基于综合指数法的高速公路施工期环境空气质量评价

赵 兵

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

近年来大气污染物排放呈逐年下降趋势，但总体污染形势仍然严峻。环境空气污染关乎人们的身体健康，环境空气质量的好坏直接影响到人们正常的工作和学习。随着全社会环保意识的日益提高，环境空气质量问题越来越受到学者们的广泛关注。目前国内对于此类问题的研究，多集中于城市区域，研究内容主要涉及环境空气质量的变化趋势、环境空气质量污染特征、环境空气质量与气象因素关系等[1-3]。但关于高速公路施工期环境空气质量评价方面的相关研究较少，而已有研究表明，高速公路的施工建设会对周边区域空气质量带来显著影响[4-5]。因此，开展高速公路施工期环境空气质量综合评价监测具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

山西省某高速公路路线全长119.96 km，设计时速80 km/h，路基宽度24.5 m。项目所在区域属温带大陆性季风气候，四季分明，春季增温快，昼夜温差大，夏季气候温暖湿润，秋季天高气爽，冬季干燥寒冷。降雨多集中于7—9月，年平均降雨量475.9～501.0 mm，年均蒸发量1836.9～2162.2 mm，年平均气温6.9℃～9.1℃，极端最高气温39.5℃，极端最低气温-33.0℃，年平均风速2.2～2.7 m/s，最大冻土深度124 cm。项目区自然植被属暖温带森林草原灌丛植被区，主要树草种有油松、华北落叶松、侧柏、白桦、山杨、柞树等乔木和沙棘、黄刺玫、虎榛子等草灌。林草覆盖率约24.7%。土壤类型主要有：灰褐土、山地棕壤土、褐土、草甸土、山地草甸土等。

1.2 监测内容与要求

1.2.1 监测项目

本文选取 TSP、PM10、SO2和 NO2作为高速公路施工期环境空气质量监测因子。

1.2.2 监测布点

环境空气质量监测共设4个点位，各监测点布设见表1。

表1 环境空气采样点及监测项目

1.2.3 监测时间、频率

环境空气质量各监测因子需连续监测7 d，其中SO2、NO2、PM10每天连续监测不少于20 h有效数据，TSP不少于24 h有效数据。

1.2.4 采样及分析方法

采样环境、采样高度的要求按《环境监测技术规范》（大气部分）执行，样品分析执行《空气和废气监测分析方法》中规定的方法。具体方法见表2。

表2 环境空气监测分析方法

1.3 数据处理与评价方法

数据的统计分析方法采用SPSS 19.0软件，采用EXCEL软件作图。

本文采用综合指数法对高速公路施工期环境空气质量进行评价。该方法不仅可以反映出某一特定监测因子对环境空气质量的影响，而且可以通过综合指数全面地反映出各个监测因子对环境空气质量的综合影响。其计算公式为：

式中：Si为i因子的单因子评价指数；ai为i因子的实际监测结果；bi为i因子的参考评价标准；wi为i因子的权重；xi为i因子的实测平均值；C为综合评价指数。

2 结果与分析

2.1 各监测因子的浓度状况

由表3可以看出，环境空气质量各监测因子中TSP与PM10呈显著相关关系，其余各监测因子之间无明显相关关系。由表4可以看出，研究区环境空气质量监测因子中，TSP的浓度范围在0.113～0.423 mg/m3， 平均为 0.242 mg/m3；PM10的浓度范围在 0.063 ～0.247 mg/m3， 平均为 0.140 mg/m3；SO2的浓度范围在 0.023～0.041 mg/m3，平均为 0.031 mg/m3；NO2的浓度范围在 0.015～0.023 mg/m3，平均为0.018 mg/m3。各监测点位监测因子浓度排序均为TSP＞PM10＞SO2＞NO2， 权重分别为 0.56、0.33、0.07和0.04。由图1～图4可以看出，在监测点位A、B、C和D连续7 d环境空气质量监测因子变化中，TSP与PM10的监测值波动较大，而SO2和NO2的监测值波动较小，这可能与当时的风向、风速、气温、气压等气象要素变化有关。

表3 环境空气质量各监测因子相关分析结果

表4 环境空气质量各因子监测结果 mg/m3

图1 监测点位A连续7 d环境空气质量各监测因子变化情况

图2 监测点位B连续7 d环境空气质量各监测因子变化情况

图3 监测点位C连续7 d环境空气质量各监测因子变化情况

图4 监测点位D连续7 d环境空气质量各监测因子变化情况

2.2 单因子评价指数

本项目以环境空气质量标准（GB 3095—2012）中的24 h平均时间二级浓度限值（表5）为参考评价标准进行单因子评价指数的计算。

表5 环境空气污染物基本项目浓度限值

由表6可以看出，A监测点位除第五天由于监测因子中PM10单因子评价指数大于1致使环境空气质量超标外，其余几天环境空气质量均达标。B监测点位连续7 d环境空气质量均达标。C监测点位环境空气质量监测因子中TSP六天单因子评价指数超标，PM10连续7 d单因子评价指数超标，整体环境空气质量未达标。D监测点位环境空气质量监测因子中TSP五天单因子评价指数超标，PM10连续7 d单因子评价指数超标，整体环境空气质量未达标。

表6 环境空气质量监测因子单因子评价指数

2.3 综合指数评价

2.3.1 评价等级的确定

本文利用系统分级法确定环境空气质量评价等级[6]，将环境空气质量污染物浓度分级标准与权重相乘后再除以评价标准，获得处理值，然后将各监测因子的处理值相加，获得环境空气质量分级标准，据此划分出项目区环境空气质量评价级别（表7）。由表7计算结果，得到基于监测因子权重的系统分级法确定的环境空气质量综合评价分级标准（表8）。

表7 系统分级法确定环境空气质量评价等级

表8 环境空气质量综合评价分级标准

2.3.2 综合评价指数

利用监测点位A、B、C和D各监测因子连续7 d监测结果的单因子评价指数平均值与权重相乘再相加，获得各监测点位的综合评价指数，利用4个点位整体单因子评价指数的平均值与权重相乘再相加，获得项目区整体综合评价指数。经计算，A监测点位的综合评价指数为0.527，B监测点位的综合评价指数为0.498，C监测点位的综合评价指数为1.087，D监测点位的综合评价指数为1.008，项目区整体环境空气质量综合评价指数为0.780。由表8环境空气质量综合评价分级标准可以看出，A和B监测点位的评价等级为Ⅱ级，环境空气质量为良，C和D监测点位的评价等级为Ⅲ级，环境空气质量为不佳，项目区整体评价等级为Ⅱ级，环境空气质量为良。

表9 监测点位A、B、C和D监测因子单因子评价指数平均值

3 结论

利用综合指数评价法对山西省某高速公路施工期环境空气质量监测因子中的 TSP、PM10、SO2和NO2进行了综合评价，得出了A、B、C和D四个监测点位及项目区整体的环境空气质量评价等级及环境空气质量状况。

a）项目区环境空气质量监测因子中，TSP的浓度范围在 0.113 ～0.423 mg/m3，平均为 0.242 mg/m3；PM10的浓度范围在 0.063～0.247 mg/m3，平均为0.140 mg/m3；SO2的浓度范围在 0.023 ～0.041 mg/m3，平均为 0.031 mg/m3；NO2的浓度范围在 0.015～0.023 mg/m3，平均为0.018 mg/m3。各监测点位监测因子浓度排序均为TSP＞PM10＞SO2＞NO2，权重分别为 0.56、0.32、0.07 和 0.04。

b）A和B监测点位的综合评价指数分别为0.527和0.498，其环境空气质量评价等级均为Ⅱ级，环境空气质量均为良；C和D监测点位的综合评价指数分别为1.087和1.008，其环境空气质量评价等级均为Ⅲ级，环境空气质量均为不佳；项目区整体综合评价指数为0.780，其环境空气质量评价等级为Ⅱ级，环境空气质量为良。