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城市地下道路污染物浓度分布研究

  • 投稿文风
  • 更新时间2015-09-23
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李志永 张 浩

(北方工业大学,中国 北京 100144)

【摘 要】通过对上海市延安东路隧道内进行进行实测,获取道路内污染物浓度分布、车流量及交通风力等数据,计算不同车流量条件下自然通风对道路内污染物浓度影响。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 城市地下道路;道路实测;自然通风;污染物浓度

※基金项目:北方工业大学优秀青年教师培养计划(14085)。

作者简介:李志永(1982—),男,内蒙古赤峰人,工学博士,主要从事空调及通风工程教学与科研。

0 引言

在城市中修建地下道路的同时,给城市环境带来了一些不可避免的问题。城市地下道路由于处在城市核心区,道路内小时车流量大,因此道路内易造成交通拥堵等问题[1]。而城市地下道路在构造上为相对封闭的圆筒形空间,其给机动车在地下道路内排放的污染物迁移、消散带来不利条件[2]。当城市地下道路内由于机动车所排污染物浓度累积量达到一定程度时,造成行车能见度及道路内司乘人员的舒适性降低,并对驾驶者健康产生危害[3]。而加之我国在城市地下道路在日常养护及管理方面尚不完善,我国油品质量较低,机动车单车污染物排放因子水平较于发达国家偏高,造成地下道路内空气质量问题更加严峻。因此,对我国城市地下道路的污染物问题研究变得尤为迫切及重要。

1 测试隧道概况

上海市黄浦江下的延安东路隧道,是连接市区东西交通主干道延安路和浦东大道的重要枢纽,其为上海市市政委为缓解浦东陆家嘴金融区与市中心的交通问题而建设的越江隧道,隧道西起延安东路福建路口,穿越黄浦江后东至陆家嘴路杨家宅路口。隧道全长2193m,由圆形隧道(长1155m)、矩形隧道(长530m)、引道(长508m),隧道沿线设置三座通风井,其中1号风塔高度为68m,2号风塔高度为52m,3号风塔高度为16m。车道宽7.5m,净高4.5m,为双向四车道,隧道纵向坡度单向下坡段为3.5%,单向上坡段为2.4%,双向坡度为3.0%,设计时速40~50km/h,每小时设计交通流量为2400辆[4]。但由于其东连陆家嘴路,西出口对接延安高架路,因此早晚高峰车流量大,成为上海市较为拥堵的过江隧道。

2 测试方案介绍

实验仪器平台探头位置位于中型客车外侧(探出车窗1m,距地高度2m,距隧道右侧壁面2m),客车沿道路内以道路内车流平均速度行驶车速采用雷达测速仪。车流量通过人工方式在地下道路出入口进行计数计算。对某城市地下道路污染物沿程分布进行实际测量,沿道路纵向等间距设置测量点,记录不同时刻道路内污染物浓度、车流量及环境数据。针对所测城市地下道路内机动车行驶车型种类及状况等数据,分析道路内机动车尾气污染物排放特性,选取主要污染物CO进行污染物浓度采集。

道路内9个测点间隔220m,对于延安东路隧道内早高峰时间为(7:00~9:00)及晚高峰为(17:00~19:30),采集道路内车流量较为密集时期污染物浓度数据。实测数据于工作日(8月21日至8月24日及27日,共5日)、周末(8月25日至8月26日),早(7:00~9:00)晚(17:00~19:30)高峰时段,及10月23日至10月26日早晚高峰时段,延安东路隧道内污染物分布情况。

当机动车在地下道路内行驶速度较低或与道路内环境风速相近时,由于车辆行驶带来的活塞风效应作用小于由射流风机对气流作用影响。当机动车行驶速度大于道路内环境风速时,其产生的活塞风效应是污染物对流扩散的主要因素。当机动车行驶速度小于道路内环境风速时,道路内气体流动会受到车辆行驶带来的阻碍作用。

3 交通风速对污染物沿程分布影响

该地下道路为直线型道路,车辆在道路内单向行驶。在采集实测数据时,道路内关闭轴流风机,因此道路内风速变化主要来自于机动车行驶过程。

从图4可见,在此条城市地下道路内,道路内风速变化与机动车行驶速度成线性正相关。这主要是由于机动车对于地下道路内空气流动作用主要体现行驶速度及道路内车流密度,而在早晚高峰时期车辆行驶速度在10~40km/h时,车流量在2500~3000veh/h时,车流密度集中在110~130veh/km,车速对道路内活塞风效应影响更为显著。

道路内交通风力对污染物平均浓度关系,见图5至图7。

由图5至图7可以分析得到,当延安东路内车流量处于设计流量(2400veh/h)以内时,道路内活塞风速对污染物起到很好的运移及稀释作用。而超过设计流量200veh/h左右时,由于机动车行驶带来的活塞风仍能对污染物起到运移及稀释作用。而通过图7显示,当车流量远大于设计流量时,隧道内活塞风速增大对道路内污染物浓度稀释作用较小,活塞风主要起到对道路内污染物运移效果。

4 结论

在道路内污染物以活塞风作为载体,沿风向扩散,其在扩散过程中有助于污染物在道路内稀释,特别是当隧道为单向隧道,机动车沿道路内行驶同交通风同向,能促进活塞风速提高,使得污染物随气流流场方向进行扩散,同时在设计车流量下其对污染物起到很好的稀释作用。

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参考文献

[1]刘冰,颜淋丽,张涵双,等.关于重构城市道路分离体系的探讨[J].城市规划学刊,2014(5):92-96.

[2]W.K.Chow,M.Y.Chan.Field measurement on transient carbon monoxide levels in vehicular tunnels [J].Building and Environment,2003(2):227-236.

[3]邓顺熙,陈洁,李百川.中国城市道路机动车CO、HC和NOX排放因子的测定[J].中国环境科学,2000(1):82-85.

[4]傅德明.延安东路隧道南线工程主要科技成果介绍[J].上海建设科技,1997(1):16-18.

[责任编辑:邓丽丽]