湖南某大學生態(tài)型校園PM2.5濃度調查與分析

劉建龍 劉鵬 夏小倩 謝潔南

湖南工業(yè)大學土木工程學院

湖南某大學生態(tài)型校園PM2.5濃度調查與分析

劉建龍 劉鵬 夏小倩 謝潔南

湖南工業(yè)大學土木工程學院

通過對湖南某生態(tài)性大學校園內的PM2.5濃度進行為期一周的布點監(jiān)測，獲得校園內PM2.5的濃度分布數據，結果表明整個校園內的PM2.5濃度基本超出了國家標準所規(guī)定的值。通過分析發(fā)現PM2.5超標與城市灰霾天氣有很大的關系，灰霾天氣是造成其超標的主要原因，其次是校園內施工場地施工的影響。最后，結合數據分析提出了改善校園環(huán)境的措施。

大學校園 PM2.5灰霾天氣 改善措施

0 引言

隨著政治經濟的飛速發(fā)展，人們生活水平的逐漸提高，人們對環(huán)境空氣質量的要求越來越高，再加上我國環(huán)境空氣污染的特征和大氣環(huán)境形式發(fā)生了重大的變化，區(qū)域性PM2.5和臭氧污染的加重，灰霾天氣頻發(fā)，舊的標準已經不能滿足要求，新標準的制定也就順勢而出，即環(huán)境空氣質量標準（GB3095-2012），新標準增設了顆粒物（粒徑小于等于2.5μm）濃度限值和臭氧8h平均濃度限值。

大量的研究表明，空氣中顆粒物污染水平與人體健康存在一定的關系，其中PM2.5可沉積到氣管、支氣管，粒徑小于1μm的粒子可沉積到肺泡[1]，會引發(fā)支氣管炎、哮喘和心血管等疾病。目前，對空氣環(huán)境質量的研究主要還是針對城市等大區(qū)域，對于校園等小環(huán)境方面的研究相對較少，校園內空氣品質狀況直接關系到師生的身心健康。因此，對校園內空氣品質的監(jiān)測是極其必要的。本文通過研究湖南某高校新校區(qū)內PM2.5的濃度分布狀況，并結合國內外的標準進行分析，可知其PM2.5濃度基本超過了國家標準，應引起重視。最后，針對校園環(huán)境的特點，提出了一些改善措施。

1 調查的內容和方法

1.1 調查的地點

選取湖南省株洲市某大學進行調查，主要對整個校園內有代表性地點的PM2.5濃度分時段進行監(jiān)測，布點位置為：學生公寓5棟與同心湖之間（A）、學生公寓13棟與19棟之間（B）、教學公共樓與教學綜合樓之間（C）、圖書館后門（D）、校園后山山頂（E）、五食堂（F），測點的分布如圖1所示。各測點的基本情況為：測點A是一個宿舍群區(qū)，該區(qū)域樹木茂密并緊鄰同心湖，周邊基本無施工場地并且只是一條車流量較小的馬路；測點B是宿舍群區(qū)，該區(qū)域有綠點，周邊基本無施工場地，有一條車流量較大的馬路，并且距離校外城市道路泰山路100m；測點C是學校教學樓區(qū)域，該區(qū)的樹木比較茂密但旁邊有一小型施工場地；測點D是一個宿舍群區(qū)，該區(qū)域周邊有施工場地并有一些工程車輛出入；測點E處于校園后山的山頂上，樹木茂密但其三面都有施工場地；測點F是一個宿舍群區(qū)，并有一個五食堂，其邊上有大型工地，且有很多工程車輛的出入。

圖1 校園內各測點位置分布平面圖

1.2 檢測采用的儀器與方法

檢測指標為空氣中PM2.5細顆粒物，采用英國Turnkey儀器有限公司生產的“Dustmate粉塵檢測儀”，其性能參數如表1所示。測量時儀器采樣高度距離地面大約1.5m，每個采樣點采樣5分鐘，采樣的同時記錄天氣、車輛通行情況，并在不同時刻（6:00、8:00、13:00、18:00、22:30）對同一測點進行連續(xù)一周（星期日至星期六）監(jiān)測，其中6:00時刻（學生基本上未起床、施工場地未開工，空氣未受校內人員干擾）；8:00時刻（學生剛到教室上課，施工場地開始施工，空氣開始受到人為干擾）；13:00時刻（學生走動，施工場地施工，空氣受到人為干擾）；下午為18：00時刻（學生走動，施工場地施工，空氣受到人為干擾）；22:30時刻（無學生在室外走動，工地于21:00時刻停工，空氣未受校內人員干擾）。

2 結果分析與討論

2.1 國內外空氣PM2.5濃度質量標準對比與分析

為保護和改善生活環(huán)境、生態(tài)環(huán)境，保障人體健康，世界上各國和地區(qū)都制定了相應的標準。大陸地區(qū)標準[3]和其他國家及地區(qū)標準[4～7]比較如表2所示。

表2 各國的PM2.5濃度標準（單位：μg/m3）

從表2中可以看出，中國大陸和中國香港地區(qū)的標準相差不大；但是，我國的二類標準中年平均值是美國二類標準的兩倍以上，我國的一類標準年平均值與美國的二類標準相同；我國的一類標準年平均值約為澳大利亞標準的兩倍，二類標準年平均值約為其四倍。澳大利亞的標準比其他國家標準都高，加拿大只規(guī)定了24小時平均值。從上述分析可知我國現行的PM2.5的濃度標準要求并不高，相比之下對空氣污染的控制與治理力度還不夠。隨著經濟的進一步發(fā)展，人們對生活品質的需求進一步得到提高，將促使我國會制定更加嚴格的標準，從而改善環(huán)境的空氣品質，為人們生活提供一個更健康的環(huán)境。

2.2 校園內各測點PM2.5平均濃度數據分析

為了對各測點的PM2.5濃度進行系統(tǒng)的分析，將各測點的測試數據的平均值列于表3和表4。通過與大陸地區(qū)標準[3]進行比較（由于近年來我國頻現灰霾天氣，所以此處特別針對灰霾天氣與無灰霾的天氣分別進行分析）。從表3中可知，處于灰霾天氣時，校園內PM2.5的濃度大多數情況下超出國家標準，且其最高值出現在F測點。F測點在每天的22:30時，其值達到了國內標準的1.86倍，此時空氣環(huán)境處于嚴重污染狀態(tài)。然而各測點在中午13:00時，基本上達到國家標準，主要是由于灰霾散去才使得空氣品質得到了較顯著性的改善。從表3中，還可知測點A與測點B兩點對應時刻的PM2.5的濃度基本上一致，分析原因可知，這兩個測點周圍無施工場地，且基本建設都比較成熟；測點A與測點F比較可得到6:00與8:00時刻測點F只比測點A高出10μg/m3，然而在13:00、18:00與22:30三個時刻卻高出了至少23.41μg/m3，主要原因是測點F邊上的施工場地8:00～21:00施工，剛開始揚塵較少，到了13:00左右，揚塵就基本擴散且一直持續(xù)到22:30；測點 D與測點 E比較可得到 6:00、8:00和22:30測點E比測點D高，主要是因為有灰霾時，校園山中由于空氣流較慢，顆粒物在山旁邊積累的灰霾厚，濃度高。

表3 校園環(huán)境各測點的PM2.5的平均濃度（晴朗有灰霾）

表4 校園環(huán)境各測點的PM2.5的平均濃度（晴朗無灰霾）

從表3中可以看出，在無灰霾天氣狀況下，從6:00至13:00時，校園內PM2.5基本上達標，空氣環(huán)境處于良好的狀態(tài)。各個測點只在18:00和22:30時，PM2.5值超出了國家標準，其中F點在18:00時PM2.5值達到最高，是國內標準的1.70倍。測點A與測點B同時刻的PM2.5濃度基本一致；測點A與測點F比較要知，兩者在6:00和8:00時刻的PM2.5濃度相差不大，是因為8:00之前施工場地未施工，整個校園內沒有大的人為揚塵，而13:00和18:00時刻測點F比測點A分別高出了23.56μg/m3和26.38μg/m3，主要原因是測點F區(qū)域的施工場地施工引起大量的揚塵，到了22:30時刻，由于施工場地在21:00時刻停止施工之后，通過大氣的自凈作用使得兩測點PM2.5濃度的差距變成2.8μg/m3；然而在無灰霾天氣，測點E的PM2.5濃度比同時刻測點D高出1μg/m3左右，從圖1中可知測點D邊上有一個施工場地，雖然測點E周圍有三個施工場地，但是繁茂的樹木對空氣的凈化起了很大的作用，使得測點E的PM2.5濃度基本與測點D一樣高。

從表2和表3中可知，無論是否是灰霾天氣，比較6:00與8:00兩時刻各測點的PM2.5濃度得出，各測點8:00時刻比6:00時刻PM2.5濃度高，主要原因是學校8:00上課，師生的行走和一些師生駕車對空氣的擾動，激起揚塵；測點D、E、F三點的PM2.5濃度同一時刻總是要高于測點A、B、C三點，其主要原因是D、E、F測點所在區(qū)域周圍均有施工場地，施工場地的工程車輛在行駛過程中產生揚塵，從而使空氣當中的PM2.5濃度偏高。D、E、F測點在無灰霾天氣狀況下，13:00和18:00時校園內的施工場地使PM2.5濃度比A、B、C測點在同時刻至少高出 15μg/m3，最大時高出了26.38μg/m（3如18:00時A點與F點）。綜上可知，測點A和測點B這兩個區(qū)域的空氣質量較好，是由于這兩測點所在區(qū)域的樹木茂盛、草皮覆蓋率好、周邊無施工場地，并且測點A所在地處于湖邊，這樣就使其周邊空氣得到了良好的凈化。

2.3 校園內各測點PM2.5平均濃度日變化趨勢分析

圖2和圖3為校園內典型日24小時各測點PM2.5濃度在有無灰霾情況下的數據分布圖。圖2為天氣晴朗（有灰霾）情況下一天內各測點PM2.5濃度分布。從圖2可知，各測點PM2.5濃度在13:00時刻達到最低，基本在我國規(guī)定的PM2.5濃度標準內；在22:30時刻各測點PM2.5濃度達到最高值，各測點均超過了國家標準所規(guī)定的PM2.5的濃度值。從圖2各測點變化趨勢可知，從6:00至8:00時刻PM2.5濃度緩慢上升，此時間段內各測點均超過國家標準所規(guī)定的值；從8:00至13:00時刻濃度急劇下降，與灰霾散去有很大的關系；從13:00至18:00時刻各測點濃度快速上升，之后一直保持著上升趨勢，但比較緩慢，最終漸漸趨于平衡。

圖3為天氣晴朗（無灰霾）情況下校園典型日24小時內各測點PM2.5濃度分布，從圖可知，在6:00、8:00和13:00時刻，各測點的PM2.5濃度均符合國家標準規(guī)定的值，且測點A、B、C三點在8:00至13:00時刻PM2.5濃度降低20μg/m3左右，其余的濃度均變化很小，主要原因可能是測點D、E、F區(qū)域有施工場地的施工引起的揚塵擴散，致使其濃度較高，但未擴散到距離施工場地較遠的A、B、C區(qū)域。從13:00至18:00時刻，各測點的濃度均急劇上升，原因可能是校園內施工場地的施工導致塵土擴散造成的整個校園范圍內，致使PM2.5濃度增加；從18:00至22:30時刻，各測點PM2.5濃度的下降比較迅速，主要原因是校園內施工場地停止施工后沒有新的顆粒物產生，顆粒物逐漸沉積。然而，校園內各測點PM2.5濃度與6:00時刻相比高出20μg/m3左右，主要是由于校園一天人員、設備及施工活動使得PM2.5濃度整體升高。圖2與圖3相比，可知從8:00至13:00時刻有灰霾天氣比無灰霾天氣各測點的變化率大，可知灰霾是導致PM2.5濃度上升的主要因素，至中午時灰霾逐漸散去，使得校園內各測點的PM2.5濃度急劇下降；從18:00至22:30時刻，有灰霾天氣PM2.5濃度處于上升的趨勢，而無灰霾天氣卻處于下降的趨勢，主要原因是在無灰霾天氣情況下，校園內施工場地停止施工后灰塵逐漸沉積導致PM2.5濃度下降，而有灰霾天氣時，晚上灰霾聚集使PM2.5的增加速率遠大于校園內灰塵的沉降速率，導致PM2.5濃度上升。

圖2 校園內一天各測點PM2.5濃度分布

圖3 校園內一天各測點PM2.5濃度分布

2.4 校園內各測點PM2.5平均濃度周變化趨勢分析

圖4為校園內PM2.5濃度平均值的周分布情況圖，其中星期日、星期一、星期二、星期四、星期五這五天為有灰霾天氣，星期三和星期六兩天為無灰霾天氣。從圖4可知，在灰霾天氣情況下，各個測點的PM2.5平均濃度均超出我國標準規(guī)定；在無灰霾天氣情況下，各個測點的PM2.5濃度值基本符合國家二類標準的要求；城市市區(qū)的灰霾天氣會同時出現在校園內，而只要出現灰霾天氣，校園內PM2.5的平均濃度就超出國家標準值，從而進一步說明引起校園內PM2.5濃度超標的主要原因是市區(qū)內大環(huán)境的灰霾；從各測點每天的平均濃度來看，測點D、E、F的PM2.5濃度均高出測點A、B、C的濃度，說明校園內的施工場地施工揚塵促使PM2.5濃度增大；另外，測點F的PM2.5濃度在所有的測點中濃度最高，因為測點F緊臨施工場地，受施工場地影響最大。

圖4 校園內一周各測點PM2.5日均濃度分布

3 改善措施

從實驗結果可知，此次檢測的校園內的PM2.5濃度有一半以上時間超過國家標準，對校園內PM2.5的防治已經刻不容緩，通過以上檢測結果提出以下幾點建議：

1）通過分析發(fā)現PM2.5超標與城市灰霾天氣有很大的關系，灰霾天氣是造成其超標的主要原因，故應該加強城市大環(huán)境的PM2.5治理力度，給學校一個良好的外部大環(huán)境。

2）學校應加強校園區(qū)域內管理，尤其是施工場地的管理，保持施工車輛干凈、校園內道路干凈、控制行車速度、防止車輛揚塵（測點F所在區(qū)域最為嚴重）；其次應加強校園其它車輛的控制，校園內不允許車輛隨意行駛，可以在校門口邊上建設停車場限制車輛在校園內行駛，實行人車分流。

3）加快生態(tài)校園建設，最大限度地增加校園內綠化面積，以林為主、花草為輔，并繼續(xù)努力加大水面覆蓋面，以增強校園自凈能力。

4）加強對校園內PM2.5的監(jiān)管，將校園內PM2.5濃度的數值定時公布，給同學們提出是否適合室外運動的建議。

[1]Nemmar A,Hoet P H M,Vanquickenborne B,et al.Passage of inhaled particles into the blood circulation in humans[J].Circulation,2002,105:411-414

[2]環(huán)境空氣質量標準(GB3095-2012)[S].北京:中國環(huán)境科學出版社,2012

[3]日本環(huán)境保護署.建議的新空氣質素指標[S].2012

[4]NAAQS.National Ambient Air Quality Standards[S].2012

[5]National Environment Protection Council(NEPC).National Envi -ronment Protection Measure for Ambient Air Quality(Air NEPM )[S].2005

[6]Environment Canada and the Canadian Council of Ministers of the Environment.National Ambient Air Quality Objectives(NAA QOs)and Canada-Wide Standards[S].2010

PM2.5Conc e ntra tion Surve y a nd Ana lys is on a Ec ologic a l Unive rs ity Ca m pus in Huna n Provinc e

LIU Jian-long,LIU Peng,XIA Xiao-qian,XIE Jie-nan
College of Civil Engineering,Hunan University of Technology

The PM2.5concentration distributions were obtained through the PM2.5concentration of monitoring sites for a week on an ecological university campus in Hunan province.And the results show that PM2.5concentration in the whole campus usually exceeds the national standard scope.Based on discussion on reasons of overstandard PM2.5,it has a great relationship to the city’s haze weather,which is the main reason of the overstandard PM2.5.And it also relates to building construction at the campus construction site.Finally,the advanced measures are proposed to improving the campus environment combining the analysis of survey data.

university campus,PM2.5,haze weather,improvement measures

1003-0344（2015）02-008-5

2013-12-18

劉建龍（1974～），男，博士，副教授；湖南工業(yè)大學土木工程學院（412007）；E-mail:ljlphd@sina.com

湖南省教育廳優(yōu)秀青年項目（13B001）