碳氢化合物对环境的危害及措施

1、碳氢化合物对环境的危害及措施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

2、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

3、，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 7300 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 1m,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为 1m,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，

4、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、48、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5.98mg/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

5、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=5.6457-0.0874x1+0

6、.023x2- 0.00044x3-0.00877x4-0.0017x5-0.00004x6R2=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

7、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=33.124T.5299v+0.0478v2-0.0005v3（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

8、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

9、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

10、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