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道路交通扬尘排放是城市大气环境颗粒物(PM10和PM2.5)的主要来源之一,对其排放监测、量化及控制措施的研究是进行科学管理的依据。 本研究旨在开发道路交通扬尘排放因子测量系统,基于实测数据建立排放因子模型,并研究控制技术的效果,以北京为例,根据实测和模型模拟数据,分析北京市道路交通扬尘排放特征并研究控制方案,为北京市污染控制决策提供数据支持,主要研究内容包括: (1)建立了一套基于车辆扬尘尾羽PM10浓度轮廓分布的道路交通扬尘排放因子测量系统,能够实时测量排放因子。在此基础上建立了优化的排放因子测量系统,测量更便捷和安全,数据处理更简单。优化的排放因子测量系统与基础测量系统具有较好的相关性,测量数据具有较好的精度和可重复性。 (2)基于测量系统的实测排放因子数据,以路面积尘负荷、车重和车速3个参数建立了道路交通扬尘PM10排放因子模型,模型用公式表达为EF(PM10)=0.0157×sL0.65×W×e0.085×S,应用51组数据对模型进行验证,模拟结果和实测结果具有很好的相关性,Pearson相关系数为0.96,实测数据与模拟数据的相对误差呈正态分布,最大相对误差为75%。 (3)应用测量系统对道路交通扬尘PM2.5/PM10的比例进行了测试和影响因素分析,结果显示,车速的影响不大,路面积尘负荷对PM2.4/PM10比值影响较大,随着路面积尘负荷的增加PM2.5的比例降低,二者的关系可以用表达式描述为α(PM2.5/PM10)=0.3444-0.073 ln(sL),在积尘负荷<1.0g/m2时,美国环保局的AP-42文件低估了PM2.5的比例。道路交通扬尘PM2.5排放因子模型表达式为EF(PM2.5)=α(PM2.5/PM10)×EF(PM10)。 (4)本研究中调研汇总了路网数据、道路车流量及车型信息、道路车速信息,并形成了上述数据信息的GIS数据库,应用本研究建立的排放模型建立了北京市道路交通扬尘排放清单。结果显示,基准年2012年PM10和PM2.5的排放量分别为79751t和28332t。分析了北京市道路交通扬尘排放特征,首都功能核心区和城市功能拓展区的快速路、主干道、次干道、支路和胡同的道路扬尘排放强度分别为22.94±16.06、16.85±10.45、8.13±3.96、10.88±10.33和2.24±l.79kg/km·d,郊区城市发展新区道路扬尘排放强度从大到小为国道、省道、县道、乡道和城市道路,分别为91.75±29.82、66.75±50.04、38.39±19.87、21.00±5.29和12.65±7.90kg/km·d,生态涵养发展区国道、省道、县道、乡道和城市道路,分别为78.60±72.78、39.92±26.31、9.76±14.55、8.53±2.60和5.02±2.60kg/km·d。通过实测数据分析排放的季节变化,结果显示春季道路交通扬尘排放因子最大,其次为夏季和冬季,秋季最低。 (5)对典型重点区域施工工地出口和混凝土搅拌站出口附近道路排放因子进行了测量,结果显示未采取措施的施工工地影响的道路长度均为2000m,受影响道路PM10排放因子为普通道路的7.1~7.4倍,受影响的2000m道路相当于14120~14727m普通道路的排放,即相当于增加了12120~12727m普通道路的排放。采取车辆冲洗措施施工工地影响的道路长度为400m,PM10排放因子为普通道路排放因子的4.5倍。受影响的400m道路相当于1805m普通道路的排放,即相当于增加了1405m普通道路的排放。 (6)通过文献调研和现场实测,确定了不同控制措施应用于北京道路时对道路交通扬尘PM10的控制效率和费效比。结果显示,施工工地洗轮机阻止尘土进入道路的效果最好,其次分别为洗冲收一体清扫设备、真空吸尘和机械清扫。抑尘剂的控制效率较高但因为费用高,效益费用比最低,所以建议在特殊时段特殊区域应用化学抑尘剂。本研究提出了控制道路交通扬尘排放的高、中、低3个方案,分别预测了采取3个方案在2020年的排放量,在采取高中低方案时PM10排放量分别为23925t、43863t和55826t。根据本研究的结果,PM2.5的控制效率ηPM2.5与PM10控制效率ηPM10和积尘负荷sL的关系可以用公式表达为ηPM2.5=ηPM10+0.2×(1-ηPM10)×ln(1-ηPM10)/0.65-0.14×ln(sL),预测在采取高中低方案时PM2.5的排放量分别为14733t、18416t和21249t。 (7)本研究应用MM5-CMAQ模型系统模拟了基准年2012年道路交通扬尘排放对北京城区颗粒物浓度的贡献,在1、4、7、10月份PM10贡献浓度为14.8、24.4、4.8和11.1μg/m3,贡献率分别为12.3%、14.3%、5.3%和9.7%,PM2.5的贡献浓度9.0、5.2、4.2和7.3μg/m3,贡献率分别为10.1%、5.3%、6.0%和8.9%。采取高中低控制方案后,北京市城区PM10浓度下降比例分别为7.8%、5.5%和3.5%,PM2.5浓度下降比例分别为3.8%、2.7%和2.0%。