乌鲁木齐市城市交通车流量与环境空气中污染物浓度相关性分析
导读:：随着乌鲁木齐市经济快速发展，城区扩张，机动车保留量迅猛增长，城市交通和车流量对城区环境质量产生了全方位的影响。本文对乌鲁木齐机动车保有量和车流量对NO2、CO和O3等环境空气质量要素的影响和其之间的相关性进行了分析，NO2和CO作为机动车尾气的直接产物，其变化规律与车流量变化规律高度吻合，O3的变化规律要滞后于前者。
关键词：乌鲁木齐，机动车，尾气，环境空气，相关性
1.前言
乌鲁木齐市为新疆维吾尔自治区的首府，也是全区政治、经济和文化的中心，随着经济的快速发展，乌鲁木齐的交通运输业也发展迅速。乌鲁木齐市的机动车辆保有量增长迅猛，截止2008年，乌鲁木齐市的机动车保有量达251,446辆[1]，每年还保持着大于10%的增长速度。快速增加的机动车在给广大市民工作生活带来便利，但同时由于车辆水平、燃油质量、道路条件等因素的影响，机动车尾气污染已成为城市重要的空气污染源之一，对环境的影响越来越严重且分布集中，乌鲁木齐城区空气污染类型已逐步由煤烟型向煤烟和机动车混和型污染转化。因此，对机动车尾气污染的控制与治理，将成为改善全市城区大气环境质量的重要任务。
城市道路建设滞后于城市扩张速度，造成交通拥挤，机动车辆怠速时间增加，使车辆每百公里耗油量升高，单位里程排出的污染物增多。低空排放的NOx、CO、PM10和CmHn浓度持续上升，车辆噪声也会对社会生活产生影响，这些都是影响城市环境质量的重要因素。因此，进行乌鲁木齐市交通污染现状研究，制定市区交通污染综合防治对策具有重要意义。
2.研究区域情况简介
乌鲁木齐市市区地形起伏较大，东南西三面环山，北面为平缓的冲积平原，地势东南高，西北低，自然坡度12‰～15‰，海拔680～920米。乌鲁木齐市城区的东南为老城区，而新城区位于城区西北，整个城区布局呈狭长分布，红山和雅玛里克山在城区中央形成瓶颈，最窄处仅800米宽，很大程度上限制了城市的发展。由于地形限制和城区发展程度不一，乌鲁木齐市整个道路网络呈狭长谷状，网络连通性差，南北道路坡度较大，城区南部的老城区交通比较拥挤。
与其他类似规模的大城市相比，乌鲁木齐市的公共交通在城市客运系统中的地位更加重要。根据2002年的调查，乌鲁木齐市各类公共交通(不含出租车)的日平均运量达170万人次，公共交通出行比重占全市出行总量的30%左右[2]中心。
表1 乌鲁木齐市2004-2008年机动车保有量变化
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2003年 |
2004年 |
2005年 |
2006年 |
2007年 |
2008年 |
|
公路运输工具 |
164631 |
167302 |
182132 |
211563 |
233503 |
251446 |
||
|
民用汽车 |
141232 |
142418 |
153471 |
179830 |
210292 |
225980 |
||
|
载客汽车 |
78316 |
78740 |
96027 |
110953 |
129237 |
151730 |
||
|
摩托车 |
11577 |
11547 |
12001 |
15920 |
6978 |
7301 |
||
根据乌鲁木齐市2009年鉴统计数据可知，乌鲁木齐机动车辆以各种客货汽车为主环境保护，占机动车辆的90%以上。
3.实验与分析手段
3.1 NO2
采用2208型化学发光法氮氧化物分析仪
标准量程：0-500ppb;
噪声：<1ppb;
最低检出限：<1ppb;
精度：示值的1%。
3.2CO
采用3208型气体过滤相关法CO分析仪
标准量程：0-1000ppm;
噪声：±0.05ppm;
最低检出限：<0.1ppm;
精度：±0.1ppm。
3.3O3
采用1208型紫外光度法O3分析仪
标准量程：0-1000ppb;
噪声：±1ppb;
最低检出限：<0.1ppb;
精度：±0.5ppb。
3.4 数据分析
数据来源为乌鲁木齐市环境监测中心站大会堂、铁路局和收费所三个环境空气监测站点2009年非采暖季(4月~10月)常规监测数据，采用Microsoft excel进行数据分析。
4.结果与讨论
4.1城市交通和机动车尾气对大气环境质量的影响
图1 NO2、O3与车流量的日变化规律
从上图可以看出，NO2、O3在0:00~10:00之间与车流量的变化规律相似，都是在夜间处于较低的水平，随着早上上班的高峰期车流量增多和太阳升起，NO2和O3迅速升高;在0:00~19:00之间，车流量与NO2经历了一个从波峰—波谷—波峰的阶段，高峰期过后，车流量减少并稳定，此时，NO2浓度随着太阳紫外线照射强度的增加，光化学反应增加，NO2在阳光照射下会发生光解反应，释放出游离氧原子，极不稳定的氧原子O和空气中的氧气分子O2化合生成O3[3]，因此，此时间段内O3浓度不断增高，而NO2浓度则相应降低。19:00之后，车流量逐渐减少，日照强度降低，光化学反应强度随之降低，O3浓度下降，NO2浓度升高。 NO2+
NO+O(3P) O(3P)+O2+M
O 3+M NO+ O 3
N O 2+ O 2
图2 CO与车流量的日变化规律上图是CO与车流量之间的变化规律对比，CO与NO2这两种污染物均为机动车燃料燃烧的直接产物。CO在紫外线的照射下，会与空气中的氧气发生反应，生成二氧化碳和O3，也是O3的前体物环境保护，因此，CO与NO2浓度的日变化规律相似。 CO+OH
CO2+H H+O2
HO2 HO2+NO
NO2+OH NO2+O2+hv
NO+O3 总反应方程式: CO+2O2+h
CO2+O34.2 NO2与车流量的时空相关性
表2 乌鲁木齐环境空气监测站点NO2与年均车流量的相关性
|
年份 |
大会堂 |
铁路局 |
收费所 |
车流量 |
|
2005 |
0.053 |
0.061 |
0.053 |
1991 |
|
2006 |
0.065 |
0.065 |
0.063 |
2030 |
|
2007 |
0.066 |
0.067 |
0.068 |
2202 |
|
2008 |
0.062 |
0.060 |
0.073 |
2662 |
|
2009 |
0.068 |
0.064 |
0.072 |
3346 |
|
r |
0.58 |
-0.08 |
0.74 |
- |
上表是乌鲁木齐现有的三个空气自动监测站点近年来NO2与年均车流量变化的相关性，大会堂和收费所两个站点受车流量影响较大，其NO2监测值与车流量呈正相关，且均大于0.50，具有较强的相关性，而铁路局的NO2测值与车流量呈负相关，其绝对值小于0.3。因此，大会堂和收费所两个空气自动监测站点可用于监测和评估机动车尾气对城市环境空气质量影响，而铁路局站点此作用不明显。5. 结论与建议
1)城区NO2、CO每日浓度变化规律与车流量变化规律高度吻合，夜间处于较低水平，随着昼间车流量高峰期和太阳照射强度增加而上升，在早上交通高峰期(9:00-10:00)和夜间交通高峰期后(23:00-24:00)达到一天的最高值;作为前两者的后续产物，O3出现峰值的时间(15:00左右)滞后于NO2和CO，此时也是太阳紫外线照射最强烈的时刻。 2)根据监测结果，乌鲁木齐市环境空气中的NO2浓度与车流量呈正相关，说明在非采暖季NO2
参考文献：
[1]乌鲁木齐市统计局.乌鲁木齐统计年鉴2009[M].北京:中国统计出版社,2009,237.
[2]李宏斌,陈必壮.中国非主流城市交通规划模型建立的一种模式—以乌鲁木齐市城市交通规划模型为例[J].城市交通,2004,2(3),32.
[3]唐孝炎等.大气环境化学[M].北京:高等教育出版社,1990,60-65.
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