巴利萌 鄧順熙# 汪晶發(fā) 宋 慧

(1.長安大學環(huán)境科學與工程學院，陜西 西安 710054；2.長安大學建筑工程學院，陜西 西安 710061)

近年來，我國機動車保有量迅速增長，交通污染排放已成為城市空氣污染的重要來源，其中道路交通揚塵排放是城市顆粒物污染的重要因素[1]。相關研究顯示，PM2.5每增加5 μg/m3，肺癌風險就會增加18%；PM10每增加10 μg/m3，肺癌風險增加22%；在繁忙道路附近100 m內(nèi)居住，肺癌風險高出9%[2]。因此，研究道路交通揚塵排放特征及其顆粒物排放量很有必要。

道路交通揚塵是道路積塵在機動車行駛過程中產(chǎn)生的氣流作用下再懸浮而進入空氣中形成的[3]。BHASKAR等[4]對印度坎普爾的道路交通揚塵排放特征研究發(fā)現(xiàn)，道路交通揚塵顆粒物排放占機動車總排放質(zhì)量的20%～35%。AMATO等[5]對法國巴黎城區(qū)道路交通揚塵排放的研究得出，道路交通揚塵的PM10排放量占城市PM10年均排放量的60%。國內(nèi)道路交通揚塵排放的研究主要集中在京津冀[6]23,[7]、珠三角[8],[9]2661等城市和地區(qū)，對于西北地區(qū)城市的道路交通揚塵排放特征還知之甚少。

渭南位于陜西關中平原東部，是陜西東部地區(qū)政治經(jīng)濟文化中心和交通樞紐，受地形和氣象條件的影響，該地區(qū)污染物擴散條件較差。分析近3年的“陜西省統(tǒng)計年鑒”發(fā)現(xiàn)，渭南機動車保有量平均每年增加9.2%。

因此，本研究對渭南主城區(qū)道路積塵負荷進行實測，并收集不同類型道路上機動車活動水平信息，采用AP-42模型[10]計算渭南主城區(qū)道路交通揚塵排放的顆粒物，并分析不同路型、不同車型對道路交通揚塵排放顆粒物的影響以及日變化特征，為道路交通揚塵污染治理提供決策依據(jù)。

1 研究方法

1.1 道路積塵負荷監(jiān)測

根據(jù)渭南主城區(qū)路網(wǎng)實際情況分別在主干道、次干道、支路、省道、國道和高速共計45條道路(見表1)上進行了道路積塵負荷監(jiān)測。

道路積塵負荷監(jiān)測方法遵循《防治城市揚塵污染技術規(guī)范》(HJ/T 393—2007)要求，采用道路積塵負荷車載式快速監(jiān)測系統(tǒng)[11]開展走航監(jiān)測。

1.2 道路交通揚塵顆粒物排放量估算

利用排放因子法對渭南主城區(qū)2018年道路交通揚塵顆粒物排放量進行估算，計算方法如式(1)所示。

Q=N×E×L×V

(1)

式中：Q為某一道路類型的交通揚塵顆粒物年排放量，kg；N為基準年天數(shù)，d，取365 d；E為某一道路類型的交通揚塵顆粒物排放因子，kg/(km·輛)；L為某一道路類型的總長，km；V為某一道路類型上的日均交通量，輛/d。

本研究計算排放因子時用的積塵負荷是在常規(guī)條件下監(jiān)測的，即在道路日常灑水2 h后路面干燥情況下走航監(jiān)測，不必考慮道路污染控制措施的控制效率，故采用美國環(huán)境保護署(USEPA)的AP-42模型來計算道路交通揚塵顆粒物排放因子(見式(2))。

E=K×SL0.91×W1.02×(1-P/4N)

(2)

式中：K為揚塵顆粒物粒度乘數(shù)，g/km ；SL為某一道路類型的積塵負荷，g/m2；W為某一道路類型的平均車重，t；P為基準年內(nèi)可見降水天數(shù)(即降水量大于0.254 mm的天數(shù))，d，渭南2018年可見降水天數(shù)為89 d。

揚塵顆粒物粒度乘數(shù)參考USEPA的推薦值，PM2.5和PM10的粒度乘數(shù)分別取0.15、0.62 g/km。

日均交通量通過向當?shù)亟还懿块T收集主要道路卡口視頻資料并進行統(tǒng)計分析得到，同時計算車流量系數(shù)[6]23；平均車重通過對當?shù)貦C動車檢測中心提供的不同車型平均重量、不同車型機動車占比等信息計算得到。渭南主城區(qū)各道路類型上的日均交通量和平均車重見表2。

利用ArcGIS 10.2軟件的解譯功能得到不同道路類型的總長，結(jié)果見表3。

2 結(jié)果與討論

2.1 道路積塵負荷特征分析

2.1.1 不同道路類型積塵負荷分布特征

由表4可知，渭南主城區(qū)各道路類型平均積塵負荷大小順序為：支路>次干道>省道>主干道>國道>高速，分別為1.79、1.22、1.08、0.94、0.71、0.05 g/m2。渭南位于西北地區(qū)，氣候干燥，且易受沙塵暴影響，降塵量相對較大[12]。通過對渭南主城區(qū)監(jiān)測道路的積塵負荷及監(jiān)測距離加權(quán)平均得到積塵負荷的平均值為1.03 g/m2，比樊守彬等[6]22對北京的研究結(jié)果高出約2倍，但不同類型道路的積塵負荷分布特征相似。支路積塵負荷大，主要由于支路車流量小而行人活動相對密集，且道路清潔頻率較低；高速積塵負荷小，主要由于車流量大、車速快，機動車行駛過程造成的空氣擾動使路面積塵揚起，導致路面積塵少。

表1 積塵負荷監(jiān)測道路

表2 渭南主城區(qū)不同道路類型日均交通量和平均車重

表3 渭南主城區(qū)不同道路類型的總長

表4 渭南主城區(qū)不同道路類型積塵負荷

2.1.2 道路灑水前后的積塵負荷比較

選擇不同道路類型的共計10條道路比較了灑水前以及灑水2 h后路面干燥情況下的積塵負荷，結(jié)果如圖1所示。由圖1可見，大部分道路均是灑水后的積塵負荷低于灑水前，灑水后積塵負荷相較于灑水前平均下降11.3%，可見灑水作業(yè)對城市道路積塵有較好的去除效果。

圖1 灑水前后的積塵負荷比較Fig.1 Comparison of dust loading before and after sprinkling

2.2 道路交通揚塵顆粒物排放因子

2.2.1 不同道路類型的交通揚塵顆粒物排放因子

圖2顯示，各道路類型的交通揚塵PM2.5、PM10排放因子大小順序均為：支路>省道>次干道>國道>主干道>高速，與不同道路類型積塵負荷分布特征基本一致，這與北京[6]23和珠江三角洲[9]2660的交通揚塵顆粒物排放因子研究結(jié)果一致，說明道路積塵負荷是道路交通揚塵顆粒物排放因子的主要影響因素?？傮w而言，PM10的排放因子大于PM2.5。

圖2 渭南主城區(qū)不同道路類型交通揚塵的排放因子Fig.2 Fugitive dust emission characteristics of different road types in main urban area of Weinan

2.2.2 不同車型對排放因子的影響

不同道路類型上車型分布不同，對平均車重有重要影響，依據(jù)各道路類型上平均車重的相似性將研究的6種道路類型合并為城市道路(包括主干道、次干道和支路)、國省道(包括國道和省道)和高速3類，用于討論不同車型對交通揚塵顆粒物排放因子的影響。由圖3可見，不同道路類型上，不同車型的交通揚塵顆粒物排放因子大小排序規(guī)律基本相同，即重型貨車>大型客車>中型貨車>中型客車>輕型貨車>小型客車>摩托車，可以看出車重越大，排放因子越大。

2.3 道路交通揚塵顆粒物排放量

2.3.1 不同道路類型交通揚塵顆粒物年排放量

由表5可見，渭南主城區(qū)道路交通揚塵的PM2.5和PM10年排放量分別為1 149.65、4 751.88 t，其中由于主干道車流量大且道路總長最長，其PM2.5、PM10年排放量最大，分別為565.55、2 337.60 t，而國道最小，分別為44.42、183.59 t。

2.3.2 不同車型對道路交通揚塵顆粒物排放量的影響

分析表6可知，同一道路類型，各車型的PM2.5和PM10年排放量分擔率相同。計算不同道路類型上各車型的PM2.5或PM10年排放量分擔率發(fā)現(xiàn)，不同車型在不同道路類型上引起的交通揚塵顆粒物排放分擔率差別較大。城市道路上交通揚塵顆粒物排放主要來源于小型客車，分擔率達到59.49%，其次是大型客車，分擔率為30.46%；國省道上小型客車的交通揚塵顆粒物年排放量分擔率為41.46%，重型貨車為36.75%；而重型貨車在高速上的分擔率最大(63.35%)。

圖3 不同車型的排放因子Fig.3 Emission factors of different vehicle types

表5 渭南主城區(qū)2018年不同道路類型交通揚塵顆粒物年排放量

2.3.3 道路交通揚塵顆粒物排放日變化特征

由圖4可見，渭南主城區(qū)城市道路的車流量系數(shù)日變化趨勢相似，均呈現(xiàn)出明顯的雙峰分布特征，而國省道和高速由于受早晚高峰的影響較小，雙峰日變化特征不如城市道路明顯。

圖4 渭南主城區(qū)不同道路類型車流量系數(shù)日變化特征Fig.4 Diurnal variation characteristics of traffic flow coefficients of different road types in main urban area of Weinan

由于道路交通揚塵PM2.5和PM10小時排放量的日變化趨勢一致，因此以PM10的小時排放量日變化數(shù)據(jù)為例進行分析(見圖5)。PM10小時排放量日變化趨勢與各道路類型的車流量系數(shù)日變化基本一致，說明車流量是影響道路交通揚塵顆粒物排放量的重要因素。城市道路上，早高峰(7:00—9:00)與晚高峰(17:00—19:00)時道路揚塵PM10小時排放量出現(xiàn)明顯的峰值。國省道和高速上由于車流量受早晚高峰的影響較小，其道路揚塵PM10小時排放量的雙峰分布不明顯，總體上白天排放量明顯高于夜間。但是高速上夜間排放量較高，這是因為夜間高速上中重型貨車車流量較大。

表6 渭南主城區(qū)2018年不同車型的道路交通揚塵顆粒物年排放量

注：小時排放量計算方法參照式(1)，N改為時間，取1 h；V改為某一道路類型上的時均交通量，輛/h；同時假設E全年不變。

圖5 渭南主城區(qū)不同道路類型交通揚塵PM10
小時排放量日變化特征
Fig.5 Diurnal variation characteristics of PM10hourly
emissions of different road types in main
urban area of Weinan

3 結(jié) 論

(1) 渭南主城區(qū)支路、次干道、省道、主干道、國道和高速積塵負荷分別為1.79、1.22、1.08、0.94、0.71、0.05 g/m2；灑水2 h后積塵負荷較灑水前平均下降11.3%。

(2) 渭南主城區(qū)各道路類型的交通揚塵顆粒物排放因子大小順序均為：支路>省道>次干道>國道>主干道>高速，與不同道路類型積塵負荷分布特征相似；不同車型的交通揚塵顆粒物排放因子與平均車重呈正相關關系，表現(xiàn)為：重型貨車>大型客車>中型貨車>中型客車>輕型貨車>小型客車>摩托車。

(3) 渭南主城區(qū)道路交通揚塵PM2.5和PM10的年排放量分別為1 149.65、4 751.88 t。城市道路上交通揚塵顆粒物排放主要來源于小型客車，分擔率達到59.49%；國省道也主要來源于小型客車，分擔率為41.46%；高速主要來源于重型貨車，分擔率為63.35%。

(4) 不同道路類型交通揚塵PM2.5、PM10小時排放量的日變化趨勢與車流量系數(shù)一致，城市道路早晚高峰出現(xiàn)明顯的雙峰日變化特征，而國省道和高速雙峰日變化特征不明顯。