廣東某城市道路揚塵排放系數(shù)及排放量研究

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，對其典型道路揚塵塵負荷進行了采樣分析，共采集揚塵樣品30個，通過對樣品的分析，獲得該地區(qū)各級道路的塵負荷水平，結(jié)果表明：該地區(qū)不同等級道路的塵負荷值分別為： 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塵排放的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合已計算得出的道路塵負荷數(shù)據(jù)，估算了該地區(qū)道路揚塵的排放系數(shù)，結(jié)果顯示：不同等級道路揚塵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)法計算得出了該城市道路揚塵顆粒物排放量，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：道路揚塵；排放系數(shù)；排放量

中圖分類號：X513

文獻標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2017）16000104

1引言

隨著廣東省各城市機動車保有量不斷增加，道路建設(shè)工程的不斷加快，道路揚塵問題不容忽視。道路揚塵是一種復(fù)合的揚塵源類，其來源多且復(fù)雜，主要的來源包括機動車尾氣塵、道路積塵再揚起、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)及時灑水的降塵等等。此外，道路揚塵還會在風(fēng)力等作用下重新進入到大氣中，再次形成大氣顆粒物＼[1＼]。截至目前，道路揚塵的控制已經(jīng)成為環(huán)境空氣顆粒物污染防控重點及難點。

在道路揚塵污染的研究領(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)計算。而目前國內(nèi)對道路揚塵排放的研究主要集中在大城市地區(qū)，如北京、呼和浩特、濟南、長三角及珠三角等＼[4-10＼]，而針對其他道路揚塵污染更加嚴(yán)重的欠發(fā)達的中小型城市研究還比較缺乏。

由于道路揚塵對本地空氣質(zhì)量的影響不容忽視，各地政府及環(huán)保部門都已經(jīng)開始著手對道路揚塵的污染治理工作，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)驗并計算出的排放量可能會導(dǎo)致較大的誤差，進而導(dǎo)致難以制定出科學(xué)合理的控制措施。為此，筆者通過對廣東某中小型城市不同等級道路進行揚塵樣品采集，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塵排放量，為南方欠發(fā)達城市計算道路揚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研究對象

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

2.2道路揚塵排放系數(shù)估算方法

采用AP-42方法體系對道路揚塵的排放系數(shù)進行估算，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種道路揚塵顆粒物的排放系數(shù)（g/VKT，即每輛車行駛1 km揚起的顆粒物排放量）；kj為第j種揚塵顆粒物的粒度乘數(shù)（g/VKT）；sL為道路揚塵塵負荷值（g/m2），即單位面積道路揚塵顆粒物重量；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為各等級道路第j種揚塵顆粒物的排放量（kg）；n為道路的等級數(shù)量；Eij為第i種道路上第j種揚塵顆粒物排放系數(shù)（g/VKT）；Li為研究區(qū)域內(nèi)第i種等級道路的總長度（km）；Vi為第i種等級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運用大量的現(xiàn)場實驗和重復(fù)分析計算得出的數(shù)據(jù)，計算道路揚塵中TSP、PM10、PM2.5時粒度乘數(shù)分別取3.23、0.62、0.15。

2.4.2道路塵負荷sL

研究采集了該城市各等級道路典型路段道路揚塵樣品，并進行實驗室分析，通過公式計算得出各等級道路塵負荷：

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

式（3）中，W為揚塵樣品質(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種等級道路上第j種車型的車輛比例；Wij為第i種等級道路上第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)平均車重數(shù)據(jù)＼[10＼]，如表1所示。

2.4.4各等級道路長度

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

2.4.5不同等級道路的車流量endprint

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

3道路塵負荷研究

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塵樣品，根據(jù)采樣路段的長度來確定采樣點的數(shù)量和位置，在每條監(jiān)測道路上布設(shè)1～3個采樣點，各個采樣點之間間隔約800 m。結(jié)合采樣路段的揚塵積塵量來確定采樣面積，采樣區(qū)域為矩形，用膠帶標(biāo)記好后開始采樣。采用發(fā)電機提供電力，利用吸塵器吸取一定面積的道路揚塵樣品，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，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類不同等級典型道路，對該城市道路進行了道路揚塵樣品采集，共采集數(shù)量為30個。

3.2實驗室處理

為估算道路塵負荷，將采集的道路揚塵樣品烘干后，進行稱重；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各等級道路塵負荷

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

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

從表4可知，該城市各等級道路塵負荷值大小順序為：支路>次干道>主干道>快速路，主要是因為快速路由于車流量相對較大，容易將道路揚塵揚起，使得其路面塵負荷相對較小，而支路車流量相對較小，則塵負荷較大。

從表5 可知，該城市不同等級道路的道路塵負荷水平與珠三角及濟南市較為接近，遠小于印度坎普爾的道路塵負荷值，說明不同地區(qū)道路塵負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)的道路塵負荷值具有顯著性差異。

4.2道路揚塵排放系數(shù)

基于本研究實驗測量得到的道路塵負荷，結(jié)合該地區(qū)車流量等相關(guān)信息，運用公式（1）估算得到該城市不同等級道路的揚塵排放系數(shù)，如表6所示。

從表6 可知，主干道的揚塵排放系數(shù)最小，其次是次干道，支路的揚塵排放系數(shù)最大。結(jié)合數(shù)據(jù)分析可知， 車流量越大，道路揚塵塵負荷值越小，排放系數(shù)也越小。該地區(qū)道路揚塵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。

對不同城市的道路揚塵PM10排放系數(shù)對比分析，如表7 所示。該城市道路揚塵PM10排放系數(shù)比珠三角地區(qū)高，較濟南市和呼和浩特市稍低，遠低于印度坎普爾，說明不同地區(qū)的道路揚塵排放系數(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道路揚塵排放量

結(jié)合該城市各等級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中計算得出的道路揚塵排放系數(shù)，利用公式（2）得出樣本城市各等級道路的揚塵排放量，如表8 所示。

從表8 可知，研究的樣本城市各級道路揚塵源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，所以揚塵總排放量相對較高。

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道路的塵負荷值分別為：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）該城市不同等級道路揚塵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）該城市交通道路揚塵TSP排放量為44614.27 t，PM10為8563.73 t，PM2.5為2071.87 t。

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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