成都市交通環(huán)境容量研究

李 清

（四川科技職工大學(xué)，四川 成都610031)

0 引言

目前，我國大中城市機(jī)動車尾氣污染問題日趨嚴(yán)重，人們對機(jī)動車污染問題的反應(yīng)也開始日益強(qiáng)烈。就成都市而言，隨著城市經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，近年來，成都市汽車擁有量以驚人的速度增長，年均增長率達(dá)17.3%，機(jī)動車尾氣污染問題愈來愈凸顯出來。本文從探討交通環(huán)境容量的主要影響因素出發(fā)，分析了成都市的主要車型及排放強(qiáng)度，并且對成都路段的環(huán)境交通容量進(jìn)行分析，建立交通環(huán)境容量模型，對成都市實現(xiàn)綠色交通具有一定的理論和現(xiàn)實意義。

1 交通環(huán)境容量

1.1 交通環(huán)境容量定義

交通環(huán)境容量[1]（Traffic Environment Capacity，TEC）是指在人類生存、生態(tài)環(huán)境和資源利用不致受害的前提下，某一交通環(huán)境所能容納交通系統(tǒng)排放污染物的最大負(fù)荷量或其利用環(huán)境資源的最大使用量。它可以劃分為兩類：

a）交通環(huán)境污染容量 指環(huán)境對交通系統(tǒng)排放的污染物，如CO、CH和NOX等的最大負(fù)荷量；

b）交通環(huán)境資源容量 指環(huán)境提供給交通系統(tǒng)的環(huán)境資源，如土地、石油等的最大使用量。

TEC是環(huán)境容量ν的一部分，可以表達(dá)為：

式中，λ為交通環(huán)境容量在環(huán)境容量中所占的比重系數(shù)。

1.2 交通環(huán)境容量主要影響因素

交通環(huán)境容量（TEC）是一個總量特征值，它受以下因素的制約[1]：

a）交通系統(tǒng)所在的社會環(huán)境特征 如城市的功能劃分、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和交通需求等；

b）交通系統(tǒng)所在的自然環(huán)境特征 如氣候、水文、植被狀況和自然環(huán)境本地值等；

c）交通系統(tǒng)所在環(huán)境的質(zhì)量目標(biāo) 如環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等。

2 污染因子的確定

2.1 機(jī)動車影響環(huán)境的主要因素

機(jī)動車已成為許多城市的重要污染源，它產(chǎn)生的尾氣、噪聲對城市環(huán)境有著顯著的負(fù)效應(yīng)。首先，噪聲污染會損壞人類的聽覺，影響生理健康，它可通過交通管制加以控制。其次，水環(huán)境受間接影響較重。但表現(xiàn)最為突出和直接的影響是大氣環(huán)境，因此，交通環(huán)境污染容量主要指環(huán)境對交通系統(tǒng)排放的污染物，如CO、CH、NOx等的最大負(fù)荷量。

2.2 機(jī)動車的排放特性

機(jī)動車尾氣由三部分組成：通過排氣管排出的內(nèi)燃機(jī)廢氣，約占尾氣含量的60%；曲軸箱泄漏氣體，約占20%；汽化器中蒸發(fā)出的氣體，約占20%。機(jī)動車尾氣所含的成份有120～200種化合物，但主要的是一氧化碳、氮氧化合物、碳?xì)浠衔锖豌U。

2.2.1 一氧化碳（CO）

低空的CO主要來源是機(jī)動車尾氣。當(dāng)機(jī)動車低速加速時，CO排放量明顯增加，而高速勻速時，產(chǎn)生CO的量卻很少。

2.2.2 氮氧化合物（NOx）

機(jī)動車尾氣中的氮氧化合物主要是汽油和柴油燃燒過程中，進(jìn)入燃燒裝置的氧氣和氮氣化合而成。當(dāng)機(jī)動車高速加速時，產(chǎn)生的NOx較多，其原因在于高速加速時發(fā)動機(jī)燃燒溫度高，創(chuàng)造了有利于NO的生成條件。

2.2.3 碳?xì)浠衔铮℉C）

當(dāng)機(jī)動車低速加速或高速減速時，產(chǎn)生的碳?xì)浠衔镙^多。前者是由于在加速時混合氣過濃造成的燃燒惡化和速度較低共同作用的結(jié)果。而后者則主要是由于在高速剎車時的發(fā)動機(jī)瞬時熄火和此時較小的燃油消耗作用的結(jié)果。

2.2.4 顆粒物污染物

城市車輛大多以小型車為主，小型車的主要燃料以汽油為主，故顆粒污染物主要為揚塵。其污染量的大小只和機(jī)動車數(shù)量及其平均行駛速度有關(guān)。

2.3 污染氣體的選定

根據(jù)有關(guān)資料相關(guān)性統(tǒng)計，城區(qū)大氣中的NO的濃度與機(jī)動車保有量呈明顯正相關(guān)。美國國家環(huán)保局對大量機(jī)動車的測試結(jié)果表明，機(jī)動車運行速度對污染物排放影響很大，在低速段（速度小于30km·h－1），CO與HC排放因子隨速度的增加呈負(fù)指數(shù)下降，但速度對NOx排放的影響相對較小。在成都市區(qū)，機(jī)動車數(shù)量較多，目前以小型車為主，小型車行駛速度較低，但速度變化較大，故選NOx因子作環(huán)境交通量的預(yù)測因子，可提高其準(zhǔn)確性。

3 成都市機(jī)動車污染分擔(dān)率

3.1 成都市主要車型分類與排放強(qiáng)度和濃度

機(jī)動車排污隨機(jī)動車的排氣量大小而變化，排量大時，排放的污染物就多。因此在確定環(huán)境容量模式之前，首先應(yīng)根據(jù)城都市機(jī)動車的排氣量或耗油量大小，將所有機(jī)動車數(shù)量折合成標(biāo)準(zhǔn)車型，這樣就可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)車型的數(shù)量計算出相應(yīng)的各類車型[2]。

各種車型的排放因子設(shè)為E=（e1，e2，…，en），所有機(jī)動車尾氣平均源強(qiáng)的計算公式為：

式中，Q為機(jī)動車尾氣平均源強(qiáng)（g/km·h-1）；N為道路機(jī)動車類型總數(shù)；E為排放因子；N為i類型機(jī)動車的車流量（veh·h-1）；ei為i類型機(jī)動車尾氣中的綜合排放因子（gk·m-1）。

設(shè)機(jī)動車總量（在用車）為N總，i類型車占機(jī)動車總量的權(quán)重概率為Pi，則第i種車數(shù)量Ni＝N總·Pi，即式（3）變?yōu)椋?/p>

式（4）中，Q的單位為mg/（m·s-1）。就成都市而言，現(xiàn)已有機(jī)動車約160萬輛，選取成都市成華區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計，Pi值統(tǒng)計調(diào)查表以及各種車的氮氧化物排放因子ei如表1所示。

表1 Pi值統(tǒng)計調(diào)查表

將上值代入式（4），可得Q＝3026.7111（mg/（m·s-1））。

3.2 成都市汽車污染分擔(dān)率的確定

根據(jù)成都市環(huán)保局公布的2006年成都市各季度環(huán)境空氣質(zhì)量通報，二氧化物的季日均值如表2所示。

表2 2006年成都市各季度二氧化物的季日均值通報

則成都市城區(qū)二氧化氮濃度日均值為：

式中，Pi表示第i季度的NOx日均值；N表示季度數(shù)。

將表2中數(shù)據(jù)代入上式可得：C=0.485（mg/m3）。

成都市氮氧化物是由多種污染源組成的，這些污染源除化工廠外，主要是由燃料氮引起的；其次為汽車尾氣。因此，令城市N0X污染物濃度C＝Cb＋ΔC，而Cb是城市的其他污染源引起的。

根據(jù)不同城市汽車尾氣的擴(kuò)散模式[3]，可確定ΔC為：

式中，f（u，x，z，w）函數(shù)可根據(jù)城市的地理位置、氣候環(huán)境，通過環(huán)境保護(hù)組織的監(jiān)測確定；k為取決于街谷尺度的經(jīng)驗常數(shù)，不同城市其取值不同；u為樓頂風(fēng)速（m/s）；x，z分別為監(jiān)測點距車道中心線的距離和距地面的高度（m）；w為街谷寬度（m）。

令該污染物中，汽車尾氣對其的貢獻(xiàn)度為β，城市的監(jiān)測濃度為C，則有：

式中，β為貢獻(xiàn)率，目前可根據(jù)各城市的主要燃料情況和經(jīng)驗確定。根據(jù)成都的實際情況，經(jīng)調(diào)查得β＝0.22。

3.3 成都市交通環(huán)境污染容量模型的建立

環(huán)境交通容量模式為[2]：

式中，P為機(jī)動車污染因子的分擔(dān)率；C為污染因子環(huán)境限制濃度，mg·m-3。考慮其出車率R，則環(huán)境交通容量Et[2]為：

式中，u為樓頂風(fēng)速；k為街谷經(jīng)驗數(shù)；x，z分別為監(jiān)測點距車道中心線的距離和距地面的高度（m）；w為街谷寬度（m）。

將以上數(shù)據(jù)代入，可得：

在理想情況下，交通容量T可表示為[2]：

式中，T為交通容量；M為城區(qū)道路網(wǎng)面積（m2）；E為機(jī)動車道面積占道路網(wǎng)面積比例；B為機(jī)動車道上車的密度；R為出車率；r為交通管制的折減系數(shù)。

三環(huán)路內(nèi)是成都市交通網(wǎng)絡(luò)中心區(qū)域，城區(qū)道路網(wǎng)面積40098000（m2）；車行道占道路網(wǎng)面積比例為70%，其中B＝0.025，R＝10%，r＝0.4。

將以上數(shù)據(jù)代入上式，得：

成都市交通環(huán)境資源容量是以城市的客觀（基礎(chǔ)）條件為依據(jù)，即以道路寬度、密度、車速、平均行車時間為依據(jù)，而城市交通環(huán)境污染容量是以城市的環(huán)境因子和汽車尾氣的排放因子確定的。它們均從兩個側(cè)而反映了機(jī)動車數(shù)量與客觀（基礎(chǔ)）條件和動態(tài)（環(huán)境）條件的關(guān)系。但作為機(jī)動車交通環(huán)境容量則必須反映其綜合條件而確定。代入相關(guān)數(shù)據(jù)，則成都市交通環(huán)境資源容量Te＝min（T，Et）=T≈246860（輛）

4 結(jié)語

成都市三環(huán)內(nèi)路網(wǎng)面積基本已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)，隨著成都市各種改建、擴(kuò)建項目進(jìn)行，成都市路網(wǎng)已經(jīng)開始向三環(huán)路外拓展，雖然目前地域環(huán)境尚不足以制約路網(wǎng)面積的持續(xù)增加，但到了一定程度時環(huán)境就會成為制約因素，就必須對汽車尾氣排放進(jìn)行控制以達(dá)到發(fā)展與環(huán)境雙贏。本文從探討交通環(huán)境容量的主要影響因素出發(fā)，特別是對機(jī)動車尾氣排放污染物的分析，確定了能反映機(jī)動車數(shù)量的污染因子NOx，分析了成都市的主要車型及排放強(qiáng)度，并且對成都路段的環(huán)境交通容量進(jìn)行計算，建立了成都市交通環(huán)境容量模型，為成都市環(huán)境質(zhì)量保證及路網(wǎng)面積的發(fā)展的控制起到一定的參考作用。

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