馬 帥

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，成都 610065)

1 前 言

非道路移動源包括農(nóng)業(yè)機械、工程機械、內(nèi)燃機車、船舶和飛機5大類。相對于道路移動源，我國對非道路移動源排放缺乏有效的監(jiān)督管理[1]，加之其多以柴油為燃料，排放的NOX和PM逐年增長[2]，已成為我國空氣污染的重要來源之一。

排放清單是進行空氣質(zhì)量管理和進行排放控制的依據(jù)和前提[3]。目前，由于本地化排放因子的缺乏以及非道路移動源活動水平數(shù)據(jù)收集困難，我國對非道路移動源排放清單的相關(guān)研究尚處于起步階段。王帆等[4]建立了年全國非道路移動源排放清單，估算得到2012年我國非道路移動源排放NOX、PM分別為494.72萬t和34.88萬t。張禮俊[5]等估算了珠三角2006年非道路移動源排放清單，表明非道路移動源已成為該地區(qū)第三大SO2和NOX排放貢獻源。成都市作為重要的西部地區(qū)中心城市，針對非道路移動源相關(guān)研究較少，目前僅有l(wèi)i等[6]實測了成都市高速公路路面施工機械的本地化排放因子。

本研究通過調(diào)研統(tǒng)計了2011～2015年成都市非道路移動源活動水平數(shù)據(jù)，主要采用國家環(huán)保部《非道路移動污染源大氣污染物排放清單編制技術(shù)指南(試行)》(以下簡稱“指南”)[7]推薦的核算方法和排放因子，建立了2011～2015年成都市非道路移動源排放清單，以期為空氣質(zhì)量模型研究以及決策者制定合理的非道路移動源污染控制措施提供依據(jù)和參考。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)域與對象

研究區(qū)域為成都市，估算的非道路移動源為農(nóng)業(yè)機械、工程機械、內(nèi)燃機車、飛機(忽略成都市船舶的排放)，研究的污染物包括CO、HC、NOX、SO2、VOCs和PM2.5。

2.2 資料與來源

本研究所使用的非道路移動源活動水平數(shù)據(jù)主要來自于相關(guān)統(tǒng)計年鑒、統(tǒng)計公報、文獻調(diào)研等，具體來源見表1。

表1 非道路移動源活動水平數(shù)據(jù)類型及獲取方法Tab.1 Data types of activity level of non-road mobile sources and source of data

2.3 估算方法

非道路移動源排放清單估算采用排放因子法和物料衡算法，各類源的具體計算方法如下。

2.3.1 農(nóng)業(yè)機械

農(nóng)業(yè)機械主要以柴油為燃料，本研究只估算柴油產(chǎn)生的大氣污染物?，F(xiàn)有的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中尚沒有成都市農(nóng)用柴油使用量數(shù)據(jù)，僅有四川省農(nóng)用柴油使用總量，根據(jù)成都市農(nóng)業(yè)機械總動力占四川省的比例得到成都市農(nóng)用柴油消耗量。污染物CO、HC、NOX、VOCs和PM2.5排放量的估算公式為：

EMi,j=EFi×DCj

(1)

式中，i為污染物類型；j為估算年份；EM為污染物排放量，kg；EF為排放因子，g/kg；DC為農(nóng)用柴油消耗量，t。

SO2排放量估算采用物料衡算法，估算方法如下：

EMj=2×DCj×Sj

(2)

式中，j為估算年份；EM為污染物排放量，kg；DC為農(nóng)用柴油消耗量，kg；S為柴油含硫率，2011～2013年取0.2%，2014～2015年取0.035%[8]。

2.3.2 工程機械

本研究關(guān)注的是以內(nèi)燃機為動力的建筑與工程機械，CO、HC、NOX、VOCs和PM2.5排放量的估算公式采用如式(1)所示的排放因子法，SO2排放量估算采用公式(2)的物料衡算法。

現(xiàn)有統(tǒng)計數(shù)據(jù)僅有四川省建筑業(yè)柴油年消耗量，本研究利用成都市房屋建筑施工面積占四川省的比例推算出成都市建筑業(yè)柴油消耗量，即為工程機械柴油消耗量。

2.3.3 內(nèi)燃機車

內(nèi)燃機車CO、HC、NOX、VOCs和PM2.5排放量的估算公式采用如式(1)所示的排放因子法，SO2排放量估算采用公式(2)的物料衡算法。

現(xiàn)有的統(tǒng)計數(shù)據(jù)缺少成都市內(nèi)燃機柴油消耗量，本研究收集了成都市公路、航運和總體客運周轉(zhuǎn)量和貨物周轉(zhuǎn)量，，以及內(nèi)燃機車日產(chǎn)量、電力機車日產(chǎn)量、油耗系數(shù)，利用指南中的方法推算出成都市鐵路內(nèi)燃機總耗油量，計算公式如下：

DC合=DC貨+DC客

(3)

(4)

(5)

式中，DC合為鐵路內(nèi)燃機柴油消耗總量，kg；DC貨為貨運鐵路內(nèi)燃機柴油消耗量，kg；DC客為客運鐵路內(nèi)燃機柴油消耗量，kg；Z貨合為貨運鐵路機車合計貨物周轉(zhuǎn)量，萬噸公里；Z客合為貨運鐵路機車合計客運周轉(zhuǎn)量，萬人公里；RC貨電為貨運鐵路電力機車日產(chǎn)量，萬噸公里；RC貨內(nèi)為貨運鐵路內(nèi)燃機車日產(chǎn)量，萬噸公里；RC貨合為貨運鐵路機車合計日產(chǎn)量，萬噸公里；YX貨內(nèi)為貨運鐵路內(nèi)燃機車油耗系數(shù)，千克/萬噸公里；YX客內(nèi)為客運鐵路內(nèi)燃機車油耗系數(shù)，千克/萬人公里，取65。

2.3.4 飛機

飛機排放量主要考慮飛機在一個完整的降落與起飛(landing and take-off ,LTO)周期內(nèi)污染物的排放量，其中LTO周期基于起降架次獲得，一個LTO周期包括兩個起降架次。所有污染物的估算均基于排放因子法，計算公式如下：

EMi,j=EFi×LTOj

(6)

式中，i為污染物類型；j為估算年份；EM為污染物排放量，kg；EF為排放因子，g/kg；LTO為飛機降落與起飛周期次數(shù)，次。

2.4 排放因子

目前我國對非道路移動源排放因子的實測研究尚處于起步階段，本地化的排放因子比較缺乏。本研究選取的排放因子主要參考了指南和相關(guān)文獻[9-10]，詳細的排放因子數(shù)據(jù)見表2。

表2 非道路移動源排放因子Tab.2 Emission factors of non-road mobile sources

3 結(jié)果與討論

3.1 成都市非道路移動源排放清單

本研究估算了成都市2011～2015年非道路移動源排放清單，以2015年清單為例進行說明，如表3所示，2015年，成都市非道路移動源排放CO 2.08×103t，HC 6.28×102t，NOX5.10×103t，VOCs 2.17×103t，PM2.52.1×102t，SO22.95×102t。

表3 成都市2015年非道路移動源排放清單Tab.3 Non-road mobile source emission inventory of Chengdu in 2015 (t)

進一步分析成都市非道路移動源的污染物排放分擔率，如圖1所示，飛機為成都市非道路移動源中CO、HC、NOX、VOCs、PM2.5和SO2的最大貢獻源，分別占非道路移動源排放總量的64.6%、62.6%、46.9%、75.5%、37.0%和83.2%。這是因為成都雙流機場為大陸地區(qū)第四大航空樞紐，輻射范圍廣闊，客流量大，發(fā)展迅速，據(jù)統(tǒng)計，截止2015年底，雙流機場旅客吞吐量超過4 000萬人次，貨物吞吐量接近60萬噸，年起降架次近30萬次[11]，巨大的起降次數(shù)帶來了較大的污染物排放量。農(nóng)業(yè)機械是成都市非道路移動源的重要貢獻源，排放了27.1%的NOX和32.7%的PM2.5，是該地區(qū)非道路移動源中的第二大NOX排放源和第二大PM2.5排放源。

圖1 2015年成都市非道路移動源污染物排放分擔率Fig.1 Emission contribution of non-road mobile source in Chengdu for the year 2015

為分析近幾年成都市非道路移動源污染物排放變化情況，按上述同樣方法，估算了成都市2011～2015年非道路移動源排放清單，如圖2所示，NOX在所有污染物中排放最高，且11～15年總體呈明顯的上升趨勢，VOCs與CO總體呈緩慢上升趨勢，HC與PM2.5的排放較穩(wěn)定，而SO2的排放在2014年出現(xiàn)快速下降主要是由于2013年7月1日后《普通柴油》排放標準中硫含量從0.2%改為0.035%所致。

圖2 2011～2015年成都市非道路移動源排放清單/tFig.2 The annual non-road mobile source emission inventory in Chengdu during 2011～2015

3.2 不確定性分析

本研究的不確定性主要來源于活動水平和排放因子，參考IPCC提供的誤差估算方法，并使用誤差傳播公式來估算最終誤差[12]。當不確定量由加法合并，總和的標準偏差為：

(7)

式中，Utotal為所有量的總和的百分比不確定性；xi和ui分別為不確定量及其相關(guān)的百分比不確定性。

當不確定量由乘法合并時，乘積的標準偏差為：

(8)

式中，Utotal為所有量的乘積的百分比不確定性；Ui為與每個量相關(guān)的百分比不確定性。

本研究估算清單的不確定性時作了如下假設(shè)：(1)統(tǒng)計資料、活動水平數(shù)據(jù)均來自于國家統(tǒng)計部門或其他政府部門公開數(shù)據(jù)，誤差不超過5%，其中，機場年起降架次數(shù)據(jù)為真實數(shù)據(jù)；(2)排放因子來自環(huán)保部發(fā)布的指南中基于油耗的排放因子，具有較高的參考性，誤差為50%。誤差分析結(jié)果見表4，由于本研究在計算中直接或間接采用官方的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，各類污染物的不確定性范圍在26.88%～41.99%，不確定性較小。但是由于機械的型號、使用年限、排放階段、運行工況以及環(huán)境因素和駕駛員操作習(xí)慣均會影響其污染物的排放量，因此，有必要在后續(xù)研究中細化非道路機械地分類，以及通過實測獲得更多的本地化的排放因子，以減少排放清單的不確定性。

表4 成都市2011～2015年非道路移動源估算誤差分析Tab.4 Analysis of estimation error of non-road mobile source in chengdu(2011～2015) (%)

4 結(jié) 論

4.1 成都市2015年非道路移動源排放量為CO 2.08×103t，HC 6.28×102t，NOX5.10×103t，VOCs 2.17×103t，PM2.52.10×102t，SO22.95×102t。

4.2 飛機為成都市非道路移動源中CO、HC、NOX、VOCs、PM2.5和SO2的最大貢獻源，分別占非道路移動源排放總量的64.6%、62.6%、46.9%、75.5%、37.0%和83.2%。農(nóng)業(yè)機械是該地區(qū)非道路移動源中第二大NOX排放源和第二大PM2.5排放源。

4.3 2011～2015年，成都市非道路移動源排放的污染物中，NOX總體呈明顯上升趨勢，VOCs與CO總體呈緩慢上升趨勢，HC與PM2.5的排放較穩(wěn)定，由于柴油標準中硫含量的趨嚴，SO2的排放在2014年開始出現(xiàn)快速下降。

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