市政工程施工地周边颗粒污染物扩散特征

市政工程施工地周边颗粒污染物扩散特征
赵勇;于莉;张春会;王谦;经涛;陈桢
【摘要】为了解市政施工对周边大气环境的影响,通过测定TsP、PM10、PM2.5、PM1等指标,研究了施工工地附近颗粒污染物随天气条件、气象要素、距施工点距离的变化规律,结果表明:(1)粒径较大的颗粒物质量浓度受气象要素的影响较明显,大风和晴天的ρ(TSP)、ρ(PM10)远高于阴雨天;随风速增大,ρ(TSP)、ρ(PM10)、
ρ(PM2.5)显著升高.(2)小粒径颗粒物(PM1)受天气条件的影响不明显,湿度、风速变化对PM1影响较小.(3)距离施工工地越远,4种颗粒物质量浓度越低,其中ρ(TSP)、ρ(PM10)、ρ(PM2.5)随距离下降较快.(4)不同施工阶段颗粒物污质量浓度异较大,
挖槽阶段颗粒物污染要高于结构装修阶段.
【期刊名称】《生态环境学报》
【年(卷),期】2010(019)011
【总页数】4页(P2625-2628)
【关键词】施工;颗粒物;气象要素;大气污染
【作者】赵勇;于莉;张春会;王谦;经涛;陈桢
【作者单位】河南农业大学,河南,郑州,450002;河南省环境监测中心站,河南,郑
州,450003;洛阳环境保护设计研究所,河南,洛阳,471002;河南农业大学,河南,郑
州,450002;河南农业大学,河南,郑州,450002;河南农业大学,河南,郑州,450002
【正文语种】中文
【中图分类】X513
随着城市化进程的不断加快和城市规模的不断扩大，一些环境问题日益突出。

目前，颗粒污染物成为我国北方城市大气环境的首要污染物，许多大中城市可吸入颗粒物超标十分严重，并且污染程度具有上升趋势[1-2]。

可吸入颗粒物能够引发许多疾病，对人体的危害很大[3]。

可吸入颗粒物还具有较强的吸附能力，是多种污染物
的“载体”和“催化剂”，有时能成为多种污染物的集合体，是导致各种疾病的罪魁祸首[4]。

从城市大气颗粒物来源分析，施工扬尘是城市颗粒物的一个重要污染源，而且随着工程规模的不断扩大，施工扬尘对大气污染的程度将更加严重[2]。

因此，研究和
控制施工颗粒物污染是当前我国城市大气污染防治的重要工作。

本文选择郑州市主城区道路施工为研究对象，开展施工工程附近大气颗粒物随天气条件、距施工点距离及施工阶段的相关性研究，以期为市政工程施工过程中的颗粒物污染控制提供指导。

1 研究地概况
郑州市是河南省省会，属暖温带大陆性气候，四季分明，全年日照时间约2400 h，年均温14.3 ℃，年较差在26 ℃左右，1月份最低，7月份最高。

全年无霜期为206~234 d，年平均降水量599.5 mm，具有明显的季节性，降水集中在 7—8
月份。

土壤具有明显的区域性，研究区土壤主要是潮土类型。

2 材料与方法
2.1 监测点选择
以文化路与东风路十字路口人行天桥的建设工程和东风路改造工程施工工地为对象，选择施工工地附近某居民小区为主要监测区域。

该小区处于文化路与东风路十字路口西南角，其西、南两面有高楼格挡。

选取该小区草坪中央距施工地点 20 m设置监测点，研究天气条件、施工阶段对颗粒物影响；距离施工地10、20、30、50、
100、200 m等6处设置监测点，分析施工距离对颗粒物影响。

2.2 监测指标
选取2010年3月—4月为监测时间，选择无风晴天、阴雨天、大风天3种天气条件，以TSP、PM10、PM2.5、PM1为监测指标，同时测定空气湿度、温度和风速。

2.3 仪器和数据处理
颗粒物监测仪为英国 Turnkey公司生产的DustMate粉尘仪，气象要素监测仪器为深圳华盛昌机械实业有限公司生产的数字型多功能环境测量表，风速监测仪器为轻便三杯风向风速表。

在距离地面1 m处取样，以数据稳定后连续4个数值的平
均值作为监测数据，用Microsoft Excel软件进行数据处理。

3 结果和分析
3.1 颗粒物质量浓度随天气条件变化分析
无风晴天为2010年3月19日，无风，空气湿度为38.1%，气温26.0 ℃；大风
天为3月20日，风速为2.7 m·s-1，湿度31.9%，温度20.3 ℃；雨天为3月22日，雨后监测，风速0，湿度65.1%，温度20.5 ℃。

4类颗粒物监测结果见图1。

由图1可知，TSP、PM10质量浓度最高值出现在大风天，而 PM2.5、PM1质量浓度与无风晴天相差无几，说明小粒径的颗粒物受天气影响较小；其原因可能是施工和运输过程中产生大量颗粒污染物，导致周围地区颗粒物质量浓度急剧上升，以往的研究也证实这个现象[5]。

雨天TSP、PM10、PM2.5质量浓度显著低于无风
晴天和大风天，而PM1质量浓度表现相反。

这种现象与阴雨天条件下，颗粒物被雨滴吸附，随降水沉降有关，降雨可以造成短时间内颗粒物质量浓度急剧下降[6]。

但是PM1与TSP、PM10、PM2.5相同，其原因可能是粒径越小，雨滴对其吸附作用越小，因此可以认为雨水对颗粒物的沉降净化作用随粒径减小而逐渐降低。

图1 颗粒物随天气变化特征Fig.1 The features of particulate matter under
different weather conditions
3.2 颗粒物随气象要素变化分析
3.2.1 空气湿度的影响
选择2010年4月22日—26日空气湿度变化的天气条件下，来比较空气湿度对颗粒物质量浓度的影响。

结果见图2。

由图2可知，随着空气湿度的升高，对颗粒物质量浓度的影响不明显，伴随着湿度的增大颗粒物质量浓度呈波浪状起伏变化，但各项数值之间变化情况不同，TSP 在湿度为 37.3%时出现最大值，PM10、PM2.5在湿度 35.3%时达到最大，当湿度为42.2%时PM1最高，而此时，TSP则出现最小值。

因此，湿度最高时PM1质量浓度达到最大，而TSP最低。

4种颗粒物质量浓度与湿度变化的相关分析表明，湿度相对TSP等较大颗粒物的影响较小，以往的研究也发现，空气湿度对颗粒物几乎无影响[7]。

3.2.2 风速的影响
图2 4种颗粒物随空气湿度变化特征Fig.2 The features of 4 kinds particulate matter under different weather conditions
在相同天气条件下，风速的变化对颗粒物质量浓度影响结果见图3。

由图3可知，TSP、PM10、PM2.5随着风速逐渐增大而升高，而PM1则不随风速有较大变化。

颗粒物粒径较大时，风速对其质量浓度有明显的提升作用，随着颗粒物的粒径减小，这种作用也逐渐降低。

其原因可能是风速较大时，施工产生的颗粒物更容易随风扩散，地表的颗粒物也极易被风吹起，扩散至更大范围，增大了空气颗粒物质量浓度[9]。

随着颗粒物粒径逐渐降低，小粒径的颗粒物流动性增强，极易扩散均匀，因此，其质量浓度随风速变化趋于不明显[10]。

3.3 颗粒物质量浓度随距离变化分析
2010年4月23日，选取距施工工地不同距离进行监测，颗粒物质量浓度变化情
况见图4。

由图4可知，距离施工点越近，颗粒物质量浓度越高，施工点的TSP、PM10、PM2.5比200 m外监测点分别高出283.1%、269.9 %、110.3%，而PM1相差
较小，仅比高34.5%。

TSP和PM10随施工工地距离增大呈持续下降趋势，而
PM2.5在距施工点100 m处出现最小值，随后又开始增大；PM1在距施工工地
50 m处出现最小值，随后数值逐渐增大。

二者随距离变化所增加的幅度较小，有一定起伏变化。

TSP、PM10随距离下降的幅度比PM2.5和 PM1明显，其原因可能与粒径较大的颗粒物更容易受环境因素的影响，而粒径较小的颗粒物扩散较快，在空气中容易混合均匀等原因有关[11-12]。

图3 4种颗粒物随风速变化特征Fig.3 The features of 4 kinds particulate matter under different wind speeds
图4 随施工点距离改变4种颗粒物变化特征Fig.4 The features of 4 kinds particulate matter along with different distance from work site
3.4 不同施工阶段颗粒物变化分析
2010年3月19日—3月22日监测期间，工程处于挖槽阶段，大部分是道路土方施工，各种大型机械昼夜运行。

4月22日—4月26监测期间，工程处于尾声阶段，道路基本填平，施工机械和车辆明显减少。

选取这2个不同施工阶段，对颗
粒物质量浓度进行比较。

挖槽阶段(3月19日)为晴天，无风，湿度38.1%，温度26.0 ℃；结构装修阶段(4月22日)，晴天，湿度36.3%，风速0.8 m·s-1，温度21.8 ℃。

对比结果见图5。

由图5可知，挖槽阶段颗粒物质量浓度明显高于结构装修阶段，其中 TSP高
57.2%，PM10高132.3%，PM2.5高 178.4%，PM1高 92.9%。

反映了施工阶
段对颗粒物质量浓度的影响，尤其是 PM10和 PM2.5受其影响最大。

出现这种差异的原因可能与施工强度有关，因为空气颗粒物主要是人为活动生产的，在其他条
件相近的情况下，施工强度大则颗粒物排放强度高。

而相对其他施工过程，挖槽阶段的土方施工颗粒物污染强度显然最高，而结构装修阶段施工主要集中在建筑物本身，施工过程相对单一、施工强度变化较小、土方施工量少等特点，因此挖槽阶段颗粒物质量浓度明显高于结构装修阶段[13]。

图5 不同施工阶段4种颗粒物质量浓度变化Fig.5 The features of 4 kinds particulate matter in different construction stages
4 结论
(1)城市大气中粒径较大的颗粒物(TSP、PM10、PM2.5)受天气影响十分明显，大风天 TSP、PM10、PM2.5远高于无风天，而阴雨天TSP、PM10、PM2.5显著低于晴天，PM1随天气条件变化不明显。

(2)随风速增大，TSP、PM10、PM2.5逐渐升高，而PM1随风速变化不明显。

(3)随施工工地距离增加，颗粒物质量浓度不断降低，200 m处的TSP比施工点高出283.1%，PM10高269.9 %，PM2.5高110.3%，PM1高34.5%。

(4)不同施工阶段对颗粒物污染影响较大，挖槽阶段颗粒物污染比结构装修阶段严重，前一阶段颗粒物平均质量浓度比后一阶段高90.8%。

【相关文献】
[1] 郝瑞彬, 刘飞. 我国城市扬尘污染现状及控制对策[J]. 环境保护科学, 2003, 29(12): 1-4.HAO Ruibin, LIU Fei. Pollution statas and controlling measures of raised dust in city of china[J]. Environmental Protection Science, 2003,29(12): 1-4
[2] 周玉芬. 城市建设施工对道路环境颗粒物污染的影响[J]. 西南农业大学学报: 自然科学版, 2004, 26(4): 518-520.ZHOU Yufen. Effect of construction activities on particulate matter pollutlion along roadways[J]. Journal of Southwest Agricultural University: Natural Sciense, 2004, 26(4): 518-520.
[3] 王伟. 西宁市城市扬尘污染现状与控制对策[J]. 青海环境, 2004,14(3): 126-138.WANG Wei.
The Xining city raises the dust pollution present situation and the control countermeasure[J]. Qinghai environment, 2004, 14(3):126-138.
[4] 张智慧, 吴凡. 建筑施工扬尘污染健康损害的评价[J]. 清华大学学报: 自然科学版, 2008, 48(6): 922-925.ZHANG Zhihui, WU Fan. Health impairment due to building construction dust pollution[J]. Tsinghua Univ: Sci＆Tech, 2008, 48(6):922-925.
[5] 王建鹏, 王式功, 孟小绒, 等. 沙尘天气等对西安市空气污染影响的研究[J]. 沙漠研究学报, 2004, 24(5): 558-564.WANG Jianpeng, WANG Shigong, MENG Xiaorong, et al. Sand dust weather and so on to Xi'an air pollution influence research[J]. Journal of desert research, 2004, 24(5): 558-564.
[6] 田刚, 李建民, 李钢, 等. 建筑工地大气降尘与总悬浮颗粒物相关性研究[J]. 环境科学, 2007, 28(9): 1941-1943.TIAN Gang, LI Jianmin, LI Gang, et al. Construction site atmosphere falling dust and always suspended particulate relevance research[J].Environmental science, 2007, 28(9): 1941-1943.
[7] 姜德义, 郑彦奎, 任松, 等. 城市隧道施工的环境影响分析及防治措施[J]. 江苏环境科技, 2006,
19(6): 38-41.JING Deyi, ZHENG Yankui, REN Song, et al. Environmental effect analysis and prevention of construction of city tunnel[J]. Jiangsu Environmental Science and Technology, 2006, 19(6): 38-41.
[8] 李军, 孙春宝, 刘咸德, 等. 气象因素对北京市大气颗粒物浓度影响的非参数分析[J]. 环境科学研究, 2009, 22(6): 663-669.LI Jun, SUN Chunbao, LIU Xiande. et al. Non-parameter statistical analysis of impacts of meteorological conditions on PM concentration in Beijing[J]. Research of Environmental Sciences, 2009, 22(6):663-669
[9] 田刚, 李钢, 闫宝林, 等. 施工扬尘空间扩散规律研究[J]. 环境科学, 2008, 29(1): 259-262.TIAN Gang, LI Gang, YAN Baolin, et al. Spatial dispersion laws of fugitive dust from construction sites[J]. Environmental science, 2008,29(1): 259-262.
[10] 郝吉明, 马广大. 大气污染控制工程[M]. 2th ed. 北京: 高等教育出版社, 2005.HAO Jiming, MA Guangda. Air Pollution Control Engineering[M].2th ed. Beijing: Higher Education Press, 2005.
[11] 田刚, 樊守彬, 李钢, 等. 施工工地出口附近道路交通扬尘排放特征研究[J]. 环境科学, 2007,
28(11): 556-559.TIAN Gang, FAN Shoubin, LI Gang, et al. The construction work site exports the nearby road traffic to raise the dust emissions characteristic research[J]. Environmental science, 2007, 28(11): 556-559.
[12] 陈静, 宋子岭, 赵晓亮. 住宅小区施工阶段大气环境系统评价研究[J]. 露天采矿技术, 2008, 1:
52-55 CHEN Jing, SONG Ziling, ZHAO Xiaoliang. Appraisal research based on atmosphere environmental system in the stage of housing construction in residential districts[J]. Strip mining technology, 2008,1: 52-55.
[13] 黄玉虎, 田刚, 秦建平, 等. 不同施工阶段扬尘污染特征研究[J].环境科学, 2007, 28(12): 2886-2889.HUANG Yuhu, TIAN Gang, QIN Jianping, et al. Characteristics of fugitive dust
pollution in different construction phases[J].Environmental science, 2007, 28(12): 2886-2889.。