公路交通對土壤鉛污染預(yù)測評價的論文

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tohighwaytransportationarededucedtheavailablethreedifferentresults，iegreaterthanorlessthanorequaltothebackgroundvalue，andtheirdiscriminantesarediscussedwhilethemodelsareusedtopredicttheamountofpbinsoilonthebasisofthesituationofhighwaytransportationinchina，itisprovedthattheamountofpbinsoilislessthanthebackgroundvalueduringtheshortoperationphaseofhighway，iftheotherpollutionsourcesarenotconsidereditisbelievedthatrationallytakingthenon-highwaypollutionsource，theprecipitionareaandtheremainingfractionofpbintoaccountincalculationarethemajorfactorsthataffecttheaccuracyofpredictingresultskeywordssoilpbpredictionmodelhighwaytransportation1引言自1987年起中國開展公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價工作以來，已有200多本公路環(huán)評報(bào)告書問世，在這些報(bào)告書中，對公路交通引起公路兩側(cè)土壤鉛污染的預(yù)測采用的 方法 都是土壤重金屬累積模式1，預(yù)測的結(jié)果基本上都是：營運(yùn)遠(yuǎn)期(營運(yùn)至第20年)土壤中鉛含量為2080mg/kg,土壤中鉛含量隨營運(yùn)年份的增加而遞增(營運(yùn)遠(yuǎn)期的值營運(yùn)中期的值營運(yùn)基年的值)，既使對那些交通量較小的二級公路也是如此。然而在我們采用該模式所做的一些預(yù)測計(jì)算中，卻發(fā)現(xiàn)存在土壤中鉛含量逐年減小的現(xiàn)象。進(jìn)一步的分析表明，如果評價中采用的是該模式的話，那么幾乎所有的公路建設(shè)項(xiàng)目對土壤鉛污染的預(yù)測結(jié)果至少在營運(yùn)近期都應(yīng)遵循逐年減小的 規(guī)律 。2土壤重金屬累積模式及其推導(dǎo)根據(jù)重金屬污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化及累積規(guī)律，土壤中重金屬污染物累積量計(jì)算模式為2：w=k(b+r)式中w重金屬在土壤中的積累量，mg/kgb區(qū)域土壤重金屬含量背景值mg/kgr土壤重金屬年輸入量，mg/kgk土壤重金屬殘留率%n年內(nèi)土壤中重金屬累積量：wn=knkn-1k2(k1(b+r1)+r2)+rn-1+rn=bk1k2kn+r1k1k2kn+r2k2k3kn+rnkn若k1=k2=kn=k,則：(1)此式即為 目前 在公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價中被普遍采用的土壤重金屬累積模式，其已被寫入公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價規(guī)范(試行)。3預(yù)測結(jié)果分析當(dāng)ri為常量時當(dāng)ri為常量時，即鉛污染物向土壤的輸入逐年不變。對(1)式，假設(shè)r1=r2=rn=r,則有：(2)由(2)式可見，當(dāng)ri為常量時，預(yù)測n年內(nèi)土壤中重金屬累積量的計(jì)算結(jié)果可能存在以下3種情況：預(yù)測結(jié)果大于背景值，即wnb。由(2)式可推導(dǎo)出此情況出現(xiàn)在當(dāng)bkn+rkb，即：rb時。預(yù)測結(jié)果等于背景值，即wn=b,當(dāng)r=b時。預(yù)測結(jié)果小于背景值，即wnb，當(dāng)rb時。可見，預(yù)測計(jì)算結(jié)果是否高于背景值，取決于r與b(1-k)/(k)的相對大小。圖1ri為常量時wn隨n的變化趨勢為說明當(dāng)ri為常量時，預(yù)測結(jié)果的逐年變化趨勢，假設(shè)b=30mg/kg,k=,n=50年(一般而言，建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價預(yù)測年限為20年之內(nèi)，此處為更清晰地反映預(yù)測結(jié)果的變化趨勢，取n=50年)，繪制wn隨n的變化趨勢于圖1。圖1中曲線a、b及c分別對應(yīng)于上述3種可能的預(yù)測結(jié)果，對應(yīng)曲線a之r等于/kg，曲線b之r等于/kg(=b(1-k)/(k),曲線c之r等于/kg。當(dāng)ri逐年遞增時對于公路建設(shè)項(xiàng)目而言，ri正比于公路交通量且隨交通量的逐年增加而增加 。根據(jù)中國公路交通 發(fā)展 狀況，公路交通量年增長率一般在5%12%之間，營運(yùn)近期較高，營運(yùn)遠(yuǎn)期較低。在此僅為說明土壤中鉛累積量的變化規(guī)律，不妨假設(shè)其增長率為常量，用p表示，則有：ri=r1(1+p)i-1,代入(1)式得：(3)由(3)式可得，當(dāng)ri逐年等速率遞增時，n年內(nèi)土壤中鉛累積量預(yù)測結(jié)果可能存在的3種情況為：預(yù)測結(jié)果大于背景值，即wnb。其出現(xiàn)在當(dāng)r1b時；或當(dāng)r1=b,且n1時；或當(dāng)r1b,且n滿足r1-b(1-kn)0時。預(yù)測結(jié)果等于背景值，即wn=b。其出現(xiàn)在當(dāng)r1=b,且n=1時；或當(dāng)r1b,且n滿足r1-b(1-kn)=0時。預(yù)測結(jié)果小于現(xiàn)狀值，即wnb。其出現(xiàn)在當(dāng)r1b,且n滿足r1-b(1-kn)0時。與ri為常量時的假設(shè)類似，假設(shè)b=30mg/kg,k=,p=8%,r1分別為，/kg,繪制wn隨n的變化曲線a,b及c于圖2，以說明ri逐年遞增時可能出現(xiàn)的預(yù)測結(jié)果。對應(yīng)圖2曲線b之r1,其值等于b=/kg,根據(jù)公路交通鉛污染物源強(qiáng)計(jì)算公式1，估算公路日交通量，其值大約為萬輛(中型標(biāo)準(zhǔn)車)。也就是說，當(dāng)區(qū)域背景值為30mg/kg,且不存在其它外界污染源引起的鉛輸入的條件下，基年日交通量小于3萬輛中型標(biāo)準(zhǔn)車的公路建設(shè)項(xiàng)目，并不會在短期內(nèi)引起公路兩側(cè)土壤中重金屬鉛含量的增加。相反，會低于背景值，直至隨ri的逐年增加，當(dāng)n滿足r1-b(1-kn)=0時，wn=b,隨之，wnb(曲線c)。圖2ri逐年遞增時wn隨n的變化趨勢 為說明區(qū)域背景值(b)對判別土壤鉛累積量預(yù)測結(jié)果(wn)是否會低于b的判別式b(1-k)/(k)的 影響 ， 參考 中國 土壤元素背景值3，選取概率大于90%的b值， 計(jì)算 對應(yīng)的b(1-k)/(k)及臨界 交通 量(此處定義臨界交通量為：對應(yīng)r1=b(1-k)/(k)時的公路營運(yùn)基年(n=1)日交通量)列入表1。表1不同背景值下的b(1-k)/(k)值及臨界交通量b(mg/kg)kb(1-k)/(k)(mg/kg) 臨界交通量(萬輛/日)(中型標(biāo)準(zhǔn)車) k值來源于公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價規(guī)范(試行)表1中數(shù)據(jù)表明，既使當(dāng)b小至10mg/kg,臨界交通量亦達(dá)萬輛中型標(biāo)準(zhǔn)車/日。就是說在該背景值下，基年日交通量小于萬輛的公路建設(shè)項(xiàng)目所造成的公路兩側(cè)土壤中鉛的累積在營運(yùn)近期將會低于背景值。如以營運(yùn)基年日交通量為萬輛標(biāo)準(zhǔn)中型車的公路建設(shè)項(xiàng)目為例進(jìn)行計(jì)算，土壤中鉛累積量低于背景值的時間將持續(xù)約16年(假定p=8%時)，到第17年時，等于背景值，達(dá)到動態(tài)平衡，之后，超出背景值，并逐年增加。一般的公路建設(shè)項(xiàng)目(既使是高速公路建設(shè)項(xiàng)目)，其營運(yùn)基年日交通量都在萬輛中型標(biāo)準(zhǔn)車以下，且區(qū)域背景值一般都在10mg/kg以上。所以可以說，幾乎所有的公路建設(shè)項(xiàng)目造成的公路兩側(cè)土壤中鉛的累積量，在不存在非公路污染源的條件下，在營運(yùn)近期將低于區(qū)域背景值，其逐年變化將具有如圖2曲線c所示的趨勢。4影響因素 分析 非公路污染源的影響以上所述都是在未考慮存在非公路污染源的條件下推導(dǎo)或計(jì)算的。由土壤重金屬累積模式的推導(dǎo)過程可知，(1)式中的ri實(shí)際上包括了可能引起土壤中鉛含量增加的一切外部污染源向土壤的輸入。所以，ri可寫成由公路污染源年輸入量與非公路污染源年輸入量之和(用腳標(biāo)g表示公路源，用腳標(biāo)f表示非公路源)，則有：ri=rgi+rfi對應(yīng)于模式(1)之相應(yīng)變化為： (4)可見，對于存在非公路污染源的情況，則應(yīng)考慮非公路污染源的影響。在實(shí)際 應(yīng)用 中，非公路源rfi為常量(rfi=rf)的情況較多，相應(yīng)之預(yù)測模式可寫為：(5)對于(5)式，其存在一個特例。當(dāng)rf=b(1-k)/(k)時，(5)式可寫為：（6）即非公路源引起的污染增量正好等于區(qū)域背景值的衰減量，說明公路營運(yùn)前土壤中鉛含量變化處在動態(tài)平衡中，每年的輸入量等于輸出量，區(qū)域環(huán)境背景值(b)逐年保持不變。由此可見，采用(6)式是可避免產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果wn逐年減小的現(xiàn)象，然而非公路污染源(比如那些位于污罐區(qū)或 工業(yè) 區(qū)的路段)究竟是以多大的年輸入量(rf)影響著土壤鉛含量的逐年變化呢?要想獲得切合實(shí)際的較精確的預(yù)測結(jié)果，就需要更深入細(xì)致的調(diào)查工作。應(yīng)用(6)式進(jìn)行預(yù)測計(jì)算，只是一種近似的 方法 。源強(qiáng)計(jì)算方法的影響導(dǎo)致產(chǎn)生以上所述鉛含量預(yù)測結(jié)果逐年減小的另一個原因是公路向土壤的年輸鉛量計(jì)算模式中對公路兩側(cè)鉛沉降面積的假設(shè)。公路交通向土壤的年輸鉛量ri計(jì)算模式如下1：ri=j=1qijpbjjj/g(7)式中ri第i年公路交通鉛污染物向土壤的年輸入量，(mg/年.kg)排氣管排放效率，一般取75%車輛尾氣中pb在評價范圍內(nèi)的沉降量，一般取40%qij第i年j型汽油車交通量，(輛/年)pbjj型車用燃料中鉛化合物的添加量，各型汽油車添加鉛化合物的平均值為140mg/ljjj型車每公里耗油量(l/km.輛)j大=/km.輛j中=/km.輛j小=/km.輛g評價范圍內(nèi)1公里路段耕作層土壤的質(zhì)量kg/km)；g=9107kg/km在(6)式中，評價范圍內(nèi)1 km路段耕作層土壤的質(zhì)量(g=9107 kg/km)是按pb在公路兩側(cè)的沉降面積為公路兩側(cè)各200 m來計(jì)算的，即公里長的沉降面積為40ha畝，耕作層土壤比重按2 248t/ha計(jì)，則每公里長路段土壤重為9107kg。據(jù)報(bào)導(dǎo)5，在公路兩側(cè)路邊緣附近鉛的含量不僅是逐年增加，而且具有相當(dāng)高的值，遠(yuǎn)高于中國公路環(huán)評報(bào)告書中預(yù)測評價鉛污染所采用的公路兩側(cè)各200m范圍內(nèi)的不均值2080mg/kg)如表2所示。據(jù)調(diào)查5，歐洲和亞洲的大城市中，土壤表層含鉛量為2002 000mgkg，在離美國艾森豪威爾快車道15 m的土壤中含鉛量高達(dá)7 600mgkg,美國中西部城市住宅區(qū)平均鉛1 636mgkg，商業(yè)區(qū)土壤含鉛2 413mgkg。表2公路邊土壤含鉛量距公路邊距離(m)土壤含鉛量(mgkg)所以，用公路兩側(cè)各200m沉降面積上的鉛平均含量尚不足以說有公路交通對土壤鉛污染的實(shí)際狀況。假如我們把鉛的沉降面積設(shè)定為公路兩側(cè)各40m的范圍(據(jù)報(bào)導(dǎo)，公路交通排放的pb大部分沉積于公路兩側(cè)40m的范圍5，那么預(yù)測的結(jié)果(wn)就會增加近5倍，預(yù)測計(jì)算中wn逐年減小的現(xiàn)象也就不會出現(xiàn)。殘留系數(shù)的影響(1)式中土壤pb殘留系數(shù)k的取值對預(yù)測結(jié)果的影響是較大的。在不同區(qū)域，土壤特性各異，k值也完全不同。為獲取較精確的k值，不同區(qū)域應(yīng)根據(jù)小區(qū)和盆栽試驗(yàn)力求準(zhǔn)確地求取k值。然而對于公路建設(shè)項(xiàng)目而言，一個公路項(xiàng)目上百公里公路沿線兩側(cè)的土壤性能及環(huán)境特征變化很大，要想逐段獲取切合于實(shí)際的精確的k值，對于環(huán)評工作而言是不現(xiàn)實(shí)的。 目前 基本上都是采用公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價技術(shù)規(guī)范(試行)中推薦的值，即k=。但k值對預(yù)測結(jié)果(wn)的影響卻是客觀存在的。5結(jié)論(1)公路交通對土壤鉛污染預(yù)測模式可寫近似如下的形式：wn=bkn+r1k(（1+p)n-kn)/(1+p)-k)(2)采用土壤重金屬累積模式預(yù)測計(jì)算土壤中鉛含量可能出現(xiàn)3種不同結(jié)果，即高于、等于或低于背景值，其主要取決于r1與b(1-k)/(k)的相對大小。(3)在不考慮非公路污染源時，幾乎所有的公路建設(shè)項(xiàng)目引起公路兩側(cè)各200m范圍內(nèi)