| 题名 | 北京市街道灰尘污染评价及其管理研究 |
| 作者 | 唐荣莉 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013-06 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 马克明 |
| 关键词 | 北京 街道灰尘 空间分析 污染评价 重金属 管理 Beijing Street dust Spatial analysis Environmental risk assessment Heavy metals Management |
| 其他题名 | Environmental Risk Assessment and Management of Street Dust from Beijing Urban Area |
| 学位专业 | 生态学 |
| 中文摘要 | 城市表面环境中的人类微量元素的增加归因于快速的城市化及工业化以及汽车排放对大气的贡献。城市街道灰尘(urban street dust)是城市生态系统中一类重要的环境介质。与城市土壤和大气颗粒物相比，城市街道灰尘是一种物质组成和来源复杂的环境介质，由于受到汽车交通运输、工业生产和城市建设等人类活动的影响，街道灰尘累积了大量的污染元素，从而成为城市环境污染的一个重要开放源。灰尘微粒积累潜在的有毒污染物在风力条件下可通过表面滚动、跳跃移动或悬浮搬运的形式进入到城市表面环境，同时灰尘颗粒也易于被地表径流、雨水运移，最终对城市大气、土壤、水体、生物和公共健康构成威胁。人群可通过吸入、摄食、以及皮肤接触三种途径摄入灰尘中的污染物，长期暴露在灰尘环境中会造成慢性伤害。开展北京城市街道灰尘重金属污染研究以及环境管理研究具有非常重要的现实意义和科学意义。 本研究以北京市六环内区域为例，于2009年夏季采用均匀网格布点法对北京城市道路网络地表灰尘进行了调查。在分析获得道路地表灰尘中主要重金属（Cd、Cu、Cr、Pb、Mn、Ni）、有机碳、总氮、总硫含量和pH数据的基础上，对北京城市街道灰尘粒径分布特征、重金属的含量水平、空间特征、来源判析、环境风险、人体健康风险等方面进行了研究；并与道旁绿地土壤重金属含量水平进行了分析比较，并结合土地利用、城乡梯度、社会经济因子对造成污染的原因进行了分析；研究总结了常用的街道灰尘管理手段，构建了街道灰尘管理框架，为城市环境污染防治、环境质量评价和城市规划提供科学依据。主要结论如下: （1）北京市道路地表灰尘粒度分布在0.2-1000μm之间，单品粒径体积分布多呈现双峰和单峰。北京夏季地表灰尘各采样点具备潜在进入大气的颗粒范围为22.5-64.9%，平均值为42.8%，即在适当的大气动力条件下，地表灰尘近一半灰尘易通过再悬浮进入大气中。 （2）北京市六环内街道灰尘呈现碱性，所有采样点pH整体范围存在于范围为7.78-11.36，均值为9.25。街道灰尘中的TOC、TN、TS的变幅范围较大，分别为6.85-93.32，0.18-4.50，0.16-2.53g/kg。北京市街道灰尘中TOC，TN的含量在城区的空间分布均呈现中心城区明显高于外围环线的特点。街道灰尘中TS的含量具有城郊高于城中，南部高于北部的显著特征。地表灰尘中重金属Cr含量略高于土壤背景值，Cu、Pb均值为背景值的2-3倍，Cd含量几乎为背景值的5倍。 （3）自城市中心向城外梯度，单位面积道路节点数、道路密度、Cu、Cr和Pb表现为降低的趋势，且刚开始降低较快。Mn和Cd随距离变化的程度较低，均值基本维持恒定。Ni和有机碳、总氮先随距离波动降低，随后在郊区表现出均值缓慢增高的趋势。相关分析表明道路密度和单位面积节点数间的相关性高，这两个道路指标和街道灰尘中除Cd外的其他指标都存在相关性、道路密度和单位面积节点数和总硫、Mn、pH的相关性较弱，和其他各元素的相关性排序为铜>总氮>有机碳>铅>镍>铬，单位面积节点数和各元素间的相关性更高。 （4）研究采用地累积指数法、生态危害指数法和内梅罗综合污染指数法对北京市城市近地表灰尘中Cd、Cr、Cu、Mn、Ni和Pb污染程度进行了评价，单因子风险指数平均结果表明地累积指数评价污染程度为Cd(1.06)>Cu(0.89)>Cr(0.73)>Pb(0.20)>Ni(-0.88)>Mn(-0.93)。采样点间的差异较大，污染等级从0-5均存在。Mn，Ni除个别采样点外几乎无污染，70-80%的采样点所参评的各种元素均处于中等污染限以内。使用生态危害系数计算的污染程度结果有：Cd（23.5）>Cu（17.2）>Pb（10.2）>Cr（5.2）>Ni（4.4），大部分样点的重金属都属于轻度危害范围内，Cd某些样点的污染值得重视。内梅罗综合污染风险评价结果表明约46.1%的样点污染程度处于安全限以内，约35.5%的区域需考虑预防重金属污染，整个采样区域基本处于轻度污染限内。就整个区域而言，建成时间长的区域污染程度高于建成时间短的区域；三环内除少数几个点为等级为安全外，几乎都处于警戒线和轻度污染的状况。人类活动强度、土地利用特征、交通排放等因子会影响城市重金属污染格局。 （5）研究应用美国环保署（U.S.EPA）人体暴露风险评价方法对这六种金属的健康风险进行评价。健康风险评价结果表明研究区域道路重金属慢性每日平均暴露量为手一口接触摄入量>皮肤吸收量>吸入量。重金属成人非致癌风险有Cr>Mn>Pb>Cu>Ni>Cd，儿童成人非致癌风险有Cr>Pb>Mn>Cu>Ni>Cd，均小于非致癌风险阈值l；重金属致癌风险有Cr>Ni>Cd，均低于致癌风险阈值。元素Cr，Pb的潜在健康风险最高。对比采样涉及的各行政区内儿童非致癌风险均值发现风险值随城市功能定位呈现梯度变化，有首都功能核心区>城市功能拓展区>城市发展新区。Cu、Ni和Pb的健康风险与人口密度，建筑用地等因子相关性强，其含量受人为活动的影响较大，应通过对人类活动的管理控制其风险。 （6）街道灰尘中的Cu、Cr和Pb具有类似的空间分布特征。这些元素具有高空间异质性，主要富集在城市中央区域，且同时在郊区存在散布的污染极值点。该特征表明在采样空间上，面源污染和点源污染同时存在。半方差分析表明Cd、Cu、和Pb的自相关距离范围均在15-20km之间，而该幅度范围和北京的四环区域相对应。该结果表明城市活动强烈的影响元素在街道灰尘中的富集。而Cr的自相关范围覆盖大部分采样区域，表明该元素在北京城区的分布受控于较大范围的人类活动因子。本研究识别了采样区域上街道灰尘中金属元素存在空间聚集的采样点以及存在空间孤立的采样点。其中Cu、Ni、Pb表现出高值聚集性特征的点周围具有高人口密度特征。在研究区域上，识别为空间高值聚集的采样点和高值空间孤立的采样点需要引起管理者的重视。 （7）对街道灰尘、行道树坑土壤、绿地土壤重金属污染比较发现，就综合污染的程度而言有街道灰尘>行道树坑土壤>绿地土壤，采样点的街道灰尘污染程度较高。属于警惕污染、轻度污染、中度污染、严重污染的样点比例分别为10.5%，36.8%、21.1%、31.6%，故需要加强对道路污染的控制和治理。从污染的空间分布来看，无论是街道灰尘还是城市土壤，其重金属综合污染水平均表现出梯度特征。即从城市中央到外围，污染呈现降低趋势，高污染区域和高人口密度或人类活动强度基本对应。该特征说明人类活动对三者均存在不同程度的扰动，使得高强度人类活动区域的污染程度提高。三介质的综合污染峰值区域并非完全对应，说明造成灰尘和土壤中元素含量升高的原因并不完全相同。使用土地利用、城乡梯度、道路密度作为环境因子对灰尘和土壤污染进行解释发现，环境因子对三介质中元素含量的解释量分别为街道灰尘（29.6%），行道树坑土壤（6.6%），绿化带土壤（8.2%）。本研究所选的指标对土壤污染的解释程度不高。三类环境因子对灰尘的解释量分别为城乡梯度(18.7%)>道路密度(13.1%)>土地利用(10.3%)，即城乡梯度对灰尘污染单独的解释量最高。 （8）城市街道灰尘扬尘的管理主要包括采集扬尘污染源基本信息，建立相应的污染源数据库，并实行系统、有效的管理几个方面。本研究初步建立了道路扬尘管理模型的理论框架。 |
| 公开日期 | 2014-09-03 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7666]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_城市与区域生态国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 唐荣莉. 北京市街道灰尘污染评价及其管理研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2013. |
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