趙秀穎 唐喜斌 韓昊 劉志陽 楊柳林++廖程浩 張永波

摘要：指出了中國城市地區(qū)的大氣顆粒物污染問題已經(jīng)十分嚴(yán)重，而道路揚(yáng)塵是顆粒物污染的主要來源之一，排放系數(shù)及排放量的研究是進(jìn)行環(huán)境影響分析、控制方案制定的基礎(chǔ)。以廣東某城市為研究區(qū)域，對(duì)其典型道路揚(yáng)塵塵負(fù)荷進(jìn)行了采樣分析，共采集揚(yáng)塵樣品30個(gè)，通過對(duì)樣品的分析，獲得該地區(qū)各級(jí)道路的塵負(fù)荷水平，結(jié)果表明：該地區(qū)不同等級(jí)道路的塵負(fù)荷值分別為： 快速路1.12 g/m2、主干道1.30 g/m2、次干道 1.39 g/m2、支路1.74 g/m2；通過調(diào)研和收集該城市道路揚(yáng)塵排放的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合已計(jì)算得出的道路塵負(fù)荷數(shù)據(jù)，估算了該地區(qū)道路揚(yáng)塵的排放系數(shù)，結(jié)果顯示：不同等級(jí)道路揚(yáng)塵TSP、PM10及PM2.5的平均排放系數(shù)分別為9.09 g/VKT、1.74 g/VKT 和0.42 g/VKT；采用排放系數(shù)法計(jì)算得出了該城市道路揚(yáng)塵顆粒物排放量，TSP、PM10及PM2.5的排放量分別為44614.27 t、8563.73 t、2071.87 t。

關(guān)鍵詞：道路揚(yáng)塵；排放系數(shù)；排放量

中圖分類號(hào)：X513

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）16000104

1引言

隨著廣東省各城市機(jī)動(dòng)車保有量不斷增加，道路建設(shè)工程的不斷加快，道路揚(yáng)塵問題不容忽視。道路揚(yáng)塵是一種復(fù)合的揚(yáng)塵源類，其來源多且復(fù)雜，主要的來源包括機(jī)動(dòng)車尾氣塵、道路積塵再揚(yáng)起、車輛帶泥、裝載過量撒落、道路建設(shè)施工、道路周邊裸土、未經(jīng)及時(shí)灑水的降塵等等。此外，道路揚(yáng)塵還會(huì)在風(fēng)力等作用下重新進(jìn)入到大氣中，再次形成大氣顆粒物＼[1＼]。截至目前，道路揚(yáng)塵的控制已經(jīng)成為環(huán)境空氣顆粒物污染防控重點(diǎn)及難點(diǎn)。

在道路揚(yáng)塵污染的研究領(lǐng)域中，美國學(xué)者已經(jīng)開展了大量的研究工作，如TRAKER法＼[2＼]、Upwind-downwind法＼[3＼]等，此外美國環(huán)保署（US EPA）推薦了標(biāo)準(zhǔn)的AP-42方法＼[1＼]，專門用于空氣污染物排放系數(shù)計(jì)算。而目前國內(nèi)對(duì)道路揚(yáng)塵排放的研究主要集中在大城市地區(qū)，如北京、呼和浩特、濟(jì)南、長三角及珠三角等＼[4-10＼]，而針對(duì)其他道路揚(yáng)塵污染更加嚴(yán)重的欠發(fā)達(dá)的中小型城市研究還比較缺乏。

由于道路揚(yáng)塵對(duì)本地空氣質(zhì)量的影響不容忽視，各地政府及環(huán)保部門都已經(jīng)開始著手對(duì)道路揚(yáng)塵的污染治理工作，但由于不同地區(qū)的地理位置、氣候、車流量及道路保潔程度等因素的不同，道路揚(yáng)塵的排放系數(shù)可能具有較大的差異性，因此，直接借鑒其他地區(qū)經(jīng)驗(yàn)并計(jì)算出的排放量可能會(huì)導(dǎo)致較大的誤差，進(jìn)而導(dǎo)致難以制定出科學(xué)合理的控制措施。為此，筆者通過對(duì)廣東某中小型城市不同等級(jí)道路進(jìn)行揚(yáng)塵樣品采集，以本地區(qū)采樣、分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并利用排放系數(shù)法估算該城市道路揚(yáng)塵排放量，為南方欠發(fā)達(dá)城市計(jì)算道路揚(yáng)塵排放量以及制定控制方案提供科學(xué)依據(jù)。

2研究方法

2.1研究對(duì)象

以快速路、主干道、次干道及支路4種道路類型為研究對(duì)象，道路揚(yáng)塵顆粒物分為TSP、PM10和PM2.53種類型。

2.2道路揚(yáng)塵排放系數(shù)估算方法

采用AP-42方法體系對(duì)道路揚(yáng)塵的排放系數(shù)進(jìn)行估算，具體公式為：

Eij=kj×sL0.91×（Wi）1.02×（1-P/4N） （1）

式（1）中，Eij為第i種道路第j種道路揚(yáng)塵顆粒物的排放系數(shù)（g/VKT，即每輛車行駛1 km揚(yáng)起的顆粒物排放量）；kj為第j種揚(yáng)塵顆粒物的粒度乘數(shù)（g/VKT）；sL為道路揚(yáng)塵塵負(fù)荷值（g/m2），即單位面積道路揚(yáng)塵顆粒物重量；Wi為第i種道路的平均車重（t）；P為一年內(nèi)降水量大于0.25 mm的天數(shù)；N為全年天數(shù)。

2.3道路揚(yáng)塵排放量估算方法

研究采用排放系數(shù)法估算該城市道路揚(yáng)塵的排放量，估算公式為：

Qj=24×3651000∑ni=1Eij×Li×Vi （2）

式（2）中，Qj為各等級(jí)道路第j種揚(yáng)塵顆粒物的排放量（kg）；n為道路的等級(jí)數(shù)量；Eij為第i種道路上第j種揚(yáng)塵顆粒物排放系數(shù)（g/VKT）；Li為研究區(qū)域內(nèi)第i種等級(jí)道路的總長度（km）；Vi為第i種等級(jí)道路的日平均車流量（輛/h）。

2.4模型參數(shù)

2.4.1粒度乘數(shù)k

研究采用美國EPA運(yùn)用大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和重復(fù)分析計(jì)算得出的數(shù)據(jù)，計(jì)算道路揚(yáng)塵中TSP、PM10、PM2.5時(shí)粒度乘數(shù)分別取3.23、0.62、0.15。

2.4.2道路塵負(fù)荷sL

研究采集了該城市各等級(jí)道路典型路段道路揚(yáng)塵樣品，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析，通過公式計(jì)算得出各等級(jí)道路塵負(fù)荷：

sL=W-（W20-M20）-（W100-M100）-（W200-M200）S （3）

式（3）中，W為揚(yáng)塵樣品質(zhì)量（g）；M20、M100和M200分別為20目、100目和200目標(biāo)準(zhǔn)篩凈重（g）；W20、W100和W200分別為過篩后20目、100目和200目篩及篩上物重量之和（g）；S為采樣面積（m2）。

2.4.3平均車重Wi

通過各等級(jí)道路全部車輛的平均重量，公式為：

Wi=∑ni=1Wij×Kij（4）

式（4）中，Kij為第i種等級(jí)道路上第j種車型的車輛比例；Wij為第i種等級(jí)道路上第j種車型的重量（t）。

由于車流量和各車型等相關(guān)數(shù)據(jù)較難獲取，考慮到該城市不同等級(jí)道路車組成和流量與珠三角地區(qū)具有相似性，故參考珠三角地區(qū)平均車重?cái)?shù)據(jù)＼[10＼]，如表1所示。

2.4.4各等級(jí)道路長度

本研究通過查閱該城市統(tǒng)計(jì)年鑒等資料，收集到各等級(jí)道路長度信息，如表2所示。

2.4.5不同等級(jí)道路的車流量endprint

本研究通過對(duì)采樣監(jiān)測(cè)道路的車流量信息觀測(cè)，并結(jié)合對(duì)相關(guān)部門調(diào)研，獲取該城市各等級(jí)道路的車流量信息數(shù)據(jù)（見表3）。

3道路塵負(fù)荷研究

3.1樣品采集

本研究采用AP-42中相關(guān)采樣方法的規(guī)定＼[1＼]，使用吸塵器采集道路路面的揚(yáng)塵樣品，根據(jù)采樣路段的長度來確定采樣點(diǎn)的數(shù)量和位置，在每條監(jiān)測(cè)道路上布設(shè)1～3個(gè)采樣點(diǎn)，各個(gè)采樣點(diǎn)之間間隔約800 m。結(jié)合采樣路段的揚(yáng)塵積塵量來確定采樣面積，采樣區(qū)域?yàn)榫匦?，用膠帶標(biāo)記好后開始采樣。采用發(fā)電機(jī)提供電力，利用吸塵器吸取一定面積的道路揚(yáng)塵樣品，吸塵面積視道路路面積塵量而定，吸塵后將樣品密封并貼好標(biāo)簽，放入密封袋中。采樣同時(shí)，記錄采樣面積、車流情況、地理位置以及風(fēng)速、溫度、濕度等相關(guān)氣象數(shù)據(jù)信息。研究中選取了4類不同等級(jí)典型道路，對(duì)該城市道路進(jìn)行了道路揚(yáng)塵樣品采集，共采集數(shù)量為30個(gè)。

3.2實(shí)驗(yàn)室處理

為估算道路塵負(fù)荷，將采集的道路揚(yáng)塵樣品烘干后，進(jìn)行稱重；清潔并分別稱重20目、100目、200目標(biāo)準(zhǔn)篩，將烘干后的樣品放置于標(biāo)準(zhǔn)篩上并進(jìn)行過篩，稱量并記錄過篩后的各標(biāo)準(zhǔn)篩及篩上物的重量。

4結(jié)果與討論

4.1各等級(jí)道路塵負(fù)荷

基于揚(yáng)塵樣品的分析結(jié)果，通過公式（3）估算得到該城市不同等級(jí)道路塵負(fù)荷，如表4所示。

該城市不同等級(jí)道路的平均塵負(fù)荷為1.31 g/m2，大于珠三角地區(qū)道路的平均塵負(fù)荷值1.23 g/m2 ＼[10＼]，但小于北京地區(qū)的塵負(fù)荷值。主要是由于珠三角地區(qū)揚(yáng)塵治理措施較本研究城市先進(jìn)，道路清掃頻次相對(duì)較高，而北京地區(qū)的降塵量相對(duì)較大＼[4＼]，且該城市處于沿海地區(qū)，空氣濕度大，降雨頻率較高，使得其道路塵負(fù)荷值比北方地區(qū)小。

從表4可知，該城市各等級(jí)道路塵負(fù)荷值大小順序?yàn)椋褐?次干道>主干道>快速路，主要是因?yàn)榭焖俾酚捎谲嚵髁肯鄬?duì)較大，容易將道路揚(yáng)塵揚(yáng)起，使得其路面塵負(fù)荷相對(duì)較小，而支路車流量相對(duì)較小，則塵負(fù)荷較大。

從表5 可知，該城市不同等級(jí)道路的道路塵負(fù)荷水平與珠三角及濟(jì)南市較為接近，遠(yuǎn)小于印度坎普爾的道路塵負(fù)荷值，說明不同地區(qū)道路塵負(fù)荷水平可能存在較大的差異，與研究區(qū)域所處的地理環(huán)境、交通狀況密切相關(guān)，不同城市及地區(qū)的道路塵負(fù)荷值具有顯著性差異。

4.2道路揚(yáng)塵排放系數(shù)

基于本研究實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的道路塵負(fù)荷，結(jié)合該地區(qū)車流量等相關(guān)信息，運(yùn)用公式（1）估算得到該城市不同等級(jí)道路的揚(yáng)塵排放系數(shù)，如表6所示。

從表6 可知，主干道的揚(yáng)塵排放系數(shù)最小，其次是次干道，支路的揚(yáng)塵排放系數(shù)最大。結(jié)合數(shù)據(jù)分析可知， 車流量越大，道路揚(yáng)塵塵負(fù)荷值越小，排放系數(shù)也越小。該地區(qū)道路揚(yáng)塵TSP、PM10和PM2.5的平均排放系數(shù)分別為9.09 g/VKT、1.74 g/VKT 和0.42 g/VKT。

對(duì)不同城市的道路揚(yáng)塵PM10排放系數(shù)對(duì)比分析，如表7 所示。該城市道路揚(yáng)塵PM10排放系數(shù)比珠三角地區(qū)高，較濟(jì)南市和呼和浩特市稍低，遠(yuǎn)低于印度坎普爾，說明不同地區(qū)的道路揚(yáng)塵排放系數(shù)差異較大，可能和各地區(qū)的地理環(huán)境、道路路況、車流量及道路清潔頻次等因素均有密切關(guān)系。

4.3道路揚(yáng)塵排放量

結(jié)合該城市各等級(jí)道路的平均車流量長度和道路長度等數(shù)據(jù)信息，以及4.2中計(jì)算得出的道路揚(yáng)塵排放系數(shù)，利用公式（2）得出樣本城市各等級(jí)道路的揚(yáng)塵排放量，如表8 所示。

從表8 可知，研究的樣本城市各級(jí)道路揚(yáng)塵源PM10和PM2.5的排放量分別為8563.73 t 和2071.87 t，其中次干道排放量最大，其次是快速路，排放量最小的是支路，主要的原因可能是次干道的道路總長度最長，所以揚(yáng)塵總排放量相對(duì)較高。

2017年8月綠色科技第16期

5結(jié)論

（1）廣東某城市不同等級(jí)道路的塵負(fù)荷值分別為：快速路1.12 g/m2、主干道1.30 g/m2、次干道 1.39 g/m2、支路1.74 g/m2。

（2）該城市不同等級(jí)道路揚(yáng)塵TSP、PM10、及PM2.5的排放系數(shù)差異較大，快速路： 9.01 g/VKT、1.73 g/VKT、0.42 g/VKT； 主干道：7.68 g/VKT、1.47 g/VKT、0.36 g/VKT； 次干道：8.78 g/VKT、1.69 g/VKT、0.41 g/VKT；支路：10.89 g/VKT、2.09 g/VKT、0.51 g/VKT。

（3）該城市交通道路揚(yáng)塵TSP排放量為44614.27 t，PM10為8563.73 t，PM2.5為2071.87 t。

參考文獻(xiàn)：

[1]

USEPA （2011）. Emission factor documentation for AP-42，Section 13.2.1： Paved Roads[M]. Kansas City： Midwest Research Institute，2011.

[2]Etyemezian V， Kuhns H， Gillies J， et al. Vehicle-based road dust emission measurement （Ⅲ）： effect of speed， traffic volume， location， and season on PM10 road dust emissions in the Treasure Valley， ID[J]. Atmos Environ，2003（37）：4583～4593.

[3]Dyck R I J， Stukel J J. Fugitive dust emissions from trucks on unpaved roads[J]. Environ Sci Technol，1976（10）：1045～1048.endprint

[4]樊守彬， 田剛， 李鋼， 等. 北京鋪裝道路交通揚(yáng)塵排放規(guī)律研究[J]. 環(huán)境科學(xué)，2007（13）：2396～2399.

[5]樊守彬， 秦建平，蔡煜. 呼和浩特交通揚(yáng)塵排放清單研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理， 2011（4）：19～22.

[6]馮銀廠， 吳建會(huì)， 朱坦，等. 濟(jì)南市和石家莊市揚(yáng)塵的化學(xué)組成[J]. 城市環(huán)境與城市生態(tài)， 2003（13）：57～59.

[7]韓力慧， 莊國順， 程水源， 等. 北京地面揚(yáng)塵的理化特性及其對(duì)大氣顆粒物污染的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)， 2009（8）：1～8.

[8]黃成， 陳長虹， 李莉， 等. 長江三角洲地區(qū)人為源大氣污染物排放特征研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2011：1858～1871.

[9]劉澤常， 張猛， 郝長瑞，等. 濟(jì)南市道路揚(yáng)塵排放因子估算及其影響因素研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)， 2012（13）：150～154.

[10]彭康， 楊楊， 鄭君瑜， 尹沙沙，等. 珠江三角洲地區(qū)鋪裝道路揚(yáng)塵排放因子與排放清單研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2013（8）：2657～2663.

[11]Limpaseni W. 2001. Regional Workshop on Fighting Urban Air Pollution： From Plan to Action. United Nations Conference Center[M]. Bangkok， Thailand：Control of Road Dust，2001.

[12]Bhaskar V S， Sharma M. Assessment of fugitive road dust emissions in Kanpur，India： A note [J]. Transportation Research Part D - Transport and Environment，2008，13（6）：400～403.

Emission Factor and Inventory of Road Dust in the City of Guangdong

Zhao Xiuying1，2， Tang Xibin1，2， Han Hao1，2， Liu Zhiyang1，2， Yang Liulin1，2， Liao Chenghao1，2， Zhang Yongbo1，2

（1.Guangdong Provincial Academy of Environmental Science， Guangzhou， Guangdong 510045， China；

2.Guangdong Provincial Environmental Protection Key Laboratory of Atmospheric Environment

Management and Policy Simulation， Guangzhou， Guangdong 510045， China）

Abstract： Particulate matter is the primary pollution factor that influence the air quality of China. Road dust is one of the major sources of urban atmospheric particulate matter. In this research， we collected 30 road dusts samples of different road types and estimated the emission factors and inventories of different road dusts in this region following AP-42 methodologies recommended by USEPA. The results showed that the dust loadings of express way， main road， arterial road and slip road are 1.12 g/m2， 1.30 g/m2， 1.39 g/m2 and 1.74 g/m2， respectively. The average road dust emission factors of TSP、PM10 and PM2.5 are 9.09 g/VKT、1.74 g/VKT and 0.42 g/VKT； and corresponding emission inventories are 44614.27 t， 8563.73 t， and 2071.87 t for TSP， PM10 and PM2.5， respectively.

Key words： road dust； emission factor； emission inventoryendprint