李 清

（四川科技職工大學(xué)，四川 成都610031)

0 引言

目前，我國(guó)大中城市機(jī)動(dòng)車尾氣污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，人們對(duì)機(jī)動(dòng)車污染問(wèn)題的反應(yīng)也開始日益強(qiáng)烈。就成都市而言，隨著城市經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，近年來(lái)，成都市汽車擁有量以驚人的速度增長(zhǎng)，年均增長(zhǎng)率達(dá)17.3%，機(jī)動(dòng)車尾氣污染問(wèn)題愈來(lái)愈凸顯出來(lái)。本文從探討交通環(huán)境容量的主要影響因素出發(fā)，分析了成都市的主要車型及排放強(qiáng)度，并且對(duì)成都路段的環(huán)境交通容量進(jìn)行分析，建立交通環(huán)境容量模型，對(duì)成都市實(shí)現(xiàn)綠色交通具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 交通環(huán)境容量

1.1 交通環(huán)境容量定義

交通環(huán)境容量[1]（Traffic Environment Capacity，TEC）是指在人類生存、生態(tài)環(huán)境和資源利用不致受害的前提下，某一交通環(huán)境所能容納交通系統(tǒng)排放污染物的最大負(fù)荷量或其利用環(huán)境資源的最大使用量。它可以劃分為兩類：

a）交通環(huán)境污染容量 指環(huán)境對(duì)交通系統(tǒng)排放的污染物，如CO、CH和NOX等的最大負(fù)荷量；

b）交通環(huán)境資源容量 指環(huán)境提供給交通系統(tǒng)的環(huán)境資源，如土地、石油等的最大使用量。

TEC是環(huán)境容量ν的一部分，可以表達(dá)為：

式中，λ為交通環(huán)境容量在環(huán)境容量中所占的比重系數(shù)。

1.2 交通環(huán)境容量主要影響因素

交通環(huán)境容量（TEC）是一個(gè)總量特征值，它受以下因素的制約[1]：

a）交通系統(tǒng)所在的社會(huì)環(huán)境特征 如城市的功能劃分、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和交通需求等；

b）交通系統(tǒng)所在的自然環(huán)境特征 如氣候、水文、植被狀況和自然環(huán)境本地值等；

c）交通系統(tǒng)所在環(huán)境的質(zhì)量目標(biāo) 如環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等。

2 污染因子的確定

2.1 機(jī)動(dòng)車影響環(huán)境的主要因素

機(jī)動(dòng)車已成為許多城市的重要污染源，它產(chǎn)生的尾氣、噪聲對(duì)城市環(huán)境有著顯著的負(fù)效應(yīng)。首先，噪聲污染會(huì)損壞人類的聽覺(jué)，影響生理健康，它可通過(guò)交通管制加以控制。其次，水環(huán)境受間接影響較重。但表現(xiàn)最為突出和直接的影響是大氣環(huán)境，因此，交通環(huán)境污染容量主要指環(huán)境對(duì)交通系統(tǒng)排放的污染物，如CO、CH、NOx等的最大負(fù)荷量。

2.2 機(jī)動(dòng)車的排放特性

機(jī)動(dòng)車尾氣由三部分組成：通過(guò)排氣管排出的內(nèi)燃機(jī)廢氣，約占尾氣含量的60%；曲軸箱泄漏氣體，約占20%；汽化器中蒸發(fā)出的氣體，約占20%。機(jī)動(dòng)車尾氣所含的成份有120～200種化合物，但主要的是一氧化碳、氮氧化合物、碳?xì)浠衔锖豌U。

2.2.1 一氧化碳（CO）

低空的CO主要來(lái)源是機(jī)動(dòng)車尾氣。當(dāng)機(jī)動(dòng)車低速加速時(shí)，CO排放量明顯增加，而高速勻速時(shí)，產(chǎn)生CO的量卻很少。

2.2.2 氮氧化合物（NOx）

機(jī)動(dòng)車尾氣中的氮氧化合物主要是汽油和柴油燃燒過(guò)程中，進(jìn)入燃燒裝置的氧氣和氮?dú)饣隙?。?dāng)機(jī)動(dòng)車高速加速時(shí)，產(chǎn)生的NOx較多，其原因在于高速加速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒溫度高，創(chuàng)造了有利于NO的生成條件。

2.2.3 碳?xì)浠衔铮℉C）

當(dāng)機(jī)動(dòng)車低速加速或高速減速時(shí)，產(chǎn)生的碳?xì)浠衔镙^多。前者是由于在加速時(shí)混合氣過(guò)濃造成的燃燒惡化和速度較低共同作用的結(jié)果。而后者則主要是由于在高速剎車時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)熄火和此時(shí)較小的燃油消耗作用的結(jié)果。

2.2.4 顆粒物污染物

城市車輛大多以小型車為主，小型車的主要燃料以汽油為主，故顆粒污染物主要為揚(yáng)塵。其污染量的大小只和機(jī)動(dòng)車數(shù)量及其平均行駛速度有關(guān)。

2.3 污染氣體的選定

根據(jù)有關(guān)資料相關(guān)性統(tǒng)計(jì)，城區(qū)大氣中的NO的濃度與機(jī)動(dòng)車保有量呈明顯正相關(guān)。美國(guó)國(guó)家環(huán)保局對(duì)大量機(jī)動(dòng)車的測(cè)試結(jié)果表明，機(jī)動(dòng)車運(yùn)行速度對(duì)污染物排放影響很大，在低速段（速度小于30km·h－1），CO與HC排放因子隨速度的增加呈負(fù)指數(shù)下降，但速度對(duì)NOx排放的影響相對(duì)較小。在成都市區(qū)，機(jī)動(dòng)車數(shù)量較多，目前以小型車為主，小型車行駛速度較低，但速度變化較大，故選NOx因子作環(huán)境交通量的預(yù)測(cè)因子，可提高其準(zhǔn)確性。

3 成都市機(jī)動(dòng)車污染分擔(dān)率

3.1 成都市主要車型分類與排放強(qiáng)度和濃度

機(jī)動(dòng)車排污隨機(jī)動(dòng)車的排氣量大小而變化，排量大時(shí)，排放的污染物就多。因此在確定環(huán)境容量模式之前，首先應(yīng)根據(jù)城都市機(jī)動(dòng)車的排氣量或耗油量大小，將所有機(jī)動(dòng)車數(shù)量折合成標(biāo)準(zhǔn)車型，這樣就可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)車型的數(shù)量計(jì)算出相應(yīng)的各類車型[2]。

各種車型的排放因子設(shè)為E=（e1，e2，…，en），所有機(jī)動(dòng)車尾氣平均源強(qiáng)的計(jì)算公式為：

式中，Q為機(jī)動(dòng)車尾氣平均源強(qiáng)（g/km·h-1）；N為道路機(jī)動(dòng)車類型總數(shù)；E為排放因子；N為i類型機(jī)動(dòng)車的車流量（veh·h-1）；ei為i類型機(jī)動(dòng)車尾氣中的綜合排放因子（gk·m-1）。

設(shè)機(jī)動(dòng)車總量（在用車）為N總，i類型車占機(jī)動(dòng)車總量的權(quán)重概率為Pi，則第i種車數(shù)量Ni＝N總·Pi，即式（3）變?yōu)椋?/p>

式（4）中，Q的單位為mg/（m·s-1）。就成都市而言，現(xiàn)已有機(jī)動(dòng)車約160萬(wàn)輛，選取成都市成華區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，Pi值統(tǒng)計(jì)調(diào)查表以及各種車的氮氧化物排放因子ei如表1所示。

表1 Pi值統(tǒng)計(jì)調(diào)查表

將上值代入式（4），可得Q＝3026.7111（mg/（m·s-1））。

3.2 成都市汽車污染分擔(dān)率的確定

根據(jù)成都市環(huán)保局公布的2006年成都市各季度環(huán)境空氣質(zhì)量通報(bào)，二氧化物的季日均值如表2所示。

表2 2006年成都市各季度二氧化物的季日均值通報(bào)

則成都市城區(qū)二氧化氮濃度日均值為：

式中，Pi表示第i季度的NOx日均值；N表示季度數(shù)。

將表2中數(shù)據(jù)代入上式可得：C=0.485（mg/m3）。

成都市氮氧化物是由多種污染源組成的，這些污染源除化工廠外，主要是由燃料氮引起的；其次為汽車尾氣。因此，令城市N0X污染物濃度C＝Cb＋ΔC，而Cb是城市的其他污染源引起的。

根據(jù)不同城市汽車尾氣的擴(kuò)散模式[3]，可確定ΔC為：

式中，f（u，x，z，w）函數(shù)可根據(jù)城市的地理位置、氣候環(huán)境，通過(guò)環(huán)境保護(hù)組織的監(jiān)測(cè)確定；k為取決于街谷尺度的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，不同城市其取值不同；u為樓頂風(fēng)速（m/s）；x，z分別為監(jiān)測(cè)點(diǎn)距車道中心線的距離和距地面的高度（m）；w為街谷寬度（m）。

令該污染物中，汽車尾氣對(duì)其的貢獻(xiàn)度為β，城市的監(jiān)測(cè)濃度為C，則有：

式中，β為貢獻(xiàn)率，目前可根據(jù)各城市的主要燃料情況和經(jīng)驗(yàn)確定。根據(jù)成都的實(shí)際情況，經(jīng)調(diào)查得β＝0.22。

3.3 成都市交通環(huán)境污染容量模型的建立

環(huán)境交通容量模式為[2]：

式中，P為機(jī)動(dòng)車污染因子的分擔(dān)率；C為污染因子環(huán)境限制濃度，mg·m-3?？紤]其出車率R，則環(huán)境交通容量Et[2]為：

式中，u為樓頂風(fēng)速；k為街谷經(jīng)驗(yàn)數(shù)；x，z分別為監(jiān)測(cè)點(diǎn)距車道中心線的距離和距地面的高度（m）；w為街谷寬度（m）。

將以上數(shù)據(jù)代入，可得：

在理想情況下，交通容量T可表示為[2]：

式中，T為交通容量；M為城區(qū)道路網(wǎng)面積（m2）；E為機(jī)動(dòng)車道面積占道路網(wǎng)面積比例；B為機(jī)動(dòng)車道上車的密度；R為出車率；r為交通管制的折減系數(shù)。

三環(huán)路內(nèi)是成都市交通網(wǎng)絡(luò)中心區(qū)域，城區(qū)道路網(wǎng)面積40098000（m2）；車行道占道路網(wǎng)面積比例為70%，其中B＝0.025，R＝10%，r＝0.4。

將以上數(shù)據(jù)代入上式，得：

成都市交通環(huán)境資源容量是以城市的客觀（基礎(chǔ)）條件為依據(jù)，即以道路寬度、密度、車速、平均行車時(shí)間為依據(jù)，而城市交通環(huán)境污染容量是以城市的環(huán)境因子和汽車尾氣的排放因子確定的。它們均從兩個(gè)側(cè)而反映了機(jī)動(dòng)車數(shù)量與客觀（基礎(chǔ)）條件和動(dòng)態(tài)（環(huán)境）條件的關(guān)系。但作為機(jī)動(dòng)車交通環(huán)境容量則必須反映其綜合條件而確定。代入相關(guān)數(shù)據(jù)，則成都市交通環(huán)境資源容量Te＝min（T，Et）=T≈246860（輛）

4 結(jié)語(yǔ)

成都市三環(huán)內(nèi)路網(wǎng)面積基本已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)，隨著成都市各種改建、擴(kuò)建項(xiàng)目進(jìn)行，成都市路網(wǎng)已經(jīng)開始向三環(huán)路外拓展，雖然目前地域環(huán)境尚不足以制約路網(wǎng)面積的持續(xù)增加，但到了一定程度時(shí)環(huán)境就會(huì)成為制約因素，就必須對(duì)汽車尾氣排放進(jìn)行控制以達(dá)到發(fā)展與環(huán)境雙贏。本文從探討交通環(huán)境容量的主要影響因素出發(fā)，特別是對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染物的分析，確定了能反映機(jī)動(dòng)車數(shù)量的污染因子NOx，分析了成都市的主要車型及排放強(qiáng)度，并且對(duì)成都路段的環(huán)境交通容量進(jìn)行計(jì)算，建立了成都市交通環(huán)境容量模型，為成都市環(huán)境質(zhì)量保證及路網(wǎng)面積的發(fā)展的控制起到一定的參考作用。

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