[硕士论文精品]成都市中心城区机动车尾气排放对空气质量的影响研究.pdf

四川师范大学 硕士学位论文 成都市中心城区机动车尾气排放对空气质量的影响研究 姓名 宋丹林 申请学位级别 硕士 专业 自然地理学 指导教师 周来东 20100320 成都市中心城区机动车尾气排放对空气质量影响 研究 自然地理专业 研究生 宋丹林指导教师 周来东 摘要 为了解成都市中心城区机动车污染现状 对成都市机动车保有量 道路车流量 车型比进行调查 讨论分析中心城区不同道路类型机动车排放 不同类型机动车排放以及机动车排放分担率 以2 0 0 7 年成都市污染源和气象 条件为基础资料 利用非稳态烟团扩散模型c a l p u f f 模拟机动车尾气的扩散 情况 定量评估机动车对中心城区环境空气质量的影响 结果表明 2 0 0 7 年成都市机动车保有量为1 7 7 9 5 万辆 其中 中心城区保有量为6 6 0 3 万辆 占全市的3 7 1 摩托车和轻型车的保有量最大 分别为9 3 8 万辆和 7 2 5 万辆 占到总保有量的5 2 6 9 和4 0 7 2 实际道路上轻型车 出租车 公交车 大型车 摩托车分别占道路总车流量的7 3 2 1 6 6 2 6 5 5 和2 2 2 0 0 7 年 中心城区机动车c o n o x h c 排放总量分别为 1 6 7 1 0 4 t 1 7 7 x 1 0 4 和1 3 8 1 0 4 t c o n o x h c 排放分担率分别为7 9 7 4 3 1 和3 1 1 机动车是成都市中心城区空气中n 0 2 和c o 污染的主要来源 机 动车n 0 2 浓度分担率平均值为7 4 5 c o 的浓度分担率平均为9 3 7 机动 车尾气污染浓度空间分布特征与机动车流量和主导风向相关 浓度贡献大的区 域主要分布在二环路以内及其周边区域 主导风向的影响是使高浓度区域整体 向西南方向偏移 关键词 成都市中心城区机动车尾气排放c a l p u f f 浓度分担率 a n a l y s i so f v e h i c l ee m i s s i o nt oa i rq u a l i t yi n c h e n g d uu r b a n a r e a m a j o r p h y s i c a lg e o g r a p h y p o s t g r a d u a t e s o n gd a n l i ns u p e r v i s o r z h o ul a i d o n g a b s t r a c t a sar e s u l to ft h ei n c r e a s ei nv e h i c l ep o p u l a t i o n t h eg r o w t hi nr o a d t r a f f i ca n dt h er a p i de c o n o m i cg r o w t h a i rp o l l u t i o nr e l a t e dw i t ht r a f f i ce x h a u s ti s g e t t i n gw o r s ei nc h e n g d uu r b a na r e a t ob e t t e ru n d e r s t a n dt h ev e h i c l ee m i s s i o n si n c h e n g d uu r b a na r e aa n dr e c o m m e n de f f e c t i v ev e h i c l ee m i s s i o nc o n t r o lp o l i c yf o r t h ec i t y v e h i c l ep o p u l a t i o l l t r a f f i cf l o wo nr o a d sa n dd i s t r i b u t i o no ft h et y p e so f v e h i c l e sa r ei n v e s t i g a t e d b a s e do nt h ep o l l u t i o ns o u r c e sa n d m e t e o r o l o g i c a l c o n d i t i o n so fc h e n g d ui n2 0 0 7c a l p u f fm o d e l am u l t i l a y e r m u l t i s p e c i e s n o n s t e a d y s t a t ep u f fd i s p e r s i o nm o d e lw a su s e dt os i m u l a t ep o l l u t a n t sd i s p e r s i o n o fv e h i c l ee m i s s i o n e s t i m a t i n gt h ei n f l u e n c eo fv e h i c l ee m i s s i o nt oa i rq u a l i t y q u a n t i t a t i v e t h er e s u l t sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s v e h i c l ep o p u l a t i o ni nc h e n g d uc i t yi n2 0 0 7i s17 7 9 5x10 4 a n dt h e r ea r e 6 6 0 3x10 耳i nu r b a na r e a t a k eap r o p o r t i o no f3 7 1 t h e p o p u l a t i o n o f m o t o r c y c l e sa n dp a s s e n g e rc a ri s9 3 8 x10 4a n d7 2 5 x10 4 t a k i n gap a r to f5 2 6 9 a n d4 0 7 2 t h es u r v e yr e s u l t ss h o w e dt h a tp a s s e n g e rc a r t a x i b u s t r u c ka n d m o t o r c y c l ea c c o u n t e df o r 7 3 2 16 6 a n d2 6 5 5 a n d 2 2 o ft h et o t a l t r a f f i cv o l u m e t h et o t a le m i s s i o n so fc o n o xa n dh cf r o mv e h i c l e si nu r b a n a r e ai n2 0 0 7w e r e1 6 7 x 1 0 4 t 1 7 7 x 1 0 4 ta n d1 3 8 x 1 0 4 t c o n o xa n dh ce m i s s i o n f r o mv e h i c l e sc o n t r i b u t e d7 9 3 4 3 1 a n d31 1 t 0t o t a le m i s s i o n s v e h i c l ei s t h em a i ns o u r c eo fn 0 2a n dc oi nu r b a na r e a t h ec o n c e n t r a t i o nc o n t r i b u t i o nr a t e o fn 0 2a n dc oi s7 4 5 a n d9 3 7 i n r e s p e c tt h a tt h es p e c i a lc h a r a c t e r i s t i co f i i c o n c e n t r a t i o no fv e h i c l ee m i s s i o nh a dar e l a t i o n s h i po ft r a f f i cf l o wa n dd o m i n a n t w i n dd i r e c t i o n a r e ao fh i g hv a l u ew e r ei no ra r o u n de r h u a n l u a sa ni n f l u e n c eo f d o m i n a n tw i l l dd i r e c t i o n a r e ao fh i g hv a l u eh a da l le x c u r s i o nt os o u t h w e s t k e yw o r d s c h e n g d uu r b a na r e a v e h i c l ee m i s s i o nc a l p u f f c o n c e n t r a t i o nc o n t r i b u t i o nr a t e i i i 四川师范大学学位论文独创性及 使用授权声明 本人声明 所呈交学位论文 是本人在导师周盎壅塾撞指导下 独立 进行研究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果 与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意 本人承诺 已提交的学位论文电子版与论文纸本的内容一致 如因不符而 引起的学术声誉上的损失由本人自负 本人同意所撰写学位论文的使用授权遵照学校的管理规定 学校作为申请学位的条件之一 学位论文著作权拥有者须授权所在大学拥 有学位论文的部分使用权 即 1 已获学位的研究生必须按学校规定提交印 刷版和电子版学位论文 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索 2 为教学和科研目的 学校可以将公开的学位论文或解密后的学位 论文作为资料在图书馆 资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读 浏览 论文作者签名 宋丹林 2 0 1 0 年3 月1 8 日 杉n 沙 二罔 酊 糯r 第一章绪论 1 1 立题背景和意义 随着社会经济的发展 全球机动车数量持续增加 机动车尾气造成的环境 污染日益严重 在国内外许多大城市中 机动车尾气污染排放分担率非常高 2 0 0 7 年末 成都市公路里程达2 0 1 0 0 公里 其中高速公路4 3 7 公里 全年新改 建公路2 0 1 0 公里 数据来源 成都市统计局 2 0 0 7 年成都市全市机动车保 有量为1 7 7 5 万辆 2 0 0 8 年底已达1 9 3 万辆 仅次于北京 上海和广州 位 居全国第四位 并且年均约1 6 的速度增长 其中 中心城区约6 6 万辆 根 据国外机动车发展经验可知 当人均国内生产总值达到3 0 0 0 美元以上时 轿 车将成为机动车保有量增长的主要方向 随着人民生活水平的提高也急切期待 现代化便捷交通方式的到来和家庭汽车的普及 机动车在今后相当长时间内将 保持快速增长的速度 随着机动车保有量的增加 机动车排气污染也日益严重 已成为城区环境 空气污染的主要成因之一 空气中与机动车污染有关的n 0 2 c o h c 等污 染物浓度呈逐年上升趋势 2 0 0 8 年城区空气中二氧化氮年均浓度为o 0 5 2 毫克 立方米 年均浓度范围为0 0 3 8 0 0 6 8 毫克 立方米 年均值较上年同期上升 了0 0 0 3 毫克位方米 升幅为6 1 数据来源 2 0 0 8 年成都市环境质量报告 初步调查 机动车排放的n o x c o h c 等 是城区环境空气中该项污染物 的主要来源 h c 与n o x 在光照作用下 还会形成光化学污染 控制机动车 尾气污染已成为城市环境综合整治不可或缺的重要内容 1 2 研究现状综述 1 2 1 机动车污染研究进展 1 2 1 1 机动车尾气对人体的危害研究 自1 9 5 2 年伦敦 硫酸烟雾事件 以及1 9 5 5 年洛杉矶 光化学烟雾事件 发生以来 世界各国对机动车排放污染物的毒性和健康效应进行了大量的研 究 这些研究结果表明 机动车排放的污染物具有很强的诱变性 会对人类和 动物产生诸多不利影响 1 引 机动车尾气中含有2 0 0 多种化合物 主物有c o h c n o x 铅化合物 硫化物 烟雾 油雾等 机动车在道路上行驶 排放的 有害物质主要分布在地表面上 最高浓度距地面约l m 左右 正处于行人的呼吸 带上 对人体健康威胁极大 4 j 机动车发动机排出的n o x 主要是n o 和n 0 2 n o 毒性不大 但高浓度 n o 能引起中枢神经系统的障碍 且易氧化成剧毒的n 0 2 n 0 2 使人肺功能减 退 使儿童易患感冒和角膜炎 n 0 2 也是形成光化学烟雾的主要成分 c o 是机动车发动机有害排放物中浓度最大的一种成分 目前 国内外许 多研究都表明 城市 尤其是大城市 大气中的c o 大部分来自机动车 机动 车排放到大气中的c o 虽然不至于造成人体的一氧化碳中毒 但对人体的心血 管系统和神经系统有一定影响 碳氢化物 也指烃 包括未燃和未完全燃烧的燃油 润滑油及其裂解产物和 部分氧化物 如苯 醛 酮 烯 多环芳香族碳氢化合物等2 0 多种复杂成分 碳氢化物中尤其是其中少部分醛类对人体的鼻 眼和呼吸道有刺激作用 多环 芳香烃是一种强致癌物质 h c 还是形成光化学烟雾的重要物质 5 j 机动车排放的颗粒物主要是燃料不完全燃烧生成的碳烟和油微粒等 碳烟 粒径0 1 1 0 9 r n 多孔 有活性 能吸附有害物质进入人体 碳烟中还往往含 有强致癌物质的芳香烃 如苯并芘等柴油机的微粒数量比汽油机多3 0 6 0 倍 组成也较复杂 机动车尾气造成的污染占整个城市大气污染的6 0 最高可 达9 0 y e 等人 6 通过动物实验和流行病学研究等方法 系统地研究了上海 市汽油车排放物 柴油车及助动车排放颗粒物的毒性和健康效应 结果表明 机动车排放的污染物不仅能够对呼吸系统和免疫系统产生不良影响 而且具有 致癌性 铅可导致人体癌变 突变和畸胎 对孕妇和儿童危害更甚 阻碍儿童智力 和身体的发育 引起阅读和理解上的障碍 对儿童造成的伤害不可逆转影响成 年人心血管系统 与高血压及心肌梗塞病症相关性较高i 另外 机动车喇叭 马达 振动 磨擦产生的噪声也对人体的健康造成严 重损害 损伤听觉 导致心跳加快失眠 1 2 1 2 国内外机动车污染研究现状 机动车所产生的空气污染物排放量比其他任何单一人类活动所产生的都 要多 全球因矿物燃烧产生的c o h c 和n o x 排放量中 几乎5 0 来自于汽 2 油机和柴油机 8 j 在城市中心 特别是拥挤的道路上 空气中9 0 9 5 的c o 8 0 9 0 的h c 和n o x 以及大部分颗粒物是由机动车造成的 9 1 在发达国家 机动车污染已成为空气质量最大的威胁 东京市在1 9 7 5 年 机动车尾气排放的n o x 占总排放量的8 0 1 9 8 3 年英国汽车尾气c o 排放分 担率占8 5 t 1 0 l 美国2 0 0 2 年汽车尾气污染排放占c o h c 和n o x 总排放的 7 6 3 8 和5 0 1 9 1 可见 机动车污染已成为发达国家空气污染的重要原因 我国机动车保有量并不高 而且主要集中于大型城市 由于单车污染物排 放因子较高 导致我国大型城市机动车污染物排放总量已经超过发达国家类似 规模的城市 并且随着机动车保有量快速增长 机动车污染物排放量还将不断 上升 从表1 1 中可见 我国一些城市每1 0 0 万机动车排放的污染物量要明显 比国外城市高出许多 就c o 而言 上海市在1 9 9 8 年机动车排放的c o 就占 到了总排放的6 4 l l j 广州市1 9 9 4 年机动车排放的c o 占8 8 8 1 9 9 5 年北 京市规划市区c o 年排放分担率达到了7 6 8 t 1 1 j 兰州在2 0 0 6 年高达到9 0 以上 1 2 1 机动车尾气中另外两种主要污染物n o x h c 的排放在总排放量中的 分担率也非常高 如n o x 1 9 9 5 年北京市机动车尾气年排放分担率为4 0 2 1 9 9 9 年深圳机动车排放的n o x 占总排放量的6 4 9 1 9 9 9 年上海机动车排放 的n o x 占总排放量的7 3 9 i b 表1 11 0 0 万辆机动车排放污染物排放量比较万t a n 3 3 1 2 1 3 机动车排放因子研究 目前 国内外对于机动车污染控制的研究 主要集中于两个方面 一是机 动车排放因子及分担率的研究 二是机动车污染治理和控制对策的探讨 排放因子是反映机动车排放水平 是确定机动车污染物排放总量及其环境 影响的重要依据 它是指单辆机动车运行单位里程或消耗单位燃料排放污染物 的量 单位为g h 或g 瓜g 燃料 p 目前 对于机动车排放因子的研究方法主 要有工况法 道路实测及模型计算等 1 工况法 工况法检测机动车污染物排放因子 是使用底盘测功仪模拟城市道路上车 辆的不同行驶状态下 怠速 加速 减速 匀速 选取典型车辆类型进行一 定行驶工况下的室内汽车模拟台架试验和发动机模拟台架试验 得到理论工况 下的污染物排放 每类车型中的每辆车的排放测试结果可能不同 取得统计意 义上的每类车型的单车排放因子 1 4 工况其实目前比较成熟的运行工况有美 国f t p 7 5 欧盟e c e l 5 n 日本1 0 1 5 我国在这方面的研究工作开展较晚 目 前我国应用较广泛的检测方法为简易瞬态工况法 v e h i c l em a s sa n a l y s i ss y s t e m 简称v m a s 如 成都市中心城区机动车排气污染现状及控制对策研究 课 题就采用的v m a s 抽样调查成都市机动车的排放因子 2 道路实测法 由于工况测试是利用仪器模拟车辆行驶的情况 不能完全反映机动车在道 路上实际行驶的状况 因此 越来越多的研究转向开展实际道路上机动车排放 测试 主要包括道路遥感测试 隧道测试和车载实测等 2 0 0 2 年天津大学杨延 相等开发了一套 机动车车载实时排放测试系统 选用了天津市保有量较大的 典型车型作为被测车型 测试了天津市机动车的实际排放因子 l 引 南京理工 大学的董刚等于2 0 0 3 年利用美国e s p 公司的r s d 3 0 0 0 遥感测量系统测得的 c o h c n o x 和c 0 2 随瞬时车速的变化关系 结果表明 在低车速时c o 具有 较高的浓度 随着车速的增加 其排放浓度迅速减小 当车速进一步增加时 c o 的排放又逐渐增加 h c 的排放浓度总体上随着机动车行驶速度的增加呈逐 渐减少的趋势 相反 n o x 的排放浓度随机动车行驶速度的增加呈上升趋判1 6 j 2 0 0 1 年王伯光等利用隧道测试方法测得广州市城市隧道的机动车实际排放因 子 并获得了各类型机动车各种污染物的综合排放因子i l7 1 3 模型计算法 在机动车排放因子的模型计算方面主要有m o b i l e 汽车源排放因子模型 和i v e 模型 m o b i l e 是计算车队 n e e t 排放水平的程序 m o b i l e 的数据来源 为美国环保局 e p a 组织的各种不同的在用车排放水平检测结果 以及联邦测 试程序f t p f e d e r a lt e s tp r o c e d u r e 中测得的排放结果i l 剐 i v e 模型是为了满足 4 发展中国家控制机动车污染工作和研究的开展 国际可持续发展研究中心 i n t e r n a t i o n a ls u s t a i n a b l es y s t e m sr e s e a r c hc e n t e r i s s r c 和加州大学河边分校 u n i v e r s i t yo f c a l i f o r n i aa tr i v e r s i d e u c r 的研究人员开发了适于发展中国家 的机动车污染排放模型f 1 9 该模型基于机动车行驶工况 具有较高的分辨率 其对车型的分类更适于发展中国家1 2 0 j 清华大学郝吉明 傅立新等人于1 9 9 7 年曾结合北京市实际情况对m o b i l e 5 进行修正 并将之应用于北京市机动车 尾气排放的研究中 分析了北京市机动车的排放强度以及分担率 2 1j 1 2 3 j 祝昌 健等应用m o b i l e 5 模式对广州市机动车尾气排放系数及污染趋势进行了探讨 1 2 4 j 姚志良 贺克斌等于2 0 0 6 年运用i v e 模型对北京市不同车型车队的排放 进行计算 并比较了i v e 模型与m o b i l e 6 模型的方法和计算结果 2 引 张乐群 等 通过在兰州市进行布点监测车流量 车型比例等 研究分析了兰州市机动 车排放污染的分担率 1 2 王海鲲 陈长虹等于2 0 0 6 年通过对上海道路运行工 况的调查 对i v e 模型的参数进行本地化后 计算了上海市机动车污染物排放 情况 2 酬 苏小芳 范炳全等人于2 0 0 4 年选择上海市典型路段的两点进行机动 车污染排放因子的测试 获得城市次干道上机动车排放污染物浓度 交通参数 气象参数等实测数据 根据观测点处不同的气象条件 选用不同的大气扩散模 型进行反推 得到机动车排放源强及平均排放因子 2 7 1 2 2 空气质量模型研究综述 1 2 2 1 空气质量模型的发展 空气质量扩散模式研究方法基本上是在把握城市下垫面特征和气象场特 征的基础上 掌握各种类型的污染物排放源资料 运用边界层湍流扩散理论及 大气化学理论确立污染物迁移 扩散和转化的规律 空气质扩散模式起源于2 0 世纪2 0 年代和6 0 年代美国的欧洲原子能工程和 军事工程 此期间主要应用t a y l e r 1 9 2 1 的静电统计扩散模式 s u t o n 1 9 5 3 的 高斯扩散模式 1 9 6 2 年p a s q u i l l 的 大气扩散 的出版以及1 9 6 8 年s l a d e 在原子 能会议报告中发表的 气象学和原子能 对空气质量扩散模式的发展起着积极 的推动作用 2 8 1 空气质量扩散模式的分类从某种意义上体现了其发展的历程 随着科学技 术的发展 一方面人们对大气扩散理论研究以及污染物的传输 扩散 迁移和 转化研究的深入 另一方面 污染物从原来的一次污染物为主向复杂的一 二 次污染物混杂的污染形式转化 空气质量扩散模式也随之不断的发展 目前在 国内外使用比较广泛的空气质量模型主要有i s c 3 a e r m o d 和c a l p u f f i s c 3 模型是美国国家环保局开发的模拟污染物浓度的理论基础是统计理 论的正态烟流模式 使用的公式是目前广泛应用的稳态封闭型高斯扩散方程 2 9 3 0 该模型自上世纪9 0 年代以来应用于模拟城市地区s 0 2 n o x 1 c o 等污染 物的时空分布 在分析各类污染源对污染物浓度的分担率等研究上取得了很好 的效果 3 l 该模型的局限性在于模拟范围小于5 0 k m 模拟的污染物仅限于一 次污染物 a e r m o d 由美国环保局联合美国气象学会组建法规模式改善委员会 a d 三r m i c 开发 2 0 0 6 年美国环保局正式将a e r m o d 模式系统替代原有的i s c 3 模式 并将其列为法规模式 2 0 0 7 年 国家环境保护总局公布的 环境影响评价 技术导则大气环境 征求意见稿 h j 厂r2 2 2 0 0 x 将该模式列入推荐模式清单 1 3 引 a e 蹦o d 是一个法规稳态烟羽模拟系统 它有三个独立的部分 a e r m o d a e i 蝴o d 扩散模型 a e r m a p a e i 洲o d 地形预处理器 以及a e 砌怔t a e l w o d 气象预处理器 a e i 蝴o d 模型包含了大量关于污染源对空气质 量影响的模拟选项 这使得模型应用广泛 a e r m o d 是美国e p a 首选的空气 扩散模型 也是目前在我国应用得最为广泛的空气质量模型之一 a e r m o d 模型 是以扩散统计理论为出发点 假设污染物的浓度分布在一定程度上服从高斯分 布 模型可用于多种排放源 包括点源 线源 面源和体源 的排放 也适用于 乡村环境和城市环境的模拟和预测 a e r m o d 模型具有如下特点 1 以行星边界 层 p b l 湍流结构及理论为基础 按空气湍流结构和尺度概念 湍流扩散由参 数化方程给出 稳定度用连续参数表示 2 中等浮力通量对流条件采用非正 态的p d f 模式 3 虑了对流条件下浮力烟羽和混合层顶的相互作用 c a l p u f f 模式为美国 e p a 推荐使用的一个用于复杂地形下大气质量评 价数值模式系统 f l j s i g m a 公司开发 基于l ff o r t r a n 9 5 编译 调试 该模型 为高斯烟团扩散模式 包括边界层气象模式c a l m e t 污染物扩散模式 c a l p u f f 和后处理软件c a l p o s t 三部分 c a l l v i e t 是利用质量守恒连续方 6 程 在三维网格模拟区域内小时风场与温度场的气象模块 c a l p u f f 是用于 非定常 非稳态的气象条件下 模拟污染物扩散 迁移以及转化的多层 多物 种的高斯烟团扩散模块 它模拟的尺度可以从几十米到几百公里 在近距离模 式可以处理如建筑物下洗 浮力抬升 动力抬升 部分烟羽穿透和海陆交互影 响等过程 在远距离可以处理如干 湿沉降 化学转化 垂直风修剪和水上输 送等污染物清除过程和大量的对标准界面设计的预处理程序 c a l p o s t 是对 模拟计算结果进行后处理的工具性模块 c a l p u f f 模式的核心部分是 c a l p u f f 烟团扩散模块 目前在我国 c a l p u f f 主要用于环境质量评价中的 一级评价 1 2 2 2 空气质量模型研究进展 2 0 0 6 年天津大学平措等利用i s c 3 模型对我国不同城市的气象和污染数据 进行了常识性模拟计算 发现完全府河环境规划和区域性环境评价空气的质量 预测要求 与实测值的相关性较好1 3 4 1 杜鹏飞等于2 0 0 5 年以南宁市为例 应 用i s c 3 模型和情景分析相结合的方法对s 0 2 控制侧路进行模拟研究 为制定南 宁市大气污染控制对策及调整空间用地布局提供了有效支持1 3 1 杨洪斌 张云海等在2 0 0 6 年曾结合沈阳市的实际情况 对a e r m o d 模型 进行验证 并将其应用到沈阳市污染物扩散的研究中 3 2 杨多兴 杨木水等 于2 0 0 5 年曾对a e r m o d 模型的系统理论进行了研究 并通过跟踪实验 从对 比分析的结果中发现模型分析的结果比较理想 3 引 江磊 黄围忠等人于2 0 0 7 年通过大气稳定度和扩散参数的确定 复杂地形处理和对流条件下污染物扩散 等原理方面 对美国a e r m o d 模型和中国大气导则推荐模型一般浓度公式进 行比较 认为a e r m o d 模型优于大气导则推荐模型 3 6 丁峰 李时蓓等于2 0 0 7 年结合宁波市北仑区域大气环境影响评价 对该模式系统进行模式验证 并应 用于实际预测评价 得到了较为理想的结果p c a l p u f f 模型在国外空气质量模拟中的应用主要有 g o d f r e y j j 在1 9 9 8 年对南极洲罗斯岛极地环境空气质量的模拟p 驯 l e v yj o m a t h a n 1 在2 0 0 2 年对美 国伊利诺斯州电厂排放的环境影响进行定量评价1 3 叫 近年来c a l p u f f 系统在 我国大气环境研究中得到应用 宋宇等利用c a l p u f f 系统以及2 0 0 0 年1 4 7 7 和1 0 月北京市气象观测资料和石景山p m l 0 排放清单 分析了该工业区对北京市 影响范围和大小 结果表明 对工业区为中心的南北狭长区域的影响尤其显著 4 0 j 王淑兰等利用c a l p u f f 系统 根据珠江三角洲地区2 0 0 4 年s 0 2 排放清单以 及气象资料 模拟了外来源以及深圳市局地源的扩散行为 定量计算了2 类污 染源对深圳市s 0 2 浓度的贡献率1 4 杨多兴等利用c a l p u f f 空气质量模式 模拟了2 0 0 4 年4 月1 7 日门头沟排放的大气颗粒物浓度的时空分布及向北京主 城区的输送过程 分析了非均匀性下垫面和气象条件对输送过程的影响以及源 于门头沟污染物对主城区颗粒物浓度的贡献 4 2 1 李元宜 周吴等于2 0 0 6 年应 用c a l p u f f 中尺度空气质量扩散模式 建立辽宁中部城市群地区二氧化硫扩 散模型 成功地模拟了区域二氧化硫的污染状况1 4 引 综上所述 目前国内外主 要利用c a l p u f f 数值模型研究固定源的污染物扩散和沉降 而利用其对移动 源进行研究还比较少 1 3 研究目的 内容及技术路线 1 3 1 研究目标 本课题主要是通过对成都市中一1 1 城区道路类型 车流量 车型比例进行调 查 利用成都市机动车排放因子计算由于机动车尾气排放所造成的道路排放源 强 并通过c a l p u f f 模型模拟道路源的扩散以及机动车对大气环境的影响 1 3 2 研究内容 具体研究内容主要包括以下几方面 1 城市道路状况调查 调查成都市中心城区道路构成 主干道 快速道 次干道 支路 道 路长度 为满足空气质量模型的要求 将城市道路分为线源道路和面源道路 两种类型 其中 线源道路主要包括是城市东西干线 南北干线 环线道路 快速道以及进出城高速路 面源道路则主要包括城市主要街道和一般街道 2 成都市中心城区道路车流量的调查 在线源道路和面源道路中 选取能代表该种道路型车流量特征的典型道路 8 进行车流量 机动车行驶速度的调查 内容主要包括 调查道路上曰 周的车 流量变化情况 不同类型道路上不同类型机动车的比例构成 各类道路车辆的 平均行驶速度 3 道路污染源排放强度计算 利用道路车流量和车型比调查数据以及成都市机动车不同类型车辆污染 物排放因子计算中心城区不同类型道路污染物排放源强 为空气质量模拟提供 基础数据 4 机动车对中心城区环境浓度的贡献 将模型模拟的结果与实际监测的污染物浓度进行那个比较 计算机动车尾 气排放对环境浓度的贡献情况 根据模型模拟的结果分析成都市中心城区机动 车污染的时间 空间分布及其变化情况 1 3 3 拟解决的关键问题 1 保证在道路 车流量 车型比调查过程中的科学性 代表性 2 在空气质量模型的建立过程中 保证其科学性 客观性和准确性 1 3 4 技术路线 9 图1 1 技术路线图 1 3 5 特色之处 1 利用成都市机动车排放因子 建立中心城区的各级道路机动车尾气 排放的源强模式 2 利用c a l p u f f 模型模拟机动车排放n 0 2 c o 的浓度分担率的时 空分布特征 运用c a l p u f f 模型对成都市中心城区所有道路机动车排气污 染浓度分布和贡献进行研究 l o 第二章研究区域概况 2 1 地理位置 成都市位于四川省中部 四川盆地西部的成都平原上 地处东径1 0 2 0 5 4 1 0 4 0 5 3 和北纬3 0 0 0 5 3 1 0 2 6 之间 东西长1 9 2 k i n 南北宽1 6 6 k i n 幅员面积 1 2 3 9 0 k m 2 此次研究的重点区域为绕城高速以内的中心城区 面积为 2 8 3 8 6 k m 2 2 2 地貌特征 成都地区地貌类型平原 丘陵 山地均有分布 以平原为主 高山区和中 山区集中分布在西部龙门山区 低山丘陵区主要分布在龙泉山和龙门山山前地 带 台地在平原外围与低山丘陵的连接地带 区内平原系由龙门山一邛崃山的山前冲洪积扇相互联接形成的冲洪积平 原 它夹持于龙门山一邛崃山与龙泉山之间 约占全区总面积的5 1 2 5 其 次为低山丘陵 占2 2 7 5 中山与高中山则占2 6 主要分布于西北部 2 3 气候 成都市属亚热带湿润季风气候区 受地形条件和大气环流的影响 气候温 和 四季分明 冬无严寒 夏无酷暑 日照少 风速小 阴天多 霜雪少 气 压低 湿度大 多年平均气温1 5 5 1 7 2 西部山区偏低 东部丘陵偏高 平原地区 1 6 2 1 6 7 c 最冷月 1 月 平均气温5 0 5 5 最热月 7 月 平均气温2 5 3 2 5 9 c 1 0 的年活动积温4 7 0 0 5 3 0 0 常年无霜期2 7 8 3 0 0 天 年平均 降水量9 0 0 1 2 6 0 m m 年平均相对湿度8 1 8 4 年日照时数1 0 4 2 1 4 1 4 d x 时 常年主导风为北北东风 年平均风速在1 2 m s 以下 静风频率4 0 4 2 是我 国典型的小风区之一 2 4 污染气象特征 1 地面风场特征 全年主导风向为n n e 风 风频1 2 次主导风向为n 风 风频1 1 年平 均风速1 2 m s 春夏交季的4 6 月平均风速最大为1 4 m s 1 2 月最小 风速为0 9 m s 风速年变化为春 夏季风速大而冬季风速小 全年静风频率高达4 2 空气的水平扩散条件差 冬季尤为突出 2 大气稳定度 成都地区大气稳定度以中性为主 占4 6 2 稳定天气占3 5 5 不稳定 天气仅占1 8 3 垂直扩散能力弱 其中 不稳定天气以7 月份出现频率最多 为2 6 1 2 月份最少 仅占9 5 中性天气以2 月份出现频率最多为5 6 5 7 月频率最少为3 5 6 稳定天气以1 2 月出现频率最多 高达5 0 5 8 月最低 频率为2 8 4 可见空气的垂直扩散能力冬季最弱 春秋季次之 夏季较好 3 逆温特征 全年贴地逆温出现频率2 6 6 冬季最多月出现频率高达9 0 以上 平均 逆温强度为0 7 6 1 0 0 m 由于逆温层的高度低 造成污染物在近地层滞留 导致空气污染加重 2 5 城区环境空气质量现状 2 0 0 2 年至2 0 0 8 年 城区环境空气质量保持相对稳定 空气中的首要污染物 为可吸入颗粒物 其次是二氧化硫和二氧化氮 环境空气污染特征以煤烟型污 染为主 呈现向煤烟和机动车排气混合型污染转变的趋势 根据成都市环境监测中心站发布的 2 0 0 8 年成都市环境质量公报 2 0 0 8 年 城区环境空气质量未达n 级标准 p m l o 超标 浓度为0 1 1 l m g m 3 与 2 0 0 7 年持平 s 0 2 达标 浓度为0 0 4 9 r a g m 3 较2 0 0 7 年明显下降 下降比例达 2 1 o n o z 浓度为0 0 5 2 m g m 3 虽达标但浓度略有上升 1 2 第三章成都市机动车污染现状分析 3 1 成都市机动车保有量研究 3 1 1 机动车保有量及增长情况 1 全市机动车保有量 近年来 随着我国经济的迅速发展 机动车的保有量呈现较快的增长趋势 表3 1 为1 9 9 8 2 0 0 7 年这十年成都市机动车保有量的调查统计结果 可看出截 至2 0 0 7 年底 成都机动车保有量达到17 7 9 5 万辆 这十年中 成都市机动车年 均增长率达16 可大致将其发展过程分为两个阶段 快速增长阶段和平稳增 长阶段 1 9 9 8 年 2 0 0 3 年为快速增长阶段 年平均增长率达到2 1 3 2 0 0 4 年 2 0 0 7 年为机动车保有量的平稳增长阶段 年平均增长率为9 3 表3 1 19 9 8 2 0 0 7 年成都市机动车保有量 图3 1 成都市机动车保有量与g d p 增长曲线 1 3 图3 2 成都市机动车保有量与g d p 的相关关系图 从图3 1 和图3 2 中可以看出 1 9 9 9 年 2 0 0 8 年成都市机动车保有量的增长 与g d p 增长趋势一致 并且呈现出较好的相关性 二者复相关系数达n o 8 8 以 上 2 中心城区机动车保有量 2 0 0 7 年成都市中心城区机动车保有量分别达到6 6 0 3 万辆 表3 2 为1 9 9 8 年 一2 0 0 7 年中心城区保有量的发展情况 这十年间 中心城区机动车保有量年均 增长率达到约1 6 7 其增长趋势与全市机动车保有量增长相似 经历了1 9 9 9 年至2 0 0 3 年的高速增长后 近年来机动车增长速度趋于平稳 表3 21 9 9 8 年 2 0 0 7 年成都市中心城区机动车保有量变化情况 1 4 3 1 2 机动车构成及年变化分析 1 不同质量类型机动车构成及变化分析 本研究中 按质量大小将机动车划分为轻型车 中型车 重型车和摩托车 四大类 轻型车是指最大总质量不超过3 5 t 的m 1 类 m 2 类和n 1 类车辆 其中 m 1 类 m 2 类和n 1 类车辆按g b t 1 5 0 8 9 2 0 0 1 定义的 中型汽车是指最大总质 量为3 5 t 至8 t 之间的车辆 包括载货汽车和载客汽车 重型汽车指最大总质量 大于8 t 的汽车 包括载货汽车和载客汽车 表3 3 图3 3 和图3 4 为成都市机动车保有量按不同类型统计结果和变化趋 势 分析可得知 1 9 9 8 年至2 0 0 7 年 成都市机动车分车型保有量呈四个特点 1 摩托车在所有机动车中占比最大 2 0 0 7 年占机动车总量的比例达至t j 5 2 7 其总量增长趋于平缓 且至2 0 0 3 年以来其所占比重呈现出逐年减少的趋势 2 轻型车保有量所占比重仅次于摩托车 是机动车的重要组成部分 2 0 0 7 年占比 达到4 0 7 至2 0 0 2 年以来无论是其总量还是所占比重都呈现出直线上涨的趋 势 3 中型车比重总体逐年变小 而且总量增长趋于缓和 2 0 0 7 年占比5 3 3 4 重型车变化趋势与中型车大致相同 2 0 0 7 年占比1 2 6 表3 3成都市机动车保有量按车辆类型统计 9 9 7i 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 7 图33 近1 0 年成都市机动车分车型构成分析 犀托辜 t 重型车 中型生 轻型车 一轻型车一十 车一重 车 摩托车 1 0 叭9 9 92 0 0 02 0 2 0 0 3 0 0 d 2 0 0 52 0 0 62 n 0 7 图34 成都市机动车分车型保有量年变化趋势 2 不同使用类型机动车构成及变化分析 从2 0 0 4 年至2 0 0 7 年 成都市以及中心城区机动车新注册量按用途分类掏成 及变化情况见表34 和表3 5 从2 0 0 4 年至m 2 0 0 7 年新注册的轻型客车和摩托车数 量呈逐年上升状态 轻型客车上升速度最快 摩托车相对变缓 其他车辆数量 绝对数量也在逐年增加 但增长缓慢 轻型客车近4 年来注册数平均增长速度己超过3 0 占注册车辆比例平均 达4 98 并逐年增大 其中2 0 0 7 年达至m j 6 21 绝对注册数量达到1 13 3 万辆 摩托车占注册车辆平均比例为4 5 3 呈逐年递减趋势 从2 0 0 4 年的6 04 降 n 2 0 0 7 年的3 33 日绝对注册量仍达到60 3 万辆 公交车和出租车属于高频 率使用车 两类车辆也有大幅度的增长 这与近年来成都市大力发展公共交通 呲 溉 僦 蛳 n自 自i 薯一 的相关政策和措施密切相关 表3 4 成都市近4 年注册机动车按使用类型划分 2 0 0 4 年至2 0 0 7 年中心城区机动车注册量按照使用类型划分见表3 5 中心 城区机动车注册量及变化情况的主要特点是 1 轻型客车占绝对主导地位 2 0 0 7 年占比达n 8 8 9 平均比例达至1 8 6 1 2 摩托车平均占比为8 6 但 比重逐年下降 从2 0 0 4 年的1 3 9 下降至u 2 0 0 7 年的4 9 5 3 出租车比例呈逐 年上升趋势 从2 0 0 4 年的2 1 上升至u 2 0 0 7 年的3 8 9 4 公交车也呈上升趋 势 但所占比重变化不大 表3 5近四年五城区机动车注册量按使用类型统计结果 3 不同燃料类型机动车构成及变化分析 从2 0 0 4 年开始 成都市按照车辆使用性质及其燃料类型对机动车进行分 类 目前在用机动车中使用的燃料主要有汽油 柴油 天然气 汽油 天然气 1 7 还有柴油 汽油 柴油 液化石油气等燃料类型 由于其相关车辆数据较少 故 未对全市总体情况加以统计 此处对2 0 0 4 年以来注册车辆的情况进行分析 结 论如下 1 汽油是成都市机动车的主要燃料 2 0 0 4 年以来注册的机动车大多数以 汽油为主 平均比例为8 8 5 6 辅以柴油 8 3 2 汽油 天然气 2 6 1 天然气 o 5 1 等燃料类型 2 各类燃料类型车辆比例相对稳定 天然气类比重逐年增大 从变化趋 势看 4 年来汽油 柴油 汽油 天然气等燃料类型机动车的比重相对变化不大 但天然气类车辆比例增加较快 尤其是2 0 0 7 年占比从上年的0 3 9 9 上升到 o 9 9 5 但绝对数量仍然较小 见表3 6 表3 6 成都市不同燃料机动车比例分析 3 2 中心城区道路车流量分析 3 2 1 调查方法 调查主要使用摄像机记录实际道路上的车流情况 在选定区域的各路段道 路旁或者过街天桥上分别安排4 名实验人员记录车流量及车型 1 监测点位 为方便同时用于计算道路机动车排气污染物量 监测道路类型按面源 线 源及主要交通道路路口三种类型 共7 8 个点位 2 监测频次 线源 面源车流量监测 1 8 在工作日 周一至周五 公休日 周六 周日 各监测两天 每天测 7 3 0 9 3 0 车流量高峰 1 4 3 0 1 6 3 0 平峰 2 1 0 0 2 3 o o 1 氐谷 个时段 各 点位每时段内每小时随机抽取1 0 分钟测量车流量 每时段内随机抽取1 0 分钟测 量车型比例 用于计算每时段每小时的车流量和车型比例 主要进出城道路车流量监测 在进 出城道路收费站获取工作日 公休日各二天的 进出城 车流总量 和车型比例 测量时段及测量频率同上 3 2 2 中心城区道路车流量统计结果 1 城区线源道路车流量统计 由表3 7 可知 三环路上车流量最大 三环路南四段和北二段工作日最高 可达1 0 0 0 0 辆 4 时以上 三环路 二环路 一环路车流量依次递减 东西干道 车流量大致与一环路相当 其中清江中路车流量最大 最高可达5 0 0 0 辆 4 时 以上 南北干道中人民南路车流量最大 车流量大致与二环路相当 最高可达 7 0 0 0 辆 4 时以上 主要进出城道路中成灌 成绵 成雅车流量相对较大 大 致在1 0 0 0 辆 4 时左右