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交通揚塵排放特征研究范文

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交通揚塵排放特征研究

《環境科學與技術雜志》2014年第S1期

1材料與方法

1.1實驗方法本研究選取了佛山市10條典型路段進行采樣和調查,采樣路段分布如圖1所示,采樣路段的基本情況如表1所示。由于佛山市屬亞熱帶季風性濕潤氣候區,春秋短促,夏季綿長,無氣候意義上的冬季[17],因此,選擇夏季采樣,采樣時間:2010年7月5-14日,8月2-4日。采樣調查采用《防治城市揚塵污染技術規范》(HJT393-2007)[18]附錄B道路積塵負荷的監測方法進行。首先標出0.3~3m寬的采樣區域,計算采樣面積,每個樣品的采樣面積累計記為S;用真空吸塵器掃路面積塵;采樣完畢后,將吸塵紙袋裝入密封袋中。在105℃條件下將單個道路積塵樣品烘至恒重,在干燥器中冷卻,稱重,記為W0(單位:g);去除煙頭、生活垃圾等雜質;將20目、200目篩子由上而下層疊放入搖床內,稱取道路積塵,放入20目篩中,重量記為W(單位:g);搖床搖擺振動操作后,取出稱重20目的篩上物,記為W20(單位:g);取出稱量200目的篩上物,記為W200(單位:g)。

1.2AP-42排放因子模型介紹本研究利用美國環保局(EPA)推薦的AP-42方法對佛山市中心區交通揚塵排放進行計算。具體計算方法如下,對于排放系數EF,AP-42提出的經驗估算公式如下[4]:式(2)~(3)中,E為某一區域鋪設道路的揚塵年總排放量(g),F為車流量(輛/a);L為道路長度(km);T為研究時間長度(取1a)。本文通過計算獲得每種道路類型的揚塵排放因子EF,再結合每種道路類型的車流總量、道路長度總量,計算每種道路類型的揚塵排放總量,從而獲得佛山市中心區交通揚塵排放總量。

1.3排放因子模型參數計算所需參數包括:塵負荷、揚塵粒度乘數、研究時間內的降水天數、研究區域內道路平均車重、車流量、道路長度。以上參數除了揚塵粒度乘數、降水天數及道路長度等參數,其余均可通過上述交通揚塵調查獲得。

1.3.1塵負荷

1.3.2揚塵粒度乘數揚塵粒度乘數為美國環保局通過在美國中西部大量實驗研究計算獲得,由于粒度乘數只與車型有關,因此直接使用美國AP-42提供的默認值[4]。

1.3.3降雨天數根據2009年佛山市的氣象數據,該區域1a(365d)中降雨的天數為132d。

1.3.4平均車重平均車重是指研究區域道路行駛車輛的平均重量。經野外實測得到道路上不同車型所占的比例及不同車型的平均質量,經加權平均計算得到的佛山市采樣道路上行駛車輛的平均車重見表2。

1.3.5道路車流量和道路長度在式(3)中,車公里數A(VKT)是車輛在特定路段行駛里程數的總和。本研究中用道路車流量和道路長度的乘積來代替A的值。車流量、道路長度及各道路類型車公里數A值如表3所示。

2結果與分析

2.1道路塵負荷通過該調查可以得到不同道路的塵負荷。調查結果如表4所示。根據道路類型的不同,塵負荷也會有所不同:國道<高速路<快速路<主干道<次干道<支路。周啟星等調研了天津道路塵負荷,研究結果表明:主干道(0.40g/m2)<次干道(0.64g/m2)<支路(2.02g/m2)[5]。可見,不同城市的道路塵負荷特征具有相似性,支路塵負荷較大,這主要是因為支路上人的活動較密集,城市垃圾碎屑較多。與天津市相比,佛山市塵負荷較高,可以推測佛山市支路碎屑較多于天津市。

2.2交通揚塵的排放因子交通揚塵排放因子(EF)見表5。隨著顆粒物粒徑的增大,排放因子也隨之增大。佛山市不同道路的排放因子的大小排序為:高速路>支路>快速路>次干道>主干道>國道。然而,在天津,道路的排放因子排序為:支路PM10(EF為2.02g/VKT)>次干道PM10(EF為0.71g/VKT)>主干道PM10(EF為0.46g/VKT)[5]。與塵負荷相比,排放因子受道路平均車重的影響較大,即同條道路,即使塵負荷較大,但平均車重較小,則排放因子也可能較小。佛山市支路道路塵負荷較天津市的大,但PM10的排放因子卻比天津市小,由此可知,天津市支路平均車重高于佛山市,說明天津市在支路上行駛的大、中型車比例高于佛山市。另外,佛山市PM10排放因子與天津市排放因子范圍相似,從0.68到2.41g/VKT不等,由此推出,中國北方(如天津)與南方城市(如佛山)的PM10的排放因子有一定的相似性。同類研究中,交通揚塵排放情況比較如表6所示。由表6可知,中國城市的塵負荷和PM10排放因子為同等水平,這也印證了表5的結論。與其他國家的研究比較,總體而言,中國城市塵負荷與美國華盛頓相似,而PM10的排放因子高于其2~3倍,而與加利福尼亞州的排放水平相似。這說明中國城市道路車流量與華盛頓相似,而平均車重高于華盛頓,低于加利福尼亞。除了車流的影響,較差的道路質量會增加塵負荷。在同類研究中,加州長灘是塵負荷水平最低的。這可能是因為加州長灘是旅游勝地,道路質量和維護水平較高。這也可能是中國道路平塵負荷水平比印度開普爾低30倍的原因,開普爾是同類研究中塵負荷最高的。中國道路平均PM10排放因子低于印度開普爾,這主要是因為高比例的大、中型機動車會使排放因子隨著車輛平均重量的增加而增大。總體而言,中國的交通揚塵排放(PM10)水平與美國相近,低于亞洲的2個發展中國家(泰國和印度)。這與中國在交通揚塵排放和機動車污染方面的控制密不可分。

2.3交通揚塵排放強度交通揚塵排放強度(EI)是指1d內每千米道路長度揚塵的排放量。排放強度見表7。排放因子隨著顆粒物粒徑的增大而增大。在佛山,不同道路排放強度的大小排序如下:國道>高速路>次干道>快速路>主干道>支路。然而,在天津PM10的EI值排序為主干道(28.8kg(/km•d))>次干道(24.1kg(/km•d))>支路(14.3kg(/km•d))[5]。上述2市支路揚塵排放強度均較低。與排放因子相比較,排放強度受車流量影響較大。相較于天津市,佛山市支路PM10排放因子較小,但其PM10排放強度卻較大,這主要是由佛山市支路車流量較大所造成的。

2.4交通揚塵排放與車輛排放使用AP-42模型,對佛山交通揚塵年排放量的計算結果如表8所示。在佛山,交通揚塵中的PM30年排放大約是3.6×104t。PM2.5和PM10分別約占PM30的5%和20%。交通揚塵年排放量隨主干道、次干道、支路、高速路、國道、快速路依次遞減。在天津,此趨勢為支路(PM10:2967t)>次干道(PM10:938t)>主干道(PM10:672t)[5]。天津與佛山的交通揚塵年排放量不同。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年排放量卻低于天津市。總的來說,道路年行駛里程是造成排放強度和排放量排序差異的重要因素。因此可知,佛山市支路年行駛里程低于天津市支路年行駛里程。基于COPERT模型,計算了機動車尾氣和非尾氣管排放(如,輪胎磨損、剎車部件磨損和路面磨損等)的PM2.5和PM10,并與交通揚塵排放的PM2.5和PM10進行對比。對比結果顯示,機動車排放的PM2.5與交通揚塵的比值為6%~38%,主要是來自于機動車尾氣排放(65%~81%),然而機動車排放的PM10與交通揚塵的比值為3%~16%,主要是來自于機動車尾氣排放(67%~82%)。如表9所示。2010年,佛山機動車排放PM2.5為268t,與交通揚塵PM2.5排放的比值為16%,其中,機動車尾氣排放PM2.5約占機動車排放PM2.5的75%。同時,機動車排放PM10為557.5t,與交通揚塵PM10排放的比值為8%,其中,機動車尾氣排放PM10約占機動車排放PM10的75%,如表10所示。

2.5交通揚塵的空間分布基于ArcMap軟件,本研究將佛山市中心區劃分成1km×1km的網格,統計每個網格的車輛行駛里程,計算網格交通揚塵年排放量,構建交通揚塵網格化清單如圖2所示。由圖2可知,交通揚塵排放在佛山市中心區的東部尤為顯著,因為該區域路網密集,交通揚塵污染的排放源較多。

3結論

(1)佛山市路面塵負荷大小順序為支路>次干道>主干道>快速路>高速路>國道,支路塵負荷較大,與中國北方城市(如天津)相似,但略高,說明佛山市支路車城市垃圾碎屑較多。(2)佛山市道路排放因子大小排序為高速路>支路>快速路>次干道>主干道>國道,排放因子范圍與北方城市相似,但佛山市支路道路排放因子略小,說明該道路類型的大、中型車比例略低。與國外城市相比,總體而言,中國城市交通揚塵排放水平與美國相近,低于亞洲發展中國家水平(泰國、印度)。(3)佛山市道路排放強度大小排序為國道>高速路>次干道>快速路>主干道>支路,支路排放強度較小,與北方城市相似。(4)佛山交通揚塵年排放量隨主干道、次干道、支路、高速路、國道、快速路依次遞減。道路行駛里程是造成排放強度和排放量排序差異的重要因素。(5)佛山車輛PM2.5年排放與交通揚塵PM2.5年排放的比值為16%,車輛PM10年排放與交通揚塵PM年排放的比值為8%。(6)通過佛山中心區交通揚塵排放分布圖6可知其東部區域由于路網密集導致其交通揚塵排放尤為突出。

作者:劉永紅 詹鵑銘劉建昌徐偉嘉張武英單位:中山大學智能交通研究中心佛山市環境監測中心站中山大學先進技術研究院廣東方緯科技有限公司

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