路网扬尘颗粒物排放量动态监测分析方法

本发明涉及大气污染监测及排放清单计算技术领域，尤其涉及路网扬尘颗粒物排放量动态监测分析方法。

背景技术：

城市道路颗粒物的一次来源主要包括尾气排放和非尾气过程。道路非尾气颗粒物来源包括：轮胎、刹车盘机械性磨损的细颗粒物，以及道路积尘在一定动力条件(风力、机动车碾压、人群活动等)作用下再悬浮进入环境空气中形成的扬尘。至2019年我国机动车保有量已达到4.91亿辆，车辆对路面积尘的再悬浮扰动所产生的扬尘重要性不断提高，道路扬尘在城市扬尘源的占比超过1/3，甚至在建筑工地较少的南方城市贡献达到70％。道路扬尘管控是各地大气污染治理及管控方案的重要部分。道路扬尘源的监测及定量评估是实现扬尘治理标准化、常态化、长效化，奋力打赢蓝天保卫攻坚战的基础技术支撑。

现有的监测及评估方案可以分为以下几类：

1、道路浮沉称重。采用包括毛刷、吸尘器等装置，对路面采样点的浮沉进行收集及称重，以衡量道路扬尘治理情况。后续使用过筛、烘干等步骤可以对道路积尘负荷进行计算。近年来有采用连续吸尘或将吸尘装置与称重装置组合在一起，以实现快速道路积尘情况评估。但是，无论是连续吸尘称重还是采样点吸尘称重，仅有离散点的情况，无法全面反映路网扬尘情况。

2、颗粒物监测快速检测法。这种方法一般是在车尾部安装颗粒物传感器，或者是同时在车尾或者车顶安装传感器的方式，搭建成道路扬尘移动监测车。通过车尾部与车顶颗粒物浓度(或环境颗粒物浓度)的差值来判断扬尘排放情况。通过该种方法可以绘制路网的浓度差值地图，可以判断区域扬尘污染的强弱，但无法定量给出路网扬尘排放量。

3、美国环保署ap-42方法。美国环保署epa推荐使用的ap-42方法是最为广泛应用的扬尘源排放清单计算方法，我国扬尘源清单编制指南也借鉴了此方法。ap-42方法以道路积尘负荷(单位面积上几何粒径小于75μm的积尘的质量)为基础，通过车速、粒度系数、车重等修正，实现从积尘负荷到测试值的拟合。该方法主要存在以下三个问题：1)基于采样点分析计算结果忽略了局部的排放差异。该方法积尘负荷采样及测试需要花费大量时间，因此只能选取有限采样点进行分析。2)以“0-1”判断是否有扬尘排放。积尘负荷方法未引入湿度修正，在计算时假定下雨即无扬尘排放，其余天数则直接计算。但事实现在我国大部分城市的主要道路已经实施了定时洗扫政策，ap-42方法无法对人为干预下的实际排放进行评估。虽然有移动式吸尘装置15及湿式采样装置开发。

因此，对道路扬尘的监测及评估，虽然有多种方式可以对某些点位的扬尘排放情况进行评估，或者对路网的相对排放强度进行评估。但尚未有系统的方法可以同时实现路网扬尘源的动态监测和扬尘排放量定量计算。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供路网扬尘颗粒物排放量动态监测分析方法，可以定量评估某区域全路网道路扬尘颗粒物排放强度及路网扬尘颗粒物排放总量。

本发明采用的技术方案是：

路网扬尘颗粒物排放量动态监测分析方法，其包括以下步骤：

步骤1，通过搭载有大气污染物检测器的测试用车获取环境背景颗粒物浓度及车后气团颗粒物浓度得到采样数据；

步骤2，建立从车后气团颗粒物浓度向实际扬尘颗粒物排放的动态响应关系；

步骤3，结合采样数据和动态响应关系，计算得到路网扬尘颗粒物动态排放强度及扬尘颗粒物排放总量。

进一步地，作为一种较优实施方式，步骤1中在测试用车顶部及车尾各放置一套大气污染物检测器以分别获得背景颗粒物浓度和车后气团颗粒物浓度。

进一步地，作为一种较优实施方式，大气污染物检测器的检测项目包括：co、pm2.5和pm10，大气污染物检测器的检测的时间分辨率为1秒；测试用车上配置有一台gps以实时定位和获取车辆行驶的速度信息，时间分辨率为1秒；在车尾部放置两台颗粒物采样器，采样流量设置为16.7l/min，切割头分别为pm2.5和pm10，采样泵为移动电源供电。

进一步地，作为一种较优实施方式，步骤2中以ap-42方法的扬尘测试及定量计算结果为约束，建立从车后气团颗粒物浓度向实际扬尘颗粒物排放的动态响应关系，得到道路扬尘颗粒物动态排放强度的计算公式如下；

efi，j＝γi，j×ci，j×s0×10^-3

其中，efi，j为位置i对应的扬尘j颗粒物排放速率，单位为：g/(km·辆)；j指示当前扬尘颗粒物为pm2.5或者pm10，ci，j为i对应的扬尘j颗粒物的尾部气团颗粒物浓度和背景颗粒物浓度的浓度差，单位为：ug/m³；s0为基准通量面积，单位为：m²。

进一步地，作为一种较优实施方式，步骤2具体包括以下步骤：

步骤2-1，综合考虑车型、风向风速、车速参数进行车辆流场仿真，设置不同的车速及风向风速矩阵组合，使用cfd模型计算“车速-风速风向-稀释系数变化比例”响应曲面数据集γ；

步骤2-2，根据测试用车实际测试获取的道路扬尘数据，使用离线滤膜颗粒物测试结果对检测器的pm2.5和pm10数据进行校正；

步骤2-3，使用“车速-风速风向-稀释系数变化比例”基础数据集，根据多行驶状态、多路况的动态测试结果，建立动态响应关系，得到道路扬尘颗粒物动态排放强度的计算公式：

efi，j＝γi，j×ci，j×s0×10^-3。

进一步地，作为一种较优实施方式，步骤2-3中以ap-42方法的扬尘测试及定量计算结果为约束拟合得到s0数值；具体步骤如下：

步骤2-3-1，使用颗粒物采样膜托加装ptef膜的方式对采样器进行改装，每间隔200m采集1m²的路面积尘得到采样数据；

步骤2-3-2，根据路面积尘的采样数据分别计算积尘负荷，积尘负荷的计算公式如下：

式中：m0为扬尘样品质量，单位为：g；m20、m100和m200分别为20目、100目和200目标准筛净重，单位为：g；m20、m100和m200分别为过筛后20目、100目和200目筛及筛上物重量之和，单位为：g；s为采样面积，单位为：m²；

步骤2-3-3，根据路面积尘的采样数据计算扬尘排放量，扬尘排放量计算公式如下：

sefi，j＝kj×(sli)^0.91×(w0)^1.02

式中：sei，j为第i种等级道路上第j种扬尘颗粒物积尘负荷法排放因子，单位为：g/(km·辆)；kj为道路扬尘第j种颗粒物的粒度乘数，单位为：g/km；sli为位置i的负荷，单位为：g/m²；w0为车重，单位为：t；

步骤2-3-4，使用sefi，j和efi，j进行线性拟合，计算得到基准通量面积s0。

进一步地，作为一种较优实施方式，步骤3中扬尘颗粒物排放总量计算方法如下：

ei，j＝efi，j×ni×li

其中，ei，j为路段i对应的扬尘j颗粒物排放量，单位为：g/天，j指示当前扬尘颗粒物为pm2.5或者pm10；ni为路段i的车流量，单位为：辆/天；li为路段i的长度，单位为：km。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，能在实际道路工况下测得实际道路扬尘排放量，并可以计算得到总路网扬尘排放量，可用来对区域扬尘治理进行连续跟踪及监管。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明路网扬尘颗粒物排放量动态监测分析方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明公开了路网扬尘颗粒物排放量动态监测分析方法，其包括以下步骤：

步骤1，通过搭载有大气污染物检测器的测试用车获取环境背景颗粒物浓度及车后气团颗粒物浓度得到采样数据；

具体地，参照目前已有的道路扬尘快速检测方法，在测试用车顶部及车尾各放置一套大气污染物检测器以分别获得背景颗粒物浓度和车后气团颗粒物浓度。大气污染物检测器的检测项目包括：co、pm2.5和pm10，大气污染物检测器的检测的时间分辨率为1秒；测试用车上配置有一台gps以实时定位和获取车辆行驶的速度信息，时间分辨率为1秒；在车尾部放置两台颗粒物采样器，采样流量设置为16.7l/min，切割头分别为pm2.5和pm10，采样泵为移动电源供电。

使用搭建好的车载测试系统开展道路非尾气颗粒物排放测试。为避免尾气排放影响，使用纯电动汽车作为测试用车。研究车重影响时，使用大中小型汽油车及货运车进行。根据道路表面可见的积尘量以及测试可行性选择测试路段，以不同车速、不同车重的测试用车进行反复多次试验。

基于ap-42方法的道路扬尘排放测试。在测试路段按照《防治城市扬尘污染技术规范》的道路积尘负荷监测方法，考虑到使用滤袋或环保纸袋以及吸尘器采集道路扬尘时细颗粒物损失较大的问题，使用颗粒物采样膜托加装ptef膜的方式对采样器进行改装，每间隔200m采集1m²的路面积尘，膜颗粒物采样数据用于传感器结果校验。

步骤2，建立从车后气团颗粒物浓度向实际扬尘颗粒物排放的动态响应关系；

具体地，

步骤2具体包括以下步骤：

步骤2-1，综合考虑车型、风向风速、车速参数进行车辆流场仿真，设置不同的车速及风向风速矩阵组合，使用cfd模型计算“车速-风速风向-稀释系数变化比例”响应曲面数据集γ；

步骤2-2，根据测试用车实际测试获取的道路扬尘数据，使用离线滤膜颗粒物测试结果对检测器的pm2.5和pm10数据进行校正；

步骤2-3，使用“车速-风速风向-稀释系数变化比例”基础数据集，根据多行驶状态、多路况的动态测试结果，建立动态响应关系，得到道路扬尘颗粒物动态排放强度的计算公式。

步骤2中以ap-42方法的扬尘测试及定量计算结果为约束，建立从车后气团颗粒物浓度向实际扬尘颗粒物排放的动态响应关系，得到道路扬尘颗粒物动态排放强度的计算公式如下；

efi，j＝γi，j×ci，j×s0×10^-3

其中，efi，j为位置i对应的扬尘j颗粒物排放速率，单位为：g/(km·辆)；j指示当前扬尘颗粒物为pm2.5或者pm10，ci，j为i对应的扬尘j颗粒物的尾部气团颗粒物浓度和背景颗粒物浓度的浓度差，单位为：ug/m³；s0为基准通量面积，单位为：m²。

具体地，步骤2-3中以ap-42方法的扬尘测试及定量计算结果为约束拟合得到s0数值；具体步骤如下：

步骤2-3-1，使用颗粒物采样膜托加装ptef膜的方式对采样器进行改装，每间隔200m采集1m²的路面积尘得到采样数据；

步骤2-3-2，根据路面积尘的采样数据分别计算积尘负荷，积尘负荷的计算公式如下：

式中：m0为扬尘样品质量，单位为：g；m20、m100和m200分别为20目、100目和200目标准筛净重，单位为：g；m20、m100和m200分别为过筛后20目、100目和200目筛及筛上物重量之和，单位为：g；s为采样面积，单位为：m²；

步骤2-3-3，根据路面积尘的采样数据计算扬尘排放量，扬尘排放量计算公式如下：

sefi，j＝kj×(sli)^0.91×(w0)^1.02

式中：sei，j为第i种等级道路上第j种扬尘颗粒物积尘负荷法排放因子，单位为：g/(km·辆)；kj为道路扬尘第j种颗粒物的粒度乘数，单位为：g/km；sli为位置i的负荷，单位为：g/m²；w0为车重，单位为：t；

步骤2-3-4，使用sefi，j和efi，j进行线性拟合，计算得到基准通量面积s0。

进一步地，作为一种较优实施方式，步骤3，结合采样数据和动态响应关系，计算得到路网扬尘颗粒物动态排放强度及扬尘颗粒物排放总量，扬尘颗粒物排放总量计算方法如下：

ei，j＝efi，j×ni×li

其中，ei，j为路段i对应的扬尘j颗粒物排放量，单位为：g/天，j指示当前扬尘颗粒物为pm2.5或者pm10；ni为路段i的车流量，单位为：辆/天；li为路段i的长度，单位为：km。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，能在实际道路工况下测得实际道路扬尘排放量，并可以计算得到总路网扬尘排放量，可用来对区域扬尘治理进行连续跟踪及监管。

显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。