重庆渝中区街道峡谷机动车尾气污染特征及扩散模型研究.doc

重庆渝中区街道峡谷机动车尾气污染特征及扩散模型研究摘 要汽车工业的蓬勃发展，不仅给人们生活带来了极大的便利，而且促进了人类文明的进一步发展。然而汽车尾气的排放却引发了不少环境问题，汽车尾气污染对于大都市特别是街道的空气质量的影响很大。据有关资料统计，城市街道空气污染物中60%以上来自机动车尾气。汽车对城市空气质量影响较大的另一个重要原因是城市建筑物密集，且建筑物高度较高，随汽车尾气排入大气中的污染物在地面附近不易扩散，在街道特别是峡谷地带形成特殊的污染带。有关研究表明，人口在100万以上的大城市中80%以上的CO、70%以上的HC和 40%以上的NOX来自于汽车污染。重庆是全国大气污染较为严重的城市之一，随着机动车保有量不断地增加,机动车尾气给重庆市街道造成的污染势必上升,影响着城市的形象和居民的健康。本文以重庆市渝中区中山一路、二路、和三路为研究对象，对重庆市主城区的气候、地形地貌、机动车流量、排放因子等状况进行了调研，实地监测重庆市渝中区交通干道的NOX浓度，研究了街道峡谷NOX的污染特征及影响因素。结果表明：机动车流量、风速、风向和街道高宽比等因素对街道峡谷NOX浓度分布影响较大，车流量越大、风速越低、风向夹角越大或街道高宽比越大，NOX浓度越高。利用ArcView GIS 3.3软件将各监测值可视化。结果显示，主城区主导风向随季节变化，秋、冬季节的主导风向为偏北风，春、夏季主导风为偏南风；街道两侧地形、高宽比对监测点浓度值影响较大，在街道峡谷地带的监测断面NOX浓度都较高，而在中山三路环行道的敞开路段，监测断面NOX污染浓度很低；街道车流量、车速对监测点浓度值影响也较大，车流量小、车速较快的中山支路的监测断面NOX浓度较低。NOX浓度随街道宽度的增加而减小，在离公路边5-6m左右，背风面NOX浓度减小到接近迎风面NOX浓度，达到国家环境空气质量三级标准。NOX浓度随街道高度变化，秋、冬季呈现先增大后减小的变化趋势，NOX最大浓度位于距离地面高度约1 m处，表明在公路边行人高度范围内（1-2m）NOX浓度污染严重；春季沿街道高度的增加而减小；各季在距离地面高度5-6 m处，背风面NOX浓度衰减到接近迎风面NOX浓度，达到国家环境空气质量三级标准。背风面和迎风面NOX浓度的日变化趋势与车流量日变化规律基本相同，但浓度的增减速率为容积化过程。采用OSPM模式模拟计算中山路一年四季NOx浓度，其模拟计算值与实测值关联的直线斜率和线性相关系数大于或接近0.9，特别是采用迭代法修正模式经验系数a后，OSPM模式的模拟计算能力进一步增强，能够用来预测重庆市交通干线机动车尾气污染扩散状况，帮助规划、环境、交通等部门了解重庆市交通干线街道峡谷汽车尾气污染物的扩散规律，使之在城市布局设计、交通规划建设、交通管制等方面采取相应措施控制，以改善主城区交通干线的环境空气质量。关键词： 重庆市； 街道峡谷； 机动车尾气；NOx浓度；可视化； OSPM模型AbstractThe vigorous development of the auto industry, not only to peoples lives brought great convenience, but also promote the further development of human civilization. However, automobile exhaust emissions has also led to a lot of environmental problems, automobile exhaust pollution for the city streets in particular the impact of the air quality greatly. According to relevant statistics, the city streets of air pollutants in more than 60 percent from vehicle exhaust. Car on a greater impact on urban air quality in cities is another important reason for intensive buildings, building height and higher, with automobile exhaust of pollutants discharged into the atmosphere near the ground hard-proliferation, especially in the street canyons formed a special zone The pollution belt. The study showed that more than 1 million population in the major cities in more than 80 percent of the CO, 70% above the HC and more than 40 percent of the NOX pollution from motor vehicles. Chongqing is the more serious air pollution one of the cities, with the tenure of motor vehicles continued to increase, vehicle exhaust to the streets of Chongqing Municipality caused the pollution is bound to increase, affecting the citys image and the health of the residents.In this paper, all the ways Zhongshan yi road,Second Road and the three-way in Yuzhong district of Chongqing was using for the study, the main city district of Chongqing Citys climate, topography, motor vehicle traffic, emission factors, such as the status of research, NOX concentration data were measured on the main traffic route in Yuzhong district of Chongqing. The pollution character and influencing factors of NOX concentration in street canyons had been researched. The results showed that the traffic flow, wind speed, wind direction, and high-width ratio had great impact for distribution of NOX concentration，the greater the traffic flow, the lower the wind speed, the greater the included angle of wind direction or the greater the height-width ratio of the street, the higher the NOX concentration. Use of ArcView GIS 3.3 software will monitor the value of visualization. The results showed that the main urban areas leading wind direction changes with the seasons, autumn and winter wind as the dominant northerly winds, spring and summer southerly winds led to wind; Street on both sides of the topography, high aspect ratio of the value of monitoring points greater impact on the street canyon zone monitoring section NOX concentrations are higher, and in Zhongshan Road, Central Track of the open road sections, monitoring section NOX pollution concentration is very low; Street traffic flow, speed of the monitoring points greater concentration of influence, vehicular traffic of small, fast speed monitoring the Zhongshan branch of the lower section of NOXNOX concentration with the increase in street width decreases in the 5-6 m from the road while around, leeward side of NOX close to the wind to reduce the concentration of NOX, to three national ambient air quality standards. NOX concentration with a high degree of change in the streets, autumn and winter showed the first increase after decreasing trend, NOX the largest concentration in the ground from an altitude of about 1 m, showed that the high road while the pedestrian area (1-2 m) NOX concentration of pollution Serious; Spring streets, a high degree of the increase decreased in the quarter from 5-6 m high ground, leeward side of NOX close to the wind to the decay of NOX concentration, to three national ambient air quality standards.Leeward side and the windward side of the NOX concentration on changes in trends and changes in traffic flow on the basic laws of the same, but the rate of increase or decrease the concentration of the volume of the process. OSPM simulation models used in the mountain throughout the year NOx concentration, its simulation and measured the associated linear and linear slope of the correlation coefficient greater than or close to 0.9, in particular the method used mode of amendment after the experience factor a,OSPM model The simulation capabilities furtheraexperience factor enhanced, it can be used to forecast Chongqing traffic of Route vehicle exhaust pollution-proliferation situation and help planning, environment, transport and other departments to understand the Chongqing Municipal Traffic Route street canyons automobile exhaust the spread of pollutants, so that in the urban layout design, traffic planning and construction, transportation Control measures taken control of the main urban areas to improve traffic on Route ambient air quality.Keywords: Chongqing City; Street Canyon； vehicle exhaust; NOx concentration; Visualization ； OSPM modelIII第一章 绪 论1.1 机动车尾气污染研究的背景及意义 机动车的发明，给人类社会文明的发展注入新的动力，使人类生活发生了质的飞跃。在人类享受高效、快捷、便利的现代生活的同时也产生了一些由此带来的环境污染问题，机动车尾气污染是现代城市所面临的共同问题之一。随着世界机动车工业的高速发展，城市化水平在不断提高。城市人口密度增大、生活水平提高的同时，汽车尾气污染物排放也越来越严重。大城市人口稠密，平均收入较高，交通需求量较大，所以汽车保有量大，使用率高。在现代化进程中，为保护环境，大城市一般都将大型工厂外迁出城区，而且在日常生活中的能源消耗也逐渐采用天然气等清洁能源，所以汽车尾气也就顺理成章地成为大城市空气污染的最主要来源。汽车尾气污染对城市空气质量影响较大的另一个原因是，城市交通街道两侧建筑物密集，且建筑物比较高，汽车尾气在街道峡谷内不易扩散出去。机动车排放的尾气中包含有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、二氧化硫、颗粒物质（铅化合物、碳烟、油雾）等大气污染物，其中尤其以前三者为主，长期暴露在这些化学物质浓度较高的空气中，对人以及动植物的健康危害非常大。尾气中的HC和NOx在一定的阳光照射和适当的温度条件下，会发生光化学烟雾二次污染。进入20世纪90年代后，在一些发达国家，城市交通已经成为空气污染的首要影响因素。Mage1等的调查表明，交通是大城市（2000年人口超过1000万）空气污染的主要来源。有关资料调查表明2，城市空气中90以上的CO、60以上的HC和30以上的NOx来自汽车排放。这些污浊的气体使人类的生存环境和健康受到极大威胁。自1950年以来，全球机动车数量增长了十倍，据估测，在接下来的20-30年间，机动车保有量将再增加一倍。随着我国汽车保有量的快速增加，汽车排放的尾气污染物已成为城市空气污染的主要来源。我国大中城市的空气污染已经逐渐由煤烟型污染转化为交通型污染。交通空气污染已经成为城市环境的主要问题之一3。据全国各城市环境监测的相关数据表明，大量使用燃油汽车给城市造成了大约60以上的空气污染。广州市1988年就已经提出广州大气污染以交通尾气型为主的观点4。北京环保部门曾作过测定，市区大气的污染在夏季的70%和冬季的30%是由汽车造成的。科学家测定表明5，大气中所含的CO的75%、HC和NOX的50%都来自于汽车尾气。 有关研究6表明：人口在100万以上的大城市中80%以上的CO、70%以上的HC和 40%以上的NOX来自于汽车污染。1.1.1机动车尾气污染对大气环境的影响机动车排放污染对城市低空大气环境和人体健康危害较大。其污染物主要有CO、HC、NOX、CO2、臭氧(O3)、醛类(Cn-1H2n-1CHO)、SO2、铅()、碳烟微粒等，它们对大气环境的影响主要通过产生光化学烟雾酸雨、温室效应等表现出来。酸雨是由SO2、NOX(主要是NO2)在大气中引起雨水pH值的减少；光化学烟雾是指废气中的HC，NOX在阳光作用下发生光化学反应生成臭氧(O3)，而温室效应中CO2的作用占到50%以上,会导致全球大气变暖，可能会带来气候的灾难性变化。1.1.2 机动车尾气污染对人体健康的影响 吴辉7等撰文介绍了机动车尾气污染对人体健康的影响，即 a.铅()。对血液、骨骼和神经系统有损害。铅()对妇女儿童的危害极大,如小儿多动症、孕妇习惯性流产都与此有关； b.碳氢化合物(HC)。机动车排放出的不饱和碳氢化合物，包括烯烃、烷烃、芳香烃，是造成烟雾的主要因素之一。其中芳香烃损害人体神经系统,还是人体致癌因素； c.醛类(Cn-1H2n-1CHO)。它刺激眼睛和鼻黏膜有麻痹作用； d.氮氧化物(NOX)。有强烈的刺激性气味,对肺和心肌有很强的损害作用，是产生臭氧(O3)的主要物质之一； e.碳烟微粒。以柴油车为甚。柴油微粒直径大多小于0.3m，属可吸入微粒，易引起肺组织摩擦损伤。碳烟微粒具有吸附性，可携带其他有毒物或致癌物。 由于机动车数量的大幅度上涨，直接导致了城市灰霾天气增多。所谓灰霾天气，是指空气中的氮氧化物、颗粒物的总量大，导致能见度低。有关调查显示，北京市的灰霾天气近几年呈现逐年上升的趋势。在北京市的道路两侧，交通微环境的污染物人均小时吸入量是北京市整体平均的污染物人均小时吸入量的5倍左右，这导致了呼吸道疾病发病率呈上升趋势。1.1.3 国内单车排放水平状况我国汽车拥有量和发达国家相比虽然不是很高，目前汽车排放仅相当于国外70年代中期水平，单车污染物排放比国际水平高出数10倍。现有汽车90%以上是国产车，由于排放控制技术落后，在同样运行工况下，国产车较发达国家同类产品排放量高几倍甚至几十倍，加上交通管理手段落后，在用车检查维修制度不完善，城市交通道路拥挤和市内居民集中，大量车况恶劣的车辆继续行使，更加剧了污染物的排放。同时，国产汽车的油耗通常比国外同类产品高20%30%，油耗量大，排放的污染物也多，因此也会进一步加剧我国汽车尾气污染。1.1.4重庆市汽车尾气污染现状据世界银行1999年世界发展报告中数据“重庆每年就有1万人因接触悬浮颗粒而过早死亡”。近年来，重庆市先后实施了“清洁能源工程”、“五管齐下”净空工程，推进天然气汽车项目，对现有汽车进行技术改造，停止使用含铅汽油，在主城区李子坝、大石坝、四公里、人和等7个地段设置汽车尾气检测点，要求未达标车辆限期整改等等，这些工作对改善城市大气环境有着重要意义。但主城区空气污染仍然严重8，在全国47个重点城市排名第42位，年度大气综合污染指数上升0.18，在全国47个环保重点城市中排名最后，机动车污染是严重影响主城空气质量的因素之一。2004年主城区汽车尾气达标率达80%，机动车年排放CO约164753.2吨，占主城区大气污染源排放总量的63.5%；NOX约38798.7吨，占主城区大气污染源NOX排放总量的37.0%；HC约31558.2吨，占主城区大气污染源排放总量的34.0%；而且汽车尾气主要污染物的含量在主城区也一直呈上升趋势。 从重庆市环保局NO2年度监测结果可以看出，2004年NO2年日均浓度为0.067mg/m3，较2003年NO2浓度上升了45.7%，日均浓度范围为0.0020.201mg/m3，日均值超过国家二级标准的占4.05%，最大日均值超标0.68倍。从重庆市与全国其它重点城市NO2年均浓度值比较得知，重庆市为受汽车尾气排放，氮氧化物污染较严重的城市之一。1.1.5机动车尾气治理的必要性在国内外许多大城市中，机动车尾气污染排放的分担率都很高。因此，如何控制由于汽车尾气排放造成的污染，已成为一个包括重庆在内的中国各个城市都需要解决的问题。国外的经验表明，对于新车加强严格排放标准以削减污染排放，是控制汽车尾气污染的最有效的办法。我国制定了限制汽车尾气排放的法规，例如，1993年颁布了相当于欧洲20世纪70年代的汽车尾气排放标准，2001年该标准提高到欧标准，2004 年全面实行欧标准，2005年北京率先执行欧标准。重庆还出台了一系列的管理政策，如重庆市以从2006年开始实施“蓝天行动”，为降低大气污染的程度，做出了一系列积极有效的措施。然而，一个不能忽视的问题是，既使每辆车的尾气都符合排放标准，但如果上路行驶的车辆数量按照目前的趋势增加，城市空气污染仍然会日益严重。对于重庆而言，按照目前的交通条件和每年上路机动车按每年10万辆的增长趋势，最终结果必将是交通拥塞，汽车怠速行驶，大大加重汽车尾气污染趋势。因此，在汽车尾气达标的基础上，实施排放总量控制，限制市区上路汽车车辆总数，是另一个解决城市汽车尾气污染的重要途径。也即，结合城市街道的具体情况和气象条件，在一定环境控制目标下，计算出所允许的城市街道上路车辆数量的最大值，是一项非常必要和有意义的工作。要实现这个目标，就必须研究街道内的流场和扩散特征，以及污染物在街道峡谷的分布特征。在道路交通汽车尾气排放已成为现代城市的主要污染源的情况下，搞清楚汽车尾气污染物在空气中的输送扩散规律，进而有效地控制汽车尾气造成的污染，已成为很多城市着力解决的问题；采用数值模拟揭示汽车尾气污染物在不同建筑物、不同高宽比街道和各种交叉道路所组成的街道峡谷内外的大气流动和污染迁移扩散特征，是一项非常必要和有意义的工作。1.2 国内外街道峡谷机动车尾气扩散模式研究进展1.2.1街道峡谷的概念“街道峡谷”概念最早是1975年由Nicholson提出的，但这一概念目前已得到了扩展；理想的街道峡谷（狭义定义）是指街道两侧都有连续的高大建筑物的相对狭长的街道；广义定义是相对狭长的街道两侧的高大建筑物是不连续的，存在一部分的空白和缺口。在城市中，高楼旁边的风特别大，这是“街道峡谷效应”。 当一栋大楼矗立起来，不可避免地改变了原来吹经此处的风的正常走向，也即改变了当地的风环境，这种变化有时可能产生不良后果。 例如，在繁华的商业中心街道两旁，高低错落的建筑群构成了一道人工的“街道峡谷”（如图示1-1所示），风汇合在街道里，由于“峡谷效应”，风速加大，出现局部强风，加上建筑物的阻滞，形成涡旋和强烈变化的升降气流等复杂的空气流动现象。在大风天气，“街道峡谷效应”加强了风的作用，强大的乱流、涡旋再加上变化莫测的升降气流形成了街道风暴，殃及行人。 不仅群体建筑会形成这种不良的区域性风气候，在单独的高层建筑附近往往也出现不利的风环境。研究表明，高层建筑趋于将高空的高速气流引至地面，特别在建筑转角处，流动加速，并在建筑前方形成停驻的漩涡，将恶化建筑周围行人高度的风环境，危及过往行人的安全。图1-1街道峡谷图Fig.1-1 Street Canyon plans1.2.2街道峡谷几何尺寸街道峡谷的几何形状各异，其尺寸一般是由组成街道峡谷两侧的建筑物的高度H和街道宽度D的比值H/D（称为街道峡谷高宽比）表示，其分类大致为：a理想街道峡谷，H/D1和峡谷中没有大的缺口；b宽街道峡谷，H/D0.5；c深街道峡谷，H/D2。如果考虑街道的长度L（两个主要街道至交叉路口之间的距离）分为：a短街道峡谷L/H3；b中街道峡谷L/H5；c 长街道峡谷L/H8。1.2.3 污染物的扩散在峡谷街道内气体污染物扩散依赖于在楼顶气流量与街道内的空气流通交换率9。典型街道峡谷的系统风对峡谷有较弱的空气流通和基本不影响污染物的迁移10。大量测量表明了在下风向汽车尾气浓度增加，且随着道路两侧建筑物高度的增加浓度降低。由于峡谷内角落的污染物的累积被大风漩涡水平输送，使得下风向的污染物浓度增加。另外随着再循环的发生，使得在小的角落可能也会产生较小的严重污染。 微弱的气候风产生的气象条件，使得在高楼林立的市内污染更易发生。显而易见，气候风的速度小于1.5m/s，在峡谷内的涡流趋势消失，空气滞留在街道里。这种情况下，移动车辆的机械搅动和空气的稳定性在机动车尾气污染物扩散中起着非常重要的作用。1.2.4 街道峡谷扩散模式研究街道峡谷内的气流运动及污染物扩散的方法，主要有现场测量、风洞实验和数值模拟计算。欧洲、美国、日本等国家自20世纪60年代就开始研究机动车排放污染物的扩散规律，主要研究适合公路扩散和城市街道扩散的模型。近年来，我国也开始对街道峡谷扩散模型进行一定的研究，例如：陈长虹等给出了一个适用于风向与公路成任意夹角的有限长线源的扩散模式，接着他们又以浦东新区道路为例引人了适用范围更广的带状线源概念。霍红等9综述街道峡谷机动车尾气扩散模式主要有以下几个方面。（1）城市开阔型道路污染物扩散模型 城市开阔型道路的特点是道路两侧无高层建筑物的平坦路面。如城市高架路、城郊高速公路。这类街道的扩散模型特点是以高斯模型为基本类型的城市高架点源大气扩散模型、移动线源大气扩散模型、面源简化为等效点源的大气扩散模型为主。国外从20世纪70年代到80年代中期，先后建立了不同的扩散模型。出现了CALDER模型，GM模型， H WAY模型，CALINE模型等。我国从20世纪80年代开始接触国外的研究模型，主要以介绍国外模型为主。近几年，国内的研究人员建立了一些适合我国国情的新模式。CALINE模型在20世纪70年代提出。它基于高斯扩散方程和使用混合区域的概念表示车道上污染物扩散特征。CALINE系列模型有适应面广、模式简单易操作等优点。经过不断改进完善，目前己发展到第3代、第4代模式，即CALINE3,CALINE4。 CALINE3模式是以高斯烟流扩散公式为基础，结合混合区域概念来刻画线源排放污染物质扩散的。可以用来预测高速公路交通排放的一次污染物的浓度，评估靠近高速公路两侧150 m内范围的微尺度区域空气质量的变化。（2）城市街道峡谷污染物扩散模型 公路两边建筑物及公路构成的狭长型地形称为街道峡谷。城市街道峡谷污染模型着重反映街道峡谷内部的传输、扩散及消散的运动规律。这类微小尺度的近场污染问题通常不考虑光化学反应，假定各种污染物的扩散运动遵守相同的物理规律。国外学者从20世纪60年代开始研究街道峡谷内大气流场及其近空的污染状况。先后建立了一些模型来模拟计算峡谷内流场分布及污染物的浓度分布。比较著名的峡谷型模型包括美国开发的STREET模型、Nicholson开发的箱模型、德国的峡谷烟羽箱模型CPBM、荷兰的CARS 、丹麦的OSFM 、日本的JEA模型等。在国内.清华大学的傅立新等提出OSPM修改模型。该修改模型对OSPM模型的参数进行了修正.同时修改了OSPM街道底部风速计算公式.可以准确的模拟街道峡谷的汽车污染.经北京、澳门检测数据验证.得到了一致的结果。箱模型1975年Nicholson开发的箱模型是作为峡谷内平均上升气流的函数给出，基于街道峡谷内物质守恒求浓度。通过输入下边界的风速、风向和污染排放量，来预测街道峡谷内污染物体积平均浓度。模型假设建筑物和街道上方的风速符合对数风速廓线并利用连续方程湍流速度，当风向平行于街道时，通过假设峡谷内风速符合指数率风速廓线预测风速。CPBM模型由Tamartine和Wiegand开发的CPBM是一个烟羽箱体模式。CPBM模型含有箱模型和高斯型模型的特征。当峡谷内无湍流流动时，假设烟羽沿峡谷方向移动，只对于每一个交通车道的污染物扩散。通过对高斯烟羽方程沿峡谷长度进行数值积分求污染物浓度；当峡谷内存在湍流时，将高斯烟羽模型的概念与因湍流致使反复循环的污染物箱模型的概念相结合便得到该模型。另外，该模型还考虑了清洁空气的侵入和夹卷引起的下风侧浓度的不均匀性，含有沿峡谷方向排放速率的变化，并允许交通十字路口的出现。模型根据现场检测数据得到城市街道峡谷内气流和湍流的简单模型，然后作为模型的输入。OSPM模型1989年丹麦环境研究所Hereto等人开发的OSPM模型采用简化的循环区理论来模拟湍流特征，并基于高斯扩散原理和箱式混合模型模拟街道峡谷内汽车污染的扩散规律。该模型认为，在街道峡谷中交通污染产生的污染物浓度可分为两部分：第一，直接由峡谷底部风输送到受体的直接贡献；第二，由于峡谷湍流输送扩散产生的循环部分Cr。因此，受体点的浓度Car表达为 （1-1） 式（1-1）中，为城市背景浓度。模型对另外两部分浓度，根据其特征函数分别进行计算。OSPM模型在北欧一些城市验证后得到比较满意的结果.在我国的一些城市污染评价中也开始应用。结果表明.该模型可以较好地模拟风向对街道峡谷内机动车污染扩散的影响，比较准确地反映街道峡谷中流场和湍流场的主要特征和街道峡谷中机动车污染扩散规律。（3）交叉路口污染物扩散模型 城市道路的交叉口（包括十宇交叉口、 T型交叉口、环行交叉口）是车流的聚散交汇处，机动车运行状态比较复杂，由于停顿、拐弯等因索，使车辆处于减速、加速、怠速等一系列变化中，机动车尾气的排放要高于正常情况下的排放。道路交叉口通常是环境质量容易超标的地段。具有代表性的街道路口扩散模型包括GM，CR02.TEXN2，CAL1NE4和CAL3QHC等。国内为南京大学的李铁柱博士从风向与街道不同夹角对十宇交叉口的污染物扩散情况进行了研究。中国科学技术大学的金陶胜从交通流特性和街道交叉角度等方而建立了适用于道路交叉口的扩散模型。1.3本文的研究内容（1）重庆市自然环境（气候、地形地貌）和道路交通（含机动车保有量、机动车排放等）状况调研；（2）重庆市中山路春、夏、秋、冬四季街道峡谷内NOX浓度监测、污染特征及可视化分析、NOX浓度沿街道宽度和高度的变化规律、NOX浓度日变化特征等研究；（3）引入OSPM模型，模拟计算NOX的污染浓度，根据实测值修正模型参数，以期建立适合重庆市渝中区街道峡谷机动车尾气污染扩散的三维数学模型。1.4创新点（1）首次系统监测重庆市主城区交通干道街道峡谷春、夏、秋、冬四个季节的污染物浓度，一定程度上代表了污染物浓度在全年的变化趋势，使街道峡谷污染扩散模型研究具有代表意义。（2）利用GPS对监测点定位，结合ArcView软件将监测数据可视化，可为环境、规划、交通等部门的决策提供参考。第二章 重庆市自然环境与道路交通状况调研2.1 重庆市自然环境状况重庆位于北纬28度10分-32度13分，东经105度11分-110度11分之间，重庆幅员面积8.24万平方公里，南北长450公里，东西宽470公里。地处发达的东部地区和资源丰富的西部地区的结合部，东邻湖北、湖南，南靠贵州，西接四川，北连陕西，是长江上游最大的经济中心、西南工商业重镇和水陆交通枢纽。三峡库区的70%在本市，是西部开发的重点地区之一。2.1.1气候特征重庆属中亚热带湿润季风气候区，具有夏热冬暖，光热同季，无霜期长，雨量充沛，湿润多阴等特点。冬季盛行偏北风，夏季偏南风，盛行风向一般与山谷走向一致。绝大多数区县全年主导风向是东北风和北风，个别地区受局部地形影响，稍有差异。重庆市风速是全国最小的地区之一，年平均风速0.7-1.7米秒。低洼地带风速较小，地势较高和狭谷地区较大；一年中春夏季风速度较大，秋冬季风速度较小。重庆北有秦岭、大巴山的阻挡，北方冷空气不易侵入，气温高于同纬度其它地区。年平均气温在18.0以上。全市平均相对湿度为80%左右，是全国高值区之一。相对湿度西部大于东部，但差距不大,秋冬较大，春夏较小。重庆主城区为铜锣山和中梁山两山所夹槽谷，形成主导风向为偏北风，次主导风为偏南风。近地风速很小，一般很少超过2ms-1（频率2ms-1的占80以上）。2004年平均风速1.3米/秒。年平均相对湿度为78左右，是全国高值区之一，秋冬较大，春夏较小11。重庆冬暖夏热，无霜期长、雨量充沛、温润多阴、雨热同季，常年降雨量10001400 毫米。春夏之交尤以夜雨为多，别有一番情趣，历代诗人常以“巴山夜雨”为题吟诗填词。重庆亦有“雾都”之称。每年秋末至春初多雾，年均雾日为68天。每逢雾日，满城云缠雾绕，大街小巷缥缈迷离，恍若仙境。重庆还是中国日照最少城市之一，年均日照时1259.5小时。7月至8月份略高，月均日照时230小时。其他月份在150小时以下。重庆三面环山，沟壑纵横，因此风速较小。但在夏季雷阵雨天气时，又一反常态，常常伴有大风，风速每秒可达1027米。全年大气稳定度以中性天气为主，冬季下边界层内小风静风频率大，平均风速小，降雨量少。重庆市由于静风频率大、逆温层出现频率高且厚，空气的流动性差，这样就使大气污染物质扩散稀释缓慢，因而导致在市区的不断累积。重庆市大气环境中大量存在的氮氧化物等酸性气体是导致重庆市酸雨严重的重要原因。重庆市主要气象资料如表2-1示。 表2-1 重庆市主要气象资料Table2.1 The weather information of the Chongqing序号项 目参 数1年平均气温17.82极端最高气温43.83极端最低气温-3.84多年平均降雨量1151.5mm5日最大降雨量191.7mm6年蒸发量1075.4mm7无霜期320350 d8年均日照时数1140.5 h9年平均雾日照时数43 h10年平均相对湿度79%11常年主导风向、风频N-NE，29%12年均风速1.5 m/s13静风频率33 %2.1.2地形和地貌地形体现为南北向长江河谷逐级降低，西北部和中部以丘陵、低山为主，东南部靠大巴山和武陵山两座大山脉。分为东部中低山区、西部方山丘陵区、中部平行岭谷区三大类型，海拔高度在732797米之间，山地、丘陵面积占90%以上。地貌最典型的特征是山多河多。众多山脉连绵起伏，大小河流纵横交错。以长江干流为轴线，汇集起上百条大小支流，地势沿河流、山脉起伏，形成南北高、中间低，从南北向长江河谷倾斜的地貌，构成以山地、丘陵为主的地形状态。在城镇地理分布结构上，重庆市是由一个特大城市、两个中等城市、四个小城市和1400多个乡镇组成的复合型城市。主城区地处铜锣山和中梁山之间的槽谷丘陵地带，被长江和嘉陵江分隔成三片，西高东低，海拔在168米400米之间。目前已形成十二个组团，中心区在两江汇合处，呈半岛状。渝中区建筑物依山而建，城廓依山傍水，形成少有的“三江”山城风貌。2.2重庆市交通状况2.2.1 全市道路状况重庆直辖以来，通过国家、地方各级政府的大力投资和多年兴建，全市道路总长度和道路面积得到大幅度的增加，基本实现了“8小时重庆”和“小时主城”的阶段性目标。1990-2004的15年间重庆市道路总长度和道路面积年平均增长3.5%和5.8%,低于同期机动车17.7%的年平均增长数。加上地形条件复杂和历史欠帐太多，重庆市道路建设近期仍不能满足交通畅通需要。截止2003年底12，重庆市公路通车里程达31407公里，其中高速公路580公里、一级公路168公里、二级公路3624公里、三级公路3928公里、四级公路14262公里、等外路8845公里。其中高速公路占公路比例在2003年已超过全国平均数0.2个百分点，低于东部地区1个百分点，高于西部地区0.85个百分点，但二级以上公路里程占总里程比例，比全国平均水平低（重庆为13.9%、全国平均水平为14.9%、东部地区为23.9%），四级以下公路比例高于全国平均数6.3个百分点，等外路比例高于全国平均数7.4个百分点。全市路网密度为38.1公里/百平方公里。重庆市公路总体技术指标要达到全国平均水平，还有一定差距。根据交通部门制订的道路发展规划，预计到2020年全市公路通车总里程将达到4.5万公里左右，高速公路1640公里，一级公路1200公里，二级公路12000公里左右；其中高等级公路将达到14840公里，占总里程的37左右；等级公路将达到39000公里，占总里程的97.5。建成横贯东西纵贯南北通江达海联系周边省份的快速公路交通网络，将实现乡乡通公路和85%的行政村通公路。2.2.2 主城区道路状况主城区处于铜锣山和中梁山之间的槽谷丘陵地带，被长江和嘉陵江分隔成三片十二个组团。重庆直辖以来，主城区总体道路长度和道路面积得到大幅增加，增加的部分主要集中在城市的新开发区和外围组团，大部分新开发区路面较宽。但也有部分开发区地段受规划、资金等因素限制，部分主干道被建成较狭窄的双向四车道，车流量一大就常常堵车，交通运行质量低下。重庆主城区位于两山间的槽谷地带，又被两江分割为半岛，城区也是山高路陡。由于特殊的地形条件，城区内道路曲折，弯道半径小，坡度大，路面狭窄。两江环绕的渝中半岛老城区由于历史形成和地理条件制约，建成的主干道路面较窄，道路弯多、坡度大，有的路面宽度甚至只有10米左右。主城核心区内道路由于自然条件的限制，大多只能在原有路面上扩宽改建，这部分区域人均道路面积的增加效果不明显。截止2003年底，主城区公路里程达3128公里，除去高速公路外，一级公路53公里、二级公路430公里，三级公路887公里，四级公路1346公里，等外路212公里。直辖以来，主城区的道路建设和交通管理取得了有目共睹的成绩，但交通需求与供给在总量和结构上双重失衡的问题仍然存在。表现为交通流量呈现很不均匀，车辆过分集中在部分路段上。尽管主干道改造加宽年年进行，但堵塞“瓶颈”现象此消彼长，部分主干道在上下班高峰时超负荷严重。渝中半岛的两路口、上清寺、牛角沱、菜园坝、观音岩、七星岗、临江门等路段因道路狭窄，车流量过大，时有严重的堵车情况发生。重庆市政府为缓解城市交通堵塞现象，加大了对主城区高速公路、主干道、立交桥和跨江大桥的建设投资，积极投资建设城市快速路和城市轻轨和地铁等重大交通工程。逐步完善城市交通体系，并提出了“四小时重庆”、 “一小时经济圈”和“半小时主城”的发展规划。 2.2.3重庆市机动车保有量据统计资料1315显示,近年来重庆市机动车保有量以每年20%25%的速度迅猛增长。据市车管所统计，至2003年底,全市机动车保有量约75.26万辆,其中主城区30多万辆,其中私人汽车保有量为12.89万辆,年增长速度为24.3%。市交管局提供的资料显示27：截至2005年5月底，重庆机动车的保有量已达到100.13万辆，其中汽车48万余辆，摩托车51万余辆。私家车消费的持续火爆，是我市机动车保有量突破百万大关的最大动力。2006年末28，重庆市机动车保有量达到131.93万辆，其中汽车保有量为70.19万辆，私家车有31.8万辆，占汽车总量的45.3%。而在2003年，这一组数据仅仅为：75.26万辆、34.8万辆和12.98万辆。仅用了三年时间，重庆的机动车保有量增长了75.3%，汽车保有量增长了101.7%，私家车保有量则增长了145 %，见图2-1。图2-1 重庆市车辆保有量统计Fig.2-1 Chongqing Municipality vehicles maintain output statistics 图2-2 五大城市机动车千人保有量Fig.2-2 Five cities keep thousands of motor vehicles从图2-2 五大城市机动车千人保有量中可以看出，重庆现有接近三千万的人口，机动车千人保有量仅为47辆，这与北京、上海、广州、成都等城市相比较还存在很大的差距，其中蕴藏着巨大的增长空间。因此，可以推算在未来几年重庆市机动车保有量还是会持续高速增长。2.2.4 车型分类与车型比例对于不同车辆，不同发动机的排放特性，根据MOBILE5模式要求将机动车分为8类：LDGV：为轻型汽油轿车，乘员数少于（等于）12人的汽油客车；LDGT1：为轻型汽油卡车1，载重量2.7t；LDGT2：为轻型汽油卡车2，载重量介于2.7t3.5t；HDGV：为载重量介于3.5t重型汽油卡车；LDDV：为轻型柴油轿车，乘员数少于（等于）12人的柴油客车；LDDT：为轻型柴油卡车，载重量3.5t；HDDV：为重型柴油车，载重量3.5t的柴油车辆；MC： 各类二轮、三轮摩托车。由于我国的机动车保有类型与美国的保有类型有所不同。统计时将汽油微型客车、轿车、小型面包车列入LDGV；汽油微型货车、吉普车列入轻型汽油卡车1（LDGT1）；汽油中型面包车列入轻型汽油卡车2（LDGT2）；公交大客车和大型汽油车列入重型汽油卡车（HDGV）；柴油皮卡、柴油中型面包车列入LDDV；轻型柴油卡车列入LDDT；大型柴油客车和重型柴油货车列入HDDV。2.2.4.1 全市机动车车型比例2004年 全市机动车分车型保有量比例4%15%