（交通运输规划与管理专业论文）城市环境交通容量分析方法.pdf

摘要 摘要 环境与发展是不可分割的，它们相互依存，密切相关。可持续发展的战略思想已成为当代环境与发展 关系中的主导潮流。交通系统的可持续发展要求交通的发展不能以损害和牺牲环境去谋求经济增长。而机 动车作为重要的交通工具，其保有量正以迅猛的速度增长，交通污染已经成为城市大气污染的最主要污染 源之一。保持城市交通与环境的协调发展，已经成为各国城市发展过程中面临的一个共同难题 首先，回顾分析了环境容量和交通容量的定义后。在已有研究成果的基础上。给出了交通环境容量和 环境交通容量的定义，并分析了两者的异同点和内在联系。交通环境容量是指在环境容量限制条件下，交 通部分在一定的分担率条件下，所允许捧放污染物的最大负荷量。而环境交通容量指城市一定区域内，在 一定的道路、交通状况、环境质量标准下单位时间内所能容纳的最大机动车数量。两者都是环境容量和交 通容量的交集，但前者实际上还是一种环境容量，而后者却是一种交通容量 其次，根据上述定义，对环境交通容量的求解采用了两步走的思路：先对研究区域进行网格划分，模 拟每个网格中交通污染物的扩散，得到污染物在网格问扩散的传递矩阵，并建立线性优化模型，求出研究 区域的交通环境容量，再以资源消耗的思想建立交通环境容量的求解模型，并对模型进行了实例演示 最后，分析了交通结构对环境交通容量的影响，考虑了交通环境、出行需求、路阿容量、城市机动性 等约束条件下可持续发展的交通结构优化模型，并用安庆市数据对模型进行求解，得到了可持续发展的安 庆市交通结构。 关键词；交通环境容量环境交通容量交通结构线性优化模型面源模式交通小区网格划分 a b s t r a c t a b s t r a c t e n v i r o n m e n ta n dd e v e l o p m e n ta r ei n d i v i s i b l e ，i n t e r d e p e n d e n ta n di n t e r r e l a t e dc l o s e l y s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n th a sb e c o m et h ed o m i n a n tt r e n do ft h er e l a t i o nb e t w e e ne n v i r o n m e n ta n dd e v e l o p m e n t c o n t e m p o r a r i l y t h e s u s t a i n a b l el r e f f i cs y s t e mr e q u i r e st h ed e v e l o p m e n tn o tt oh a r mt h ee n v i r o n m e n tf o r e c o n o m i c g r o w t h w h i l e m o t o r v e h i c l e sa s a m a j o r m e a r l s o f t r a n s p o r t a t i o n i s t o m a i n t a i n i t s r a p i d g r o w t h 1 腑蚯c p o l l u t i o n h a s b e c ：0 m e o n e o f t h e m o s t i m p o r t a n ts o n r & s o f p o l l u t i o n i n c i t y t o m a i n t a i nac o o r d i n a t e d d e v e l o p m e n t o f u r b a n t r a n s p o r t a n d t h e e n v i r o n m e n t h a s b e c o m e ac o n i m o i l p r o b l e m o f d e v e l o p m e n l f i r s t , r e r e s p e c t i v ea n a l y s i st h ed e f i n i t i o n so ft h ee n v i r o n m e n t a lc a p a c i t ya n dt r a f f i cc a p a c i t ya n dt h er e a e a r c p r e s u l t s o f p r e d e c e s s o r s , t h e d e f m i t i o n o f t r a f f i c e n v i r o n m e n t a l c a p a c i t y a n d e n v i r o n m e n t t r a f f i c c a p a c i t y h a v e b e e ? g i v e na n dt h es i m i l a r i t i e sa n dd i f f e r e n c e sb e t w e e nt h et w od e f i n i t i o n sh a v eb e e na n a l y z e d t r a f f i ce n v i r o n m e n t a l c a p a c i t yr e f e r s t o t h e c a p a c i t yc o n s t r a i n t s i n t h e e n v i r o n m e n t u n d e r t h e c o n d i t i o n s o f a c e r t a i n p a r t o f t h e t r a f f i c - s h a r i n gr a t ec o n d i t i o n s ，t h ee m i s s i o n o fp o l l u t a n t sa l l o w e db yt h eg r e a t e s tl o a d t r a f f i ce n v i r o n m e n t a l c a p a c i t yc a l lb ed e f i n e da s “r e s t r i c t e dw i t h i ne n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y , t h ea m o u n to fp o l l u t i o ne m i t t e db yt r a f f i c a c t i v i t i e s e n v i r o n m e n t a lt r a f f i cc a p a c i t yc a nb ed e f i n e da s “m a x i m u ma m o u n to ft r a f f i ca c t i v i t i e st h a tm a yo 。c l i i i na g i v e na r e a d u r i n g a c e r t a i n p e r i o d o f t i m e ，u n d e r 石x c d p h y s i c a l c o n d i t i o n s ，w i t h o u t c a u s i n ge n v i r o n m e n t a l d e t r i m e n t t h e ya r eb o t ht h e i n t e r s e c t i o no f e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t ya n dt r a f f i cc a p a c i t y , b u tt h e f o r m e ri sat y p e o fe n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y , t h el a t t e ri sat y p eo ft r a f f i cc a p a c i t y s e c o n d , a c c o r d i n gt ot h ea b o v ed e f i n i t i o n s ，t h es o l v e dp r o c e s si sd i v i d e dt ot w os t e p s ：f i r s t ，m e s hg e n e r a t i o n t h es t u d i e dr e g i o n , s i m u l a t et h ep o l l u t i o n se m i s s i o n st og e tt h et r a n s f c rm a t r i x ，t h e ne s t a b l i s ht h el i n e a ro p t i m a l m o d e la n d s e e k t h e o p t i m i z e d v a l u e ；s e c o n d , t h r o u g h w a y o f r e s o u r c e s c o n s u m p t i o n 幻f o r ms e e k t h e m a x i m u m a m o u n to f u a f f i ca c t i v i t i e sa n dad e m o n s t r a t i o ne x a m p l ei sr e a l i z e d a tl a s t , a n a l y z e dt h ei m p a c to ft r a f f i cs t m c t o r eu p o ne n v i r o n m e n t a lt r a f f i cc a p a c i t ya n dc o n s i d e r e dt h e r e s t r i c t i o n so f t r a f f i ce n v i r o n m e n t 、t r a f f i cd e m a n d 、n e t w o r kc a p a c i t y 、m o b i l i t ye t c , f o r ml i n e a ro p t i m a lm o d e lo t t h es u s t a i n a b l et r a f f i cs y s t e m ad e m o n s t r a t i o ne x a m p l eo f a n o i n gi sr e a l i z e d k e yw o r d s ：t r a f f i ce n v i r o n m e n tc a p a c i t y ；e n v i r o n m e n t t r a f f i cc a p a c i t y ；t r a f f i cs t r u c t u r e ；l i n e a r o p t i m a l m o d e l ；a r e as o u r c em o d a l ；t r a f f i ca n a l y z ez o n e ；m e s hg e n e r a t i o n i i 符号注释表 童 符号 节 定义备注 第$ k 童 第i 个控锚点第t 类污染物的交通贡献浓度 第，个面源第k 类污染物的交通污染源强 第个交通污染源捧放的第k 类污染物在第i 个控 制点上造成的浓度贡献值 传递系数，是指第，个交通污染源捧放的某种污染物 单位污染源强在第i 个控翻点上造成的浓度贡献量 第i 个网格k 类污染物的环境质量标准 第f 个网格k 类污染物的背景浓度 第个网格女类污染物的交通分担率 污染物地面质量浓度 污染物源强 平均风速 水平方向扩散参数 垂直方向扩散参数 横风向距离 有效源高 面源单元的边长 垂直方向初始扩散参数 o h 水平方向初始扩散参数 而 虚点源所在位置 擎证tm g | 订 单位；m g s 单位；m g m 3 反映了面源在受体点的污染贡献浓度与面源源强 的正比关系 以国家标准体系为依据，并参照地区标准体系加以 综合考虑，单位；m g m 非交通污染源产生的污染物浓度，单位；m g m 3 单位；m g s 单位；m ，s 单位：m 单位：m 单位：m 单位：m ，交通污染源一般取1 2 m 单位 m 单位：m 虚点源法中，q 。是线源源强分布的标准差可用公 o y d = l 3 来计算 先求出o h ，再由稳定度级别反求出而，单位；m 太阳高度角 单位；d e g 甲 当地纬度 单位：d e g v i 彳旷 0 吐 c g 口 巳 吒y 日l 符号注释表 符号注释表( 续1 ) 第 四 劈 交通小区机动车一定时间( 高峰小时) 内七类污染物资 单位；培 岔 早位；口培 源总量( i = 1 ，2 ，m ) 第i 交通小区包含的网格数 瑶城市交通环境容量中，网格的七类交通污染物源强单位：n a g 丁 研究时问 单位：j 尾 第f 交通小区各个车型比例 k 第j 交通小区各个车型高峰小时的平均车速单位；_ b 码 磁 第f 交通小区类污染物x 车型的摊放园子单位：g 如m v e h 章 第f 交通小区环境质量日标下路网所能容纳的机动车敷 m单位：辆 量 第i 交通小区环境质量目标下路网所瞻容纳的机动车致 单位：辆 量 v 垄堕奎兰塑主兰堡丝苎 符号注释表( 续2 ) v i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名：盘笠生e t 期：篮：型：! 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名： 聋至生!导师签名：李魏日 1 1 研究背景 第一章绪论 改革开发以来，我国城市化发展迅猛，截至2 0 0 6 年，城市化水平已达4 3 9 ，同时，随着人均g d p 的提高和国内汽车消费市场的建立和完善，城镇居民的机动车拥有水平将有较大幅度的提高，特别是小汽 车将以快捷、舒适、私密等其他交通工具无法比拟的优越性越来越多的进入家庭。 2 0 0 6 年，中国汽车产量为7 2 8 万辆，比上年增长2 7 6 ，已超过德国，仅次于美国、日本，居世界第 三位。中国已成为世界第二大汽车消费国，第三大汽车生产国，第一大潜在市场。商务部新闻办公室表示 2 0 0 7 我国汽车产量有望达到8 5 0 万辆，另据日本野村综合研究所2 0 0 6 年发表的研究报告认为2 0 1 0 年中 国汽车产量将达到9 8 1 万辆，超过日本年产9 6 0 万辆的规模，届时中国将成为仅次于美国的全球第二大汽 车生产国。随着汽车工业的发展，我国的机动车保有量也持续上升，截至2 0 0 7 年6 月，全国机动车保有 量已超过1 5 亿辆“2 , 3 1 。 汽车作为现代化的交通工具，在促进经济繁荣和发展、提高人民生活水平的同时，也给人类赖以生存 的环境，特别是城市大气环境带来严重污染，使人们的身心健康受到严重威胁。 机动车保有量的持续增长，全国机动车污染物排放总量也持续攀升。2 0 0 3 年，全国机动车碳氢化合物、 一氧化碳和氮氧化物排放量已分别达到8 3 6 1 、3 6 3 9 8 和5 4 9 2 万吨，比1 9 9 5 年增加了2 5 1 、2 0 5 和3 o l 倍。北京、上海、广州等大城市机动车排放的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、细颗粒物在大气污染物 中所占平均比例分别为8 0 ，7 5 、6 8 和5 0 ，已成为这些城市空气污染的第一大污染源。今后随着 城市煤烟型污染控制取得成效，城市机动车排放污染对空气质量的影响将越来越突出，如果不能有效控制 机动车污染，到2 0 1 0 年，我国6 6 1 个城市中将有4 0 0 个城市的环境空气污染会从煤烟型转化为机动车污 染型1 4 可持续发展，是当今国际社会普遍关注的重大问题。自1 9 8 7 年国际环境与发展委员会在我们共同 的未来报告中系统地阐述了“可持续发展”战略后，至今十余年间，所引起的世界各国和国际社会的重 视和关注是空前的，许多国家纷纷把可持续发展纳入本国发展战略和发展规划。 我国于1 9 9 4 年3 月2 5 日通过的中国2 l 世纪议程，明确指出交通今后发展目标是“在2 1 世纪的 前十年，使交通的发展基本适应国民经济发展和人民生活发展的需要，促进国家、社会、经济可持续发展”。 1 9 9 2 年6 月在巴西里约热内卢举行的世界环境与发展会议上，提出了环境可持续发展问题。明确了环 境可持续发展是人类生存和社会发展的必要保障。 2 0 0 6 年1 2 月1 3 日“2 0 0 6 为了更好的空气质量大会”在日惹召开，会上公布了一份关于亚洲城市大 气污染的“黑名单”，北京位居榜首。不仅如此，报告还指出，亚洲每年有5 3 7 万人死于空气污染，汽车 尾气排放是主要根源。 同时，城市交通系统的资源消耗严重，随着机动车拥有量的增加，交通工具的燃油消耗也急剧增加。 由于对不可再生资源过度依赖，资源供给的非均衡利用的矛盾已日趋突出。2 0 0 0 年我国汽车用油消费量为 4 8 0 0 多万吨，比1 9 9 9 年增长7 1 8 ，远远超过前l o 年国内能源消费年平均2 6 的增长速度。然而，国 1 东南大学硕士学位论文 内石油资源十分贫乏，储量仅占世界石油储量的4 5 。我国城市交通油品供应面临巨大压力”】 随着我国国民经济的持续增长，带动了交通运输业的快速发展，而机动车作为重要的交通工具，其保 有量也以迅猛的速度增长，交通污染已经成为城市大气污染的最主要污染源之一，保持城市交通与环境的 协调发展，已经成为各国城市发展过程中面临的一个共同难题。 如何衡量城市交通发展对城市环境的影响以及可持续发展目标下城市交通的发展规模，就成了亟待解 决的问题，城市交通系统已经成为影响城市环境质量的主要污染源，而环境系统的承受能力是有限的，一 旦超过，治理环境污染的边际成本将大大增加，生态环境就会制约经济的发展。实现交通，经济和环境的 协调发展，要求交通系统的发展规模和强度不能超过环境系统的承受能力。这就促成了城市环境交通容量 的提出。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 s i r c o l i nb u c h a n a n 在城市的机动车交通( t r a f f i ci n t o w n ，1 9 6 3 出版) 一书中第一次提出了环境交 通容量的概念：在不引起环境恶化条件下，一条道路单位时间内所能通过的最大交通量。他以行人安全性 作为环境约束条件，并选用过街延误对环境交通容量进行量化。 随着这一概念的提出，环境交通容量在美国，英国，澳大利亚等国得到广泛研究。早期的研究主要在 微观层面，宏观层面的环境交通容量研究直到1 9 9 7 年才由s h i r a n 在其博士论文提出，并对其进行了探索 性研究。 ( i ) 微观环境交通容量 1 9 7 0 年c r o m p t o n 和g i l b e r t 提出环境交通容量应该综合考虑噪声、速度、车型、尾气排放、交通构成、 振动、行人延误对环境的影响，并没有考虑气体污染物的扩散和转移。但是由于研究过程中遇到的困难， 他们把环境交通容量的影响因素缩减为3 个，分别为噪声、行人过街延误和视觉干扰。 h o l d s w o r t h 和s i n g l e t o n 对s i r c o l i nb u c h a n a n 的模型进行了改进，综合考虑了道路宽度，建筑退后， 土地使用，行人安全岛，车速，车型，交通流对环境容量的影响。认为平均车速和大型车比例的下降可以 提高环境交通容量。 o v e a m p 交通规划项目综合考虑了行人过街延误和安全，并提出了环境影响系数( 实际通行能力和环 境交通容量的比值) ，当该值小于1 ，就认为交通污染对环境没有危害。还认为交通控制手段可以有效地控 制交通污染对环境地影响。 d o n a l d a p p l e y a r d 分析了交通容量对道路沿线居民的影响，认为交通容量增加产生的环境恶化将促使 居民的迁移。并最终造成了城市的扩展和交通污染范围的扩大。 c o a d y 和a s s o c i a t e s 把交通影响分为物理影响和社会影响，认为环境交通容量和交通流特性，道路特 性。习惯特性都密切相关。并认为以行人过街延误来计算道路宽度的理论不符合现实。 s o n g ，d u n n e 和b l a c k 分析了行人过街延误和安全与环境交通容量的关系，发现较小延误情况下仍然 存在过街风险，井给出了环境交通容量的计算公式。 ( 2 ) 宏观环境交通容量 2 第一章绪论 s h i r a n 在其博士论文( a r e a - w i d ee n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yb a s e do na i rp o l l u t i o nc r i t e r i a ，1 9 9 7 ) 中认为之 前的研究只局限于有限的范围，而且没有考虑尾气捧放这一机动车对环境最大的影响因素，并认为由于污 染物在大气中的扩散和局部交通量的变化可能引起路网其他部分交通量变化等原因，尾气排放不适合作为 微观环境交通交通容量的环境计算因子，而以机动车尾气排放为环境因子的环境交通容量只有在宏观层面 进行研究才有意义参照微观环境容量定义，提出了宏观环境交通容量的定义：在给定区域内。不致环境 系统恶化条件下，道路交通网络单位时间内所能容纳的交通活动强度。他还认为排放因子和污染扩散模型 是污染物浓度的决定因素“。 而国外捧放因子预测模型和污染物扩散理论的研究已经比较成熟，而且开发了很多相应的计算程序。 排放因子 目前世界上应用最广泛的计算排放因子的模式是m o b i l e 模式，它最初是美国环保局开发的计算车队 排放水平的程序，它的数据来源是各种不同的在用车排放水平的检测结果和联邦测试程序m 建立过程中 测得的排放结果它作为基于试验数据的计算程序，随着试验数据的不断积累而不断地进行改进现在 m o b i l e 系列模式已经发展到第六版( 最新版本为m o b i l e 6 2 ) 。 加州空气资源局( c a r b ) 在1 9 8 8 年发布了e m f a c t d ，然后经过改善依次颁布了e m f a c 7 e 、e , m f a c 7 f 和e m - f a c 7 g ，并于2 0 0 0 年5 月发布了e m f a c 2 0 0 0 。e m f a c 模型是通过使用一系列计算机模型，即机 动车排放清单模型( m v l ) ，来估算机动车排放。m v e i 模型对由1 0 种不同的机动车分类和3 种技术分组 导致的1 7 种分类技术组合进行排放估算。技术( t e c h ) 分组是无一催化剂( n c a t ) 、装有催化剂( c a t ) 和柴油( d s l ) 燃料的机动车。 c m e m ( c o m p r e h e n s i v e m o d a l e m i s s i o n m o d e l ) 模型是由国家合作公路研究项目( n c h r p ) 计划2 5 2 l 资助，在1 9 9 4 1 9 9 8 年间由加州大学河边分校和密西根大学主持下开发的c m e m 模型是一个基于对排 放物进行参数化解析表示法、物理的和动力需求的模型。在这个模型当中，排放过程被分割为不同的部分 或模块，分别对应于机动车运行和排放物相关的物理现象。每个部分进行模型化而得到包括各种能表征过 程的参数的解析式c m e m 的主要目的是预测与不同机动车运行状况相关的排气管排放，如怠速、均速、 加速和减速1 7 1 。 c o p e r t ( c o m p u t e rp r o g r a m m et oc a l c u l a t ee m i s s i o n sf r o mr o a dt r a n s p o r t ) 是欧洲地区所发展的一套 车辆污染推估模式，此推估模式是由e u r o p e a n e n v i r o n m e n t a g e n c y ( e e a ) 所赞助发展，以欧洲国家为适 用对象之污染推估模式，为c o r i n a i r 计划的一部份，c o p e r t 自1 9 8 9 发表第一版c o p e r t8 5 以来，历 经c o p e r t 9 0 、c o p e r t i i ，目前最新版为c o p e r t i i i 。它对污染物的评估是在一个比较大的空间范围内 迸行的，可以评估的因子包括：c o 、h c 、j 仉、颗粒物和各种重金属脚。 污染物扩散理论 国外对城市区域内模拟机动车污染物扩散的模式研究，主要包括两种尺度方面的研究。种是城市中 小尺度的线源和多源扩散模式，该尺度的扩散模式可反映城市范围内机动车污染物排放对环境的影响，另 一种是城市微尺度的扩散模式，主要考虑由于街道和建筑物的动力效应对局部污染物扩散的影响。在城市 中小尺度污染物扩散模式的研究方面，世纪年代以来，发达国家开发了多种用于计算线源排放污染物扩散 的模式，美国就先后开发了h i g h w a y ，c a l i n e ，g m 。a p r a c 等系列模式。此外，许多学者相继开发 了用于模拟城市污染物扩散的多源模式，以美国环保局开发的城市多源模式i s c s t ( i n d u s t r i a ls o u r c e c o m p l e xs h o r tt e r m ) 比较典型。在城市微尺度机动车污染物扩散模式研究方面，n i c h o l s o n 在7 0 年代中期 3 奎堕奎兰堡主竺丝丝奎 提出了峡谷内污染物扩散的箱式模型。8 0 年代以来，y a m a t i n o 和w i e g o n d 采用简单高斯烟羽模型计算了 峡谷内背风侧浓度，并用箱式模型计算两侧平均浓度。形成了c p b m 模型( c a n y o np l u m e - b o xm o d e l ) 荷兰和丹麦先后开发了用于计算峡谷内污染物扩散的c a r 模式和o p s m 模式，美国也先后开发了 c a l i n e 4 ，s c r r e n ，s t r e e t 等基于高斯烟羽假设的模式1 6 1 。 1 2 2 国内研究现状 ( 1 ) 理论研究 卫振林、申金升等提出了交通环境容量和交通环境承载率的概念。交通环境容量是指在人类生存、生 态环境和资源利用不致受害的前提下，某一环境交通所能容纳交通系统排放污染物的最大负荷量或其利用 环境资源的最大使用量。交通系统发展需要利用环境资源，并向环境排放一定数量的污染物，而由于交通 环境容量的限制，环境所能负荷的交通总量是有限的，该负载能力就称为交通环境承载力并认为该值主 要取决于单位交通量的排污强度和资源耗费量，而且不同交通结构的交通环境承载力也不同o l 。 刘志硕，申金升等将交通环境承载力分为交通环境污染承载力和交通资源承载力。交通环境污染承载 力是指交通环境污染容量所能允许的交通总量的最大数量，交通环境资源承载力是指交通环境资源容量所 能允许的交通总量的最大数量。认为城市交通发展就是交通环境承载力，交通环境承载力应该成为交通规 划部门确定城市交通系统发展规模的主因子，可以用来实现对交通规模有计划分步骤的控制f 9 l 。 程继夏认为城市环境交通容量是指某城市一定区域内，在一定的道路、交通状况、环境质量标准下所 能容纳的最大机动车数量，并以图表形式分析了交通容量和环境交通容量的关系1 1 0 1 王振报，曲番等认为环境交通容量有宏观和微观之分，微观层而上的环境交通容量指某_ 具体路段或 交叉口在一定的道路、交通和环境质量标准下。单位时间内所能够通过的最大机动车数量。宏观层面上的 环境交通容量针对整个路网或城市，是指城市在满足一定的环境质量标准条件下对城市交通系统的发展规 模提出的约束i 1 1 1 。 ( 2 ) 计算模型研究 微观环境交通容量 王振报，曲番等采用运用量纲分析法求导出的箱型模式作为机动车尾气扩散模式，得到了路段环境交 通容量模型1 ， 杨日辉。王首绪等考虑了交通污染的扩散和自净能力等因素，并认为这两个数值和当时的污染物含量 以及排放量正相关，分别得到了以c o 、h c 、n o x 为污染因子的公路网环境交通容量定性分析表达式0 2 1 。 宏观环境交通容量 程继夏等以n o , 为污染因子，参照m o b i l e 模式中的分类方法，将机动车分成7 类，并考虑了出车率， 交通管制的折减系数等因素，给出了宏观环境交通容量的定性分析表达式“o l 。 程继夏采用街谷扩散模式并利用m obile 模式确定机动车排放因子，得出了交通环境容量限制 下的西安市最大机动车总量。并用时空消耗法计算所得的物理网络限制下的机动车总量即交通容量迸行比 较，认为前者就是西安市的环境交通容量“”。 刘志硕申金等考虑了交通污染的扩散和自净等因素，给出了环境交通容量随时问变化的动态变化表 达式1 9 1 苎二雯堕堡 伏晴艳t 杨冬青等以 也为污染因子，利用m 0bi le 模式确定机动车排放因子，并用a d m s u r b a n 模型作为环境容量计算的核心模型模拟固定排放源和移动排放源的捧放，求得移动捧放源的分担率，并与 规划年的机动车排放量进行对比，验算机动车捧放是否超过环境容许捧放量【。 1 2 3 经验与启示 国内外对环境容量和交通容量的理论研究已经比较成熟，但是对环境交通容量还没有一个比较统一的 定义。而对环境交通容量计算模型的研究主要集中在微观层面。对宏观环境交通容量的研究比较少，而且 多是以箱模式作为污染物排放扩散模型。但是由于箱模式本身的局限性，限制了所得环境交通容量的精度 和适用条件。如由于该模式忽略了顺风方向的扩散，将污染源视为均匀分布，将箱的侧边界及顶边界视为 不透壁，决定了该模式不可用于短期污染浓度的分析，只能适用于有多种风向、风速等作用下的长期污染 浓度的研究。再如由于箱模式假设了箱体内污染源分布均匀，只可适用于污染源分布( 交通分布) 较均匀 的城区。 1 3 研究目的和意义 城市环境交通容量是指城市一定区域内，在一定的道路、交通状况、环境质量标准下单位时问内所能 容纳的最大机动车数量，是控制城市交通发展规划和基础设施规划的依据。环境交通容量的提出对我们进 行交通规划、决策和控制具有深远的意义。目前，城市交通环境污染己成为阻碍城市发展的因素之一，如 何控制机动车数量，使城市既具有良好空气质量又具有良好的交通条件，是环境工作者和政府管理层非常 关注的问题之一，此问题的解决对城市的可持续发展具有重要的意义。 交通系统允许污染物排放量( 交通环境容量) 反映了社会经济发展中，环境可以提供给交通系统的晟 大资源量，突出反映了环境对交通的限制作用，揭示了可持续发展中交通子系统和环境子系统的制约机制， 它在一定程度上决定着交通系统发展的规模和速度。对于交通系统来说，存在着多种满足交通需求的交通 结构，通过环境交通容量和社会发展所需的交通运输能力相联系，可以实现既满足环境制约又满足交通需 求的交通结构的优化。 城市环境交通容量概念的提出深化了人们对交通发展和环境之间关系的认识，并能有效地控制机动车 对城市大气污染，为城市交通与环境的协调发展提供理论依据，也体现了可持续发展观在交通发展上的贯 彻实现，并可以作为系统瓶颈控制城市交通发展规模。促进城市交通供需平衡，确定城市环境交通污染整 治方向。城市环境交通容量对政府交通管理部门从环境角度发展、控制机动车数量提供了依据，也为城市 的长远规划与可持续发展提供了可靠的数据保证。 1 4 研究目标和研究内容 1 4 1 研究目标 在总结已有研究成果的基础上，重新明确环境交通容量的定义并建立求解模型。分析交通结构对环境 交通容量的影响，并运用优化理论确定环境交通容量最大的交通结构。 5 东南大学硕士学位论文 1 4 2 研究内容 ( 1 ) 确定环境交通容量的定义和影响因素 在研究分析已有研究的基础上，参考路网容量和环境容量定义的前提下，给出了交通环境容量和环境 交通容量定义，并分析了两者的异同点以及各自的影响因素。 ( 2 ) 交通环境容量空间分布分析方法 借鉴交通小区和环境容量小区划分方法，确定环境交通容量的网格划分方法，并把每个网格作为面污 染源进行处理，利用矩阵理论，分析污染物因扩散而在在各小区间的传递。，建立线性优化模型，求得各小 区的交通环境容量( 即污染物最大排放量) ，其和即为研究区域的交通环境容量。 ( 3 ) 环境交通容量分析方法 用m o b i l e 模式确定交通环境容量最主要影响因素机动车排放因子，确定环境交通容量的最小时间度 量单位，并借鉴时空消耗法的思想，建立基于综合捧放因子的交通环境容量宏观模型。 ( 4 ) 交通结构对城市环境交通容量的影响分析方法 以环境交通容量为目标函数，可持续交通系统容纳的机动车数量，考虑了交通环境容量，路网容量， 交通需求，能源消耗，机动性水平等约束，建立可持续发展的城市交通结构线性优化模型。 1 5 技术路线 图1 1 技术路线图 6 第一章绪论 1 6 论文结构体系 本论文共分为六章，第一章为绪论，在广泛收集并仔细阅读相关研究文献的基础上，简要而概括地说 明了论文研究背景，并回顾了环境交通容量的研究现状、进展以及本论文的研究思路。第二章在分析交通 容量和环境容量的定义基础上，提出了交通环境容量和环境交通容量的定义，并分析了两者的异同点以及 各容量之间的内在联系。第三章先确定了环境交通容量的网格划分方法，并把划分后的网格作为面污染源， 并用虚点源扩散法进行污染物扩散的模拟，建立了环境交通容量模型。第四章先用m o b i l e 模式确定了对 环境交通容量影响最大的因素：机动车排放因子，建立了环境交通容量的宏观模型。第五章以环境交通容 量为目标函数，考虑了交通环境容量，路网容量，交通需求，能源消耗，机动性水平等约束，建立了交通 结构优化模型。在论文的最后一章第六章，总结了论文的研究内容和研究结果，并对未来的研究工作 做简要前瞻 7 第二章环境交通容量及其影响因素分析 要对环境交通容量进行定义，首先必须明确环境容量和交通容量等相关概念，在分析环境交通容量影 响因素时，也有必要对这几个相关概念的影响因素进行分析。 2 1 环境容量及其影响因素 2 1 1 环境容量 环境容量由静态容量和动态容量组成；动态容量是指对于一个地区，在考虑输入量、输出量、自净量 ( 自然净化能力和环境保护设施的净化能力) 等条件下，特定的污染源布局和结构下，为达到环境目标值 在定时间段内所允许的污染物最大捧放量，一般称为环境承载力。 静态容量是指避开环境的自净机理，把环境系统当作一个黑箱来研究，在一定环境质量的目标下。一 个城市内各环境要素在一定时间段内所能容纳某种污染物的最大负荷量 静态容量就是通常所指的环境容量，该值主要由环境标准值和环境背景值决定。本文在研究中所采用 的是静态环境容量，不考虑环境的自然净化能力和环境保护设施的净化能力 2 1 2 环境容量的影响因素 从环境容量的定义可以看出其关键是所期望达到的环境目标一个局部地区的大气环境目标通常以允 许的污染物地面浓度来表示。因此，一切能够影响控制区内污染物地面浓度的因子都与环境容量有关。 决定一个地区大气环境容量的因素有两类。一类是自然因素，主要指污染物在大气中的输送、扩散过 程。另一类是人为因素，主要是指环境目标的确定。因此，一个地区的大气环境容量绝对不是一个简单的 固定值，而是随很多种因素改变的量。影响大气环境容量的因素： ( 1 ) 环境目标 环境目标，即环境质量标准，是指为了保障人群健康和社会物质财富，维护生态平衡而对环境中有害 物质和因素所作的限制规定，它往往是对污染物质的最高允许含量的要求。很显然，在其它条件相同的情 况下，拟定的环境目标越高，则允许排放的污染物总量就越少，环境容量也越小。 ( 2 ) 污染物种类 目前对环境和人类产生危害的大气污染物种类约有l o o 种，其中危害大的污染物有颗粒物，二氧化硫、 氮氧化物等。危害大的污染物质在大气中的允许浓度低，其环境容量亦小。 ( 3 ) 气象条件 影响污染物扩散稀释的气象条件因子多种多样，主要包括风速、风向、气温、湿度等。其它条件相同 时，扩散稀释条件好的地区环境容量大，反之则小”1 。 8 第二章环境交通容量及其影响因素分析 2 2 交通容量及其影响因素 2 2 ，1 交通容量 城市交通的根本目的是完成人和物的移动，而不是交通个体的移动，据此，得到的广义交通容量的定 义为在一定条件下，一个城市交通系统所能容纳的人和物的运输量。 交通容量有宏观和微观之分，宏观容量就是指路网容量，微观容量就是通常所指的通行能力 路网容量即物理容量，是指受路网物理条件、交通条件限制的交通容量，道路阿在一定的服务水平下 所能承担的展大交通量。有狭义和广义两种。从狭义角度讲，流率即在一定的交通状态下，单位时间内道 路阿关键断面能够通过的最大车辆数，它又称路网的通行能力；从广义的角度上讲，在一定的交通状态下， 单位时间内路网所能容纳的最大车辆数。 通行能力是指在一定的条件下( i i t 路条件、交通条件、管制条件、环境及气候条件、保持规定运行特 性等) ，单位时间内人或车辆能合理地期望通过道路某一断面或均匀路段所能达到的最大流率 2 2 2 交通容量的影响因素 ( 1 ) 总的时空资源 单从道路网络的影响而言，道路网络规模越大，城市交通系统的总体容量也越大，但对城市某一局部 地区( 如城市中心c b d ) 而言，城市交通系统的总体容量更多地受其他因素( 如道路网络与停车设旖之间 匹配关系的制约) ，在其他相关条件受限制的情况下，城市交通系统的总体容量并不能随着道路网络规模 的扩大而线性递增。在一定的道路网络规模条件下，道路网络的布局与等级结构就成为影响城市交通系统 总体容量的主导因素【1 6 l 。 路网的道路条件及交通条件：这些条件包括交叉口、路段通行能力全部的影响因素，这些因素对单个 交通设施的通行能力造成影响后，必然会对路网造成影响。 由于不同道路等级对接1 ：3 的要求不同，相同道路面积下的时空资源总量就不同，所以总的时空资源和 道路网级配有关 ( 2 ) 交通个体的时空消耗 一定的道路网络对应着一定的车辆容量，由于不同交通工具的额定载客人数( 或吨位) 和运行速度的 差异，各种交通方式运送单位乘客( 货物) 占用的道路时空资源也就存在着明显不同，因此，以人或货物 为对象的道路交通系统容量就随着交通方式结构的变化而变化，当大运量的公共交通方式分担出行量比重 增大时，交通系统总体容量就增大，反之，当小运量的个体交通方式分担的出行量比重增大时，则交通系 统总体容量就会减少o “。 ( 3 ) 路网的运行状态 这是路网最大服务容量的概念，即在特定的速度和行驶时间、驾驶自由度、舒适和方便程度的条件下， 路网所能提供的最大服务容量。正如上所述，路网容量是在一定的交通流状态下求得的。不同的状态，用 路者的感受不同，相应的路网最大服务容量也不同，所以考虑了运行状态的路网容量可以更便捷地指导规 划、设计及管理部门改善城市交通状况” 9 - 东南大学硕士学位论文 2 3 环境交通容量及其影响因素 2 3 。1 交通环境容量 影响环境容量的因素是多方面的，因此城市环境容量是诸多环境容量的交集，城市环境容量是由若干 个环境容量的子集组成，包括城市人1 ：3 环境容量、自然环境容量、用地容量、工业容量以及交通容量、建 筑容量等。 交通环境容量是指在环境容量限制条件下。交通部分在一定的分担率条件下，所允许排放污染物的最 大负荷量由于交通环境容量的限制，交通环境所能负荷的交通总量是有限的。 2 3 2 环境交通容量 城市环境交通容量是指城市一定区域内，在一定的道路、交通状况、环境质量标准下单位时间内所能 容纳的最大机动车数量。不同城市与其所处的自然条件、人文经济、环境质量标准、社会活动，机动车所 用燃料、机动车尾气排放的控制条件、方法及对城市环境污染的贡献率等不同，因而，其城市环境交通容 量的大小、因素指标的选取和计算方法的采用也就不同。环境交通容量有宏观和微观之分，微观层面上的 环境交通容量指某一具体路段或交叉口在一定的道路、交通和环境质量标准下，单位时间内所能够通过的 最大机动车数量。宏观层面上的环境交通容量针对整个路网或城市。是指城市在满足一定的环境质量标准 条件下对城市交通系统的发展规模提出的约束u ”。 2 3 3 环境交通容量和交通环境容量的关系 环境交通容量和交通环境容量都是交通容量和环境容量的交集，但它们又有区别。它们均从两个侧面 反映了交通和环境的关系，但是环境交通容量。作为一种交通容量，反映的是环境限制下的交通容量。而 交通环境容量作为一种环境容量，反映的是交通污染物排放量限值，体现的是环境容量中交通部分的分担 率。 2 3 4 环境交通容量和( 物理) 交通容量的关系 城市交通容量是以城市的客观( 基础) 条件为依据，即以道路宽度、密度、车速，平均行车时间为依 据，而城市环境交通容量是以城市的环境因子和汽车尾气豹排放因子确定的，它们均从两个侧面反映了机 动车数量与客观( 基础) 条件和动态( 环境) 条件的关系，但作为机动