥挤可以通过拥挤收费理论来解决。对大气环境的影响是以汽车尾气的形式表现的,此时如果碳氢化合物等汽车尾气过量排放,城市环境势必会受到影响。可将司机引起的大气污染成本看作是治理该使用区域污染的外部成本,与使用区域的污染排放有关。假定每位司机选择出行路径时,不但要考虑自己的出行时间,还要考虑所承担的外部成本,即考虑到使用区域的污染排放,那么每位司机会选择`1`条出行时间最短、排放污染物最少的路径。司机对出行路径的选择可通过影响交通阻抗来实现。本文采用实际调查数据拟合得到的杨浦区次支干路的阻抗函数`fd`为:图3未采取交通管理措施时碳氢化合物排放总量的分布示意式中,fd——次支干路的阻抗函数;len——路段长度,km;volau——道路路段上的小汽车流量;ul1——道路路段自由流车速,km/h;ul3——道路路段上的非机动车流量;lanes——道路路段机动车车道数;Vd——最低限制时速。可将式(2)看作驾驶员出行时的总成本,而与排放总量有关的部分可看作司机为减少污染排放所承担的外部成本。利用`EMME/2`软件进行交通分配模拟,得到采取交通管理措施后路网上的交通流分布见图`4(浅灰色部分表示采取交通管理措施后交通流量减少的区域)。与图`2`比较可知采取交通管理措施后,交通流量分布合理。司机选择出行路径时,为了降低自己承担的外部成本,势必在不影响自己出行时间的同时,会考虑到路段的污染排放总量,进而会降低路网的污染排放。出行者考虑污染排放时的碳氢化合物分布总量图见图`5(浅灰色部分表示采取交通管理措施后碳氢化合物排放总量减少的区域)。与图`3`比较可知,路网中碳氢化合物的排放总量明显减少,在阻抗函数中考虑到污染的排放总量,可以降低某些路段的污染排放。

4结论

4.1从碳氢化合物浓度日变化规律可以看出:碳氢化合物浓度在1d中出现了3次较为明显的峰值,白天出现的2次主要是因为车流量大,在上下班高峰,甚至容易出现车辆拥堵现象而造成的。夜间之所以出现1次峰值可能是因为此时气温较低、风速不大,而此时又是夜班或夜间娱乐活动回家的人们开快车造成的。

4.2通过碳氢化合物与大气环境要素的关系研究表明,平均车速和交通流量是影响碳氢化合物浓度的主要因素,如要有效地减少其污染,可以对城市交通流运行状态及流量进行合理控制,从而改善城市大气环境质量。同时大气气压、温度、观测点与道路的垂直连线和风向夹角的余弦值、风速等要素也会对其浓度有一定影响。

4.3通过上海市杨浦区交通流量分布和碳氢化合物排放模拟可知,在城市交通规划中,若采取一些有利于控制污染物排放的措施,可降低路网的污染排放。司机若需承担相应的外部成本,那么他们就会考虑到使用区域的污染排放,会力图选择出行时间最短、污染排放最少的路径,这样可使次干路和支路上的碳氢化合物排放明显减少了。

碳氢化合物对环境的危害及措施

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