（环境工程专业论文）城市绿化对降低交通污染的环境效应研究以北京市为例.pdf

摘要 y7 4 1 7 7 3 摘要 随着我国经济建设的快速发展，各地城市化进程不 断加快，交通污染越来越严重。资料表明，世界上污染 最严重的10 个大城市中，中国就占7 个。如何降低交通 污染迫在眉睫。本文将从城市绿化的角度探讨降低交通 污染的问题。内容如下： 首先介绍交通污染的概念、成分及其带来的危害。 然后根据大量的相关资料以及实际调查分析，对北京的 i h itrj 绿化埘种进行较详细的研究。以城市园林绿化缘量 计算为堪础，以园林植物不同种类生态环境效应( 如圈 碳释氧、然腾释水、吸热、滞尘、吸收二氧化疏、降噪) 的定 i 汁辫为基本方法，提出了以降低交通污染为目标 的北束：e 婴姚市绿化树种的生态环境效应的枷：准指标。 嫩后沧艾对：l 匕京的绿化和交通污染现状以及存在的问题 进行删逝和分析。根据各种不同的园林植物不同种类生 态环境效应，设计以降低北京市交通污染的具有较好生 态环境效应的植物种植模式的方法。 关键词： 交通污染城市绿化 环境效应绿量种植模式 北京交通人学硕士学位论文 a b s t r o i w i t hth ef a s te c o n o m i cd e v e i o p me n to fo urc o u n tr y ，t h e o a c eo fur b a n i z a t i o ni sa c c e i er a t e di nc i t i e sa i iar o u n d t h ec o un tr ya n dtr a f f i cd o i i u t i o ni sm or ea n dm or e s er i o usi tss a i dnt h et o pt e no ft h em o s tp o i iu t i o n c j t j e so ft h ew or l d s e v e no ft h e mar ej nc h j n a t h e c i t y sd o i iu t i o na t tr i b u t e st ot h ee x h a u s tg a so f a u t o h o wt oc u td o w ntr a f f i co o i i u t i o ni se x tr e m e i yur g e n t t h isd a d er n q u ir e si n t ot h epr o b i e mh 0 wc u td o w n tr a f f i cp o | f u t i o nfr o mt h ea s p e c to fur b a ngr e e n er y m a inc o n t e n t sc a nb ed e s cr i b e da sf o i i o w i n g f ir s t ，t h i sp a p eri n tr o d u c e st h ec o n c e p t0 ftr a f f i c p o i i u t i o na n di t se i e me n t sa n dd a m a g e sl n d u c e db y tr a f f i c p o i iu t i o n s e c o n d ，b y i ar g eq u a n t i t yo f c orr e l a t i o n d a t a 。 f a c t f i n d in ga n da n a i y s is ，t h i s p a p e rma k esad e t a i l e dr e s e ar c ho fur b a ngr e e n er y tr e eo fb e i j i n g t a k i n gt h eur b a ng ar d e na f f or e s t a t i o n c o v er a g ea st h eb a s i st oc a l c u i a t e ，t a k i n gt h ef i x e d v o i u m ec a i c u i a t i o no ft h ev ar i o u st y p e so fe c o i o g i c a l e n v ir o n m e n t a ie f f i c i e n c yo ft h eg ar d e nv e g e t a b i e ， s u c ha sn i tf o g e nf i x a t i o na n do x y g e nr e i e a s e ， tr a n s d ir e dw a t err e i e a s ev o i u m ea n da b s or b e dc a i or i c 0 fi e a f ，du s td e t e n t i o n ，a n da b s or b e ds u i f urd i o x i d e a n di o w ertr a f f i cn o i s e a st h eb a s i cm e t h o d s ，t h i s d a p er r a i s e so uccr i t er i ae c o i o g i c a fe n v ir o n me n t a f i i 垒星! ! 坠! e f f i c i er l c ya b o u tb e i j ir l g sc 0 m m o ntr e e sw h o s et ar g e t st 0c u td 0 w ntr a f f i cd 0 l f u t i o n 1r lt h ee n d ，t h eur b a f i a f f or e s t a t i o n tr a f f i cp 0 i iu t i o ns i t u a t i 0r la n de x i s t ir l g p i - 0 b i e l nsar ei l i v e s t i g a t e da n da n a l y z e d nt h i sp a p er a c c 0r d in gt 0t h ev ar i 0 u se c 0 1 0 9 i c a le n v ir o n me n t a f e f f i c i e n c y 0 ft h e d i f f er e l 3 tk i n d s0 ft h eg ar d e l 3 v e g e t a b i e st h i sp a p e rd e s i g n st h ep i a n t i n gm o d e l0 f b e t t ere c o i o g i c a i e n v f i 0 i 1 i t l e n t a ie f f i c i ee l c y t 0c u t d 0 w f itr a f f i c1 3 0 f f u t i o no fb e i j i n g k e yw 0r d s ： tr a f f i c p 0 | i u t i 0 r l ur b ar lgr e e n er y e n v ir o n me n t a ie f f i c i ee l c y a f f 0r e s t a t i o nc o v er a g e p i ar l t i n gm o d e l i i i 北京交通火学硕士学位论文 引言 城市发展过程伴随着十分严重的污染，导致了对自然 和人类生态系统的损害。自18 世纪工业革命以来，欧美 的工业发达国家最先出现了严重的大气污染问题。2 0 世纪 3 0 年代，在人口密集的城市和工业区相继出现了若干举世 闻名的公害事件，例如1 9 3 0 年的比利时马斯河谷事件、 1 9 4 8 年的美国宾州多诺拉事件、1 9 5 2 年的英国伦敦烟雾 事件等。这一时期的污染属于煤烟型污染。 到了2 0 世纪8 0 年代后期，交通运输作为人们调度本 地和整个世界地理资源的一种手段，越来越被人们所依 赖，它促成了制造业中心、商业中心和港口的形成，推动 了社会经济发展。随着汽车工业的发展，汽车作为一种交 通工具已深入到人类的各个领域。汽车普及一方面大大改 善了人们的出行条件、促进和加快了物资的流通，但由于 城市人口和工业的过度扩张，机动车保有量迅速增加，另 一方面也带来了大气污染、噪声、交通事故等公害，导致 了城市空t 污染日益严重。“在城市里呼吸空气可能就会 损害健康”，城市空气质量不达标，严重威胁羞约占世界 人口1 2 的城市居民的身体健康。世界卫生组织在关于 自然环境恶化的令人不安的总结中指出，机动车交通污 染已经成为大气污染的罪魁祸首。在一些发达国家，汽车 排放的污染物已经占大气总污染物的3 0 6 0 。 随着社会的文明与进步，人们对减少交通污染的呼声 越来越强烈，这一问题己引起了世界各国的高度重视。交 通运输包括航空运输、水路运输、公路运输、铁路运输、 管道运输，本文探讨的主要是城市公路交通运输带来的交 v i 引言 通污染。交通污染涉及的科学技术领域十分广泛，本文主 要是从城市绿化的角度探讨解决交通污染的问题。 北京这些年大力治理大气环境，特别是对减轻交通污 染方面进行了各种各样的研究。目前解决的渠道和途径， 研究的方面也比较多，首当其冲的是对交通能源结构、运 输组织方式、交通需求的管理的研究以及利用生态效应进 行自我净化。比如推广清洁燃料提高排放标准研究“零 污染”汽车；大力发展地铁、轻轨、公交优先；对交通需 求进行整合，分时段管理。城市大气环境确实有所改善， 取得了阶段性成果。任何事物都有其优劣两面性，这些研 究方法也一样，需要相互补充。其中有些工艺流程的改进 和对废气的综合治理很多成本都相当昂贵，不能形成产业 进行全面推广；还有一些技术上还不太成熟也具有一些局 限性；另外的一些方法科研周期太长无法短时间内实施。 而且许多方法都只能是尽可能减轻有毒气体的排放量，不 可能达到零排放，剩下的逸入空气中的部分主要是由空气 本身进行稀释和自净。在这种情况下植物的净化作用往往 有决定性的作用( 绿地不但能吸收空气中的有毒气体，而 且能形成绿地小气候，造成缓慢的对流打破空气的静止状 态，促进有害气体的扩散稀释) ，而且这种生物净化具有 长期持久性和成本低廉性，在美化环境的同时减轻污染， 可谓举双得。但是对生态系统的净化研究目前也只是停 留在个相对宏观模糊的概念上，本文将从量化的角度来 研究，对各绿化树种抗污吸污能力进行计算，将绿化的净 化功能发挥到最大值，来指导以降低交通污染为目标的功 能栽植，确保绿色奥运的实现。 交通污染 第一章交通污染 1 1 交通污染的概念 污染物按其存在的形式可分为固定污染源和流动污 染源。这种分法有利于分析和研究污染物在大气中的运 动和扩散现象。固定污染源的特点是位置固定，如工厂； 流动污染源主要是指位置可以移动，如汽车、轮船、铁路、 飞机等交通工具。 按污染物产生的类型，污染可分为工业污染、农业污 染、交通污染、生活污染。交通污染主要是指汽车、轮船、 火车、l _ 机等交通工具这些流动污染源在移动过程中产生 的污染，如排气污染、噪声污染、电波污染等。 随着世界和中国经济发展水平的提高，机动车的数量 急剧增加，其造成的一个直接后果就是机动车排气污染的 加西。燃油汽车在使用过程中，产生大量破坏生态环境的 有害物质，全世界6 亿多辆汽车年排放量达2 亿吨，相当 于每人分担4 0 公斤的有害气体。所以本文探讨的交通污 染主要是由机动车在移动过程中带来的污染。 1 2 交通污染主要组成 交通污染主要包括以下几个方面： 排气污染：主要是机动车排出的直接污染物引起的 大气污染和对人体的伤害。 脚接污染：主要是由直接污染物造成的二次污染和 北京交通大学硕十学位论文 机动1 ：排出的二氧化碳以及燃料燃烧产生的二氧化 硫所带来的间接污染。 噪声污染：主要是机动车在行驶过程中发出的噪音 造成列环境和人体的危害。 扬尘污染：主要是机动车在移动过程中带来的扬尘 污染。 上述几方面污染中，排气污染对人们的生活环境影响 最大，其次是噪声污染。调查表明，汽车排出的污染物占 大气污染物总量的6 0 以上，是城市大气污染的主要来 源；交通噪声占城市环境噪声的7 0 以上，是人类所受到 声环境影响方面的最大噪声源。 1 3 排气污染及危害 t 3 1 排气污染物种类、生成机理及危害 1 排气污染物种类 根据有关分析，机动车废气中各种气体成分约有10 0 0 多种，其中危害最大的有如下几种：一氧化碳( c o ) 、氮氧 化合物( n o 。) 、碳氢化合物( h c ) 、颗粒物，以及含铅汽油 所形成的铅化合物等。 2 排气污染物生成机理 这些污染物的排放源主要有三个：汽车尾气、曲轴箱 以及燃油系统( 油箱和化油器) 。除了将近2 5 的h c 和 极少量的其它污染物是由曲轴箱和燃油系统排放外，大部 分的排放物来自于汽车的排气管机动车排放的主要有害 物质的排放源及其相对分担率如表1 1 所示。 交通污染 表1 1 机动车排放的要有害物质的排放源及其相对分担率 而在这些排放源中： 尾气污染物占汽油机总污染量的6 5 8 5 ，是由 发动机排气管排出的发动机燃烧废气，汽油车废气中的主 要污染成分是一氧化碳( c o ) 、氮氧化合物( n o 。) 、碳氢化 合物( h c ) ，而柴油车除了这三种有害物质外还排放大量的 颗粒物，即可见的“黑烟”。 曲轴箱排放物中曲轴箱通风、汽油箱通风形成的污 染各约占2 0 和5 ，是由发动机在压缩及燃烧过程中未 燃的碳氢化合物从燃烧室漏向曲轴箱再排向大气而产生， 蒸发和泄漏的有害气体主要是碳氢化合物h c 。 燃油系统的蒸发和泄漏形成的污染占总污染量的 5 l0 ，主要由发动机供油系统的化油器和燃油箱的燃 油蒸发而产生。其中有害气体为：未燃烧或不完全燃烧的 碳氢化合物( h c ) 、氮氧化物( n o 。) 、一氧化碳( c o ) 以及含 铅汽油所形成的铅化合物等。 在其中可以看出： c o 主要是由于发动机燃烧室氧化不足、燃料不 北京交通犬学硕士学位论文 完全燃烧j ! j i = 造成的。据报道，欧洲的排放量中的7 5 是由 交通1 。其造成的，而城市区域中，交通工具的贡献率高达 9 0 ，其t ，7 5 是由汽油车排放。 n o x 则主要是在发动机燃烧室内高温高压燃烧条 件下，由氦和氧化合而形成的，主要包括n o 和n 0 2 两种 形式。其中n o 占绝大多数，约占9 5 ，n 0 2 占5 。但 在柴油机动车排气中n o ：的比例更高些。一般而言，机动 车排放对城市中n o x 排放的贡献在5 0 8 0 。 h c 是因为发动机燃烧室内存在点火不良、缸壁“淬 冷”区域、润滑油膜脱落等阻碍燃烧的因素造成不完全燃 烧，曲轴箱的泄漏和燃油箱蒸发而形成的，是一种十分复 杂的混合物。 以往机动车排气中的颗粒物碳烟和铅是最引人注目 的，随着汽油无铅化的推进，尾气中铅的含量已大幅下降， 但碳烟的问题已越来越得到重视。碳烟是燃料不完全燃烧， 尤其是柴油机在高压燃烧条件下存在高温缺氧区，燃油被 裂解成多孔性碳粒而生成的，这类碳粒的出现往往与燃烧 过程有关。 3 排气污染物危害 ( 1 ) 一氧化碳( c 0 ) c o 是燃料不完全燃烧的产物，是一种窒息性的有毒气 体，无色无味。由于c o 和血液中有输氧能力的血红素蛋 白( h b ) 的亲和力比和氧气的亲和力大2 0 0 3 0 0 倍，因 而c o 能很快和h b 结合形成碳氧血红素蛋白( c o h b ) ， 使人体血液的输氧能力大大降低，使心脏和大脑等重要器 官严重缺氧，引起头晕、恶心和头痛等症状，轻度时使中 交通污染 枢神经系统受损，慢性中毒严重时会使心血管工作困难， 使人窒息死亡。大气中不同浓度c o 对人体健康的影响如 表1 2 。 表1 2不同浓度c 0 对人体健康的影响 c o 浓度对人体健康的影响c o 浓度对人体健康的影响 ( p p m )( p p m ) 5 1 0 对呼吸道患者有影响 2 5 0 接触2 小时，头痛， 血液中c o - - h b = 4 0 接触8 小时，视力及神经机能接触2 小时，剧烈心痛、 3 0出现障碍，血液中c o - - h b = 5 5 0 0眼花、虚脱 4 0 接触8 小时，出现气喘 3 0 0 0 接触3 0 分钟即死亡 1 2 0 接触1 小时，中毒，血液中 c o h b 1 0 c o 在大气层中滞留时间较长，因此，累积浓度常超 过允许值，形成大气污染。在大气环境中，c o 转化成c 0 2 的速率很慢，大约需要2 5 个月。 ( 2 ) 氮氧化合物( n o 。) n o x 主要包括n o 和n 0 2 两种形式。n o 无色无味， 只有轻度刺激性，毒性不大，高浓度时会造成中枢神经轻 度障碍。n o 遇空气中的氧后被氧化成n 0 2 。n o2 是一种 棕红色强刺激性有毒气体，其在空气中含量为0 1p p m 时 即可嗅到，1p p m 4p p m 就感到恶臭，对人体健康的影响 如表l 一3 。n 0 2 吸入人体后， 结合，使血液输氧能力下降， 能和血液中血红素蛋白( h b ) 对心脏、肝、肾都会有影响。 北京交通大学硕士学位论文 表1 3不同浓度的n 0 。对人体健康的影响 n 0 2 浓度 对人体健康的影响 n 0 2 浓度 对人体健康的影响 ( p p m )( p p m ) l闻到臭味8 0接触3 分钟蠢到胸痛、 恶心 5 闻到强臭味 1 0 0 1 5 0 在3 0 6 0 分钟内因 肺水肿而死亡 1 0 1 5 接触1 0 分钟，眼鼻呼吸 2 5 0很快死亡 道受到刺激 5 0接触1 小时人呼吸困难 而且n o x 还是形成酸雨及光化学烟雾的主要根源之一。 ( 3 ) 碳氢化合物( h c ) h c ( 也称烃) 是一种十分复杂的混合物，包括苯、醛、 酮、烯、多环芳香族碳氢化物等2 0 0 多种复杂成分。饱和烃 危害不大，不饱和烃危害性很大。当甲醛、丙烯醛等类气体 浓度超过l p p m 时，就会对眼、呼吸道和皮肤有强烈刺激， 浓度超过2 5 p p m 时，就会引起头晕、恶心、红白血球减少、 贫血，超过1 0 0 0 p p m 会急性中毒。苯是无色气体，但有特 殊气味。而且带更多环的多环芳香烃，如苯芮荜及硝基烃， 是强致癌物。烃类成分还是引起光化学烟雾的重要物质。 ( 4 ) 颗粒物 颗粒物成份很复杂，主要有两种：悬浮在空气中的粒 径小于1 0 0 微米的颗粒物通称总悬浮颗粒物( t s p ) ；其 中粒径小于1 0 微米的称可吸入颗粒物( p m l0 ) 。可吸入 颗粒物( p m l0 ) 主要成份是碳烟，因其粒小体轻，能在大 气中长期飘浮，飘浮范围从几公里到几十公里，可在大气 交通污染 中造成不断蓄积，使污染程度逐渐加重。其随人们呼吸空 气时而进入肺部，以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在呼吸 道不同的部位，在肺中长期停留。 它对人体健康的危害和微粒的大小及其组成有关。微 粒愈小，悬浮在空气中的时间愈长，进入人体肺部后停滞 在肺部及支气管中的比例愈大，危害愈大。粒径小于5 微 米的多滞留在上呼吸道。滞留在鼻咽部和气管的颗粒物， 与进入人体的二氧化硫( s o ：) 等有害气体产生刺激和腐蚀 粘膜的联合作用，损伤粘膜、纤毛，引起炎症和增加气道 阻力。持续不断的作用会导致慢性鼻咽炎、慢性气管炎。 滞留在细支气管与肺泡的颗粒物也会与二氧化氮等产生 联合作用，损伤肺泡和粘膜，引起支气管和肺部产生炎症。 长期持续作用，还会诱发慢性阻塞性肺部疾患并出现继发 感染，最终导致肺心病死亡率增高。粒径小于0 1 微米的 微粒能在空气中作随机运动，进入肺部并附在肺细胞组织 中，有些还会被血液吸收。由于柴油机的微粒直径大多小 于0 3 微米，而且数量比汽油机高出3 0 6 0 倍，成分更 为复杂，因而柴油机排出的微粒危害更大。 微粒除对人体呼吸系统有害外，由于其存在空隙而具 有较强的吸附能力，上面可吸附大量的致癌物质，例如能 粘附s o ：、未燃h c 、n o ：等有毒物质，可吸附各种金属粉尘 和强致癌物苯芮荜以及一些病原微生物等，因而对人体的 健康造成更大危害。 悬浮颗粒物还能直接接触皮肤和眼睛，阻塞皮肤的毛 囊和汗腺，引起皮肤炎和眼结膜炎或造成角膜损伤。此外， 悬浮颗粒物还能降低大气透明度，减少地面紫外线的照射 北京交通大学硕士学位论文 强度；紫外线照射不足，会间接影响儿童骨骼的发育。北 京市的天总是灰蒙蒙的与悬浮颗粒物污染严重有着紧密 关系。悬浮颗粒物污染对健康的危害是多方面的，复杂的， 应引起市民们的足够重视。 并且当大气处于逆温状态时，污染物便不易扩散，悬 浮颗粒物浓度会迅速上升。1 9 5 2 年l2 月英国伦敦发生烟 雾事件时，大气中悬浮颗粒物的含量比平时高5 倍，引起 居民死亡率激增，4 天内较同期死亡人数增加4 0 0 0 余人。 由此可见大气中可吸入颗粒物浓度突然增高，对人类健康 能造成急性危害，对患有心肺疾病的老人和儿童威胁更 大。 ( 5 ) 二氧化硫( s 0 ：) 二氧化硫( s 0 2 ) 污染主要是汽油燃烧所产生。 一般来讲，柴油机排气中s 0 2 比汽油机排气中多。以 汽油为燃料的小汽车，每燃烧1 l 汽油，就释放o 2 9 5 9s 0 2 ， 以柴油为燃料的载重汽车，每消耗1 l 柴油，就产生3 2 4 g s 0 2 ：据此计算，全世界燃油汽车的排放量相当惊人，目 前二氧化硫排放量中交通的分担率已达到2 6 。 二氧化硫是一种无色无味的气体，能损害人的肝、肾 和一t l , 脏，对眼鼻咽喉和呼吸道都有强烈的刺激作用，会引 起和加重人的呼吸系统和心血管疾病，严重市导致死亡。 二氧化硫在大气中的浓度在5 l o p p m 时使人流泪，身体 感到不适：浓度在1 0 h3 0 p p m 时，使人的眼睛和呼吸道发 炎，咳嗽、胸部感到压迫浓度在3 0 l o o p p m 时，使人呼 吸困难，咽喉、胸部疼痛，肺部受损，浓度在1 0 0 3 0 0 p p m 时，会引发肺水肿，随时有生命危险：浓度大于3 0 0 p p m 交通污染 时，会使人立即窒息而死。二氧化硫在空中停留期间，与 粉尘、雨、雪结合成酸雨，危害比二氧化硫本身增加1 0 倍。降落在地面会摧毁大片农作物、森林和草地，还会腐 蚀建筑物。 1 3 2 排气污染物带来的间接污染及危害 1 光化学烟雾 机动车排气污染物带来的二次污染即光化学烟雾。光 化学烟雾是排入大气的氮氧化合物和碳氢化合物受太阳 紫外线作用产生的一种具有刺激性的浅蓝色的烟雾。它包 含有臭氧( o 。) 、醛类、硝酸酯类( p a n ) 等多种复杂化合物。 这些化合物都是光化学反应生成的二次污染物，主要是光 化学氧化剂。当遇逆温或不利于扩散的气象条件时，烟雾 会积聚不散，造成大气污染事件，使人眼和呼吸道受刺激 或诱发各种呼吸道炎症，危及人体健康。这种污染事件最 早出现在美国洛杉矶，所以又称洛杉矾光化学烟雾。近年 来，光化学烟雾不仅在美国出现，而且在日本的东京、大 板、川崎市，澳大利亚的悉尼、意大利的热那亚和印度的 孟买等许多汽车众多的城市都先后出现过。 光化学烟雾的主要危害可归纳为四个方面：光化学 烟雾中甲醛、丙烯醛、和硝酸酯类( p a n ) 对眼睛有强烈 的刺激。光化学烟雾中臭氧( o ，) 有特别的臭味而且会引 起胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲倦等症状，空气 中臭氧的含量对人体健康的影响如表l 一4 。光化学烟雾 中臭氧( o 。) 是强氧化剂，会对有机物质( 如橡胶、棉布、 尼龙和树脂等) 有损害使哮喘病增多植物毁坏。光化学 j e 京交通大学硕士学位论文 烟雾般发生在逆温层和低风速、空气接近停滞状态，阳 光充足的气象条件下。 表1 4 不同浓度的0 。对人体健康的影响 o3 浓度( 体积分数)对人体健康的影响 ( p p m ) o 0 2 开始闻到臭味 0 ，21 小时感到胸闷 o 2 0 53 6 小时视力下降 1 2l 小时气喘，2 小时头疼、胸痛、 肺活量减少 5 l o 全身疼痛、麻痹，引起肺气肿 15 2 0小动物2 小时内死亡 5 03 0 分钟即死亡 光化学烟雾中各成分在上午上班时间( 早8 点左右) 浓度达到最高值；经3 4 小时照射后，臭氧和醛类的含 量达到最大值。到了晚上，臭氧和醛类等的含量便显著降 低。 2 形成的酸雨及其危害 酸雨问题即指天雨中含酸的危害问题。天雨中酸的来 源主要是由于石油、煤炭等燃料在燃烧过程中生成氮氧化 合物( n o 。) 、硫化合物等气体。这些气体排入大气，在空中 停留期间，与大气中的水份雨滴结合形成硫酸、硝酸等酸 质。这些酸质随雨滴落到地面形成酸雨，危害比这些气体 本身增加1 0 倍。降落在地面会摧毁大片农作物、森林和草 地，还会腐蚀建筑物。它威胁着森林植物的生长，造成湖 泊的污染，酸雨在有些国家逐渐成为重要问题。如在美国 交通污染 加利福尼亚州南方地区汽车排放形成的酸雨量所占的份额 就较高。随着机动车辆的增加，由汽车排放生成的酸雨越 来越变成一个不可忽视的问题。所以今后对汽车排放净化 问题的研究不仅要注意氮氧化合物，还要注意硫化物等形 成酸色成份。 3 带来的温室效应及其危害 汽车燃料燃烧后生成的主要物质还有二氧化碳( c 0 2 ) 它虽然对人体无害，但过多的二氧化碳排放是造成全球温 室效应的主要物质之一，在各种温室气体中的分担率占到 了5 5 ，影响人类的生存环境。 温室效应问题较酸雨问题更为人类所关注。温室效应 是指石油、煤炭等含碳燃料在燃烧过程中生成的二氧化碳 气体排入大气后，逐渐聚集在大气层中，愈聚愈多，就会 起到类似玻璃温室的聚热保暖作用，使地球表面大气温度 上升。多年来地球表面大气温度正在逐步上升，根据美国 1 9 8 8 年的一些研究，如按2 0 世纪6 0 8 0 年代全世界燃烧 含碳燃料排入大气中的二氧化碳的增长率，到2 0 5 0 年大气 层中二氧化碳含量将较2 0 世纪8 0 年代中期的二氧化碳含 量增多6 0 ，地球表面大气温度同时平均上升5 ，地球 两极上升更多，可达1 2 左右，这会将南北极的部分冰层 融化。所以气温升高带来的问题，除了影响人类生活、植 物生长外，还会使海愿上升6 7 米，部分沿海地区将被海 水淹没，大量地减少了人类赖以生存的陆地面积。虽然内 燃机排放的二氧化碳尚少，l9 8 5 年估算，只占全球排入大 气的二氧化碳量的8 9 ，但这也是二氧化碳的一个主 要来源。世界各国都在关注温室效应问题，号召全世界尽 北京交通大学硕士学位论文 量扩大绿色植物及森林面积，将大气中的c 0 2 吸收转换， 同时还应积极设法减少c 0 2 的排放，尽可能少用含碳燃料。 1 4 机动车噪声污染及危害 噪声是指引起人们不适应感而必须用一定措施加以控 制的声音的总称，如城市中的环境噪声、生产噪声、建筑 噪声和生活噪声等。在现代城市中，交通噪声是道路上交 通流发出持续性的变动噪声，是环境噪声的主要部分。交 通噪声的主要声源是机动车( 汽车、电车、摩托车等) ， 其中以汽车噪声的影响最大。汽车噪声是一种包括各种不 同性质噪声的综合噪声，其中主要来自发动机、轮胎、排 气、吸气以及喇叭声等。日本人1 9 7 8 年给北海道到九州 的日本全国2 4 个都道府县居民散发了调查卡调查结果 表明，最令人烦恼的正是汽车交通噪声。美国环境保护局 ( e p a ) 进行的全国规模的城市噪声调查也得到了同样的 结果。 交通噪声是个复杂问题，它与交通量、交通流的组成、 道路结构、道路周围的建筑物、地形及路面状况等一系列 因素有关。因此，各个城布的交通噪声的声源情况是不同 的。 噪声的卫生标准为3 0 4 0 d b 。机动车的噪声一般是 6 0 9 0 d b 的中强度噪声，但是由于影响面广、时间又长， 所以危害大。长期在噪声中暴露会导致入听力损失或听阂 上移。8 0 d b 以下的环境噪声一般认为不致于造成明显的永 久性听力损伤，仅使人的听力产生暂时性下降，高于7 0 d b 交通污染 的噪声会使人心情不安、烦躁、疲倦、工作效率下降和语 言、通讯困难，从而影响人们的正常学习、工作、休息和 生活。但是长时间处于噪声环境的人，还会导制，t l , 脏病和 胃病以及神经官能症，甚至影响正常的听力范围，出现听 力损害。大量的统计研究表明，在声级为8 5 d b 的噪声下 工作的人，3 0 年后耳聋发病率大约是8 ；9 0 d b 为2 0 ； 9 5 d b 为3 0 。听力正常的人，如果在定的时间内，听 到9 0 d b 以上强大的噪声，也可引起一次性听力下降，通 常把这种现象称为一次性重听( t t s ) 。在t t s 恢复之前 再反复暴露于9 0 d b 以上的噪声之中，最后则听力不能恢 复正常而成为永久性耳聋或噪声性耳聋( p t s ) 。汽车交 通噪声对城市居民的工作、休息造成影响引发的申诉和纠 纷越来越多，已成为城市一大公害。 1 5 扬尘污染及危害 所谓扬尘可定义为非排气筒排放的从某一表面悬浮到 空气中的颗粒物。当风速较大或机动车行驶过裸露的地面 或散料堆旁时，往往会形成明显的扬尘现象。对城市而言， 未铺砌道路、建筑工地和裸露地面的风侵蚀作用是扬尘的 主要贡献源。最常见的扬尘行为是机动车在道路、停车场、 堆场和建筑工地上的移动。这种行为一方面形成了潜在的 颗粒物源，另一方面为扬尘提供了能量。机动车的速度、 载重量、车轮数等与不同的路面情况一起影响着颗粒物的 粒径、表面荷尘量及表面的湿度和空气流动状态。在某一 地区的车辆交通会因为轮胎接触地面形成的剪切力将颗粒 北京交通大学硕士学位论文 物带到空中而增加悬浮颗粒量。行驶的机动车还会造成象 风一榉的气流紊动，并破坏那些天然形成的地表壳，增加 了表面的荷尘量。 扬尘最大的危害是增加大气污染，而且降低能见度。 人体还会因为吸收了吸附有害物质的颗粒而影响健康。 城市绿化环境效应 第二章城市绿化环境效应 2 i 城市绿化环境效应的概念及研究概况 2 1 1 城市绿化环境效应概念 城市环境对城市绿化植物会有影响，如充足的水份 和洁净的空气会促进植物的生长，过多的污染会伤害绿 化植物：而绿化植物反过来对城市环境也会有一个反作 用力，如在自身的生命力范围内改善城市气候、净化大 气、吸收减轻污染、净化污水、滞尘、杀菌、减轻噪声 等，这些都是城市绿化对保护环境的功能效应。那么如 何来定义城市绿化环境效应呢，简单说来，城市绿化环 境效应可定义为：城市绿化为改善城市环境所产生保护 城市环境的功能效应。 城市绿化作为一个整体，不同种类之间的环境功能 存在一定的差异。对园林植物各项环境功能进行系列的 量化研究并进行分类，是研究城市绿化环境效应的一个 重要基础，同时可以作为评价园林植物的综合指标，也 可作为合理配置园林植物的主要依据。北京作为首都城 市，有自己良好的绿化基础。但是，有些树种因抗污染 能力较差，病、虫害严重，寿命短等原因，不能满足当 前的需要。那么，应怎样增加城市绿化树种，增加什么 树种，已成为北京急需解决的问题。研究北京市园林植 物的环境功能效应已成为北京市园林绿化工作必须解 决的问题。 北京交通大学硕士学位论文 2 1 2 国外城市绿化环境效应研究概况 2 0 世纪3 0 年代，德国的h 托尔涅尔( t o l l n e v ) 首次 在维也纳做了城市宽阔广场、狭窄街道和林荫道等几种不 同地区沿线昼夜温度观测，发现林荫道等绿化较好的地区 昼夜温度都比广场要低。说明绿化有明显的降温效应。这 是国际上最早的关于城市绿化环境效应功能的报道。 原苏联最早对绿地净化空气的作用就给以肯定，发现 在植物生长季中，树林下的含尘量比露天广场的含尘量的 平均浓度低4 2 2 ，花园、公园含尘量明显降低。5 0 年 代，原苏联进行了绿色植物改善城市热环境的研究。 1 9 6 6 年德国汉堡，测定无树的城区与公园空气的含尘 量，结果无树城区含尘量为8 5 0 m g m 3 ，而公园则为1 0 0 m g m 3 相差非常悬殊。19 7 2 年德国b u g e 实验证明一株 行道树每年蒸发5m3 水，每公顷每年产生6 2 8 + 1 0 1 2 j 的冷 却作用。b a c k ( 19 6 7 ) 报道了常绿阔叶林具有良好的减噪 效果。c o o k ( 19 7 2 ) 、w e n d o r f f ( 19 7 4 ) 报道了浓密的人工 林带对声波的吸收作用，噪声穿过人工林带后，可降低 1 0 2 0 d b ，因此他们提出，在城市规划设计中，采用防噪 绿化带即种植浓密的人工林带可以很有效地降低噪声的 污染。s e h c n e l ( 19 8 0 ) 经试验证明，粉尘在枝叶表面保留 一段时问后被雨水冲洗掉，因此叶片对灰尘的滞留作用是 重复进行的。 19 9 3 年，日本通过测定园林植物单位叶面积蒸腾强 度，及计算潜热消耗量，得出它们对气温的改善能力的差 别，此项研究是较早的将园林植物环境效应的评价由定性 城市绿化环境效应 转向定量化的报道。 2 1 3 国内城市绿化环境效应研究概况 国内( 北京) 最早于2 0 世纪5 0 年代就开始进行绿地 与气温关系的研究。在6 0 年代就已经认识到环境问题的 严重性，开始了相关研究，但内容多限于污染对植物的危 害，对城市绿化功能方面研究的较少。7 0 年代后期，人们 对城市绿化的作用，绿化与环境效应间的关系有了新的认 识。从8 0 年代开始，城市绿化改善环境质量方面的研究 有了深入和发展。 整个8 0 年代，国内刊物上发表的相关研究报道有4 0 多篇，涉及到城市绿化环境效应的各个方面。城市绿化研 究最早在广州、上海、杭州、南京、北京等几个大城市展 开，以后逐渐扩展到中小城市。其中： 在绿化植物改善热环境的研究方面，几乎全部是对不 同区域或不同绿化类型的定点观测对比，1 9 8 1 年的试验证 明，北京天安门广场气温比龙潭湖、陶然亭、紫竹院三公 园高1 6 2 1 ，说明公园绿地的降温效果是明显的。 19 8 4 年对重庆市绿地与非绿地、地面温及气温进行了对比 观测，结果不论绿地类型如何，绿地的气温都比非绿地类 型气温低，绿地的地温比气温降温效果更明显。降温最突 出的是林荫结构的绿地类型，成片的林地降温效果又高于 条状的行道林荫。另外，他们发现向阳的窗户的绿荫窗帘 植物遮荫后，正午气温可下降1 7 。南京市研究表明， 绿化地区的高温持续时间比无绿化地区明显减少。绿化区 较无绿化区相对湿度高出10 2 8 。另外，杭州、郑州 北京交通大学硕士学位论文 等城市的试验观测也都得出相似的结论。 园林植物的杀菌、滞尘效益研究，2 0 世纪8 0 年代初 就已经突破了单纯的定点观测法，而是同时进行植物种间 甚至个体间差异性的研究，计算出单位面积滞尘量，并根 据杀菌、滞尘能力的大小进行排序。北京测得二个灰尘污 染区中，桧柏和刺槐的单位面积蒙尘量为2 0 9 和9 9 。园林 植物的杀菌效益研究一般有两种方法，一是室外自然沉降 法，即采用特制的细菌培养基，在室外采集植物周围空气 中自然降落的细菌量，二是室内水插枝法，在室内封闭状 态下，对植物新鲜枝条进行杀菌力测定，枝条插在水中以 保持旺盛的生命状态。园林绿化对噪声污染的控制，作用， 是比较难定量的一个方面。目前的研究基本上都是进行定 点的观测，来确定不同绿化结构的功能强弱。 园林植物吸收有毒气体的研究方法也得到了发展，一 般是通过测定叶片含有游离态的硫、氯、氟等的量来确定 其吸收净化能力的大小。并且对植物群体净化s 0 2 作用的 计算方法做了研究，认为应该包括植物表面附的硫，叶内 积累的硫及植物代谢中转移的硫三个部分。我个人认为植 物叶片表面附着的硫属于植物滞尘作用的一部分，因此可 以归入滞尘作用研究，不应重复计算，植物代谢中转移的 硫，只占到植物叶片吸收量的极少部分，因此除非在大范 围尺度上，一般可以忽略不计。 进入9 0 年代后：园林植物生态效益的研究有了更加深 入的发展。随着绿量概念的提出，园林植物生态效益的研 究突破了以往小范围的、个体化的零散研究的局限，开始 向更加宽广的区域性甚至整个城市的园林绿化生态效益 城市绿化环境效席 定量评价发展。同时，利用遥感的方法进行大范围的生态 效益评价也成了一个研究的热点，目前，园林植物生态效 应研究中，碳氧平衡效应的研究方法是测定植物的蒸腾速 率，据此测定单位体积空气的交换减热量及水份蒸发增湿 量。在对城市绿化树木降温增湿效能的测算，一般采用面 积l o m 2 、高l o o m 的空气柱体来计算每平方米叶面积蒸腾 使柱体空气的降温和增湿量，计算结果与实测值接近。 选用绿化植物，需要这种植物的多种生态功能都有良 好表现。因此，许多学者开始了对多种植物多种生态功能 的研究，既能对植物问的各种生态功能对比，又为城市绿 化植物选择提供了依据。从地域上来看，对南方城市的研 究颇多，北方城市研究较少。尤其是东北地区可以说是一 个空白。 总之这几十年来从研究环境污染对植物的危害和影响 转而向研究绿化对保护环境的功能效应的方向发展，且在 研究的广度和深度上有了较大的进展，这些研究从发表文 献来看，有些方法不是非常明确，定性的结论较多，定量 的研究较少，或者是没有进行定量推理和总结，而且单纯 进行城市绿化对减轻交通污染方面环境效应研究较少。本 文就将在前人的基础上，集中进行城市绿化对减轻交通污 染方面环境效应研究，并且尽可能的在| j 人推导的基础总 结出一些定量的分析方法，为从减轻城市交通污染为目的 进行选择城市园林植物和确定其数量提供可参考的依据。 北京交通人学硕士学位论文 2 2 城市绿化对减轻交通污染的环境效应 2 2 1 城市绿化各环境效应指标的计算方法概述 城市绿化环境功能效益的计算方法主要是采取对各类 植物的生态功能效益指标进行实际观侧，取得某一种生态 功能效益指标的实测平均值，同时实测各种植物的绿量建 立回归方程，然后找出绿量与生态功能效益指标值的关系， 如此可计算出每一种植物的生态功能效益标准指标值。对 于绿地而言，各类植物环境功能效益指标值的迭加即为该 绿地的生态环境功能效益指标值。 2 2 2 绿量( 叶面积) 的研究 研究城市绿化的环境效应，树种的绿量是非常重要的。 所谓绿量简单的理解就是植物的生物量。园林绿化中物质 流动和能量流动数量的大小，决定其产生环境效应总量大 小，而能量流动和物质流动的大小，又直接取决于植物叶 片面积的大小，以叶面积为主要标志的绿量，是决定绿化 环境效应大小最具实质性的因素。因为植物的生理活动， 主要是通过叶片进行，从理论上来讲，青绿小枝也能进行 光合作用等生理活动，但为了减少繁琐，便于推广，主要 以叶面积的大小作为绿量的主要标志。绿量的计算方法主 要分为两种，乔灌木是以单株为单位，草本植物是以每平 方米为单位。 叶面积的测定：叶面积的测定是研究城市园林绿化环 境效应的关键，它是计算城市绿化环境功能性指标的基础。 全树叶量的实测方法均采用标准枝法估测，即用l i 一3 0 0 0 城市绿化环境效应 便携式叶面积仪测量出平均单位叶片的叶面积，进而估测 出整株树的总叶面积，再实测出树木的冠幅、胸径和树的 高度。这样通过对某一种植物不同规格的个体的叶面积进 行实际测量，最终找出该种植物规格指标与叶面积之间的 关系，建立起经验方程。试验植物的选择对当地而言长势 要有代表性。绿地率和绿化覆盖率，对于在宏观上表示一 个城市或一个地区的绿化基本水平有积极的意义，但是如 用绿地面积或绿化覆盖率来推算绿化的环境效应，往往就 会出现很大的误差。这主要是由于种植结构的不同和植被 绿量的差异所致。 对不同类别的植物主要方程关系如下： 乔木：建立叶面积与胸径、冠高的方程关系，一元方 程是叶面积与胸径的关系，二元方程是叶面积与胸经及冠 高的关系。如：栾树的经验方程是：一元方程为s = l3 6 0 w 一1 0 1 4 3 ，二元方程为s = 4 8 8 w + 4 4 8 9 h 一9 4 2 6 。s 一叶 面积( m 2 ) ，w 一胸径( c m ) ，h 一冠高( m ) 。 灌木：建立叶面积与冠幅、株高的方程关系，元方 程是叶面积与株高的关系，二元方程是叶面积与株高及冠 幅的关系。如：碧桃的经验方程是：一元方程为s = 2 5 4 h 一1 6 9 ，二元方程为s = 1 6 1 h + 3 1 7 d 一7 1 7 。 s 一叶面积( m 2 ) ，h 一株高( m ) ，d - - 冠幅( m ) 。 草皮：实测每平方米草皮的叶面积值s 。s = s ，c s 。 s 一叶面积( m 2 ) ，c s 一草皮总面积( m 2 ) 。 对于绿地而言，根据各种植物的叶面积经验方程分别 计算出某一种类植物的叶面积，这就是各种植物的绿量， 它是计算植物生态功能性效益的基础。北京地区常用园林 北京交通大学硕十学位论文 植物的绿量计算回归方程及有关数据见表2 1 。 表2 1 北京常用园林植物绿量计算回归方程 树种元回归方程二元回归方程 碧桃s = 2 5 4 h 1 6 9s = 1 6 1 h + 3 17 d 一7l7 丁香 s = 6 7 4 t t 5 3 2s = 3 8 h + 5 0 2 d 1 0 3 4 榆叶梅s = 1 3 7 6 h 一7 6 3s = 8 1 2 h + 9 4 2 d 一2 0 17 木槿s = 7 8 8 h 一9 1 4s = 4 31 h + 9 4 7 d 一2 0 9 海棠 s = 1 0 5 5 h 1 0 7 5 s = 6 3 4 h + 3 8 5 d 一7 2 0 1 余银木