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第五章
大气环境保护概述5.1大气环境基础知识5.1.1大
气污染
1、大气的成分
地球表面附近的大气是包括颗粒尘埃在内的混合气体，其组成包括恒定的和不定的两种。
在近地层大气中有氮、氧、氩、氖、氪、氙、氢等成分，其中氮、氧、氩占大气总量的99.96％，这三种成分的含量几乎不变。大气中的不定成份主要是自然过程和人为活动的排入大气污染物质，如物质燃烧的灰份，火山爆发的尘埃，风起的灰尘以及工业、交通排出的废气等。
2、大气污染
大气污染也称空气污染，是指大气中的污染物质，当其数量、浓度、毒性以及大气中持续时间等因素的综合作用结果，可能会使某些地区的生物体的生命和人类的健康、或生产活动受到影响。
（1）大气污染源
通常把能产生大气污染物的场所、设备、装置等称为大气污染源。大气污染源总的来说有两类：一类是自然污染，如大风刮起的地面沙尘，森林火灾产生的CO2、NO2等。另一类是人类活动产生的污染物，如工矿企业、交通运输排出的废气、毒气、烟尘和放射性元素；燃料燃烧排出的碳氢化合物、CO、SO2和烟尘；另外还有散播的农药、核武器和化学武器的试验残余物等。
（2）大气污染物
大气污染物的种类和成份十分复杂。从污染物的物理性质来看，大气污染物可分为颗粒物质和气体污染物。烟尘、粉尘是固体颗粒物质，这些颗粒物质悬浮于大气中常称为气溶胶。直径大于10微米的颗粒物质叫“降尘”，它可以在离污染源较短的距离之内落到地面。直径小于10微米的叫“飘尘”，它们可以在大气中停留数小时甚至几年。
上述污染物是由污染源直接排出的，称为一次污染物。有的一次污染物不稳定，在大气中经化学反应或光化学反应，形成新的污染物，称为二次污染物。
3、大气污染对人类的危害和影响
大气污染物危害人体主要通过表面接触、呼吸、食入等途径。其对健康的危害主要表现为引起呼吸道疾病。在突然的高浓度污染物作用下可造成急性中毒。这里针对几种主要交通污染物对健康等方面的影响作简单介绍。
（1）粉尘
道路施工时会产生粉尘也叫尘埃，尘埃中粒径大于10微米的颗粒物，大多可被鼻腔和咽喉所捕集，不会进入肺泡。但粒径小于10微米的飘尘，即PM10长时间在空中飘浮，易被吸入呼吸系统。其中较小的微粒侵入到没有粘液层和纤毛层的肺的深部组织中并沉积下来。这些物质如果被溶解，就会直接侵入血液，可能造成中毒。未被溶解的物质可能被吞噬细胞所吸收，它们如果是有毒的，就会杀死该细胞，造成细胞破坏。未被吞噬细胞吸收的物质，则侵入肺组织或淋巴结，有可能造成尘肺和其它感染。
（2）氮氧化物（NOx）和光化学烟雾
一氧化氮(NO)无色、无刺激，化学性质不活泼。二氧化氮(NO2)为刺激性
气体。空气中两者可以互相氧化还原，对呼吸系统都有毒性，但NO2的毒性比NO大5倍。NO能与血红蛋白结合，从而使血液的输氧功能下降，它还会使中枢神经受损，使人痉挛或麻痹。NO急性中毒会导致肺水肿或窒息而死亡。NO2对眼、鼻有强烈刺激。污染环境中肺功能明显受损，经常接触可形成慢性肺气肿或肺纤维化，NO2对心脏、肝脏、造血器官等脏器也有损害作用。
空气中的NO，在阳光的作用下，还能与CO、CnHm等作用，生成光化学烟雾。这种烟雾对眼睛的刺激作用特别强，浓度大于0.1ppm时，短时间接触就能使泪流不止，甚至头痛、呼吸障碍：浓度增加到50ppm，人有死亡的危险。
（3）一氧化碳（CO）
CO是无色、无臭的气体。浓度为900ppm接触1小时，能使人头痛、眼睛呆滞；浓度在1200ppm以上作用1小时，可使神经麻痹，发生生命危险。
（4）碳氢化合物（CnHm）
CnHm种类很多。如由于燃料燃烧不完全或石油裂解过程中产生的挥发性烃；又如沥青烟气中含有强致癌物质的苯并芘。这些污染物对眼、鼻和呼吸道有强烈的刺激作用，在一定条件下可严重破坏肝、肾和心血管系统的功能。
5.1.2、气象条件及其对大气污染的影响
大气是地球表面上占据空间最大的一种物质。约占总质量98%的大气分布在从地面到30km高度范围内的空间。在人类和生态受影响的范围内，它可以说无所不在。太阳的辐射能通过大气作用于海洋或其他地表，在这一系统的能量交换和收支平衡中，可以使大气产生从几公里到几千公里不同范围内的平均流动（例如，局地的山谷风和大尺度环流等）和小尺度的扩散。如果周围环境比较空旷，大气的平均流动和湍流扩散以及其他方面的物理、化学作用，可以使大气污染物迁移到远处和稀释扩散到允许的浓度，从而起到对大气的自然净化作用。
（1）大气湍流
在低层大气中，空气运动的大小和方向随时都在变化，各层流体之间还有强烈的混合现象。这种不规则的流体运动称为“湍流”，它能将从大气污染源排放的污染物迅速扩散开来。
大气湍流的形成和发展取决于两种因素。一种是机械的或动力形成的机械湍流，如汽车行驶产生的空气扰动。地面若有山丘、树木、建筑物等障碍物，空气流经就会引起风向和风速的突然改变，因此，近地面风切变形成的机械湍流是低层湍流的主要形式。另一种湍流叫热力湍流，主要是由于地表面受热不均，或由于大气层结构不稳定使空气的垂直运动发生和发展造成的。大气湍流的强弱是两者综合作用的结果，不同情况下各有主次。对公路上车辆尾气污染物的扩散，机械湍流和热力湍流同等重要。
（2）大气稳定度及其分类
大气稳定度是大气湍流运动强弱的标志，也是确定扩散参数的重要依据。常用帕斯圭尔(Pasquill)提出的分类法划分大气稳定度。本方法是按风速、日照强度、云量(有时还考虑云状)分成6个稳定度等级。A——F级从最不稳定——最稳定，D是中性。本法确定的稳定度对平坦开阔地适用，对于城市考虑下垫面粗糙度和热力作用，往往需要修正。
（3）风对大气污染的影响
风可以输送污染物。可以说，风速就是污染物质的移动速度，风速愈大，烟云移动也就愈快。另外，污染物在被输送的同时，还不断与周围空气混合并得到稀释。如果其它条件不变，则下风向的任何一点上的浓度与风速成反比。
大气边界是大气污染的主要扩散层，风速的水平输送扩散也主要在该层进行。在大气边界层中，由于地面粗糙度的影响，风速越靠下层就变得越小，因而产生了风速的垂直梯度，发生了风的湍流。一般风速随高度的增加而增大。对于道路工程建设项目，空气污染发生在低空。
（4）气温的垂直分布及其对大气污染的影响
由实际大气温度的垂直分布可以计算出每百米的温度变化量，称为温度层结，以Y表示。空气块在绝热情况下上升或下降100米，温度就下降或升高1℃，这个值为干绝热递减率，以Y1表示。比较Y和Y1大小，可以判别大气温度层结。
温度层结是衡量大气稳定度的标志，它与近地层的湍流运动密切相关。稳定层结(逆温)能使湍流运动减弱，而不稳定层结（超绝热递减率）则可使原有的湍流运动继续加强。因而，温度层结对于污染扩散的影响是明显的。
（5）地形对大气污染的影响
不同地形下垫面的物理性质差异很大，从而引起热状况分布不均匀，继而在弱的天气系统条件下就可能产生局地环流，诸如海陆风、城郊风和山谷风等。这些环流势必影响污染物输送的范围和路径，从而直接导致地面浓度的变化。
（6）山区地形对空气污染的影响
山区的各种复杂地形，由于斜坡的方位、坡度不同，受日照时间、强度和热量收支条件就不一样，因此，气温的水平分布很不均匀。下垫面热冷不一致会影响流场，形成各种尺度的局地环流。最常见的是山谷风，是由山坡和谷地受热不均而产生的。白天，吸热的山坡上的空气比同高度的谷中空气温度高、比重轻，产生上升气流；同时谷中的冷空气沿坡爬升补充，形成由谷底向山坡的“谷风”。夜间，山坡上的空气较快降温，比重大，在重力作用下，冷空气沿坡下滑形成“山风”。山谷风转换时往往造成严重空气污染。 微风、逆温和地形阻塞是造成山区空气污染严重的主要原因。山区因地形作用增强了辐射逆温现象，夜间冷空气在谷底积聚，地形阻挡使凹地的风速很小，逆温发展的速度比平原快，逆温层更厚，强度更大。全年逆温天数多，逆温层较深厚，逆温强大，持续时间也较长。
山区的湍流一般比平原大得多。除温度层结不稳定可引起热力湍流以外，复杂地形受热不均也会引起小尺度的热对流。另外，粗糙的地形会产生各种不同尺度的机械湍流。研究表明，山区污染物的扩散速率比平原快得多，但由于地形的阻拦作用，往往造成地面浓度较高。
5.1.3环境空气质量分析
环境空气质量现状分析的目的是：找出关心区域现在和将来的主要污染源和主要污染物；取得环境现状数据；为影响分析和今后环境管理提供科学依据。
环境空气质量分析一般应包括如下内容：污染源的调查；环境空气质量监测及数据分析以及环境空气质量评价。
1、空气污染源调查
进行污染源调查，可以弄清区域本底污染的来源，根据周围污染源的类型、性质、排放量、排放特征及相对位置，以及当地的风向、风速等气象资料，分析和估计现有污染源对建设区的影响，从而确定拟建区域的主要污染源和主要污染物，为确定现状监测因子和大气环境预评因子提供依据。
调查范围一般应与现状监测范围和影响评价范围一致，如公路建设项目主要调查拟建公路两侧200米以内，着重调查排放量大、对环境影响也较大的污染物。
2、环境空气质量现状监测与评价
监测要能够取得反映空气质量随时间、空间变化的代表性的结果。这就需要对气象条件、地理特点、污染源分布以及采样的位置、时间、频率、分析方法、监测仪器等进行综合考虑，并应认真对待数据统计及实验中的质量控制。
（1）环境空气监测的范围与重点
根据工程可能影响的范围确定监测范围。排污量大的，监测范围大一些，反之则适当减小。应根据当地的污染气象和地理等具体情况适当选择实测范围。
如果建设项目附近有旅游区、风景区、名胜古迹，则应适当扩大范围。
根据拟建工程性质和敏感受体情况确定监测重点。重点监测环境敏感点，如居民集中区、医院、疗养院、珍稀动植物保护区等。污染要素的监测，主要依据拟建项目而定，以相应的污染要素为重点。如公路项目应以CO、NO2和总悬浮颗粒物TSP为主。
（2）环境空气监测点的确定
采样点位置和个数决定着所测数据的代表性和实用性。只有了解污染排放源的类型、大小和分布，污染物的排放规律和性质，影响污染物迁移、扩散的环境条件及气象因素等，才能根据预计的监测目的正确选择监测点。根据监测目的和对象、监测区域的大小及精度要求，进一步确定监测点数量。
（3）监测时间
合适的监测时间才能保证监测浓度时空分布的代表性。确定时主要考虑气象条件。一般连续监测5—7天。
（4）分析方法
表5.1-1
公路项目环境空气主要污染物分析方法
序号
1
2
3
TSP
CO
重量法
NO2
非分散红外法
0.001
分析项目
Saltzman法
0.30
分析方法
0.006
最低检出限（mg/ m3）
（5）监测结果的整理及分析
监测结果应能说明评价区内环境空气污染物监测浓度范围、平均值、超标率等。还应进行区域浓度分布特征分析，浓度的日变化特征分析，浓度变化与污染气象条件的相关分析。
（6）环境空气质量评价
现行的评价方法是单因子指数评价法，将测得的数据与标准进行比较，可用超标率或达标率表示监测和评价结果。
通常由项目所在地环保主管部门（当地环保局）确认应执行的环境空气质量标准，包括环境质量标准和建设期的污染物排放标准。按照项目所在地的环境空气质量功能区划分的类别，执行相应的标准级别。即一类区执行一级标准，二类区执行二级标准，余类推。
下面给出GB3095-1996《环境空气质量标准》和GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》中与公路建设有关的项目标准。
①GB3095-1996《环境空气质量标准》，各项污染物的浓度限量见表5.1-2。
表5.1-2
公路项目主要污染物的浓度限值 单位：mg/m3
浓度限值
污染物名称
年平均
总悬浮颗粒物TSP
年平均
可吸收颗粒物P M10
年平均
二氧化氮NO2
1小时平均
日平均
0.12
0.08
0.12
日平均
0.04
0.08
0.24
0.05
0.04
0.12
日平均
0.04
0.15
0.08
0.12
0.10
0.25
0.08
0.30
0.15
取值时间
一级标准
0.20
0.50
二级标准
0.30 三级标准