上海市公路沿线近地表大气颗粒物重金属特征研究

作     者：黄东锋 

作者单位：华东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑祥民

授予年度：2009年

学科分类：07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 

主      题：上海市 近地表大气颗粒物 重金属 分布特征 污染评价 

摘      要：公路沿线近地面颗粒物重金属污染是近几年研究的热点之一,由于受汽车排放等因素的影响,城市公路沿线局地系统近地面大气颗粒物上重金属随着大气环流,在近地面大气中、公路灰尘、路边土壤、绿化带及周围蔬菜中迁移、累积和转化,从而成为公路生态环境的一个潜在威胁,也成为地球大气环境恶化的一个重要因素。这类重金属物质对大气、土壤、水体造成的污染会直接或间接危害人体健康。本文力图循着这一主线,通过对城市公路沿线和公路交叉口不同高度、不同季节和特殊气象条件下大气颗粒物及其重金属含量进行监测分析,并同步测定了城市公路沿线和公路交叉口表层土壤、大气环境条件和交通通行状况,对城市公路近地面大气颗粒物重金属污染特征进行了探讨,提出科学的防治措施。 本研究各点空间位置分布于上海市外环线、内环线、贯穿内外环线之间的金沙江路十字路口及路段和不同典型的功能区如:宝山工业区、学校等,共10个采样站位,分别代表大中型工业区、文教区、商业和交通繁忙区等不同的功能区。采集的样品为各线路十字路口及路段的近地面大气颗粒物、十字路口各角落及路段各绿化带的表土,以及十字路口及路段交通流量情况和局地大气环境数据以12小时采样。近地面大气颗粒物采样时间间隔3小时,采样高度分别设定为地表1.2米与2.5米立体对照式采样;同时统计交通流量即这一时间段内对各类型车(大型车、小型车和公共汽车);每隔一小时记录局地温度、湿度、风向及风速。共采集近地面大气颗粒物77个样,表土样35个,以及1300个环境、交通流量数据。分析了近地表大气颗粒物样品和沿线表土样中重金属Cr、Ni、Cu、Pb、Fe、As、Mn、Hg的含量,在获得2328个有效数据的基础上对公路沿线近地表大气颗粒物重金属含量分布特征进行了探讨,并对城市公路沿线环境中近地面大气颗粒物重金属的污染程度和生态风险进行了评价,以期为上海市城市城市建设提供科学依据。 本文取得的主要研究结果如下: (1)上海市公路沿线及交叉口近地面大气颗粒物浓度变化较大,主要是受大气状况、交通流量、采样地的周围环境等综合因素影响。一般规律是外环浓度高于内环及内环和外环之间的浓度;同一采样站位,颗粒物浓度随距主干道的距离增大而降低,机动车直接排放的颗粒物以及行驶载带的道路可扬尘作为大气颗粒物直接来源;各采样站位在一天12小时不同时间段内浓度变化较大,一般为在第一个时间段7:00-10:00较高,然后在10:00-13:00和13:00-16:00减少,或在16:00-19:00时间段出现高峰值。 (2)对比各采样站位数据,在各时间段的近地面大气颗粒物重金属As、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb元素含量值平均值一般在交叉口上较高,而在公路沿线上较低。机动车行驶的速度对颗粒物重金属累积影响较大;各采样站位重金属含量从外环至中环再到内环区域As、Cr、Mn、Ni、Pb、Fe、cu等各重金属元素含量平均值逐渐增多;各采样站位同一时间段内,近点近地面大气颗粒物浓度大于远点,但是远点近地面大气颗粒物中As、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb等各重金属元素含量平均值明显高于近点;各采样站位在一天内在各时段As、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Zn元素的含量浓度变化显著,主要影响因素是交通流量,但交通流量对各采样站位的影响明显受到大气环境条件限制。交通流量对公路沿线上采样站位影响程度不一样,具体表现为,外环内环中环。同一采样站位远近站位之间各元素浓度差异明显,一般为远点低点。 (3)上海市公路沿线路边土壤重金属Hg、Cr、Cu、Pb和Zn的平均含量分别为0.25、94.02、78.20、113.64、和419.65μg/g,分别为环境背景值的2.5、1.3、2.7、4.5和5倍,重金属含量的空间分布差异较大,局部污染严重;公路交叉口和沿线土壤中重金属含量浓度,在公路沿线路边和路中央的绿化带上,含量高;使用地质累积指数法、污染物负荷指数法、潜在生态危害法进行的评价表明发现上海市公路沿线土壤绝大部分为中度污染,也有少数区域处于强污染。从三种分析方法看出,Hg危害的级别都较高。 (4)从交通流量上分析,在外环线上,车流量大,机动车行驶的速度大,从地面来的扬尘对近地面大气颗粒物贡献率大,在内环和中环各交叉口,车辆减速、怠速运行的时间长,发动机燃烧不充分,废气排放量大。