特长隧道空气质量的调查研究

赵 琦,许 君,余家燕,鲍 雷,张维宾,李大年

(1.重庆市环境监测中心,重庆401147;2.重庆交通大学,重庆400074)

作为长江上游的经济中心,重庆主城区正经历“北移、东进、西拓、南扩”的大规模扩展。由于特有的山城地貌条件,前所未有的道路建设带来了隧道数量和长度的迅速增长,重庆已成为名副其实的“隧道之都”。作为相对封闭的人造空间,隧道存在着空气污染、能见度降低和噪声振动等敏感问题,导致交通事故率高于其他路段,事故影响面往往更大。相关研究表明[1],隧道高浓度一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)通过协同效应易导致驾驶员生理反应能力下降,神志不清、精神涣散乃至昏睡,增加发生交通事故的危险性。特长隧道空气污染不仅关乎着隧道的营运安全,也关系广大司乘人员身心健康,甚至关系大众的生命财产安全。开展主城区特长隧道空气污染调查,有利于把握其污染特征;验证现有通风设施的排污能力,促进隧道设计规范的不断完善;同时也能客观评价机动车排放和燃油质量状况[2]。其结果将为“蓝天行动”和“健康重庆”、“畅通重庆”建设提供积极的技术支持。

1 材料与方法

为确保检测仪器、设备和人员安全,同时不影响隧道正常通车,确定了3座特长隧道作为调查对象,见表1。具体采样点位于隧道紧急停车港,同期车流量在上述隧道的3个监控中心进行统计。

表1 隧道基本状况

检测项目和分析测试仪器见表2。每个隧道连续采样48 h,统计及分析指标为各污染物小时浓度均值。同步记录检测期间隧道内气温、气压和风速等参数。

表2 检测项目和分析测试仪器

2 污染特征分析

2.1 污染物浓度水平

隧道污染物浓度水平见表3。

表3 隧道污染物质量浓度测试结果(2009-10-16—2009-10-22) mg·m-3

采用《环境空气质量标准》(GB3095-1996)二级标准对上述污染物浓度评价(TVOC在环境空气标准内暂缺,借用 GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》评价)如下:

3座隧道SO2小时浓度均未超标,但有2座隧道日均浓度超标;PM10日均浓度超标;NO2小时浓度未超标,日均浓度也未超标;NOx小时浓度超标,日均浓度也超标,检测显示NO占NOx总浓度的98.8%。CO小时浓度未超标,但日浓度超标;Pb日均浓度未超标;苯并[a]芘日均浓度未超标,且远低于标准限值。分析测试显示,隧道内16种多环芳烃中含量最多是苊烯,比例达57.2%。统计表明,苊烯、芘、屈、荧蒽、苯并[a]蒽和芴这6种污染物占16种多环芳烃总量的90.5%;苯并[a]芘则仅占多环芳烃总量的0.78%,所占份额较低。

采用SO2,PM10,NOx,CO,Pb和苯并[a]芘等6项污染因子计算隧道内空气综合污染指数,得其范围为18.9～37.9,均值达31.1,属重度污染。

2.2 污染物浓度与车流量相关性

隧道车流量每日均有2个高峰时段,分别是在上午和下午,但最高峰值所在时间各不相同,见图1。车流量谷底时段相同,均在凌晨02:00～03:00。

图1 隧道车流量逐时变化

隧道内污染物浓度与车流量相关分析结果见表4。

表4 隧道污染物浓度与车流量相关分析

机动车排气NOx污染物浓度与车流量的相关性见图2。

图2 隧道NOx小时浓度与车流量相关性趋势

2.3 通风模式对隧道污染的影响

对隧道监控中心的调查显示:从节能和延长设备寿命角度出发,隧道运管单位在常态下只开启进口段的射流风机组;若有烟雾出现才会增开中部段和出口段的射流风机组,形成全开。选取北碚隧道在非高峰时段对上述通风运管模式运行对比测试(各运行3 h)。不同通风模式对隧道污染物浓度影响见表5。

表5 2种通风模式对隧道污染物浓度影响

全开(风机)模式可使污染物浓度在常态模式基础上降低14.2%至37.8%,效果不理想,且不同污染物降低率存在差异。为对测试数据进行有效解释,笔者对现场进行了第2次调查和分析,发现了当前隧道设计的1项明显失误:射流风机组或机动车行驶气流能将隧道污染物有效携带出洞,前提是隧道内车流应是单向而非双向。但现有的隧道为保障隧道内出现紧急情况时疏通车辆和驾乘人员,在双洞隧道之间均建有数个开敞式人行互通和车行互通横洞。因射流风机组排风互为反向,空气互通混流,使得射流风机组排风效果不佳。

2.4 与其他城市隧道空气污染均值比较[3]

城市间特长隧道空气污染物浓度比较见表6。

表6 城市间特长隧道空气污染物浓度比较

广州珠江隧道的污染最为严重,重庆典型特长隧道CO,TVOC,NOX污染水平相对较轻,但SO2,PM10污染却相对较重。成都龙泉山隧道机动车污染最为严重,韶关京珠高速隧道污染最轻。由于隧道内空气污染与车流量和车型、车况关系密切,加上各地观测时间相距较长,上述比较并非严格,特此说明。

3 结果与讨论

(1)特长隧道空气质量属于重度污染,NO为首要污染物。现隧道建设环评指标仅用CO来评估隧道空气质量和通风效果不符合实际,应考虑补加NO指标。

(2)隧道空气NOx浓度较高,反映出部分在用机动车尤其是柴油车NO排放因子偏高,污染控制潜力较大。可吸入颗粒物中Pb含量未超标,印证汽油无铅化成效明显;SO2在扣除大气环境背景后浓度仍偏高,反映出燃油(柴油)硫份较高。

(3)特长隧道纵向射流风机组接力排风受到开敞式紧急疏散通道紊流影响而效果不佳,风机全启对隧道不同污染物浓度降低率仅在14.2%至37.8%之间。

4 对策与建议

(1)完善隧道设计。双洞隧道之间开敞式紧急疏散通道应当设计安装防火型隔烟门,以阻隔空气互通混流。

(2)改进隧道运管。高峰时段,风机应全部开启;下半夜车流少时,风机可停运,以节能;其余时段,风机可部分运转。应装备多功能隧道保洁车和配套机具(能对隧道3 m以下墙面做机械行走式保洁),以改善隧道墙面和人行道尘污染较重的现状。

(3)减少污染伤害。当机动车进入特长隧道前,驾乘人员应提前关闭车窗,以减少污染物对健康的影响。若汽车空调开启则设置为内循环状态。若隧道内发生车祸而诱发空气污染事件,驾乘人员应经紧急疏散通道迅速撤离至安全地带。

(4)降低污染排放。加速淘汰高污染和长年限的破旧柴油车。推广使用低硫柴油。加快内环高速内现有长途客运站和货运场搬迁至绕城高速东南西北数个方位收费站附近,切实减少大型柴油客货车对主城区隧道的污染。

(5)进行污染治理。未来新建特长隧道应有污染治理设施要求,作为隧道的基本配置。尽快开展静电除尘装置和常温光催化净化废气装置在特长隧道的应用试验。

[1] 王伯光,张远航,祝昌健,等.城市机动车排放因子隧道试验研究[J].环境科学,2001,22(2):55-59.

[2] 中华人民共和国交通部.《公路隧道设计规范》(J TGD70-2004) [M].北京:人民交通出版社,2004.

[3] 邓顺熙,成 平.用隧道确定高速公路汽车CO、THC和NOx排放因子[J].环境科学研究,2000,13(2):32-35.