城市积尘重金属累积-冲刷规律与风险研究

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1、城市积尘重金属累积-冲刷规律与风险研究(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：环境学院学科：环境科学与工程研究生：李敦柱指导教师:管运涛研究员二○一五年六月ResearchontheBuild-up,Wash-offandRiskofUrbanDustHeavyMetalsThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinEnvironmentalScienceandEngineeringbyLiDunzhuThesisSupervis

2、or:ProfessorGuanYuntaoJune,2015摘要摘要本研究以城市积尘重金属（Cr、Cu、Ni、Pb和Zn）为研究对象，开展重金属累积过程与模型研究，对比分析不同材料硬化表面积尘重金属累积规律差异，评估积尘潜在生态风险与健康风险，考察典型功能区与下垫面重金属冲刷规律，核算示范区重金属年产污负荷总量，并评估生态风险。城市积尘重金属累积过程研究发现，商业区、工业区、居民区重金属各粒径范围颗粒物携带重金属比例相对稳定，其中<75μm细颗粒物是重金属的主要载体。模型拟合发现，幂指数模型能较好地模拟城市各功能区重金属累积过程，干期天数达到10天时，累积过程基本完成。城市典型硬化表面积

3、尘重金属研究发现，重金属浓度表现为：墙面>屋面>路面，重金属负荷与之相反。形态分析表明Zn的可移动态比例明显高于其他重金属；潜在生态风险评估发现，彩钢瓦屋面与沥青路面均表现出高度生态风险；重金属非致癌风险评估发现，彩钢瓦屋面积尘中Pb、Cr和沥青路面积尘中Pb对儿童非致癌风险均高于安全限制1，构成威胁，须加以控制。重金属Cr和Ni致癌风险评价发现，城市积尘不存在致癌风险；改进城市尺度积尘重金属潜在生态风险与健康风险评价模型对示范区域开展评价，示范区域潜在生态风险为401.2，属于较高生态风险，示范区域积尘重金属Pb非致癌风险明显高于其他重金属，但尚不构成威胁。Cr和Ni的致癌风险评价表明，

4、该区域不存在致癌风险。城市积尘冲刷规律研究表明，不同下垫面径流重金属浓度表现为：道路>绿地>屋面>庭院硬化下垫面；不同功能区径流重金属浓度表现为：商业区>居民区>工业区；冲刷过程中，不透水下垫面表现为迁移限制型冲刷，而透水下垫面则表现为来源限制型冲刷；径流中颗粒物对降雨中溶解态重金属Cu和Zn具有明显的吸附作用；SS与各重金属相关性较好，可作为城市径流重金属的替代性指标；结合示范区径流冲刷规律，可将示范区初期雨水定为4mm。构建累积-冲刷联合模型对示范区重金属年产污负荷进行核算，示范区域重金属Cr，Cu，Ni，Pb和Zn产污负荷分别为97.8kg/a，112.6kg/a，29.6kg/a，

5、181.8kg/a和723.4kg/a；道路是示范区内重金属的主要来源，占比为58%，其次为庭院硬化地表和屋面，绿地产污负荷最低，仅占4%；生态风险评估发现，全年径流存在较高生态风险。关键词：城市积尘；重金属；累积规律；冲刷规律；风险评价IAbstractAbstractThisstudyinvestigated5heavymetals(ie.,Cr,Cu,Ni,PbandZn)inurbandust.Firstly,thisresearchfocusedonthebuild-upprocessandmodelledit.Thenheavymetalsindifferentmaterial

6、surfacesdustswereanalyzedandtheecologicalriskandhealthriskwereassessed.Additionally,thewash-offcharactersofheavymetalsintypicallandusedistrictsanddifferenturbansurfaceswereanalyzed.Lastlytheannualheavymetalsloadingswereaccumulatedandtheecologicalriskswereassessed.Itisfoundfromthestudyofthebuild-up

7、processthatthedistributionsofheavymetalsindifferentsizefractionswererelativelysteadyregardlessoflanduse.Thehighestpercentagesofheavymetalsloadingswereconsistentlyfoundinthe<75μmsizerange.Itisalsofoundfromthemodel