付甫剛，馬旭東，周曉娟

（貴州省交通科學研究院，貴陽550008）

1 貴州省高速公路網(wǎng)簡介及安順至紫云高速公路工程概況

1.1 貴州省高速公路網(wǎng)簡介

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，公路建設(shè)進入到一個高速發(fā)展時期，在此背景下，針對貴州交通發(fā)展現(xiàn)狀及問題，貴州省人民政府對我省的高速公路發(fā)展進行了統(tǒng)一規(guī)劃，貴州省高速公路網(wǎng)可以歸納為“6橫7縱8聯(lián)”及4個城市環(huán)線，總規(guī)模4 519km，規(guī)劃目標是建立與經(jīng)濟社會發(fā)展相適應(yīng)，與城鎮(zhèn)布局、產(chǎn)業(yè)布局相協(xié)調(diào)，功能明確、結(jié)構(gòu)合理、布局完善、服務(wù)高效得高速公路網(wǎng)絡(luò)，適應(yīng)貴州省經(jīng)濟社會歷史性跨越和生態(tài)文明建設(shè)的需要。安順至紫云段為貴州省高速公路網(wǎng)中的第五縱的中段。

1.2 安順至紫云高速公路工程概況

安順至紫云高速公路正線起于安順市東面的貓貓洞，與普定至安順高速公路安順北環(huán)線徑向相接，之后設(shè)橋分別跨過貴昆鐵路和滬昆客運專線長沙至昆明段鐵路，之后經(jīng)石龍灣、馬槽龍?zhí)?，到達猴場，在此設(shè)單喇叭互通接云峰至舊州的道路，出互通后設(shè)隧道下穿九龍山至郭家寨，之后繼續(xù)南行，從鵝項水庫下游1.5km處通過至下隴灰，在此預(yù)留今后與“六聯(lián)”相接的樞紐互通，之后向南經(jīng)小屯、小毛棋堡、上馬牛至高堡，在此設(shè)互通式立交，以提供雙堡、雞場、林哨等地的車輛上下高速公路，之后向南經(jīng)新海子、魚場、沙鍋泥、麻爛洞、爛壩、大糧屯、小糧屯，繼續(xù)南行經(jīng)胡壩、羅家院、上院、下院、水淹壩、樓梯關(guān)，到達打扒河，在此設(shè)互通式立體交叉，以提供紫云縣貓營鎮(zhèn)、格老寨、打扒河等村寨的車輛上下本高速公路，出互通后，繼續(xù)南行，經(jīng)櫻桃井、座馬河，到達終點沙子哨，接上惠水至興仁高速公路，路線全長55.886km。

安順至紫云高速公路基本情況見表1。

表1 安順至紫云高速公路基本情況一覽表

2 高速公路機動車尾氣污染源排放特征及預(yù)測評價目的

2.1 高速公路機動車尾氣污染源排放特征

按照《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》中的規(guī)定，營運期機動車輛排放的尾氣屬于線源，具體特征是：尾氣排放沿高速公路走向呈線性排放，隨著高速公路上各路段通行機動車輛的不斷變化，各路段排放的污染源強隨著交通量的改變而有所不同，同一路段近、中、遠期污染物排放源強也會隨著機動車輛的變化而不同，因此在高速公路機動車尾氣排放污染應(yīng)預(yù)測評價中，必須針對各路段、各時期的具體情況進行預(yù)測評價。

2.2 機動車尾氣預(yù)測評價目的

高速公路的迅速發(fā)展對我省社會經(jīng)濟發(fā)展起著重要的推動作用，但機動車尾氣對公路沿線大氣環(huán)境質(zhì)量的影響也日益凸顯出來，因此，對高速公路機動車尾氣污染進行準確預(yù)測對預(yù)防和減輕其污染損害具有重要意義。

機動車尾氣污染物通過大氣傳輸，在傳輸過程中發(fā)生稀釋擴散現(xiàn)象，其濃度變化具有時間及空間變化特征［1］，準確預(yù)測機動車排放污染物在大氣中的傳輸擴散情況是制定機動車排放污染控制對策的基礎(chǔ)［2］，但是，機動車尾氣污染狀況影響因素眾多，除了機動車本身尾氣污染物控制措施外，還與車速、交通量、近地面氣象條件、附近構(gòu)筑物影響等有關(guān)。近年來，CALINE4模型被廣泛應(yīng)用于公路機動車尾氣污染物的空間分布預(yù)測［3－4］，預(yù)測結(jié)果符合NO2在空氣中的擴散衰減規(guī)模，同時通過預(yù)測與實際監(jiān)測結(jié)果對比分析可知，CALINE4模型對公路機動車輛線性污染源排放的NO2預(yù)測結(jié)果滿足環(huán)境影響預(yù)測評價的需要，為此應(yīng)用該模型來預(yù)測貴州省安順至紫云高速公路沿線大氣中汽車尾氣的空間分布情況，探索其應(yīng)用于高速公路汽車尾氣排放預(yù)測的可行性和實用性。

3 安順到紫云高速公路交通量及各路段污染物源強

3.1 交通量及車型比

根據(jù)《公路建設(shè)項目環(huán)境影響評價規(guī)范》提出的方法，參照貴州省安順至紫云公路公路安順貓貓洞至紫云沙子哨互通段環(huán)境影響評價報告書（第24～25頁），交通量預(yù)測特征年分別為2013年、2019年和2027年，本項目未來各特征年平均交通量預(yù)測結(jié)果見表2，未來年份車型構(gòu)成預(yù)測結(jié)果見表3。晝間系數(shù)取0.827。

表2 安順至紫云高速公路特征年各路段預(yù)測交通量折算成小客車：pcu·d－1

表3 未來年份車型構(gòu)成預(yù)測結(jié)果 %

3.2 各路段污染物源強

根據(jù)《公路建設(shè)項目環(huán)境影響評價規(guī)范》提出的方法，參照貴州省安順至紫云高速公路可行性報告以及各路段的車流量，各路段機動車尾氣污染物排放源強見表4。

表4 安順至紫云高速公路各路段污染物NO2排放源強 mg·m－1·s－1

4 機動車尾氣預(yù)測模式、預(yù)測內(nèi)容及預(yù)測氣象

4.1 預(yù)測模式簡介

美國加利福尼亞交通部于20世紀后葉開發(fā)了道路大氣擴散模型CALROADS模型，包括CALINE4、CAL3QHC和CAL3QHCR 3個模塊，CALINE4是CAINE系列的最后一個版本，它基于高斯擴散方程，應(yīng)用混合層的概念來描述道路上機動車尾氣排放的污染物的擴散［5］。CALINE4模式的基本思路是將道路劃分成一系列線源單元（簡稱線元），分別計算各線元排放的污染物對接受點濃度的貢獻，然后再求和計算整條道路流動源在接受點產(chǎn)生的污染濃度［6］。線元的劃分方法見圖1。

把劃分后的每一個線元看作一個通過線元中心、方向與風向垂直、長度為該線元在垂直風向（y軸方向）投影的有限線源 .以接受點為坐標原點，上風向為正x軸，則線元對接受點污染的貢獻值可按下式計算：

式中：Cn為第n個線元對接受點的貢獻（mg／m3）；C為濃度分布（mg／m3）；QL為線源源強［mg／（m· s）］；u為近地面風速（m／s）；H為源高（m）；σy為橫向的擴散參數(shù)；σz為垂直向的擴散參數(shù)；y1、y2為有限線源兩端點的縱坐標（y2＞y1）。

應(yīng)用CALINE4模式預(yù)測機動車尾氣污染，需要事先確定模型運行控制選項、污染源數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和預(yù)測點位置坐標。其中污染源數(shù)據(jù)包括道路的車流量數(shù)據(jù)、各類污染物的排放因子、道路的幾何參數(shù)（位置坐標、幾何尺寸、路況類別等）；氣象數(shù)據(jù)主要包括風速、風向、大氣穩(wěn)定度、擴散參數(shù)等。

4.2 預(yù)測內(nèi)容

公路建成運營后，不同路段、不同時期內(nèi)的車流量不同，產(chǎn)生機動車尾氣排放量和排放濃度也不同，要對不同路段、不同時間過往機動車尾氣對環(huán)境影響進行評價，必須選擇一種合適的預(yù)測模式來預(yù)測機動車尾氣排放對環(huán)境的影響。本研究選用CALINE4模型進行預(yù)測，為機動車尾氣排放對環(huán)境的影響評價提供依據(jù)。預(yù)測內(nèi)容如下：

圖1 線源劃分示意圖

（1）預(yù)測因子：預(yù)測通車后，建設(shè)項目日均小時和高峰小時車流量時，機動車排放的主要污染物NO2在下風向的濃度分布。

（2）預(yù)測時段：近期2013年、中期2019年及遠期2027年，道路下風向日均小時和高峰小時交通量時的污染物濃度分布。

（3）預(yù)測路段：依據(jù)工程分析，評價路段主要劃分為6段，分別為安順貓貓洞－猴場互通、猴場互通－下隴灰互通、下隴灰互通－洗馬塘互通、洗馬塘互通－楊武互通、楊武互通－打扒河互通、打扒河互通－紫云沙子哨互通。

（4）預(yù)測范圍：據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量評價范圍，預(yù)測從道路中線線算起，水平方向距離分別為10，20，30，40，50，60，80，100，150，200m，高度為1.2m處的尾氣污染物的濃度分布。

4.3 預(yù)測氣象

1、風向 根據(jù)安順到紫云報告書中的氣象資料，本項目沿線的安順和紫云風玫瑰圖見圖2。

由圖2可知，安順市和紫云縣的主導(dǎo)風向均為為NE。

圖2 擬建公路沿線區(qū)域風向玫瑰圖

2、風速、大氣穩(wěn)定度

根據(jù)貴州省安順到紫云高速公路環(huán)境影響評價報告中的資料，在地區(qū)冬季以靜小風為主，夏季以2.0～4.0m／s的中檔風速出現(xiàn)頻率最高。大氣穩(wěn)定度以最不利條件D類及E類來進行預(yù)測分析。

5 預(yù)測結(jié)果及其分析

將各參數(shù)代入CALINE4模型，就可以得到各路段機動車尾氣（NO2）濃度增值分布情況，根據(jù)GB3095－1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》的規(guī)定，進而對近期（2013）、中期（2019）和遠期（2027）各路段的環(huán)境空氣質(zhì)量進行評價。安順貓貓洞－猴場互通段機動車尾氣（NO2）濃度增值分布如表5和表6所示，其它不再列出。

表5 公路沿線NO2日均濃度預(yù)測表（D類穩(wěn)定度） mg·m－3

表6 公路沿線NO2高峰小時濃度預(yù)測表（E類穩(wěn)定度） mg·m－3

由預(yù)測結(jié)果可知，公路沿線NO2的日均濃度（D類穩(wěn)定度）在距離中心線20m左右達到濃度最大值，隨著距離增加或減少，NO2的日均濃度逐漸降低。同時隨著交通量增加，尾氣排放量增大，道路沿線空氣中NO2的日均濃度有所增加。

在E類穩(wěn)定度情況下，公路沿線NO2的高峰小時濃度在距離中心線20m左右達到濃度最大值，隨著距離增加或減少NO2的日均濃度逐漸降低。同時隨著交通量增加，尾氣排放量增大，道路沿線空氣中NO2的日均濃度有所增加。

6 結(jié) 論

1、由預(yù)測結(jié)果可知，道路沿線空氣中NO2的濃度一般在道路中心線兩側(cè)20m左右出現(xiàn)濃度最大值，隨著距離增加或減少，道路沿線空氣中NO2的濃度呈現(xiàn)一種遞減模式。高速公路機動車輛排放的NO2尾氣符合高斯分布特征。

2、CALINE4模型可以用來預(yù)測高速公路機動車排放的日均小時及高峰小時污染物濃度，評價靠近公路兩側(cè)200m范圍內(nèi)的微尺度區(qū)域空氣質(zhì)量的變化。本文研究表明，CALINE4模式應(yīng)用于高速公路環(huán)評大氣污染預(yù)測是可行的。

［1］ 李 莉，陳長虹，黃 成，等.CALRoads模式在上海市典型道路CO擴散預(yù)測中的應(yīng)用［J］.環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2006，18（4）：7－11.

［2］ 董常暉，徐燕.公路環(huán)境影響評價研究進展.交通環(huán)保，2004，25（1）：44－47.

［3］ 陳紅梅，陳崇成，汪小欽.應(yīng)用CALINE4模式模擬機動車排氣污染的時空分布—以廈門市主干道路為例［J］.福州大學學報：自然科學版，2004，32（2）：257－260.

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［5］ BENSON P E.CAL INE24Adispersion model for p redic2ting air pollution concentrations near roadways［R］.Cali2fornia Department of Transportation，2003.

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