公路交通对土壤铅污染预测评价

摘要：推导给出了公路交通对土壤铅污染的预测计算模式，分析了采用该模式预测土壤中铅含量时可能出现的3种不同结果，即高于、等于或低于背景值及其判别条件。结合中国公路交通的实际情况，论证了在不考虑非公路污染源时，公路交通引起土壤中铅累积量在营运近期将低于土壤背景值。认为合理确定非公路污染源强度、铅沉降面积及铅残留系数是影响预测评价土壤铅污染的主要因素。

关键词：土壤 铅 预测 模式 公路交通

Abstract The pollution prediction models of Pb in soil due to highway transportation are deduced．Th✿e available three different results，i．e．greater than or less than or equal to the background value，and theirdiscriminantes are discussed while the models are used to predict theamount of Pb in soil．On the basis of the situation of highway transportation in China，it is proved that the amount of Pb in soil is less than the background value during the short operation phase of highway，if the other pollution sources are not considered．It is believed that rationally taking the non-highway pollution source，the precipition area and the remaining fraction of Pb into account incalculation are the major factors that affect the accuracy of predicting results．

Key words Soiฑl Pb Prediction Model Highway transportation

1 引言

方法

2 土壤重金属累积模式及其推导

根据重金属污染物在土壤中的迁移转化及累积规律，土壤中重金属污染物累积量计算模式为［2］：

W=K

式中 W—重金属在土壤中的积累量，mg/kg

B—区域土壤重金属含量背景值mg/kg

R—土壤重金属年输入量，mg/kg

K—土壤重金属残留率%

n年内土壤中重金属累积量： 若K1=K2=……Kn=K,则：

此式即为目前在公路建设项目环境影响评价中被普遍采用的土壤重金属累积模式，其已被写入《公路建设项目环境影响评价规范》。

3 预测结果分析

3.1 当Ri为常量时

当Ri为常量时，即铅污染物向土壤的输入逐年不变。对

式，假设

由

式可见，当Ri为常量时，预测n年内土壤中重金属累积量的计算结果可能存在以下3种情况：

①预测结果大于背景值，即Wn＞B。由

式可推导出此情况出现在当BKn+RK＞B，即：R＞B时。

②预测结果等于背景值，即Wn=B,当R=B时。

③预测结果小于背景值，即Wn＜B，当R＜B时。

可见，预测计算结果是否高于背景值，取决于R与B/的相对大小。

图1 Ri为常量时Wn随n的变化趋势

为说明当Ri为常量时，预测结果的逐年变化趋势，假设B=30mg/kg,k=0.95,n=50年，绘制Wn随n的变化趋势于图1。图1中曲线a、b及c分别对应于上述3种可能的预测结果，对应曲线a之R等于3.16mg/kg，曲线b之R等于

3.2 当Ri逐年递增时

对于公路建设项目而言，Ri正比于公路交通量且随交通量的逐年增加而增加 。根据中国公路交通发展状况，公路交通量年增长率一般在5%～12%之间，营运近期较高，营运远期较低。在此仅为说明土壤中铅累积量的变化规律，不妨假设其增长率为常量，用P表示，则有：

Ri=R1i-1,代入

式得：

由

式可得，当Ri逐年等速率递增时，n年内土壤中铅累积量预测结果可能存在的3种情况为：

①预测结果大于背景值，即Wn＞B。其出现在当R1＞B时；或当R1=B,且n≠1时；或当R1＜B,且n满足R1-B＞0时。

②预测结果等于背景值，即Wn=B。其出现在当R1=B,且n=1时；

或当R1＜B,且n满足

R1-B=0时。

③预测结果小于现状值，即Wn＜B。其出现在当R1＜B,且n满足R1-B＜0时。

对应图2曲线b之R1,其值等于B=1.58mg/kg, 根据公路交通铅污染物源强计算公式［1］，估算公路日交通量，其值大约为3.0万辆。也就是说，当区域背景值为30mg/kg,且不存在其它外界污染源引起的铅输入的条件下，基年日交通量小于3万辆中型标准车的公路建设项目，并不会在短期内引起公路两侧土壤中重金属铅含量的增加。相反，会低于背景值，直至随Ri的逐¿年增加，当n满足R1-B=0时，Wn=B,随之，Wn＞B。

图2 Ri逐年递增时Wn随n的变化趋势

为说明区域背景值对判别土壤铅累积量预测结果是否会低于B的判别式B/的影响，参考中国土壤元素背景值［3］，选取概率大于90%的B值，计算对应的B/及临界交通量/时的公路营运基年日交通量)列入表1。

表1 不同背景值下的B/值及临界交通量

B

K B/

临界交通量

K值来源于《公路建设项目环境影响评价规范》

4 影响因素分析

4.1 非公路污染源的影响

以上所述都是在未考虑存在非公路污染源的条件下推导或计算的。由土壤重金属累积模式的推导过程可知，

式中的Ri实际上包括了可能引起土壤中铅含量增加的一切外部污染源向土壤的输入。所以，Ri可写成由公路污染源年输入量与非公路污染源年输入量之和，则有：

Ri=Rgi+Rfi

对应于模式

之相应变化⌘为：

可见，对于存在非公路污染源的情况，则应考虑非公路污染源的影响。

在实际应用中，非公路源Rfi为常量的情况较多，相应之预测模式可写为：

对于

式，其存在一个特例。当Rf=B/时，

式可写为：

（6）

即非公路源引起的污染增量正好等于区域背景值的衰减量，说明公路营运前土壤中铅含量变化处在动态平衡中，每年的输入量等于输出量，区域环境背景值逐年保持不变。

由此可见，采用

式是可避免产生预测结果Wn逐年减小的现象，然而非公路污染源究竟是以多大的年输入量影响着土壤铅含量的逐年变化呢?要想获得切合实际的较精确的预测结果，就需要更深入细致的调查工作。应用

式进行预测计算，只是一种近似的方法。

4.2 源强计算方法的影响

导致产生以上所述铅含量预测结果逐年减小的另一个原因是公路向土壤的年输铅量计算模式中对公路两侧铅沉降面积的假设。

公路交通向土壤的年输铅量Ri计算模式如下［1］：

Ri=ηρΣj=1QijpbjJj/G

式中 Ri—第i年公路交通铅污染物向土壤的年输入量，

η—排气管排放效率，一般取75%

ρ—车辆尾气中Pb在评价范围内的沉降量，一般取40%

Qij—第i年j型汽油车交通量，

pbj—j型车用燃料中铅化合物的添加量，各型汽油车添加铅化合物的平均值为140mg/L

Jj—j型车每公里耗油量

J大=0.41L/km.辆

J中=0.27L/km.辆

J小=0.115L/km.辆

G—评价范围内1公里路段耕作层土壤的质量kg/km)；G=9×107kg/km

2 413mg／kg。

表2 公路边土壤含铅量

所以，用公路两侧各200m沉降面积上的铅平均含量尚不足以说有公路交通对土壤铅污染的实际状况。假如我们把铅的沉降面积设定为公路两侧各 40m的范围就会增加近5倍，预测计算中Wn逐年减小的现象也就不会出现。

4.3 残留系数的影响

式中土壤Pb残留系数K的取值对预测结果的影响是较大的。在不同区域，土壤特性各异，K值也完全不同。为获取较精确的K值，不同区域应根据小区和盆栽试验力求准确地求取K值。然而对于公路建设项目而言，一个公路项目上百公里公路沿线两侧的土壤性能及环境特征变化很大，要想逐段获取切合于实际的精确的K值，对于环评工作而言是不现实的。目前基本上都是采用《公路建设项目环境影响评价技术规范》中推荐的值，即K=0.95。但K值对预测结果的影响却是客观存在的。

5 结论

公路交通对土壤铅污染预测模式可写近似如下的形式：

Wn=BKn+R1Kn-Kn)/-K)

采用土壤重金属累积模式预测计算土壤中铅含量可能出现3种不同结果，即高于、等于或低于背景值，其主要取决于R1与B/的相对大小。

在不考虑非公路污染源时，几乎所有的公路建设项目引起公路两侧各200m范围内土壤中铅累积量平均值在营运近期将低于土壤背景值。

欲较精确地预测评价公路交通对土壤的铅污染，需合理确定公路两侧铅沉降范围、开✄展铅沉降分布规律的研究、加强非公路污染源的调查和合理地确定K值。

参考文献

［1］ 中华人民共和国交通部.公路建设项目环境影响评价规范.1996

［2］ 郦桂芳.环境质量评价.北京：中国环境科学出版社，1989

［3］ 国家环境保护局，中国环境监测总站.中国土壤元素背景值.北京：中国环境科学出版社，1990

［4］ 曹申存.公路建设项目环境影响评价进展与改进意见.环境科学，1996，17：38～44

［5］ 廖自基.环境中微量重金属元素的污染危害与迁移转化.北京：科学出版社，1989