陳艷艷，秦偉玲，李曉祎，吳克寒，陳 寧，宋程程

(1. 北京工業(yè)大學 北京市交通工程重點實驗室，北京 100124； 2. 北京交通發(fā)展研究院，北京 100073)

0 引 言

機動車尾氣對人體健康有很大的危害，美國洛杉磯光化學煙霧就是由機動車尾氣污染引起[1]， 因而車輛移動源為代表的交通運輸活動污染排放日漸引起關注。2011至2015連續(xù)5年，全國機動車污染防治年報統(tǒng)計數(shù)據顯示，汽車是機動車污染物排放總量的主要貢獻者，其排放的氮氧化物(NOx)和顆粒物(PM)超過90% 。按車型分類，全國貨車排放的NOx和PM明顯高于客車，其中重型貨車是主要貢獻者；按燃料分類，全國柴油車排放的NOx接近汽車排放總量的70%，PM超過90%[2]?？梢?，貨車污染物排放研究中NOx和PM是需重點關注的指標。貨運場站作為大量貨車的集散中心，其空氣污染情況不容小覷，對其污染物排放進行監(jiān)測研究具有重要的現(xiàn)實意義。國內外專門針對貨運場站污染物排放的研究工作較少，但關于機動車尾氣排放的研究工作開展的較多，相關研究工作可以作為本研究的基礎和參考。

S. S. POKHAREL、B. C. S. AND等[3-5]在美國南加州和丹佛地區(qū)，利用遙感對機動車進行了實時排放因子研究，建立了基于燃料的機動車排放清單。周昱等[6]根據遙感監(jiān)測得到北京市輕型汽油車基于油耗的一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)和 NOx平均尾氣管排放因子分別為200.1、11.05、6.68 g/L。張振華[7]對北京和杭州的PM2.5濃度、來源及其影響因素進行了研究，指出北京PM2.5濃度一天內呈現(xiàn)早晚和夜間3個峰值，分別對應早晚上下班高峰和夜間柴油燃料貨車集中通行時段。同時，監(jiān)測數(shù)據顯示杭州市柴油車PM2.5排放量占全市PM2.5排放總量的80%以上。嚴晗[8]通過對北京市典型道路的交通流實時觀測，應用北京市機動車排放因子模型對不同路段的NOx、PM2.5和黑碳(BC)的排放強度進行了研究，指出中重型貨車通行比例增加是3種污染物排放因子增大的重要因素，BC排放因子與中重型貨車流量比例呈現(xiàn)極強的相關性(R2=0.99)。同時，3種污染物小時平均排放強度均呈現(xiàn)早晚高峰的特征，與交通流的早晚高峰特征一致。例如北四環(huán)中路早晚高峰時BC小時平均排放強度高達106±13和103±6 g/(km·h)，是全天平均水平的1.5倍。沙學鋒[9]采用車載動態(tài)排放監(jiān)測設備對長春市典型道路和交叉口的機動車排放進行了研究，指出加速工況車輛排放速率最大，是交叉口處的主要污染源，而怠速工況的排放速率最小。同時，早晚高峰時段污染物排放量明顯升高，高峰期NOx排放量是夜間低峰時的2倍多。孫晉偉[10]按營運車輛行駛工況的不同將客運站分為幾個不同區(qū)域，以客運車輛行駛周期為基礎利用MOVES模型量化客運站不同區(qū)域尾氣排放量及整體尾氣排放量，其研究發(fā)現(xiàn)公路客運站站內不同區(qū)域污染物排放量的大小不同，其中停車場及進出入站口污染物排放量較大，發(fā)車位、下客區(qū)及行駛區(qū)3個區(qū)域污染物排放量較小。謝紹東等[11]將COPERTIII中所需參數(shù)本地化，利用該排放因子模型計算得到2002年中國機動車CO，NOx，HC和PM的排放因子。

目前的研究表明：1)貨運車輛是交通污染物的主要排放源；2)車輛工作狀況對污染物排放有重要影響；3)交通基礎設施中機動車污染物排放研究還很少?？傮w而言，環(huán)保監(jiān)測統(tǒng)計能力薄弱，基礎數(shù)據缺乏，導致底數(shù)不清，相關決策和管理缺乏有效的數(shù)據支撐。貨運場站作為貨車周轉的樞紐對周邊環(huán)境影響舉足輕重，因此開展貨運場站排放監(jiān)測及其污染特征研究十分必要。為準確掌握貨運場站的排放特征，筆者對北京漢龍貨運場站進行了實時監(jiān)測，選取貨運車輛的主要污染物PM和NOx作為研究對象，研究了污染物排放的空間特征和時間特征，為貨運場站大氣環(huán)境數(shù)據監(jiān)測方法進行了積極探索并為貨運場站的污染治理提出了針對性的策略。

1 監(jiān)測對象與方法

1.1 監(jiān)測對象

筆者以北京新發(fā)地漢龍貨運中心為場站監(jiān)測對象，漢龍貨運中心是北京市批準的9家貨運樞紐中規(guī)模最大的一家，坐落于京開高速路106國道新發(fā)地立交橋東南側，南接京良路，西臨京石高速，東連京津塘高速，是北京連接華南、西南的“咽喉”要道。中心總占地面積36萬平方米，注冊企業(yè)280家，入住商戶500余家，自有車輛1 279輛，外簽合同貨車3 000余輛，日均進出約14 000輛次。2013年漢龍場站貨物吞吐量達1 500萬噸，占北京市貨運總量的一半以上。

貨運車輛多以柴油為燃料，排放的污染物成分復雜，其中法規(guī)限制排放的有4類物質，即CO， HC，NOx和PM[12]，它們在特定條件下會產生光化學煙霧并可能形成霧霾，嚴重危害著環(huán)境質量和人體健康[13]。已有研究表明NOx和PM是貨運車輛的主要排放污染物，此外，相關研究表明硫氧化物的最大排放源是燃煤發(fā)電和其他工業(yè)生產過程，為此筆者不將其列為研究對象。為提高研究的針對性筆者選取NOx和PM作為監(jiān)測指標對象，研究其排放特征。

1.2 監(jiān)測方法

污染物實時監(jiān)測采用ZTD-A1型可移動式痕量氣體分析儀。該儀器采用美國環(huán)境傳感器技術公司生產的電化學ppb級氣體傳感器，可以對環(huán)境空氣中主要有害氣體濃度和顆粒污染物濃度以及氣象五參數(shù)等進行實時監(jiān)測，所測定環(huán)境級氣體，其濃度可低至1 ppb。儀器由采樣部分、過濾器、氣體監(jiān)測模塊、樣氣濃度分析模塊、氣象模塊及通訊模塊組成，能夠實現(xiàn)數(shù)據采集/數(shù)字濾波、動態(tài)數(shù)據圖形顯示、數(shù)據存儲/查詢/通訊、供電方式自動選擇等功能。由CPU控制的數(shù)據采集電路對傳感器輸出的多路信號進行實時采集，并通過數(shù)字濾波對異常數(shù)據進行處理，克服各種干擾的影響，確保采集的數(shù)據準確可靠。在監(jiān)測界面中，可以直接完成氣體單位轉換，直觀監(jiān)測到需要的濃度值不需要換算計算。研究表明，散射法標準濕度60%以下采集的數(shù)據顆粒物濃度與重量法測量的濃度一致性較高[14]。因此，筆者將監(jiān)測時間選在背景天氣濕度低于60%的時候以提高數(shù)據相對精度。

監(jiān)測系統(tǒng)采樣頻率為每分鐘12次，自動計算其平均值作為每分鐘污染物濃度自動記錄并顯示。因此，本研究環(huán)境數(shù)據采樣間隔為1 min，由設備自動記錄并存儲。選取場站大門、內部交叉口和裝卸區(qū)3種類型6個監(jiān)測點作為研究對象，具體分布及代號見圖1。圖中：N2代表北2門；W代表西門；Z1代表裝卸區(qū)1；Z2代表裝卸區(qū)2；CR1代表內部交叉口1；CR2代表內部交叉口2。

圖1 場站內監(jiān)測點位平面布置Fig. 1 Locations of monitoring points in the freight station

筆者的監(jiān)測指標包括：環(huán)境、氣象及交通3個方面。環(huán)境大氣污染物監(jiān)測指標為PM10、PM2.5、NO2和NO；氣象因子為溫濕度，風速風向；交通因子主要是交通流量。

結合貨運場站貨車交通運行特點、貨車視線盲區(qū)對監(jiān)測工作人員的安全威脅以及場站運營時間等因素，監(jiān)測時段選取在13:00—19:00，通過連續(xù)6 h的監(jiān)測探討貨運場站排放的特征。筆者分別于2016年11月1日，11月6日，11月13日進行了環(huán)境監(jiān)測。

研究以距場站較近的北京市大興城市環(huán)境評價點監(jiān)測數(shù)據作為背景數(shù)據：溫度為5～7 ℃；濕度為33%～36%；紫外線指數(shù)為1；風向為西南風；風力為2～3級；PM10為61 μg/m3；PM2.5為45 μg/m3；NO2為20 μg/m3；SO2為16 μg/m3；O3為42 μg/m3；CO為0.6 mg/m3。

2 監(jiān)測結果及污染物排放特征分析

2.1 污染物濃度與交通特性的關系

以車流量較大的西門和北2門為例，研究發(fā)現(xiàn)同種污染物西大門濃度高于北2門，其中氮氧化物較顆粒物差異更為顯著，西門NO濃度約為北2門的5倍，NO2濃度為5.5倍(見圖2)。西門是場站車流量最大的出入口，大中型貨車通行量大于北2門，這是造成上述顯著差異的主要因素。

圖2 同時段內西門和北2門主要污染物濃度對比Fig. 2 Comparison of concentration of main pollutions in West and the Second North Gate at the same time

為進一步研究污染物排放與交通特性的關系，對西門和北2門的車流量進行了視頻監(jiān)測。調查結果顯示，西門平峰時段車流量396 pcu/h，晚高峰540 pcu/h； 北2門平峰時段車流量250 pcu/h，晚高峰302 pcu/h。同時，西門作為主要出入口，大中型貨車的通行比例達到26.8%，而北2門的大中型貨車的通行比例僅為13.5% 。

圖3顯示了西門車流量、污染物濃度隨時間的變化特征。2016年11月1日14：00—15：10連續(xù)70 min對場站西門處的車流量和污染物濃度進行了同步監(jiān)測。其中車流量數(shù)據，以5 min為間隔統(tǒng)計通過車輛數(shù)并折算為小時當量交通量描繪在圖中，共14個數(shù)據點；污染物濃度數(shù)據，本研究環(huán)境數(shù)據采樣間隔為1 min，由設備自動記錄并存儲，將連續(xù)5 min獲取的5個數(shù)據求取平均值記為5 min內污染物平均濃度描繪在圖中，與車流量數(shù)據相對應。

圖3 NOx、PM10、車流量隨時間變化趨勢對比Fig. 3 Trend comparison of NOx , PM10 and vehicle flow changing with time

由圖3可見污染物濃度隨時間的變化趨勢與車流量隨時間的變化趨勢一致性較好，即車流量增大污染物濃度升高，車流量減小污染物濃度降低。

相關性分析顯示車流量和NOx及PM10具有較顯著的相關性(見表1)。從表1可以看出，車流量與顆粒物PM10之間的相關系數(shù)為0.695，檢驗的顯著性概率為0.006，表明車流量和PM10兩個變量之間顯著相關；車流量與NO2、NO之間的相關系數(shù)分別為0.537和0.561，其檢驗顯著性概率分別為0.048和0.037，表明車流量與氮氧化物之間顯著相關。同時，污染物的濃度變化與車流相比具有顯著的“削峰”現(xiàn)象，該結果的產生是由于污染物擴散需要一定的時間，并受到大氣環(huán)境的稀釋，因此污染物濃度曲線未呈現(xiàn)與交通量一致的峰值。

表1 污染物排放與車流量相關性分析Table 1 Correlation analysis of pollutants emission and vehicle flow

注：**表示在 0.01 水平(雙側)上顯著相關；*表示在 0.05 水平(雙側)上顯著相關。

2.2 場站內各監(jiān)測點污染物濃度分布

監(jiān)測時段內顆粒物PM10和PM2.5以及NOx的濃度變化情況見圖4。由圖4可見，就PM而言，Z1、Z2和CR1、CR2污染重于N2、W處；就NOx而言，Z1、CR1和W處污染要重于Z2、CR2及N2。需要指出的是，裝卸區(qū)監(jiān)測數(shù)據采集于有叉車作業(yè)時段，考慮到叉車作業(yè)時排放量較大，裝卸區(qū)監(jiān)測點距叉車15 m，監(jiān)測數(shù)據不直接受叉車排放的影響。

圖4 不同區(qū)域污染物平均濃度對比Fig. 4 Comparison of average concentration of pollutants in different areas

由此可見，貨運場站內貨物裝卸區(qū)、內部道路交叉口是PM污染較重區(qū)域，相關的污染防治應予以重點關注。裝卸區(qū)域操作人員集中，應做好針對顆粒污染物的防護措施以有效保護人員健康。而氮氧化物的監(jiān)測及防治應重點關注裝卸區(qū)域、道路主要交叉口和西門等區(qū)域。

2.3 叉車作業(yè)對顆粒污染物排放的影響

裝卸區(qū)域貨物的裝卸工作主要由柴油叉車完成，叉車作業(yè)時頻繁改變工作狀況，不斷重復啟動、轉運、怠速、行駛、停駛動作。叉車裝貨作業(yè)流程為：車輛啟動用貨叉將貨物托起，轉向，行駛至貨車車廂制動停駛，加油高起貨叉，抬高貨物至貨物合適高度送至車廂，降落貨叉至低位，轉向行駛至貨物區(qū)繼續(xù)搬運循環(huán)作業(yè)。卸貨流程為：車輛自所需卸載貨物貨車車廂處，啟動車輛，原地高起貨叉，叉起貨物，倒車轉向并降低貨叉至低位行駛至貨物擺放區(qū)域，將貨物卸下，轉向行駛返回至貨車車廂處循環(huán)作業(yè)。對Z1區(qū)域叉車作業(yè)時的排放情況進行了單獨監(jiān)測，監(jiān)測時儀器距排放源距離為3 m。單臺叉車作業(yè)與不作業(yè)情形下的顆粒污染物濃度的對比情況進行監(jiān)測，結果如圖5。顯然叉車作業(yè)提高了顆粒污染物的排放。在叉車工作時段PM2.5、PM10濃度均高出非工作時段近1倍。柴油叉車作業(yè)時頻繁啟動、熄火、瞬時加速、減速、怠速不斷切換工作狀況造成污染物排放明顯增加。

3 結 論

1)貨運場站內不同區(qū)域污染物貢獻度不同。貨物裝卸區(qū)、內部道路交叉口、場站出入口是機動車污染較重區(qū)域。PM的監(jiān)測及防治應將裝卸區(qū)和內部道路交叉口作為重點區(qū)域；氮氧化物的監(jiān)測及防治應重點關注裝卸區(qū)域、道路主要交叉口和場站出入口等區(qū)域。

2)交通特性中車流量是影響排放的顯著因素，PM10和NOx濃度變化與車流量變化呈正相關趨勢。車流量越大PM10和NOx濃度越高。同時，大中型貨車的通行比例對污染物排放影響顯著。

3)用于裝卸貨物的柴油叉車污染嚴重，叉車裝卸過程污染貢獻度高，其怠速及搬運過程、啟動、停駛、驟然加速減速頻繁導致排放增加，非開闊地帶裝卸區(qū)污染更嚴重?？梢钥紤]將柴油叉車換成新能源或者電動叉車，從源頭減少污染物排放。

貨運場站作為重要的交通基礎設施，是柴油動力機動車的集散場地，因而也是交通行業(yè)中污染排放嚴重區(qū)域。隨著交通行業(yè)節(jié)能減排工作的不斷推進，貨運場站的排放監(jiān)測和污染特征研究工作將不斷深化，未來可引入車輛類型、車齡、車滿載率等因素完善排放監(jiān)測方案，可探索場站不同區(qū)域的污染擴散模型研究。