交通扬尘排放特征研究范文

《环境科学与技术杂志》2014年第S1期

1材料与方法

1.1实验方法本研究选取了佛山市10条典型路段进行采样和调查，采样路段分布如图1所示，采样路段的基本情况如表1所示。由于佛山市属亚热带季风性湿润气候区，春秋短促，夏季绵长，无气候意义上的冬季[17]，因此，选择夏季采样，采样时间：2010年7月5-14日，8月2-4日。采样调查采用《防治城市扬尘污染技术规范》（HJT393-2007）[18]附录B道路积尘负荷的监测方法进行。首先标出0.3~3m宽的采样区域，计算采样面积，每个样品的采样面积累计记为S；用真空吸尘器扫路面积尘；采样完毕后，将吸尘纸袋装入密封袋中。在105℃条件下将单个道路积尘样品烘至恒重，在干燥器中冷却，称重，记为W0（单位：g）；去除烟头、生活垃圾等杂质；将20目、200目筛子由上而下层叠放入摇床内，称取道路积尘，放入20目筛中，重量记为W（单位：g）；摇床摇摆振动操作后，取出称重20目的筛上物，记为W20（单位：g）；取出称量200目的筛上物，记为W200（单位：g）。

1.2AP-42排放因子模型介绍本研究利用美国环保局(EPA)推荐的AP-42方法对佛山市中心区交通扬尘排放进行计算。具体计算方法如下，对于排放系数EF，AP-42提出的经验估算公式如下[4]：式（2）~（3）中，E为某一区域铺设道路的扬尘年总排放量（g），F为车流量（辆/a）；L为道路长度（km）；T为研究时间长度（取1a）。本文通过计算获得每种道路类型的扬尘排放因子EF，再结合每种道路类型的车流总量、道路长度总量，计算每种道路类型的扬尘排放总量，从而获得佛山市中心区交通扬尘排放总量。

1.3排放因子模型参数计算所需参数包括：尘负荷、扬尘粒度乘数、研究时间内的降水天数、研究区域内道路平均车重、车流量、道路长度。以上参数除了扬尘粒度乘数、降水天数及道路长度等参数，其余均可通过上述交通扬尘调查获得。

1.3.1尘负荷

1.3.2扬尘粒度乘数扬尘粒度乘数为美国环保局通过在美国中西部大量实验研究计算获得，由于粒度乘数只与车型有关，因此直接使用美国AP-42提供的默认值[4]。

1.3.3降雨天数根据2009年佛山市的气象数据，该区域1a（365d）中降雨的天数为132d。

1.3.4平均车重平均车重是指研究区域道路行驶车辆的平均重量。经野外实测得到道路上不同车型所占的比例及不同车型的平均质量，经加权平均计算得到的佛山市采样道路上行驶车辆的平均车重见表2。

1.3.5道路车流量和道路长度在式（3）中，车公里数A(VKT)是车辆在特定路段行驶里程数的总和。本研究中用道路车流量和道路长度的乘积来代替A的值。车流量、道路长度及各道路类型车公里数A值如表3所示。

2结果与分析

2.1道路尘负荷通过该调查可以得到不同道路的尘负荷。调查结果如表4所示。根据道路类型的不同，尘负荷也会有所不同：国道<高速路<快速路<主干道<次干道<支路。周启星等调研了天津道路尘负荷，研究结果表明：主干道(0.40g/m2)<次干道(0.64g/m2)<支路(2.02g/m2)[5]。可见，不同城市的道路尘负荷特征具有相似性，支路尘负荷较大，这主要是因为支路上人的活动较密集，城市垃圾碎屑较多。与天津市相比，佛山市尘负荷较高，可以推测佛山市支路碎屑较多于天津市。

2.2交通扬尘的排放因子交通扬尘排放因子（EF）见表5。随着颗粒物粒径的增大，排放因子也随之增大。佛山市不同道路的排放因子的大小排序为：高速路>支路>快速路>次干道>主干道>国道。然而，在天津，道路的排放因子排序为：支路PM10(EF为2.02g/VKT)>次干道PM10（EF为0.71g/VKT)>主干道PM10（EF为0.46g/VKT）[5]。与尘负荷相比，排放因子受道路平均车重的影响较大，即同条道路，即使尘负荷较大，但平均车重较小，则排放因子也可能较小。佛山市支路道路尘负荷较天津市的大，但PM10的排放因子却比天津市小，由此可知，天津市支路平均车重高于佛山市，说明天津市在支路上行驶的大、中型车比例高于佛山市。另外，佛山市PM10排放因子与天津市排放因子范围相似，从0.68到2.41g/VKT不等，由此推出，中国北方（如天津）与南方城市（如佛山）的PM10的排放因子有一定的相似性。同类研究中，交通扬尘排放情况比较如表6所示。由表6可知，中国城市的尘负荷和PM10排放因子为同等水平，这也印证了表5的结论。与其他国家的研究比较，总体而言，中国城市尘负荷与美国华盛顿相似，而PM10的排放因子高于其2~3倍，而与加利福尼亚州的排放水平相似。这说明中国城市道路车流量与华盛顿相似，而平均车重高于华盛顿，低于加利福尼亚。除了车流的影响，较差的道路质量会增加尘负荷。在同类研究中，加州长滩是尘负荷水平最低的。这可能是因为加州长滩是旅游胜地，道路质量和维护水平较高。这也可能是中国道路平尘负荷水平比印度开普尔低30倍的原因，开普尔是同类研究中尘负荷最高的。中国道路平均PM10排放因子低于印度开普尔，这主要是因为高比例的大、中型机动车会使排放因子随着车辆平均重量的增加而增大。总体而言，中国的交通扬尘排放(PM10)水平与美国相近，低于亚洲的2个发展中国家（泰国和印度）。这与中国在交通扬尘排放和机动车污染方面的控制密不可分。

2.3交通扬尘排放强度交通扬尘排放强度（EI）是指1d内每千米道路长度扬尘的排放量。排放强度见表7。排放因子随着颗粒物粒径的增大而增大。在佛山，不同道路排放强度的大小排序如下：国道>高速路>次干道>快速路>主干道>支路。然而，在天津PM10的EI值排序为主干道(28.8kg（/km•d））>次干道(24.1kg（/km•d））>支路(14.3kg（/km•d））[5]。上述2市支路扬尘排放强度均较低。与排放因子相比较，排放强度受车流量影响较大。相较于天津市，佛山市支路PM10排放因子较小，但其PM10排放强度却较大，这主要是由佛山市支路车流量较大所造成的。

2.4交通扬尘排放与车辆排放使用AP-42模型，对佛山交通扬尘年排放量的计算结果如表8所示。在佛山，交通扬尘中的PM30年排放大约是3.6×104t。PM2.5和PM10分别约占PM30的5%和20%。交通扬尘年排放量随主干道、次干道、支路、高速路、国道、快速路依次递减。在天津，此趋势为支路(PM10：2967t)>次干道(PM10：938t)>主干道(PM10：672t)[5]。天津与佛山的交通扬尘年排放量不同。佛山市主干道和次干道的PM10年排放量高于天津市，然而佛山市支路的PM10年排放量却低于天津市。总的来说，道路年行驶里程是造成排放强度和排放量排序差异的重要因素。因此可知，佛山市支路年行驶里程低于天津市支路年行驶里程。基于COPERT模型，计算了机动车尾气和非尾气管排放（如，轮胎磨损、刹车部件磨损和路面磨损等）的PM2.5和PM10，并与交通扬尘排放的PM2.5和PM10进行对比。对比结果显示，机动车排放的PM2.5与交通扬尘的比值为6%~38%，主要是来自于机动车尾气排放(65%~81%)，然而机动车排放的PM10与交通扬尘的比值为3%~16%，主要是来自于机动车尾气排放(67%~82%)。如表9所示。2010年，佛山机动车排放PM2.5为268t，与交通扬尘PM2.5排放的比值为16%，其中，机动车尾气排放PM2.5约占机动车排放PM2.5的75%。同时，机动车排放PM10为557.5t，与交通扬尘PM10排放的比值为8%，其中，机动车尾气排放PM10约占机动车排放PM10的75%，如表10所示。

2.5交通扬尘的空间分布基于ArcMap软件，本研究将佛山市中心区划分成1km×1km的网格，统计每个网格的车辆行驶里程，计算网格交通扬尘年排放量，构建交通扬尘网格化清单如图2所示。由图2可知，交通扬尘排放在佛山市中心区的东部尤为显著，因为该区域路网密集，交通扬尘污染的排放源较多。

3结论

（1）佛山市路面尘负荷大小顺序为支路>次干道>主干道>快速路>高速路>国道，支路尘负荷较大，与中国北方城市（如天津）相似，但略高，说明佛山市支路车城市垃圾碎屑较多。（2）佛山市道路排放因子大小排序为高速路>支路>快速路>次干道>主干道>国道，排放因子范围与北方城市相似，但佛山市支路道路排放因子略小，说明该道路类型的大、中型车比例略低。与国外城市相比，总体而言，中国城市交通扬尘排放水平与美国相近，低于亚洲发展中国家水平（泰国、印度）。（3）佛山市道路排放强度大小排序为国道>高速路>次干道>快速路>主干道>支路，支路排放强度较小，与北方城市相似。（4）佛山交通扬尘年排放量随主干道、次干道、支路、高速路、国道、快速路依次递减。道路行驶里程是造成排放强度和排放量排序差异的重要因素。（5）佛山车辆PM2.5年排放与交通扬尘PM2.5年排放的比值为16%，车辆PM10年排放与交通扬尘PM年排放的比值为8%。（6）通过佛山中心区交通扬尘排放分布图6可知其东部区域由于路网密集导致其交通扬尘排放尤为突出。

作者：刘永红 詹鹃铭刘建昌徐伟嘉张武英单位：中山大学智能交通研究中心佛山市环境监测中心站中山大学先进技术研究院广东方纬科技有限公司