劉嘉明 狄育慧 梅 源 王雪艷

土方工程施工揚(yáng)塵排放研究進(jìn)展

劉嘉明1狄育慧1梅 源2王雪艷1

（1.西安工程大學(xué)城市規(guī)劃與市政工程學(xué)院 西安 710048；2.西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院 西安 710055）

土方工程施工揚(yáng)塵已成為困擾我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量的重要污染源之一?，F(xiàn)有成果主要從揚(yáng)塵源解析、揚(yáng)塵排放特性和揚(yáng)塵排放相關(guān)量化模型三個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行梳理。試圖歸納總結(jié)國(guó)內(nèi)外有關(guān)土方工程施工揚(yáng)塵的研究進(jìn)展，擬理清土方工程施工揚(yáng)塵系列問(wèn)題的研究方向，為城市土方工程施工揚(yáng)塵的評(píng)估和治理提供參考

土方工程施工；塵源解析；排放特性；揚(yáng)塵擴(kuò)散規(guī)律

0 引言

近年來(lái)，霧霾天氣引發(fā)的呼吸系統(tǒng)疾病和心血管不適的病例正呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)，大氣環(huán)境中的顆粒污染物已成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。研究表明，環(huán)境空氣中PM10每升高10μg/m3，則由顆粒物引起呼吸系統(tǒng)疾病死亡率上升3.4%，心血管疾病死亡率上升1.4%[1]。醫(yī)學(xué)界也認(rèn)為顆粒物對(duì)健康的影響程度取決于顆粒物的粒徑大小[2]。

參照空氣動(dòng)力學(xué)顆粒物粒徑可劃分為PM2.5、PM10和TSP三大類(lèi)，是霧霾和沙塵（揚(yáng)塵）天氣的重要組成成分。而顆粒物多來(lái)源于建筑施工、能源化工和尾氣污染，其中包括施工揚(yáng)塵、道路揚(yáng)塵、煤炭燃燒和汽車(chē)尾氣等。而施工揚(yáng)塵是我國(guó)眾多城市大氣顆粒物的重要來(lái)源之一[3]。對(duì)揚(yáng)塵源解析、揚(yáng)塵排放特性、揚(yáng)塵估算評(píng)價(jià)模型和抑塵措施等方面的研究成果進(jìn)行歸納和總結(jié)，探討該領(lǐng)域的研究方向及擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

1 揚(yáng)塵源解析

建筑揚(yáng)塵和道路揚(yáng)塵是美國(guó)加州南部海岸地區(qū)環(huán)境空氣中PM10的主要塵源，在John G[4]等人基于化學(xué)質(zhì)量平衡模型（Chemical Mass Balance）以下簡(jiǎn)稱(chēng)“CMB模型”的解析中已基本得到證實(shí)。之后，Pouliot G[5]在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了深化，認(rèn)為除道路揚(yáng)塵和建筑揚(yáng)塵外，農(nóng)業(yè)耕作及采礦作業(yè)亦是該地區(qū)環(huán)境空氣中PM2.5和PM10的主要塵源，且借助CMAQ（Community Multiscale Air Quality）模型，解析結(jié)果表明環(huán)境中PM10的40～60%是由于人為原因排放所致。不難看出CMB模型和CMAQ模型均能準(zhǔn)確的判斷塵源類(lèi)別，但CMAQ模型的解析功能更為豐富。除借助源解析模型外，也有學(xué)者通過(guò)分析揚(yáng)塵中的特征元素以此推斷塵源類(lèi)別。就北京市而言，華蕾[6]等對(duì)市內(nèi)無(wú)組織排放源與固定排放源排放的PM10采樣并做揚(yáng)塵元素族譜分析后指出Si、Ca、Fe、Al四種元素為北京市PM10標(biāo)識(shí)元素，于此合理推測(cè)土壤塵、建筑揚(yáng)塵、土方工程施工揚(yáng)塵及鋼鐵塵是北京市PM10的主要塵源。之后，韓力慧[7]在此基礎(chǔ)上予以驗(yàn)證和補(bǔ)充，認(rèn)為除Al、Ti、Ca、Mg為代表的地殼元素外，由建筑施工產(chǎn)生的Ca2+和SO42-在眾多離子團(tuán)中其含量占主導(dǎo)地位。此亦可驗(yàn)證建筑揚(yáng)塵、土方工程施工揚(yáng)塵是影響北京大氣環(huán)境的重要污染源。同年，西班牙學(xué)者Amato F[8]等對(duì)巴塞羅那多條道路PM10采樣后借助元素量化法指出揚(yáng)塵顆粒中地殼元素含量較高，道路PM10多源自道路周邊建筑工地土方施工揚(yáng)塵和土壤風(fēng)蝕。在已有成果基礎(chǔ)上余南嬌[9]等使用單顆粒氣溶膠飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（SPAMS）分別對(duì)土方施工揚(yáng)塵、建筑施工揚(yáng)塵、道路塵的標(biāo)識(shí)元素進(jìn)行深入探究，研究指出廣州市土方施工揚(yáng)塵標(biāo)識(shí)元素為Al、建筑施工揚(yáng)塵標(biāo)識(shí)元素為Si、道路揚(yáng)塵標(biāo)識(shí)元素為Ca。就上述研究方法而言，元素族譜分析法、元素量化法和SPAMS均能合理的明確不同揚(yáng)塵源中的特定標(biāo)識(shí)元素，但就不同揚(yáng)塵源對(duì)大氣環(huán)境污染的貢獻(xiàn)程度并未得到體現(xiàn)。應(yīng)明確指出建筑揚(yáng)塵、土方工程施工揚(yáng)塵等揚(yáng)塵源對(duì)大氣環(huán)境污染程度的貢獻(xiàn)率并應(yīng)引起足夠的重視。也為日后防治與治理?yè)P(yáng)塵污染提供有力的鑒別手段和參考依據(jù)。

初步明確建筑揚(yáng)塵、土方工程施工揚(yáng)塵等揚(yáng)塵源的標(biāo)識(shí)元素后，揚(yáng)塵排放貢獻(xiàn)率也是衡量揚(yáng)塵排放量的重要指標(biāo)，亦可用于描述揚(yáng)塵污染架構(gòu)，為日后有針對(duì)性的擬定揚(yáng)塵防治措施提供理論支持。就天津市而言，城市PM2.5與PM10排放貢獻(xiàn)率之和高達(dá)24%，這一比例是Zelenka M P[10]等借助目標(biāo)轉(zhuǎn)換因子分析的數(shù)值模型TTFA（Target Transformation Factor Analysis）先識(shí)別確定環(huán)境中污染源類(lèi)別，再通過(guò)CMB模型進(jìn)行分配量化后計(jì)算所得。長(zhǎng)春市大氣環(huán)境中有75%的PM2.5是由于本地區(qū)揚(yáng)塵源排放所致，這其中又約有19.47%是由土方施工揚(yáng)塵和周邊道路揚(yáng)塵排放引起[11]，排放貢獻(xiàn)率僅次于燃煤鍋爐和工業(yè)生產(chǎn)的揚(yáng)塵排放。目光轉(zhuǎn)至西南地區(qū)代表城市重慶，該市大氣環(huán)境PM10主要源自土方施工揚(yáng)塵、道路揚(yáng)塵、施工現(xiàn)場(chǎng)的建材塵、煤煙塵和鋼鐵冶煉塵，其中土方施工揚(yáng)塵和周邊道路揚(yáng)塵對(duì)重慶市PM10的貢獻(xiàn)率高達(dá)33.85%[12]。

基于上述總結(jié)，土方工程施工現(xiàn)場(chǎng)或是建筑施工現(xiàn)場(chǎng)直接或間接排放的土方工程施工揚(yáng)塵、建筑施工揚(yáng)塵、施工現(xiàn)場(chǎng)周邊道路揚(yáng)塵均是大氣環(huán)境中揚(yáng)塵顆粒的主要來(lái)源。借助已有源解析模型能夠有效的辨識(shí)揚(yáng)塵源類(lèi)型，此類(lèi)研究方法和模型隨著時(shí)間的推移不斷被完善，解析可靠性較強(qiáng)。在解析得到揚(yáng)塵源類(lèi)別后，探究、明確不同塵源的標(biāo)識(shí)元素，日后通過(guò)直接檢驗(yàn)揚(yáng)塵樣本中的化學(xué)元素，并找到相應(yīng)的標(biāo)識(shí)元素后便可簡(jiǎn)潔直觀地描述出揚(yáng)塵組分。值得注意的是國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的學(xué)者研究側(cè)重點(diǎn)偏向于京津冀地區(qū)、東南沿海地區(qū)和部分南方城市，而對(duì)我國(guó)西北地區(qū)（多為黃土地區(qū)）的揚(yáng)塵源解析和標(biāo)識(shí)元素的探究缺乏足夠的重視。

2 揚(yáng)塵排放特性研究

揚(yáng)塵排放特性是建立揚(yáng)塵估算排放模型與模擬預(yù)測(cè)揚(yáng)塵擴(kuò)散模式的基礎(chǔ)，在掌握揚(yáng)塵源解析的基礎(chǔ)上明確揚(yáng)塵排放特性就顯得極為重要。就北京市而言，Maogui Hu[13]等借助聚類(lèi)法與EMD（Empirical Mode Decomposition）模型相結(jié)合的方式，分別從季節(jié)性和城市橫縱跨度上對(duì)城市上空PM10濃度分布特征加以探究。季節(jié)上，冬夏兩季城市PM10濃度有所回落，春季PM10濃度呈上升趨勢(shì)；從城市跨度上看，南部城區(qū)PM10濃度遠(yuǎn)高于北部城區(qū)。田剛[14]等人則將研究側(cè)重點(diǎn)放在塵源附近揚(yáng)塵垂直方向和水平方向上的擴(kuò)散規(guī)律，結(jié)果表明，在垂直地面方向1.5～4.1m不同高度處揚(yáng)塵濃度與高度的2次方成反比；在相同水平高度（3m）處揚(yáng)塵濃度與監(jiān)測(cè)點(diǎn)距塵源距離的2次方成反比。季節(jié)性和城市跨度上的研究?jī)H能宏觀的指出揚(yáng)塵污染現(xiàn)狀；而探究塵源及附近揚(yáng)塵濃度空間區(qū)域上的分布特征不僅能評(píng)估塵源的污染影響范圍，也能為制定降塵方案起到指導(dǎo)作用。

除宏觀探究環(huán)境揚(yáng)塵濃度分布特征外，也有學(xué)者從微觀上針對(duì)揚(yáng)塵產(chǎn)塵機(jī)理、粒徑分布及特定粒徑揚(yáng)塵顆粒的排放貢獻(xiàn)率展開(kāi)探究。在Farhad A[15]的研究中指出，建筑施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)切割、鉆井及混凝土攪拌過(guò)程中PM2.5與PM10的排放量占建筑揚(yáng)塵顆粒物總排放量的52～64%，且切割工序超細(xì)顆粒物排放量最多。Ketchman K[16]等在探討城市高層建筑基坑開(kāi)挖階段中定量評(píng)估不同粒徑顆粒物的排放量時(shí)，實(shí)測(cè)指出在開(kāi)挖階段中排放的PM10占挖掘階段總排放量的23%，PM2.5占總排放量的13%；其中土料搬運(yùn)過(guò)程PM10排放量占該過(guò)程總排放量的89%，PM2.5占總排放量的90%。在德國(guó)，某建筑施工現(xiàn)場(chǎng)向環(huán)境排放的顆粒物占總量的17%，其中土方工程施工揚(yáng)塵排放占7%，其余施工活動(dòng)占10%[17]。目光回到國(guó)內(nèi)就北京市而言，Xiao-Dong LI[18]等人發(fā)現(xiàn)相比于建筑主體施工，土方工程施工活動(dòng)揚(yáng)塵排放濃度高且強(qiáng)度波動(dòng)較大；土方施工時(shí)道路兩側(cè)及鋼筋加工區(qū)是揚(yáng)塵集中區(qū)域，揚(yáng)塵污染較為嚴(yán)重。黃天健[19]等也進(jìn)行驗(yàn)證，他表示土方施工階段施工區(qū)域內(nèi)及道路兩側(cè)揚(yáng)塵濃度較其他區(qū)域揚(yáng)塵濃度明顯偏高，不同區(qū)域揚(yáng)塵污染情況差異顯著，土方施工階段PM10的排放濃度相比于地基建設(shè)階段和主體施工階段是最高的[20]。蔣楠[21]則在其研究中指出，西安市建筑施工活動(dòng)排放的PM10占城市PM10總排放量的35.8%。明確指出土方工程施工揚(yáng)塵和建筑施工揚(yáng)塵應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，也是日后揚(yáng)塵防治的重點(diǎn)方向。

除分析土方工程施工揚(yáng)塵和建筑施工揚(yáng)塵的排放貢獻(xiàn)率外，對(duì)該類(lèi)揚(yáng)塵產(chǎn)塵機(jī)理的探究也不應(yīng)被忽視。風(fēng)蝕能將土方填料或土壤表面的細(xì)顆粒卷?yè)P(yáng)進(jìn)入大氣環(huán)境，且這類(lèi)顆粒的粒徑不大于10μm，Van Pelt R S[22]等在其研究中予以證實(shí)，并認(rèn)為風(fēng)蝕是一個(gè)篩選過(guò)程。這表明在沒(méi)有外力作用的情況下，粒徑較大的顆粒依靠風(fēng)蝕作用進(jìn)入大氣環(huán)境的能力有限。同年，曾慶存[23]等提出正是由于陣風(fēng)的三維相干結(jié)構(gòu)使得邊界層內(nèi)部的揚(yáng)塵顆粒能夠克服大氣下沉氣流而卷?yè)P(yáng)上升，直至大氣對(duì)流層將揚(yáng)塵顆粒輸送至遠(yuǎn)方。且風(fēng)力對(duì)揚(yáng)塵濃度的影響確實(shí)存在風(fēng)力閾值[24]。就呼市某典型施工場(chǎng)地而言，場(chǎng)地內(nèi)部揚(yáng)塵粒徑分布呈雙峰形，峰值粒徑范圍在3.2～5.6μm和10～18μm，且有PM2.5:PM10:TSP= 0.21:0.53:1[25]。趙普生[26,27]同樣指出土方施工階段的開(kāi)挖與回填、土料堆積與運(yùn)輸過(guò)程揚(yáng)塵污染較為嚴(yán)重。土方施工階段產(chǎn)生的揚(yáng)塵里大粒徑的顆粒含量較高，卷?yè)P(yáng)后沉降速度較快，揚(yáng)塵污染影響范圍有限，但在大風(fēng)天氣下?lián)P塵排放強(qiáng)度和污染影響范圍明顯增加。

從土方施工產(chǎn)生的揚(yáng)塵顆粒的粒徑分布來(lái)看，這部分揚(yáng)塵顆粒粒徑普遍較大，這使得揚(yáng)塵顆粒最終得以沉降回到地表。降塵能夠作為土方工程施工揚(yáng)塵的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，能夠表明不同施工階段揚(yáng)塵污染的嚴(yán)重程度，降塵指標(biāo)的可行性在田剛[28]的研究中基本得到證實(shí)。在此基礎(chǔ)上樊守彬[29]等予以深化，將PM10空間濃度分布與空間降塵分布相對(duì)照后認(rèn)為PM10空間濃度分布規(guī)律與空間降塵分布規(guī)律總體趨于一致，也證實(shí)降塵法能夠描述PM10的空間濃度分布情況。就成都市一處典型土方工程而言，降塵量（ΔDF）平均為8.33t/(km2·30d)，其中土方開(kāi)挖和土方回填階段占降塵總量的32%[30]。方由降塵占比可合理推測(cè)得知整個(gè)土方工程施工階段的揚(yáng)塵產(chǎn)塵量占總揚(yáng)塵量的比例將會(huì)高于32%。此外，黃玉虎[31,32]等研究指出降塵（ΔDF）與排放強(qiáng)度（EI）間存在明顯的正相關(guān)性，降塵量（ΔDF）及背景降塵量（DFb）與風(fēng)速間也存在正相關(guān)性。不過(guò)上述排放強(qiáng)度（EI）只能反映激發(fā)揚(yáng)塵量，而降塵（ΔDF）既能反映激發(fā)揚(yáng)塵量又能度量風(fēng)蝕揚(yáng)塵強(qiáng)度，降塵（ΔDF）指標(biāo)優(yōu)勢(shì)明顯。

從氣象因子角度分析，土方施工揚(yáng)塵的排放強(qiáng)度與風(fēng)速間存在明顯相關(guān)性[33]，揚(yáng)塵排放強(qiáng)度隨著風(fēng)速的增大先是緩慢上升，當(dāng)超過(guò)某一風(fēng)速閾值范圍時(shí)揚(yáng)塵的排放強(qiáng)度迅速增大；而相對(duì)濕度增大到某一定值后，再增加濕度將不會(huì)影響揚(yáng)塵的產(chǎn)生[34,35]。樊守彬[36]等在其研究中指出土方揚(yáng)塵PM10的濃度與溫度、濕度、風(fēng)速呈正相關(guān)，與風(fēng)向呈負(fù)相關(guān)。這與郭翔翔[37]和夏菲[38]的研究結(jié)論相矛盾，郭翔翔認(rèn)為PM10濃度與濕度呈負(fù)相關(guān)，而夏菲則指出PM10濃度與溫度和風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)。與此同時(shí)，馬小鐸[39]和周莉薇[40]均在其研究中發(fā)現(xiàn)土方揚(yáng)塵中PM2.5的濃度變化趨勢(shì)與相對(duì)濕度呈正相關(guān)，與溫度呈負(fù)相關(guān)。整合上述研究后可以發(fā)現(xiàn)氣象因子對(duì)揚(yáng)塵濃度的影響程度不盡相同，不能以偏概全，需因地制宜地探討氣象因子與揚(yáng)塵排放強(qiáng)度之間的關(guān)聯(lián)性。

由上述粒徑分布和揚(yáng)塵貢獻(xiàn)率分析可知，建筑施工活動(dòng)中，土方施工階段揚(yáng)塵排放量占主導(dǎo)地位，土方施工揚(yáng)塵顆粒粒徑較大，使用降塵法作為參照指標(biāo)可以較好的衡量揚(yáng)塵濃度的大小。此外，因?yàn)槲覈?guó)黃土區(qū)域面積之大，黃土土質(zhì)易于揚(yáng)塵，且針對(duì)于黃土而言沒(méi)有具體可查的研究資料，故可嘗試探究降塵法在黃土地區(qū)的適用性外，無(wú)論是土方施工揚(yáng)塵的產(chǎn)塵機(jī)理理論分析，或是粒徑分布及揚(yáng)塵顆粒貢獻(xiàn)率的測(cè)試，或多或少的存在研究留白，這也為日后的相關(guān)研究留有探索空間。再針對(duì)氣象因子與揚(yáng)塵濃度相關(guān)性中的互異結(jié)論，需要結(jié)合特定研究區(qū)域及該區(qū)域內(nèi)的氣象要素做具體分析，也正是由于存在差異性，氣象因子與揚(yáng)塵濃度間的相關(guān)性的探究才顯得極有必要。

3 揚(yáng)塵排放相關(guān)量化模型研究

為量化與評(píng)價(jià)我國(guó)土方揚(yáng)塵擴(kuò)散及污染程度，有學(xué)者針對(duì)土方揚(yáng)塵建立排放模型及模擬擴(kuò)散特征展開(kāi)研究。就鄭州市而言，城市揚(yáng)塵的主要來(lái)源為建筑施工、土方工程開(kāi)挖和裸露地面土壤揚(yáng)塵。徐媛倩[41,42]等借助AP-42揚(yáng)塵排放估算模型計(jì)算得到上述揚(yáng)塵源中PM2.5、PM10和TSP的排放因子和排放量分別為3.36g/m2·a、20.16g/m2·a、67.21g/m2·a和597t、3581t、11937t。此外，四維通量法也是評(píng)估揚(yáng)塵排放的量化模型之一，田剛[43,44]等借此得到北京近郊土方施工工地內(nèi)TSP的排放因子數(shù)值上是AP-42手冊(cè)中推薦揚(yáng)塵排放模型計(jì)算排放因子的1.83倍，施工工地出入口道路PM10的排放因子是正常道路排放因子的2～10倍。除使用AP-42手冊(cè)中排放模型計(jì)算排放因子和排放量外，翟紹巖[45]在其學(xué)位論文中指出雖然AP-42手冊(cè)中含有適用于不同條件下的揚(yáng)塵排放模型，但實(shí)際使用時(shí)還是存在地區(qū)局限性，必須依據(jù)和參考本施工地區(qū)相應(yīng)的氣象條件和施工特征對(duì)手冊(cè)中的排放模型和排放量估算模型進(jìn)行修正，以滿足地區(qū)適用性減小計(jì)量誤差，更有助于準(zhǔn)確評(píng)估施工地區(qū)揚(yáng)塵污染狀況。樊守彬[46]認(rèn)為雖然量化模型評(píng)估存在數(shù)值上的差異，但評(píng)估結(jié)果是一致的，這也在后續(xù)的研究中[47]基本予以證實(shí)。也就是說(shuō)量化預(yù)測(cè)模型雖存在不確定性，但這種不確定性是可控的可避免的。

除北京和鄭州市外，珠三角地區(qū)建筑施工中土方開(kāi)挖、地基建設(shè)、土方回填和一般建設(shè)階段PM10的排放因子分別為0.41g/(h·m2)、0.14g/(h·m2)、0.12g/(h·m2)和0.11g/(h·m2)[48]。由排放因子估算得到2014年珠三角地區(qū)施工揚(yáng)塵總排放量高達(dá)3.524×104t，其中土方開(kāi)挖階段揚(yáng)塵排放量最多，土方回填階段揚(yáng)塵排放量最少。再者，將風(fēng)力揚(yáng)塵排放模塊應(yīng)用于區(qū)域空氣質(zhì)量模型系統(tǒng)AURAMS（A Unified Regional Air Quality Modeling System）得到的結(jié)論[49]與雷諾方程的數(shù)值解法、斯托克斯方程（-方程）、-剪應(yīng)力傳輸模型對(duì)湍流風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬得到的結(jié)論[50]相同。兩者共同指出，風(fēng)力的卷?yè)P(yáng)與侵蝕程度嚴(yán)重依賴于研究區(qū)域的風(fēng)場(chǎng)特性，且風(fēng)場(chǎng)受場(chǎng)地地形變化影響巨大，由此排入大氣的揚(yáng)塵顆粒對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量有至關(guān)重要的影響。此外，模擬響應(yīng)模型還包括SAS非線性回歸模型[51]、FDM模型[52]、DPM氣固兩相流離散模型[53]、ISC3模型[54]、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[55]和CMAQ模型[56]，以及大氣色散模型軟件ADMS3.1[57]這些模型預(yù)測(cè)揚(yáng)塵影響半徑與實(shí)際監(jiān)測(cè)值相符程度高，能較好的解析不同影響因素條件下?lián)P塵濃度的變化趨勢(shì)，且在實(shí)際工程揚(yáng)塵預(yù)測(cè)及污染評(píng)估中可行性強(qiáng)，可信度高，有著廣泛的適用范圍。

值得注意的是對(duì)不同模型的模擬結(jié)果相對(duì)比形成對(duì)照組也同樣重要。將正交因子分解模型PMF（Positive Matrix Factorization）與CMB模型的量化結(jié)果相對(duì)照，PMF模型能夠區(qū)分土方施工揚(yáng)塵與道路塵，這是CMB模型所不具備的特征[58]。借助地理加權(quán)回歸GWR（Geographically Weighted Regression）和時(shí)間地理加權(quán)回歸GTWR（Gross Trailer Weight Rating）模型對(duì)臺(tái)灣地區(qū)PM系列顆粒物的時(shí)空分布結(jié)果相對(duì)照[59]，結(jié)果表明GWR與GTWR模型模擬結(jié)果一致性程度高，但GTWR模型對(duì)PM2.5和PM10在時(shí)空擴(kuò)散解釋能力與擬合程度上相比于GWR而言更勝一籌。秦珊珊[60]基于PM2.5與PM10濃度采樣的基礎(chǔ)上使用差分自回歸移動(dòng)平均模型（ARIMA）和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（BPNN）對(duì)大氣懸浮顆粒PM2.5和PM10濃度區(qū)間進(jìn)行預(yù)測(cè)并形成對(duì)照，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，模型預(yù)測(cè)結(jié)果表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)精度更好，對(duì)PM2.5和PM10濃度波動(dòng)范圍預(yù)測(cè)值更為合理，更適合應(yīng)用于工程領(lǐng)域。

不難發(fā)現(xiàn)揚(yáng)塵估算模型和揚(yáng)塵擴(kuò)散預(yù)測(cè)模型種類(lèi)及形式多樣，但不同的估算模型需要與實(shí)際研究區(qū)域的施工特征、當(dāng)?shù)貧庀笠蛩匾约皩?shí)際施工參數(shù)選取合適的估算模型。雖然估算模型間的解析解存在數(shù)值差異，若誤差在允許范圍內(nèi)則可認(rèn)為模型評(píng)估結(jié)果是一致的，誤差與不確定性是可控的是可避免的，其之間并無(wú)優(yōu)劣之分。計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值相差過(guò)大，則需對(duì)模型進(jìn)行修正，使其滿足本地區(qū)研究需求。正是因?yàn)槲覈?guó)黃土區(qū)域面積之大，黃土土質(zhì)易于揚(yáng)塵，且針對(duì)于黃土而言沒(méi)有具體可查的研究資料，這也為建立與修正適用于黃土地區(qū)土方施工揚(yáng)塵估算預(yù)測(cè)模型留有研究空間。

4 揚(yáng)塵的降塵對(duì)策研究

無(wú)論是揚(yáng)塵估算模型還是擴(kuò)散預(yù)測(cè)模型，均應(yīng)因地制宜突出地區(qū)適用性。若能較好的量化揚(yáng)塵排放量和評(píng)估揚(yáng)塵擴(kuò)散污染程度，這也是制定降塵和抑塵措施的基礎(chǔ)。以現(xiàn)有技術(shù)手段和方式方法可以主要?dú)w納為四個(gè)方面：物理抑塵、化學(xué)抑塵、植被降塵、物理降塵。

基于風(fēng)場(chǎng)特性與模擬結(jié)果[61]，圍欄高度的增加有助于抑制揚(yáng)塵的擴(kuò)散與遷移。此外，對(duì)稻草編織而成的地表遮蓋物的抑塵性能測(cè)試[62]后發(fā)現(xiàn)沒(méi)有辦法依靠單一抑塵手段消除裸露地表PM2.5與PM10的排放，這也為后繼研究人員利用多種抑塵方式相結(jié)合的方法提高抑塵效率提供了明確思路。化學(xué)抑塵方面，抑塵劑與地面間形成的抗脆硬化膜未被破壞前能長(zhǎng)期減少PM10的排放[63]，在此基礎(chǔ)上，田森林[64]和譚卓英[65]等進(jìn)行延伸，其借助正交實(shí)驗(yàn)找到最優(yōu)抑塵劑配比方案，提出一種具有固結(jié)路面、粘結(jié)、凝并、吸濕、保水特性的抑塵劑。但使用化工類(lèi)抑塵劑會(huì)存在難降解和環(huán)境隱患，故有專(zhuān)家學(xué)者認(rèn)為可利用植被降塵，如Chang Y M[66]等通過(guò)系列實(shí)驗(yàn)證實(shí)利用常見(jiàn)草種覆蓋裸露地表是一種廉價(jià)而有效的抑塵與降塵方式，且最大降塵率不超過(guò)45%。而林地的抑塵能力明顯強(qiáng)于自然草地，且林地的抑塵能力與林地種植分密度呈正相關(guān)性[67]。此外，植被葉片的大小、平滑或是褶皺、有蠟表面或是存在毛滴都會(huì)影響植被的抑塵能力[68]，這也為城市綠化與揚(yáng)塵減排凈化相結(jié)合提供了良好思路。通過(guò)實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前以抑塵網(wǎng)遮蓋、地表灑水濕潤(rùn)和定期清潔[69]為主要降塵手段。

5 展望

基于上述分析，土方施工揚(yáng)塵是大氣顆粒污染物的重要來(lái)源之一，該領(lǐng)域已引起我國(guó)專(zhuān)家學(xué)者足夠的重視，但是沒(méi)有提出合理的對(duì)策，也缺乏依據(jù)。我國(guó)黃土地區(qū)面積廣闊，針對(duì)黃土地區(qū)土方施工揚(yáng)塵還存在研究留白，據(jù)此希望研究得到相應(yīng)的衡量和評(píng)估依據(jù)，擬提出合理對(duì)策，豐富土方施工揚(yáng)塵研究理論。亦可參照現(xiàn)有揚(yáng)塵排放量估算方法和揚(yáng)塵預(yù)測(cè)模型，結(jié)合黃土地區(qū)土質(zhì)、施工特點(diǎn)和氣象要素對(duì)估算方法和預(yù)測(cè)模型進(jìn)行合理修正，通過(guò)不同模型間的對(duì)照分析，使所建模型具有廣泛適用性，以實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下土方施工揚(yáng)塵量的合理預(yù)測(cè)。后續(xù)研究中需要探究黃土地區(qū)土方施工揚(yáng)塵擴(kuò)散規(guī)律與氣象因子間的相關(guān)性，并明確氣象因子之間對(duì)擴(kuò)散規(guī)律的耦合作用效果，以此擬定切實(shí)可行的有效抑塵措施。此將是土方施工揚(yáng)塵系列問(wèn)題的研究趨勢(shì)與熱點(diǎn)問(wèn)題。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）當(dāng)前土方施工揚(yáng)塵領(lǐng)域的研究主要圍繞揚(yáng)塵源解析、揚(yáng)塵排放特性和揚(yáng)塵排放相關(guān)量化模型展開(kāi)，與黃土地區(qū)土方施工揚(yáng)塵有關(guān)的上述研究相對(duì)較少，而西北地區(qū)因揚(yáng)塵導(dǎo)致的霧霾天氣又比較多發(fā)，因此黃土地區(qū)可參照上述幾點(diǎn)展開(kāi)探究，豐富既有理論成果。

（2）氣象因子是影響揚(yáng)塵濃度和擴(kuò)散規(guī)律的重要影響因素，不同地區(qū)的氣象因子與施工揚(yáng)塵濃度間的相關(guān)性存在差異，需要明確黃土地區(qū)氣象因子與土方施工揚(yáng)塵間的相關(guān)性，深入探討氣象因子間的相互耦合效果是必要的。

（3）針對(duì)同一研究區(qū)域，不同的估算辦法和預(yù)測(cè)模型的數(shù)值差異是可控的或可消除的。在此基礎(chǔ)上結(jié)合地區(qū)特征對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化修正，建立適用于黃土地區(qū)土方施工揚(yáng)塵排放量估算方法，搭建揚(yáng)塵預(yù)測(cè)模型，并擬定切實(shí)可行的有效抑塵措施。

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Research Progress on Dust Emission from Earthwork Construction

Liu Jiaming1Di Yuhui1Mei Yuan2Wang Xueyan1

( 1.Xi'an Polytechnic University ,College of chemistry and environmental engineering, Xi'an, 710048; 2.Xi'an University of Architecture and Technology, Civil Engineering Institute, Xi'an, 710055 )

Earthwork construction dust has become one of the important pollution sources that plague China's ambient air quality. The existing achievements are mainly combed from the research contents of three aspects: dust source analysis, dust emission characteristics and dust emission related quantitative models. This paper attempts to summarize the research progress of dust in earthwork construction at home and abroad, and to clarify the research direction of the dust collection problem of earthwork construction, and provide reference for the assessment and treatment of urban earthwork construction dust.

Earthwork construction; dust source analysis; emission characteristics; dust diffusion law

X706

A

1671-6612（2019）04-449-08

陜西省教育廳產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：15JF017）；西安市科技局高校院所人才服務(wù)企業(yè)工程項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：2017074CG/RC037(XAGC012)）

劉嘉明（1993.10-），男，在讀研究生，E-mail：1318165612@qq.com

狄育慧（1964.02-），女，博士，教授，E-mail：470836165@qq.com

2018-08-27