李 杰，胡貴江，高 進(jìn)，廖雅倩，趙文斌

（1.武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074）

0 引 言

交通運(yùn)輸為人類生活帶來便利，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但同時也造成了能源耗用、空氣污染、溫室效應(yīng)及交通擁擠等一系列問題.定量分析城市客運(yùn)交通對生態(tài)環(huán)境的影響，節(jié)約能源，減少污染，減輕對環(huán)境的壓力，優(yōu)化城市客運(yùn)交通結(jié)構(gòu)，建立綠色交通，對交通運(yùn)輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展具有重要意義.交通生態(tài)足跡分析則是當(dāng)前定量衡量交通對環(huán)境影響的新穎、先進(jìn)和科學(xué)的方法.交通生態(tài)足跡是為了滿足城市交通持續(xù)發(fā)展和人類出行需求所消耗的自然資源、能源以及吸納該系統(tǒng)排放廢棄物所需要生物生產(chǎn)性土地與水域面積.近年來，國內(nèi)外研究人員將生態(tài)足跡模型運(yùn)用于交通可持續(xù)發(fā)展研究，通過比較不同交通工具的生態(tài)足跡，分析討論各種交通方式對所在地區(qū)的不同影響，揭示城市交通可持續(xù)發(fā)展的矛盾所在［1－6］.孫鵬（2007）等通過對沈陽交通生態(tài)足跡的分析，提出了提升公共交通比例，優(yōu)化交通車輛結(jié)構(gòu)以推動城市機(jī)動車輛生態(tài)效率的整體提高［5］.譚志海（2011）等探討了西安不同類型的交通工具在城市客運(yùn)交通壓力所占比例組成，揭示了交通生態(tài)足跡的供需關(guān)系狀況［6］.

已有交通生態(tài)足跡理論不足之處在于未考慮城市機(jī)動車輛排放酸性物質(zhì)硫氧化物對生態(tài)環(huán)境的影響、道路建設(shè)與維修時的能源消耗及交通工具使用過程中產(chǎn)生污水對水資源的影響.本研究擬克服上述不足，采用改進(jìn)模型，以武漢市為例，系統(tǒng)介紹城市客運(yùn)交通生態(tài)足跡的計算方法，計算出武漢市的交通生態(tài)足跡，并計算交通生態(tài)效率和生態(tài)強(qiáng)度，以此來反應(yīng)武漢市客運(yùn)交通的生態(tài)利用效率及面對的環(huán)境壓力，為城市客運(yùn)交通結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù).

1 交通生態(tài)足跡計算方法

交通生態(tài)足跡是滿足城市交通可持續(xù)發(fā)展和人類出行需求所消耗的自然資源、能源及吸納交通系統(tǒng)排放廢棄物所需要生物生產(chǎn)性土地與水域面積，主要可劃分為三類：建設(shè)性用地、化石能源用地與水足跡，分析步驟如下.

a.建設(shè)性用地：計算出交通運(yùn)輸工具在行駛過程中占用的道路面積及停車站場面積，兩部分相加得到交通工具的建設(shè)土地面積；

b.化石能源用地：包括化石燃料生產(chǎn)土地面積、用于吸收化石能源燃燒后排放的溫室氣體及吸收酸性污染物硫氧化物（以SO2計）的林地面積.為了統(tǒng)一，將化石能源的消費(fèi)轉(zhuǎn)化為吸收其燃燒后排放出的溫室氣體所需的森林面積.由于森林對溫室氣體的吸收能力是以熱量為表征，因此需將化石能源消費(fèi)量按其燃燒效率轉(zhuǎn)化為熱量，轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)采用世界上單位化石燃料生產(chǎn)土地面積的平均發(fā)熱量；

c.水足跡：主要指各類型交通工具在使用階段產(chǎn)生的污水量.使用過程中，不考慮漏油等少數(shù)情況對水的污染，污水主要為保養(yǎng)（洗車）而產(chǎn)生的洗車廢水，為反映城市客運(yùn)交通對城市水資源的消耗，將水足跡考慮到交通生態(tài)足跡分析模型中.

將以上3步所得各類生物生產(chǎn)性土地匯總得到各類交通運(yùn)輸工具的生物生產(chǎn)性用地.

2 武漢市客運(yùn)交通生態(tài)足跡的計算

通過查閱《2010年武漢統(tǒng)計年鑒》［7］、從武漢市交管局、武漢市交通科學(xué)研究所、武漢市環(huán)境保護(hù)局等部門進(jìn)行調(diào)研獲取各類交通運(yùn)輸工具保有量、行駛里程、耗油量、用電量等數(shù)據(jù)；對各類交通運(yùn)輸工具在使用階段的用水情況進(jìn)行問卷調(diào)查.通過國內(nèi)外關(guān)于生態(tài)足跡理論及其在交通領(lǐng)域的應(yīng)用的重要文獻(xiàn)獲取相關(guān)數(shù)據(jù).

截止2009年底，武漢市道路長度2542km，道路總面積68.02km2，其中人行道面積20km2，故車行道面積為48.02km2.營運(yùn)公共汽車7241輛，其中公共汽車6997輛，無軌電車244輛，客運(yùn)量165610萬人次；營運(yùn)出租汽車12137輛，客運(yùn)量48641萬人次；輕軌營運(yùn)車數(shù)48輛，客運(yùn)量1317萬人次；私人轎車243628輛；摩托車232670輛.據(jù)調(diào)研，電動自行車約70萬輛，自行車約20萬輛.武漢市作為特大型城市，近年來隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，機(jī)動車數(shù)量以平均每年15.19%的速率遞增，機(jī)動車保有量每6～7年翻一番，城市交通供求矛盾日益凸顯.

2.1 建設(shè)性用地

首先，計算出交通運(yùn)輸工具在行駛過程中占用（動態(tài)占用）的道路面積及停車站場面積，將這兩部分相加得到各種交通運(yùn)輸工具的建設(shè)性用地面積.

各類交通運(yùn)輸工具的建成地面積根據(jù)（1）式計算：

式（1）中，EFbuilt，EFroad，EFpark分別為建成地生態(tài)足跡、道路的生態(tài)足跡和停車站場的生態(tài)足跡，單位為ghm2（全球性公頃）.

計算交通運(yùn)輸工具動態(tài)占用道路面積時，按（2）式計算：

式（2）中Aroad表示城市道路面積（km2），武漢市2009年道路總面積（扣除人行道面積）為48.02 km2；Mi為計算年內(nèi)某種交通工具每天行駛里程（km）；Wi為某種交通工具占用道路寬度（m）；Ni為計算年內(nèi)某種交通工具的數(shù)量.計算結(jié)果如表1～2所示.

表1 2009年各類客運(yùn)交通工具的動態(tài)占用Table 1 The traveling footprint of passenger traffic modes in 2009

表2 2009年輕軌動態(tài)占用足跡Table 2 Ligh rail traveling footprint in 2009

計算各種交通運(yùn)輸工具停車站場的建成地生態(tài)足跡時，公共汽車、輕軌的停車站場面積根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)或者規(guī)劃用地面積計算，如（3）式；對私人小汽車、電動車、摩托車、自行車的停車位面積進(jìn)行估算，如（4）式.

式（3）中，系數(shù)2.39為建設(shè)用地的均衡因子；Apark表示停車站場的面積（km2），為調(diào)查或規(guī)劃數(shù)據(jù)；Ni為某種交通工具的數(shù)量；Li為某種交通工具的長度（m）；Bi為某種交通工具的寬度（m）.計 算結(jié)果如表3所示.

表3 武漢市客運(yùn)交通停車站場的生態(tài)足跡Table 3 Passenger traffic parking lots footprint in Wuhan

將各種交通運(yùn)輸工具的動態(tài)占用及停車場用地相加得到武漢市2009年客運(yùn)交通建設(shè)性用地生態(tài)足跡，如表4所示.

表4 武漢市客運(yùn)交通建設(shè)性用地Table 4 Built－up area of passenger traffic in Wuhan

2.2 化石能源用地

化石能源用地包括化石燃料生產(chǎn)土地面積及用于吸收化石能源燃燒后排放的溫室氣體的林地面積，按（5）～（8）式計算.

式（5）中 EFfossil、EFfuel、EFassimilation、EFacidity分別為化石能源用地生態(tài)足跡，燃料生產(chǎn)用地，吸收化石能源燃燒后排放的溫室氣體的林地面積和酸性物質(zhì)的林地面積（ghm2）.

式（6）中，Cj表示某種交通運(yùn)輸工具在計算年內(nèi)第j種燃料消耗量（t）；fj表示第j種能源的熱量（GJ·t－1）；Wj表示第j種燃料的世界平均生態(tài)足跡（GJ／hm2）；系數(shù)1.25為化石能源用地的均衡因子；45%為考慮城市道路建設(shè)、維護(hù)、經(jīng)營的平均每年能源消耗的增加量［4，9］.

單位化石燃料全球平均吸收能力系數(shù)［10］（GJ／hm2）：煤炭，焦炭－55；燃油－71；原油，汽油，煤油，柴油和天然氣－93，電力－1000.

熱量折算系數(shù)［11］（GJ·t－1）：煤炭－20.93；焦炭－28.47；燃油－50.20；原油－41.87；汽油，煤油－43.12；柴油－42.71；天然氣－0.034GJ·m－3；電力－0.0036GJ·kWh－1.

式（7）中1.25為化石能源用地的均衡因子；ACO2為當(dāng)量二氧化碳的量（t）；ki為某種溫室氣體的當(dāng)量系數(shù)；Ai為某種溫室氣體的量（t）；溫室氣體當(dāng)量系數(shù)［12］：CO－2；CH4－25；CO2－1；N2O－290；NOx－5.

對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害的硫氧化合物（以當(dāng)量的SO2表示），需要留出一部分生產(chǎn)性土地面積對其進(jìn)行儲備［8］，按（8）式計算：

式（8）中，1.25為化石能源用地的均衡因子；ASO2表示計算年內(nèi)SO2的排放量（t）；δ為折算系數(shù).計算結(jié)果如表5所示.

將以上三部分計算結(jié)果相加，得到化石能源用地，如表6所示.

表5 吸收酸性物質(zhì)用地Table 5 Acidity assimilation footprint

表6 化石能源用地Table 6 Fossil energy land

2.3 水足跡

水足跡主要是指吸收各類交通工具在使用階段產(chǎn)生的污水量的水域面積.由于交通工具在使用過程中，產(chǎn)生的污水主要是洗車廢水，不考慮使用過程中漏油等情況對水的污染，為了反映城市客運(yùn)交通對城市水資源的消耗，將水足跡考慮到交通生態(tài)足跡分析模型中.水足跡的計算公式為：

式（9）中，EFwater為水足跡（ghm2）；Awater為某種交通工具在使用階段每年產(chǎn)生的污水量（L）；f為工業(yè)用水的水足跡換算系數(shù)［13］.武漢市客運(yùn)交通水足跡計算結(jié)果見表7.

表7 武漢市客運(yùn)交通水足跡Table 7 Grey water footprint of passenger traffic in Wuhan

在各種交通工具使用階段，私人小汽車、輕軌、公共汽車、出租車耗水量較大，相應(yīng)的水足跡也較大.這主要是由于在車輛保養(yǎng)時，采取不合理的清洗方式.因此，發(fā)展高效節(jié)水洗車技術(shù)，如無水洗車、泡沫洗車等，以減少水的消耗及污水量的產(chǎn)生，是保護(hù)水資源的有效方式.

3 武漢市客運(yùn)交通生態(tài)足跡的分析與討論

根據(jù)上述計算，將結(jié)果匯總得到武漢市客運(yùn)交通生態(tài)足跡，如圖1和表8所示.

圖1 武漢市各類客運(yùn)交通工具生態(tài)足跡比例Fig.1 Scale of different passenger traffics ecological footprint in Wuhan

表8 武漢市客運(yùn)交通生態(tài)足跡Table 8 Passenger traffic ecological footprint in Wuhan

由圖1和表8可知：a.從交通生態(tài)占用土地類型上可知，化石能源用地所占份額最大，為10138453.75ghm2，占客運(yùn)交通生態(tài)足跡總量的95.13%，水足跡次之，為505600.23ghm2，占總量的4.75%，而建設(shè)性用地只占很少一部分，為12891.12ghm2，僅為總量的0.12%；b.從生態(tài)足跡構(gòu)成分析可知，私人小汽車占用為5952325.908ghm2，占總量的55.85%，遠(yuǎn)高于其他交通方式的生態(tài)足跡，公共汽車、出租車和摩托車的生態(tài)足跡分別占總量的18.26%、15.21%、6.36%，電動車僅3.08%，自行車與其他出行方式相比很小，可以忽略不計.

為更好地反映武漢市客運(yùn)交通生態(tài)利用效率情況，通過計算交通生態(tài)效率和生態(tài)強(qiáng)度來反應(yīng)武漢市客運(yùn)交通的生態(tài)利用效率和面對的環(huán)境壓力.

式（9）（10）中EF為生態(tài)足跡，采用表8計算結(jié)果，EE為生態(tài)效率，表示一定區(qū)域內(nèi)能容納的人數(shù)或每個人生活需占用的面積，NP表示一定區(qū)域內(nèi)的人口數(shù)量，EP表示在一定區(qū)域內(nèi)支撐一定人數(shù)生活所需土地面積.武漢市客運(yùn)交通生態(tài)效率與生態(tài)強(qiáng)度計算結(jié)果如表9所示.

表9 武漢市客運(yùn)交通生態(tài)效率與生態(tài)強(qiáng)度Table 9 The ecological efficiency and intensity of passenger traffics ecological footprint in Wuhan

由表9可知，自行車生態(tài)效率最高，電動自行車和公共汽車次之，私人小汽車的利用效率最低，前三者分別為后者的1812.5、39和21倍.

私人小汽車生態(tài)效率最低，其建設(shè)性用地、化石能源用地及水足跡方面的占用均為最大，因此，在城市中合理控制私人小汽車發(fā)展對城市交通持續(xù)發(fā)展具有顯著的意義.

在城市客運(yùn)交通體系中發(fā)揮重要作用的公共汽車和出租車，兩者的生態(tài)效率較大，對城市環(huán)境壓力相對較小.但在消耗能源，污染物排放方面仍然占有重要的比重.所以，發(fā)展清潔能源，采用能源利用率較高的公共交通工具是城市客運(yùn)交通持續(xù)發(fā)展的重要途徑.

作為短距離出行工具，自行車和電動車生態(tài)效率最高.因此，應(yīng)適當(dāng)提高這兩種綠色運(yùn)輸工具在客運(yùn)交通的比例，為之提供完善的出行環(huán)境和停放設(shè)施.

4 結(jié) 語

a.將生態(tài)足跡分析理論應(yīng)用于交通領(lǐng)域，考慮了交通工具排放的氮氧化物和硫氧化合物對生態(tài)環(huán)境的影響、道路建設(shè)與維修時的能源消耗、各種交通工具在使用過程中產(chǎn)生的污水對水資源的影響，建立完善的交通生態(tài)足跡模型.

b.計算出武漢市各類交通工具生態(tài)足跡的大小，從交通生態(tài)占用的土地類型和交通生態(tài)足跡構(gòu)成兩個角度分析了武漢市交通領(lǐng)域生態(tài)足跡情況.化石能源用地所占份額最大，為10138453.75 ghm2，占客運(yùn)交通生態(tài)足跡總量的95.13%，水足跡次之，為505600.23ghm2，占總量的4.75%，而建設(shè)性用地只占很少一部分，為12891.12ghm2，僅為總量的0.12%；從生態(tài)足跡構(gòu)成分析可知，私人小汽車占用為5952325.908ghm2，占總量的55.85%，遠(yuǎn)高于其他交通方式的生態(tài)足跡，公共汽車、出租車和摩托車的生態(tài)足跡分別占總量的18.26%、15.21%、6.36%，電動車僅3.08%，自行車與其他出行方式相比很小，可以忽略不計.

c.通過分析武漢市客運(yùn)交通生態(tài)效率可知，自行車生態(tài)效率最高，電動自行車和公共汽車次之，私人小汽車的利用效率最低，前三者分別為后者的1812.5、39和21倍.

d.在武漢市各類客運(yùn)交通工具中，私人小汽車生態(tài)足跡最大，生態(tài)效率最低，對其保有量需進(jìn)行合理控制；公共汽車和出租車生態(tài)效率較大，對城市環(huán)境壓力相對較小，但需發(fā)展清潔能源及提高能源利用效率；自行車和電動車生態(tài)效率高，為短距離出行綠色運(yùn)輸工具，應(yīng)為之提供完善的出行環(huán)境和停放設(shè)施.

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