重庆市主城区道路扬尘排放特性研究

程 健，傅 敏

(重庆工商大学环境与生物工程学院，重庆 400067)

重庆市主城区道路扬尘排放特性研究

程 健，傅 敏

(重庆工商大学环境与生物工程学院，重庆 400067)

在不同季节采集重庆市主城区三种类型道路扬尘样品，同时记录采样时各种类型道路车流量、车型构成、气象条件、地理位置等数据，并根据美国环保署的AP-42扬尘计算模型计算各种类型道路扬尘排放因子及排放量，对重庆市主城区道路扬尘排放特性进行了研究。结果表明：重庆市区主干道、次干道、支路的道路尘负荷sL值分别为0.872 g/m2、1.199 g/m2、1.463 g/m2，且sL值的大小与车流量有关；重庆市主城区道路扬尘排放因子最大的是支路，排放量最大的是主干道；重庆市主城区所有类型道路TSP、PM10、PM2.5的年排放量分别为3 794.919 t、729.008 t、196.611t，且秋季和冬季的道路扬尘排放量比春季和夏季大。

道路扬尘；道路尘负荷；排放因子；排放量；重庆市主城区

近年来，我国经济发展迅速，环境污染问题逐渐受到全社会的关注，其中大气颗粒物污染问题尤为突出。据资料显示，2014年第三季度我国74个重点城市的空气质量平均达标天数为79.1%，京津冀地区的大气颗粒物污染现状不容乐观[1-2]。扬尘[3]是大气颗粒物污染的主要来源之一，而道路扬尘(主要污染源是机动车)是城市扬尘的重要贡献源[4]。重庆作为老牌工业城市之一，经济发展迅速，主城区机动车保有量逐渐增加，相关研究[5]表明，重庆市主城区PM10的各贡献源中，道路扬尘的贡献率达21.29%。

道路扬尘主要是因道路上累积的灰尘受到动力条件(风力、机动车行驶)的作用进入空气中形成的[6]，主要来源于大气降尘、机动车行驶、建筑施工、道路清扫及裸露土壤等[7]，不仅影响空气质量，还对能见度[8]及人体健康[9-10]有负面影响。道路扬尘排放特性的研究在国外起步较早， 1968年美国环境保护署(EPA)第一次发布AP-42扬尘计算模型[11]，该模型是通过大量实验及回归分析所得出的经验公式，经过EPA的多次更新和补充，现已成为道路扬尘排放特性研究的主要方法，在国外运用较为广泛[12-13]；此外还有Kuhns等[14]通过气象条件和车流量等因素利用TARKER法对道路扬尘进行了研究。国内关于道路扬尘排放特性的研究起步较晚，最近几年才逐步开展，主要集中在北京[15]、济南[16]、天津[17]等北方城市。本文以重庆市主城区的道路扬尘为研究对象，通过实地采样与分析，采用EPA公布的AP-42扬尘计算模型，计算了重庆市主城区各种类型道路扬尘的排放因子及排放量，并分析了其排放规律及特点，为道路扬尘控制提供理论依据与数据支撑。

1 样品采集与处理

1.1 样品采集

参照美国EPA[18-19]的采样要求，用便携式真空吸尘器在一定面积内吸取道路扬尘，编号后放入密封袋保存备用，同时记录采样时的气象条件(风速、温度、湿度等)、车流量、车型构成、地理位置、采样面积等数据。本研究通过对重庆市主城区60条不同类型的道路进行实地调查后，最后选取36条道路进行样品采集，其中主干道、次干道、支路各选12条，按四个季节，每个季节不同类型道路各取3条。

1.2 样品处理

将密封保存的扬尘样品带回实验室进行后续分析处理：首先去除样品中较大的杂物后放入烧杯中于105℃条件下烘干，称重；然后将事先清洁好的20目筛和200目筛分别称重后自上而下叠放，20目筛在上，200目筛在下，放入烘干后的扬尘样品于20目筛中，过筛后分别称取20目筛、200目筛及筛上物质量；最后按下式计算道路尘负荷sL值(单位面积上粒径小于200目的颗粒物质量):

sL=[W-(W20-M20)-(W200-M200)]/S

(1)

式中：sL为道路尘负荷(g/m2)；W为样品质量(g)；W20和W200分别为20目筛、200目筛及筛上物质量(g)；M20和M200分别为20目筛和200目筛质量(g)；S为采样面积(m2)。

2 计算模型

2.1 排放因子估算模型

EPA提出的AP-42扬尘计算模型经过不断的完善与发展形成了一套完整的体系，是目前研究道路扬尘排放特性最为权威的方法，且应用广泛，该计算模型为

E=k·(sL)0.91·(W)1.02

(2)

式中：E为大气颗粒物排放因子(g/VKT)(平均每辆车行驶1 km扬起的颗粒物排放量)；k为不同粒径的粒度乘数(g/VKT)；sL为道路尘负荷(g/m2)；W为机动车平均车重(t)。

2.2 模型参数

2.2.1 粒度乘数k

参数k值为不同粒径的粒度乘数，根据EPA的介绍，k值是一个只与车型有关而与所在研究地区无关的系数，其取值采用美国EPA根据大量实验分析所得到的数据，计算时大气中PM2.5(大气中直径小于或等于2.5 μm的颗粒物，也称可入肺颗粒物)、PM10(大气中直径在10 μm以下的颗粒物，又称为可吸颗粒物或飘尘)、TSP(大气中总悬浮颗粒物)的k值分别取0.15 g/VKT、0.62 g/VKT、3.23 g/VKT。2.2.2 道路尘负荷sL

道路尘负荷sL由公式(1)计算获取。

2.2.3 机动车平均车重W

机动车平均车重W是指在采样观测时间段内通过采样道路的所有车辆的平均质量，可通过下式估算：

W=∑ai·mi

(3)

式中：W为机动车平均车重(t)；ai为第i类机动车所占的车型比例；mi为第i类机动车的质量(t)。

本研究将重庆市主城区道路机动车的车型分为大型车、中型车、小型车和摩托车，每种车型的质量分别约为8 t、5 t、1.2 t、0.15 t，各种车型数量统计数据见图1。通过对不同类型采样道路的车流量及车型进行实地观测后利用公式(3)进行计算，可计算得到，重庆市主城区各种类型道路机动车的平均车重，见表1。

道路类型平均车重/t春季夏季秋季冬季总平均车重/t主干道2.9282.7152.8632.4652.743次干道2.3882.3072.3822.1292.301支路2.0641.8292.2491.8461.997

2.2.4 车流量F

车流量F指采样时间段1 h内各种类型道路的平均车流量，其数据由采样时对各种类型道路进行实时监测与记录获得，采样时间段为上午10:00—12：00和下午14：00—16：00，见表2。

表2 重庆市主城区各种类型道路平均车流量

2.2.5 道路长度L

道路长度L数据来源于重庆市城市交通规划研究所公布的重庆市主城区不同类型道路长度[20]，详见表3。

表3 重庆市主城区各种类型道路长度(km)

3 结果与讨论

3.1 重庆市主城区道路尘负荷与车流量

本文利用公式(1)计算重庆市主城区各种类型道路尘负荷sL值，详见表4。由表4可见，重庆市主城区主干道、次干道、支路的道路尘负荷平均值分别为0.872 g/m2、1.199 g/m2、1.463g/m2；各个季节的计算数据显示，春夏两季主干道和次干道的道路尘负荷值较为接近，这主要与重庆市区季节性差异不明显有关；各种类型道路尘负荷的大小顺序为：支路>次干道>主干道。

表4 重庆市主城区各种类型道路尘负荷

图2为重庆市主城区各种类型道路尘负荷与车流量的变化曲线。由于本次道路尘负荷考察的是粒径小于200目的颗粒物质量，其质量较轻，易被行驶的机动车扬起，主干道车流量较大，道路扬尘不断被带起卷入空气中进而降低道路尘负荷，而支路的车流量远小于主干道，其对应的道路尘负荷值因而较大。

与其他城市相比，重庆市主城区各种类型道路尘负荷值持平于珠三角地区[7](0.99 g/m2、1.30 g/m2、1.45 g/m2)，主干道和次干道的道路尘负荷值都高于天津地区[17](0.40 g/m2、0.64 g/m2)，这主要与天津地区车流量较大有关，而重庆市主城区支路的道路尘负荷值小于天津地区(2.02 g/m2)。可见，车流量只是影响道路尘负荷的因素之一，道路尘负荷还存在较大的区域性差异，地形、气候、路面材质等因素都会对道路尘负荷产生重要影响。

3.2 重庆市主城区道路扬尘排放因子

本文利用公式(2)计算重庆市主城区各种类型道路扬尘(包括TSP、PM10、PM2.5)排放因子E，详见表5。由表5可见，重庆市主城区各种类型道路扬尘排放因子E的大小顺序为：主干道<次干道<支路。结合表2和表4的统计结果来看，支路车流量最小，道路尘负荷最大，主干道车流量最大，道路尘负荷最小，可见道路扬尘排放因子随车流量增大而减少，随道路尘负荷增大而增大；从各个季节来看，秋冬两季主干道和次干道道路扬尘的排放因子都大于春夏两季，这可能与重庆市秋冬两季降水天数少于春夏季有关。

3.3 重庆市主城区道路扬尘排放强度

道路扬尘排放强度Ed是指单位长度道路每天的扬尘排放量。参照AP-42的计算方法，利用降水修正因子进行某个时间段的外推计算，可得到道路扬尘排放强度Ed为

Ed=24E·(1-P/4N)·F/1 000

(4)

式中：Ed为道路扬尘排放强度[kg/(km·d)]；E为颗粒物排放因子(g/VKT)；P为观测时间内降雨量大于0.254 mm的天数(d)，总天数为142 d，春、夏、秋、冬分别为39 d、41 d、34 d、28 d；N为观测时间的天数(d)，一年取365 d，一季度取90 d；F为道路车流量(辆/h)。

利用公式(4)计算重庆市主城区道路扬尘排放强度Ed，见表6。由表6可见，重庆市主城区各种类型道路扬尘排放强度Ed的大小顺序为主干道>次干道>支路，而重庆市主城区各种类型道路的车流量大小顺序也为主干道>次干道>支路，说明道路扬尘排放强度随车流量的增大而增大；从各个季节来看，春夏两季降雨较多，主干道和次干道道路扬尘排放强度较小，秋冬两季降雨天数少，主干道和次干道道路扬尘排放强度较大，说明降雨也是影响道路扬尘排放强度的主要因素；而支路的道路扬尘排放强度变化趋势又说明扬尘排放强度的大小不完全由降水天数的多少决定。

3.4 重庆市主城区道路扬尘排放量

道路扬尘排放量EF采用下式计算：

EF=1 000·(Ed·L·T/1 000)

(5)

表5 重庆市主城区各种类型道路扬尘排放因子E

表6 重庆市主城区各种类型道路扬尘排放强度Ed

式中：EF为道路扬尘排放量(g)；Ed为道路扬尘排放强度[kg/(km·d)]；L为道路长度(km)，见表3；T为估算时间(h)(一季度为90×24 h，一年为365×24 h)。

本文用公式(5)计算重庆市主城区各种类型道路扬尘排放量，计算结果单位以t来表示，见表7。由表7可见，重庆市主城区各种类型道路扬尘排放量EF的大小顺序为主干道>次干道>支路，与车流量的排序相同，说明道路扬尘排放量也与车流量成正比；重庆市主城区所有类型道路TSP、PM10、PM2.5的年排放量分别为3 794.919 t、729.008 t、196.611 t；从各个季节来看，主干道和次干道秋冬两季的道路扬尘排放量大于春秋两季，这可能与秋冬两季降雨量较少有关。

表7 重庆市主城区各种类型道路扬尘排放量

4 结 论

(1) 重庆市主城区各种类型道路尘负荷的大小顺序为支路>次干道>主干道，道路尘负荷随车流量的增大而降低。

(2) 重庆市主城区各种类型道路扬尘排放因子的大小顺序为支路>次干道>主干道，主干道排放因子最小，且随道路尘负荷的增大而增大，随车流量的增大而减小。

(3) 重庆市主城区各种类型道路扬尘排放强度的大小顺序为主干道>次干道>支路，主干道和次干道秋冬两季的道路扬尘排放强度大于春秋两季，道路扬尘排放强度的大小与车流量成正比。

(4) 重庆市主城区各种类型道路扬尘排放量的大小顺序为主干道>次干道>支路，所有类型道路的TSP、PM10、PM2.5的年排放量分别为3 794.919 t、729.008 t、196.611 t，主干道和次干道秋冬两季道路扬尘排放量大于春秋两季。

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[20]重庆市城市交通规划研究所.2012年重庆市主城区交通发展年度报告[R].重庆：重庆市城市交通规划研究所，2013.

Emission Characteristics of Road Dust in Chongqing Urban Area

CHENG Jian,FU Min

(CollegeofEnvironmentalandBiologicalEngineering,ChongqingTechnologyandBusinessUniversity,Chongqing400067,China)

This paper collects the road dust samples from three types of roads in Chongqing urban area in different seasons and investigates the traffic flow,the vehicle structure and the weather conditions of different roads.Based on the AP-42 model established by the US EPA,the paper analyzes the emission factors,emission amount and emission characteristics of road dust.The results show that the silt loading of main roads,secondary trunk roads and branch roads is 0.872 g/m2,1.199 g/m2and 1.463 g/m2,and the road silt loading is related to traffic flow.The maximum emission factor is branch roads and the emission amount of main roads is the maximum.The emission amount of TSP,PM10and PM2.5in 1 year is 3 794.919 t,729.008 t and 196.611 t, and the emission amount of main roads in autumn and winter is larger than that in spring and summer.

road dust;road silt loading;emission factor;emission amount;Chongqing urban area

1671-1556(2015)04-0040-05

2014-12-09

2015-02-04

重庆市市政环卫监测中心项目 作者简介：程 健(1988—)，男，硕士研究生，主要研究方向为大气污染控制。E-mail：850813684@qq.com

X513；X734

A

10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2015.04.007

傅 敏(1963—)，男，博士，教授，主要从事环境化学方面的研究。E-mail：fumin@126.com