北京灰尘及其附含重金属空间分布及其降雨冲刷特征研究——以海淀区为例

摘要

随着城市化率的提高，城市灰尘及其径流冲刷引起的重金属污染日显突出，而城市灰尘是径流污染物的主要载体。本文以城市灰尘为研究对象，通过对“水平”方向—不同功能区和“竖直”方向—不同高度下垫面城市灰尘的研究，分析研究区域城市灰尘中粒径分布规律。通过对重金属贡献率公式的演变和创新，探讨不同高度下垫面对不同种类重金属的贡献率。结果表明，随着粒径的增大，灰尘各粒径段携带重金属浓度呈减小趋势。对重金属贡献较大的粒径段主要分布在44-250μm，特别是44-105μm粒径段，对重金属贡献率高达45％；在密集商业区和主要交通干道，路面机动车道对重金属的贡献率最大，但是在旅游休闲区，楼顶对重金属的贡献率则最大。
　　单位面积灰尘质量在不同下垫面的分布趋势为：在地面机动车道上，商业区>主要交通道路>休闲区；在公交候车亭层面，主要交通道路>休闲区>商业区；在过街天桥层面，商业区>休闲区>主要交通道路；在楼顶，休闲区>主要交通道路>商业区。随着灰尘粒径的增大，单位面积灰尘量基本出现先增大后减小、再增大再减小的双峰趋势，峰底一般出现在105-149μm粒径段。
　　降雨径流中，同一粒径颗粒物从“静态”街尘到“动态”径流中的颗粒物，重金属浓度呈下降趋势。街尘中重金属在径流冲刷过程中，存在溶解与解吸现象，颗粒物粒径越小，减少比率越大，5种重金属（Cr、Cu、Ni、Pb、Zn）的减少比率分别为24.3%、56.8%、34.3%、22.8%、27.3%。街尘中的弱酸可提取态比例要略大于径流颗粒物中弱酸可提取态比例，部分以水溶态进入水体中。在径流冲刷过程中，水相溶解态重金属变化不大，水相颗粒态重金属含量随降雨时间径流过程迅速降低。固相颗粒物的重金属浓度随降雨时间总体上呈下降趋势。粒径越小，冲刷率越大，最大为62.1%，最小为4.6%。地表街尘在径流冲刷过程中，小粒径颗粒物具有较强的迁移能力，较容易进入水体造成污染。
　　根据基于形态学的RAC风险评价法分析重金属赋存形态发现：街尘和径流颗粒物中重金属的RAC风险评价指标顺序为：Zn>Ni>Pb>Cu>Cr，并且随粒径的变化有所波动，Zn属于高度污染，Ni属于中度污染，Cr、Cu、Pb属于低度污染。

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第一章 前言

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 城市面源污染的污染特征和危害

1.2.2 城市化程度对面源污染污染的影响

1.2.3 城市面源污染的“载体”-----城市灰尘

1.2.4 城市灰尘对环境的危害

1.2.5 城市灰尘的粒径分布对环境污染的影响

1.2.6 城市灰尘中重金属的化学形态

1.2.7城市街道灰尘重金属的生态风险评价

1.2.8 国内发展趋势及存在的问题

1.3 目标、思路及意义

1.3.1 研究意义

1.3.2 研究目标

1.3.3 研究思路

1.3.4 研究内容

1.3.5 研究创新点

第二章 研究区域概况与研究方法

2.1 研究区域概况

2.2 采样与分析

2.2.1采样点选择

2.2.1采样点基本参数

2.2.2样品采集

2.2.3样品分析

2.2.4数据处理分析

第三章 结果与分析

3.1城市灰尘及其附含重金属的分异性特征

3.1.1 不同高度下垫面城市灰尘质量密度分布

3.1.2 不同高度下垫面灰尘粒径组成

3.1.3 不同高度下垫面城市灰尘质量密度分布

3.1.4 重金属赋存形态随粒径变化

3.1.5 讨论与小结

3.2城市灰尘对重金属的贡献率

3.2.1 不同粒径段城市灰尘对重金属的贡献率

3.2.2 不同高度下垫面城市灰尘对重金属的贡献率

3.2.3 讨论与小结

3.3灰尘中重金属在径流冲刷中的迁移转化

3.3.1 不同粒径颗粒物中重金属的赋存形态变化

3.3.2 径流冲刷过程中重金属及赋存形态的动态变化

3.3.3 径流冲刷过程中不同粒径颗粒物的迁移能力

3.3.4 基于形态学研究的RAC风险评价法

3.3.5 讨论与小结

第四章 结论

4.1 结论

4.2 不足之处

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果

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