渭南主城区道路积尘负荷及交通扬尘颗粒物排放*

巴利萌 邓顺熙# 汪晶发 宋 慧

(1.长安大学环境科学与工程学院，陕西 西安 710054；2.长安大学建筑工程学院，陕西 西安 710061)

近年来，我国机动车保有量迅速增长，交通污染排放已成为城市空气污染的重要来源，其中道路交通扬尘排放是城市颗粒物污染的重要因素[1]。相关研究显示，PM2.5每增加5 μg/m3，肺癌风险就会增加18%；PM10每增加10 μg/m3，肺癌风险增加22%；在繁忙道路附近100 m内居住，肺癌风险高出9%[2]。因此，研究道路交通扬尘排放特征及其颗粒物排放量很有必要。

道路交通扬尘是道路积尘在机动车行驶过程中产生的气流作用下再悬浮而进入空气中形成的[3]。BHASKAR等[4]对印度坎普尔的道路交通扬尘排放特征研究发现，道路交通扬尘颗粒物排放占机动车总排放质量的20%～35%。AMATO等[5]对法国巴黎城区道路交通扬尘排放的研究得出，道路交通扬尘的PM10排放量占城市PM10年均排放量的60%。国内道路交通扬尘排放的研究主要集中在京津冀[6]23,[7]、珠三角[8],[9]2661等城市和地区，对于西北地区城市的道路交通扬尘排放特征还知之甚少。

渭南位于陕西关中平原东部，是陕西东部地区政治经济文化中心和交通枢纽，受地形和气象条件的影响，该地区污染物扩散条件较差。分析近3年的“陕西省统计年鉴”发现，渭南机动车保有量平均每年增加9.2%。

因此，本研究对渭南主城区道路积尘负荷进行实测，并收集不同类型道路上机动车活动水平信息，采用AP-42模型[10]计算渭南主城区道路交通扬尘排放的颗粒物，并分析不同路型、不同车型对道路交通扬尘排放颗粒物的影响以及日变化特征，为道路交通扬尘污染治理提供决策依据。

1 研究方法

1.1 道路积尘负荷监测

根据渭南主城区路网实际情况分别在主干道、次干道、支路、省道、国道和高速共计45条道路(见表1)上进行了道路积尘负荷监测。

道路积尘负荷监测方法遵循《防治城市扬尘污染技术规范》(HJ/T 393—2007)要求，采用道路积尘负荷车载式快速监测系统[11]开展走航监测。

1.2 道路交通扬尘颗粒物排放量估算

利用排放因子法对渭南主城区2018年道路交通扬尘颗粒物排放量进行估算，计算方法如式(1)所示。

Q=N×E×L×V

(1)

式中：Q为某一道路类型的交通扬尘颗粒物年排放量，kg；N为基准年天数，d，取365 d；E为某一道路类型的交通扬尘颗粒物排放因子，kg/(km·辆)；L为某一道路类型的总长，km；V为某一道路类型上的日均交通量，辆/d。

本研究计算排放因子时用的积尘负荷是在常规条件下监测的，即在道路日常洒水2 h后路面干燥情况下走航监测，不必考虑道路污染控制措施的控制效率，故采用美国环境保护署(USEPA)的AP-42模型来计算道路交通扬尘颗粒物排放因子(见式(2))。

E=K×SL0.91×W1.02×(1-P/4N)

(2)

式中：K为扬尘颗粒物粒度乘数，g/km ；SL为某一道路类型的积尘负荷，g/m2；W为某一道路类型的平均车重，t；P为基准年内可见降水天数(即降水量大于0.254 mm的天数)，d，渭南2018年可见降水天数为89 d。

扬尘颗粒物粒度乘数参考USEPA的推荐值，PM2.5和PM10的粒度乘数分别取0.15、0.62 g/km。

日均交通量通过向当地交管部门收集主要道路卡口视频资料并进行统计分析得到，同时计算车流量系数[6]23；平均车重通过对当地机动车检测中心提供的不同车型平均重量、不同车型机动车占比等信息计算得到。渭南主城区各道路类型上的日均交通量和平均车重见表2。

利用ArcGIS 10.2软件的解译功能得到不同道路类型的总长，结果见表3。

2 结果与讨论

2.1 道路积尘负荷特征分析

2.1.1 不同道路类型积尘负荷分布特征

由表4可知，渭南主城区各道路类型平均积尘负荷大小顺序为：支路>次干道>省道>主干道>国道>高速，分别为1.79、1.22、1.08、0.94、0.71、0.05 g/m2。渭南位于西北地区，气候干燥，且易受沙尘暴影响，降尘量相对较大[12]。通过对渭南主城区监测道路的积尘负荷及监测距离加权平均得到积尘负荷的平均值为1.03 g/m2，比樊守彬等[6]22对北京的研究结果高出约2倍，但不同类型道路的积尘负荷分布特征相似。支路积尘负荷大，主要由于支路车流量小而行人活动相对密集，且道路清洁频率较低；高速积尘负荷小，主要由于车流量大、车速快，机动车行驶过程造成的空气扰动使路面积尘扬起，导致路面积尘少。

表1 积尘负荷监测道路

表2 渭南主城区不同道路类型日均交通量和平均车重

表3 渭南主城区不同道路类型的总长

表4 渭南主城区不同道路类型积尘负荷

2.1.2 道路洒水前后的积尘负荷比较

选择不同道路类型的共计10条道路比较了洒水前以及洒水2 h后路面干燥情况下的积尘负荷，结果如图1所示。由图1可见，大部分道路均是洒水后的积尘负荷低于洒水前，洒水后积尘负荷相较于洒水前平均下降11.3%，可见洒水作业对城市道路积尘有较好的去除效果。

图1 洒水前后的积尘负荷比较Fig.1 Comparison of dust loading before and after sprinkling

2.2 道路交通扬尘颗粒物排放因子

2.2.1 不同道路类型的交通扬尘颗粒物排放因子

图2显示，各道路类型的交通扬尘PM2.5、PM10排放因子大小顺序均为：支路>省道>次干道>国道>主干道>高速，与不同道路类型积尘负荷分布特征基本一致，这与北京[6]23和珠江三角洲[9]2660的交通扬尘颗粒物排放因子研究结果一致，说明道路积尘负荷是道路交通扬尘颗粒物排放因子的主要影响因素。总体而言，PM10的排放因子大于PM2.5。

图2 渭南主城区不同道路类型交通扬尘的排放因子Fig.2 Fugitive dust emission characteristics of different road types in main urban area of Weinan

2.2.2 不同车型对排放因子的影响

不同道路类型上车型分布不同，对平均车重有重要影响，依据各道路类型上平均车重的相似性将研究的6种道路类型合并为城市道路(包括主干道、次干道和支路)、国省道(包括国道和省道)和高速3类，用于讨论不同车型对交通扬尘颗粒物排放因子的影响。由图3可见，不同道路类型上，不同车型的交通扬尘颗粒物排放因子大小排序规律基本相同，即重型货车>大型客车>中型货车>中型客车>轻型货车>小型客车>摩托车，可以看出车重越大，排放因子越大。

2.3 道路交通扬尘颗粒物排放量

2.3.1 不同道路类型交通扬尘颗粒物年排放量

由表5可见，渭南主城区道路交通扬尘的PM2.5和PM10年排放量分别为1 149.65、4 751.88 t，其中由于主干道车流量大且道路总长最长，其PM2.5、PM10年排放量最大，分别为565.55、2 337.60 t，而国道最小，分别为44.42、183.59 t。

2.3.2 不同车型对道路交通扬尘颗粒物排放量的影响

分析表6可知，同一道路类型，各车型的PM2.5和PM10年排放量分担率相同。计算不同道路类型上各车型的PM2.5或PM10年排放量分担率发现，不同车型在不同道路类型上引起的交通扬尘颗粒物排放分担率差别较大。城市道路上交通扬尘颗粒物排放主要来源于小型客车，分担率达到59.49%，其次是大型客车，分担率为30.46%；国省道上小型客车的交通扬尘颗粒物年排放量分担率为41.46%，重型货车为36.75%；而重型货车在高速上的分担率最大(63.35%)。

图3 不同车型的排放因子Fig.3 Emission factors of different vehicle types

表5 渭南主城区2018年不同道路类型交通扬尘颗粒物年排放量

2.3.3 道路交通扬尘颗粒物排放日变化特征

由图4可见，渭南主城区城市道路的车流量系数日变化趋势相似，均呈现出明显的双峰分布特征，而国省道和高速由于受早晚高峰的影响较小，双峰日变化特征不如城市道路明显。

图4 渭南主城区不同道路类型车流量系数日变化特征Fig.4 Diurnal variation characteristics of traffic flow coefficients of different road types in main urban area of Weinan

由于道路交通扬尘PM2.5和PM10小时排放量的日变化趋势一致，因此以PM10的小时排放量日变化数据为例进行分析(见图5)。PM10小时排放量日变化趋势与各道路类型的车流量系数日变化基本一致，说明车流量是影响道路交通扬尘颗粒物排放量的重要因素。城市道路上，早高峰(7:00—9:00)与晚高峰(17:00—19:00)时道路扬尘PM10小时排放量出现明显的峰值。国省道和高速上由于车流量受早晚高峰的影响较小，其道路扬尘PM10小时排放量的双峰分布不明显，总体上白天排放量明显高于夜间。但是高速上夜间排放量较高，这是因为夜间高速上中重型货车车流量较大。

表6 渭南主城区2018年不同车型的道路交通扬尘颗粒物年排放量

注：小时排放量计算方法参照式(1)，N改为时间，取1 h；V改为某一道路类型上的时均交通量，辆/h；同时假设E全年不变。

图5 渭南主城区不同道路类型交通扬尘PM10
小时排放量日变化特征
Fig.5 Diurnal variation characteristics of PM10hourly
emissions of different road types in main
urban area of Weinan

3 结 论

(1) 渭南主城区支路、次干道、省道、主干道、国道和高速积尘负荷分别为1.79、1.22、1.08、0.94、0.71、0.05 g/m2；洒水2 h后积尘负荷较洒水前平均下降11.3%。

(2) 渭南主城区各道路类型的交通扬尘颗粒物排放因子大小顺序均为：支路>省道>次干道>国道>主干道>高速，与不同道路类型积尘负荷分布特征相似；不同车型的交通扬尘颗粒物排放因子与平均车重呈正相关关系，表现为：重型货车>大型客车>中型货车>中型客车>轻型货车>小型客车>摩托车。

(3) 渭南主城区道路交通扬尘PM2.5和PM10的年排放量分别为1 149.65、4 751.88 t。城市道路上交通扬尘颗粒物排放主要来源于小型客车，分担率达到59.49%；国省道也主要来源于小型客车，分担率为41.46%；高速主要来源于重型货车，分担率为63.35%。

(4) 不同道路类型交通扬尘PM2.5、PM10小时排放量的日变化趋势与车流量系数一致，城市道路早晚高峰出现明显的双峰日变化特征，而国省道和高速双峰日变化特征不明显。