劉登國，劉娟，伏晴艷，朱洪，樓狄明，黃偉民，王磊

1上海市環(huán)境監(jiān)測中心， 2. 上海城鄉(xiāng)建設(shè)和交通發(fā)展研究院，3. 同濟大學 汽車學院

1 引 言

圖1 基于交通模型的道路路段排放測算方法

近年來，我國機動車保有量每年增速很快，到2018年，我國機動車保有量已達3.07億輛[1]，汽車占77.8%、摩托車占22.2%。機動車污染已成為各大城市的主要大氣污染源，上海城市大氣細顆粒物PM2.5源解析顯示移動源排放占比為29%[2～4]。北京、天津、上海、重慶、澳門、廣州、杭州、成都、烏魯木齊、上海等城市[5-15]利用機動車有關(guān)模型估算了機動車排放清單。由英國劍橋環(huán)境研究中心（CERC）開發(fā)的ADMS-Urban模型已在英國、匈牙利、立陶宛、新加坡、香港、中國內(nèi)地得到廣泛應(yīng)用，包括倫敦、布達佩斯、羅馬、遼寧北部城市、上海等城市[15-18]，但基于路段的城市機動車排放清單及其擴散模擬研究較少。本研究以交通模型為基礎(chǔ)，計算基于路段的機動車動態(tài)排放清單，并用ADMS-Urban模型模擬道路擴散情況，為實際道路機動車排放污染物預測預警提供技術(shù)支持。

2 基于交通模型的機動車排放研究

將在早高峰、平峰、晚高峰等3個時段建立的上海交通模型，接合上海典型道路線圈和高速公路收費站的分車型流量變化規(guī)律，細化輸出為全路網(wǎng)7.2萬條路段小客車、大客車、小貨車、大貨車、集卡、公交車和出租車等7種車型全天24小時的車流量和車速數(shù)據(jù)庫。

以IVE模型的基本原理為依據(jù)建立路段機動車污染物的排放測算方法的公式如下：

其中，i為車型，j為道路類型；T為交通量，單位為輛/年，L為道路長度，單位為km；EF為排放因子，單位為g /（km·輛）。

根據(jù)交通模型的7.2萬條路段7種車型24小時的車流量和車速數(shù)據(jù)庫，接合上海車輛技術(shù)分布數(shù)據(jù)庫中提取對應(yīng)的車輛技術(shù)分布，計算各技術(shù)類型車輛的流量。根據(jù)平均車速從機動車基礎(chǔ)排放因子數(shù)據(jù)庫中獲得各車型排放因子，根據(jù)計算路段的長度和總車流，計算路段的機動車污染物排放，每1 h將各路段計算結(jié)果進行匯總并輸出（圖1）。以2014年上海全路網(wǎng)工作日交通量為例，計算全路網(wǎng)機動車污染物排放清單，獲得NOx、PM10、PM2.5、VOCs日排放量分別是264噸、19.6噸、17.5噸、83.6噸，上海市機動車排放市區(qū)與郊區(qū)差異明顯，這與上海道路機動車交通量市區(qū)和郊區(qū)分布規(guī)律有關(guān)；因VOCs主要來自汽油車尾氣排放，中心城區(qū)VOCs排放密度高于郊區(qū)；NOx排放高架道路和高速公路等主干道排放密度高于其它道路。

圖2 機動車排放主要污染物空間分布1km網(wǎng)格分布規(guī)律

以早高峰8點機動車交通量為基礎(chǔ)，計算早高峰機動車NOx、PM10、PM2.5、VOCs排放清單，以1 km網(wǎng)格的排放強度空間分布詳見圖2，排放強度高的地區(qū)分布在寶山浦東外環(huán)隧道、徐家匯、滬杭閔行莘莊、S4閔行路段。

3 基于道路排放清單的ADMS交通影響測算

ADMS模型基于高斯煙流分布計算污染濃度[15-18]：

式中，式中：為為計算點處的污染物質(zhì)量濃度，mg/m3；為計算點在笛卡爾坐標系中的坐標，m；為源強，mg/(m·s)； 為平均風速，m/s 、分別為橫向和鉛直向擴散參數(shù)，m； 為線源高度，m；為線源長度，m；為高斯誤差函數(shù)。

圖3 VOCs、NOx、PM2.5（一次）污染排放模擬空間分布圖

圖4 NOx（上午8點（東南風））污染排放空間分布圖

圖5 NOx（上午8點（靜風））污染排放空間分布圖

本次模擬選擇以主干路及高速、快速道路共計1.2萬段建立的ADMS模型輸入文件為例，其排放量約占全部道路的56%，計算道路機動車NOx、PM2.5、VOCs排放擴散規(guī)律。氣象條件為：風向西北風和東南風，風速為3m/s、靜風，晴天時候的云量（0）。由于ADMS只能模擬3000段路段，本次模擬分割成5段計算ADMS擴散情況，模擬數(shù)據(jù)匯總而成。上海早上8點為上班交通高峰期，各類污染物模擬的高濃度主要集中在內(nèi)環(huán)、中環(huán)、外環(huán)線上及附近，從空間分布上快速路、高速等路段車流密集，成為高污染負荷的重點區(qū)域。主干路及高速路段兩側(cè)的高濃度距離約1 km，最大距離出現(xiàn)在下風向的100 m左右，最高值到背景值距離在1 km～2 km之間，平均約1.5 km左右(圖3)。

抽取14個敏感點（圖3）計算環(huán)境空氣質(zhì)量：在靜風條件下，敏感點濃度在682～6 161 ug/m3，有3個點超出3 000 ug/m3。風速為3 m /s、西北風下，敏感點濃度在241～3 402 ug/m3；有12個超出250 ug/m3，有3個點超出1500ug/m3，在中環(huán)滬閔高架接觸點最高。風速為3m/s、東南風下，敏感點濃度在55～1 103 ug/m3；有10個超出250 ug/m3，在外環(huán)浦東接觸點最高。詳見圖4、圖5、圖6、圖7。

圖6 高速路及主干路和接受點位圖

圖7 敏感點污染排放圖

表1 滬閔路北松公路口NOx最高值信息

每種氣象條件下的7萬個NOx數(shù)據(jù)，西北風、東南風、靜風NOx最大值在滬閔路北松公路口(米坐標（347 803.34，3 435 874）)分別為14.5mg/m3、15.3mg/m3、19.3mg/m3，詳見表1，以西北風為基準，東南風、靜風下NOx濃度分別是其的1.1、1.3倍。其中NOx大于0.25mg/m3，西北風、東南風、靜風分別占10%、9%、45%；大于1mg/m3，西北風、東南風、靜風分別占0.7%、0.7%、30%。

4 結(jié) 論

① 基于交通模型的道路機動車排放NOx、PM10、PM2.5、VOCs排放量分別是264噸/日、19.6噸/日、17.5噸/日、83.6噸/日；中心城區(qū)VOCs排放密度高于郊區(qū)，NOx排放快速路和高速路等排放密度高于其它道路。

② 上海主干路及高速、快速道路共計1.2萬段的排放量約占全部道路的56%，上海交通高峰期早上8點的NOx、PM2.5(一次)、VOCs模擬高濃度主要集中在內(nèi)環(huán)、中環(huán)、外環(huán)線，從空間分布上快速路、高速等路段車流密集，成為高污染負荷的重點區(qū)域。主干路及高速路段兩側(cè)的高濃度距離約1km，最大距離出現(xiàn)在下風向的100 m左右，最高值到背景值距離平均1.5 km左右。

③ 14個敏感點計算的NOx濃度顯示：在靜風條件下，敏感點濃度在682～6161 ug/m3，有3個點超出3 000ug/m3。風速為3m/s、西北風下，敏感點濃度在241～3 402 ug/m3；有12個超出250 ug/m3，有3個點超出1 500 ug/m3，在中環(huán)滬閔高架接觸點最高。風速為3m/s、東南風下，敏感點濃度在55～1 103 ug/m3；有10個超出250 ug/m3，在外環(huán)浦東接觸點最高。