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．The 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 Soil Pb Prediction Model Highway transportation
1 引言
自1987年起中国开展公路建设项目环境影响评价工作以来，已有200多本公路环评报告书问世，在这些报告书中，对公路交通引起公路两侧土壤铅污染的预测采用的方法都是土壤重金属累积模式［1］，预测的结果基本上都是：营运远期(营运至第20年)土壤中铅含量为20～80mg/kg,土壤中铅含量随营运年份的增加而递增(营运远期的值＞营运中期的值＞营运基年的值)，既使对那些交通量较小的二级公路也是如此。然而在我们采用该模式所做的一些预测计算中，却发现存在土壤中铅含量逐年减小的现象。进一步的分析表明，如果评价中采用的是该模式的话，那么几乎所有的公路建设项目对土壤铅污染的预测结果至少在营运近期都应遵循逐年减小的规律。
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(B+R)
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：
Wn=Kn｛Kn-1［……K2(K1(B+R1)+R2)+……Rn-1］+Rn｝=BK1K2……Kn+R1K1K2……Kn+R2K2K3……Kn+……+RnKn
若K1=K2=……Kn=K,则：
(1)
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》(试行)。
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(1)式，假设
R1=R2=……Rn=R,则有：
(2)
由(2)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(2)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(1-K)/(K)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(一般而言，建设项目环境影响评价预测年限为20年之内，此处为更清晰地反映预测结果的变化趋势，取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
1.58mg/kg(=B(1-K)/(K)),曲线c之R等于0.25mg/kg。
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=R1(1+P)i-1,代入(1)式得：
(3)
由(3)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(1-Kn)＞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(1-Kn)=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(1-Kn)＜0时。
与Ri为常量时的假设类似，假设B=30mg/kg,K=0.95,P=8%,R1分别为3.16，1.58，0.25mg/kg,绘制Wn随n的变化曲线a,b及c于图2，以说明Ri逐年递增时可能出现的预测结果。
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(中型标准车)。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(1-Kn)=0时，Wn=B,随之，Wn＞B(曲线c)。
图2 Ri逐年递增时Wn随n的变化趋势
为说明区域背景值(B)对判别土壤铅累积量预测结果(Wn)是否会低于B的判别式B(1-K)/(K)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(1-K)/(K)及临界交通量(此处定义临界交通量为：对应R1=B(1-K)/(K)时的公路营运基年(n=1)日交通量)列入表1。