基于MOBILE6.2的機(jī)動(dòng)車(chē)氣態(tài)污染物排放量與分擔(dān)率研究

蔣秋靜，盧 彬

（太原市環(huán)境科學(xué)研究院，太原 030002）

近年來(lái)，我國(guó)城市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量持續(xù)增加，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣已經(jīng)成為大氣的主要污染源之一。作為機(jī)動(dòng)車(chē)排放的主要?dú)鈶B(tài)污染物HC、CO、NOx造成的污染影響正逐漸顯現(xiàn)，污染分擔(dān)率不斷上升[1]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，北京[2]、沈陽(yáng)[3]、長(zhǎng)春[4]和天津[5]的機(jī)動(dòng)車(chē)CO排放總量分擔(dān)率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為71%～83%，NOx為33%～55%，HC為72%～81%，機(jī)動(dòng)車(chē)污染已經(jīng)成為我國(guó)城市大氣環(huán)境惡化的主要因素。經(jīng)過(guò)多年的工業(yè)污染治理，太原市大氣質(zhì)量有了較大的改善，但近年來(lái)NO2濃度出現(xiàn)反彈且呈上升趨勢(shì)。與2005年同期相比，太原市2011年NO2日均質(zhì)量濃度值上升了6.7%。在此期間，太原市機(jī)動(dòng)車(chē)呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，特別是2000年以后，機(jī)動(dòng)車(chē)年平均增長(zhǎng)率達(dá)到16.6%。其中，輕型客車(chē)年均增長(zhǎng)率達(dá)到了27.5%；其次為重型車(chē)，平均年增長(zhǎng)率達(dá)23.7%。截至2011年，太原市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)到74.9萬(wàn)輛，為2005年機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的2.9倍，2000年的10.3倍。

MOBILE模型是以機(jī)動(dòng)車(chē)平均速度為基礎(chǔ)，對(duì)于估算宏觀的大范圍地區(qū)的尾氣排放具有較好的適用性，可用于制定機(jī)動(dòng)車(chē)排放清單和控制策略[6]。郭慧等[7]采用該模型計(jì)算了杭州市區(qū)機(jī)動(dòng)車(chē)氣態(tài)污染物的排放清單和分車(chē)型的排放分擔(dān)率；畢曄等[8]采用該模型對(duì)北京市出租車(chē)氣態(tài)污染物進(jìn)行了初步分析，并提出了防治策略，但有關(guān)機(jī)動(dòng)車(chē)氣態(tài)污染物分季節(jié)排放清單的研究尚不多見(jiàn)。筆者探討了采用MOBILE6.2模型計(jì)算機(jī)動(dòng)車(chē)排放因子應(yīng)考慮的主要參數(shù)，結(jié)合太原市機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)營(yíng)特征，給出了主要參數(shù)的本地化修正方法，分別估算了太原市2011年冬季（1月）和夏季（7月）機(jī)動(dòng)車(chē)氣態(tài)污染物排放因子。在此基礎(chǔ)上，確定了機(jī)動(dòng)車(chē)氣態(tài)污染物排放總量和分車(chē)型分擔(dān)率。該研究基本明確了太原市機(jī)動(dòng)車(chē)污染現(xiàn)狀及其主要排放車(chē)型，為太原市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制提供理論參考。

1 研究方法

1.1 MOBILE6.2

MOBILE是由USEPA開(kāi)發(fā)，用于預(yù)測(cè)在用機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放的模型程序，它根據(jù)多年來(lái)對(duì)大量車(chē)輛測(cè)試數(shù)據(jù)的分析回歸，得到計(jì)算機(jī)動(dòng)車(chē)各類(lèi)污染物排放系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。MOBILE6.2模型認(rèn)為，在標(biāo)準(zhǔn)工況下，車(chē)輛氣態(tài)污染物的基本單位排放量隨行駛里程的增加呈線(xiàn)性劣化，劣化曲線(xiàn)的截距和斜率分別為零公里排放量和劣化系數(shù)。以上結(jié)論是參考基于聯(lián)邦測(cè)試方法（FTP）和美國(guó)環(huán)保署（US EPA）有關(guān)在用車(chē)機(jī)構(gòu)測(cè)試的結(jié)果。其計(jì)算公式為：

式中：E1為基本單位排放量，g／km；s為行駛里程，km；E0為零公里排放量，g／km；d為劣化系數(shù)，10-4g／km。

在計(jì)算出基本單位排放量后，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)實(shí)際工況下廢氣排放因子的計(jì)算需考慮多種修正系數(shù)，才能得到排放因子。分車(chē)型排放因子公式為：

式中：E 為排放因子，g／km；i為車(chē)齡，a；t為車(chē)隊(duì)特征，主要包括登記分布、柴油車(chē)比例、積累里程率、行駛里程分布等參數(shù)[9-10]；o為劣化補(bǔ)償措施，如I／M制度、防劣化制度等[11]；a為空調(diào)使用情況，主要受云量、日峰持續(xù)時(shí)間、太陽(yáng)起落等外部條件的影響[12]；f1為溫度修正參數(shù)[13]；f2為速度修正參數(shù)[14]；f3為燃油修正參數(shù)[15]。

筆者將MOBILE6.2應(yīng)用于太原地區(qū)，并根據(jù)太原市機(jī)動(dòng)車(chē)的實(shí)際情況對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行了修正。

1.2 本地化修正

參考相關(guān)MOBILE6.2輸入?yún)?shù)的敏感性分析文獻(xiàn)[16]、MOBILE6.2用戶(hù)使用手冊(cè)，選擇敏感性較大的參數(shù)進(jìn)行本地化修正。

1.2.1 機(jī)動(dòng)車(chē)排放控制技術(shù)水平

研究表明，我國(guó)汽車(chē)的排放水平在統(tǒng)計(jì)上可類(lèi)比于美國(guó)特定年代汽車(chē)的排放水平[17]。太原市2000年前登記的車(chē)輛大部分采用化油器技術(shù)，少部分采用電子噴射技術(shù)，基本不加裝尾氣凈化裝置，相當(dāng)于美國(guó)20世紀(jì)70年代末期的排放控制水平。2000年后登記的汽油車(chē)則要求采用電子噴射技術(shù)，并加裝催化凈化裝置，車(chē)輛排放控制水平達(dá)到歐Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于歐洲20世紀(jì)90年代初期或美國(guó)Tier 0（1981—1993）的控制水平，即美國(guó)1990年清潔空氣法案（CLEAN AIR ACT）頒布之前的控制水平。

1.2.2 機(jī)動(dòng)車(chē)登記分布

車(chē)齡登記分布指正在運(yùn)行的機(jī)動(dòng)車(chē)中不同登記年代的車(chē)輛所占的比例。如下式所示：

式中：k為機(jī)動(dòng)車(chē)登記分布，%；i為車(chē)齡，a；r為機(jī)動(dòng)車(chē)登記數(shù)，輛。

1.2.3 柴油車(chē)比例

本研究假定各車(chē)型不同車(chē)齡柴油車(chē)比例相同。經(jīng)抽樣調(diào)查統(tǒng)計(jì)，各車(chē)型柴油車(chē)比例見(jiàn)表1所示。

表1 太原市機(jī)動(dòng)車(chē)分車(chē)型柴油車(chē)比例

1.2.4 里程分布

車(chē)輛在不同車(chē)齡時(shí)行駛的里程數(shù)，即車(chē)輛的年累積里程增長(zhǎng)率。以累積行駛里程為因變量，以車(chē)齡為自變量，分車(chē)型進(jìn)行對(duì)數(shù)曲線(xiàn)的回歸，得到分車(chē)型不同車(chē)齡的回歸公式。按所得回歸公式，計(jì)算得太原市機(jī)動(dòng)車(chē)積累行駛里程和里程分布，見(jiàn)表2所示。

表2 太原市機(jī)動(dòng)車(chē)積累行駛里程和里程分布 ×104 km

1.2.5 行駛里程比例

本研究在進(jìn)行車(chē)流量的觀測(cè)中，將全部市區(qū)道路看成一個(gè)封閉的系統(tǒng)，那么特定時(shí)段內(nèi)某車(chē)型行駛里程（sj）和各車(chē)型行駛里程比例（pj）計(jì)算見(jiàn)下式：

式中：m為車(chē)流量，輛；l為路段長(zhǎng)度，km；s為行駛里程，km；p為行駛里程比例，%；i為路段編號(hào)，i＝1，2，3…，n；j為車(chē)型編號(hào)，j＝1，2，3…，m。經(jīng)計(jì)算，太原市各車(chē)型行駛里程比例見(jiàn)表3所示。

表3 太原市各車(chē)型行駛里程比例

1.2.6 平均速度

平均速度是影響排放因子的主要參數(shù)。研究表明，平均速度較慢或較快都顯著影響機(jī)動(dòng)車(chē)污染物的排放。且對(duì)不同車(chē)型機(jī)動(dòng)車(chē)的排放因子、對(duì)同車(chē)型不同污染物的排放因子的影響均有較大差異[18]。本文選取太原市工作日主干道平均車(chē)速為21.55 km／h。

1.2.7 油品

調(diào)查太原市26個(gè)加油站的61個(gè)油品可知，太原市汽油含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，柴油為0.8%，雷氏蒸汽壓為75.16kPa。

1.2.8 其他輸入?yún)?shù)

其他參數(shù)包括：機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)錈釂?dòng)比例，機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行環(huán)境背景條件（環(huán)境溫度、濕度）等等。

2 結(jié)果與分析

2.1 分車(chē)型排放因子

通過(guò)設(shè)定修正的MOBILE6.2的參數(shù)值，分別得到在太原市21.55km／h的平均車(chē)速下，2011年冬季（1月）和夏季（7月）的分車(chē)型排放因子和綜合排放因子見(jiàn)表4和表5所示。結(jié)果顯示，太原市機(jī)動(dòng)車(chē)HC、CO和NOx綜合排放因子冬季分別為2.358，32.046，5.118g／km，夏季分別為3.28，20.02，4.64g／km。為了驗(yàn)證排放因子的合理性，將模擬結(jié)果與北京和西安的隧道試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。西安北路隧道[19]的測(cè)定季節(jié)為冬季，車(chē)型為混合交通，HC、CO和NOx的綜合排放因子分別為3.58，33.28，4.61g／km。北京譚峪溝隧道[20]測(cè)定季節(jié)為夏季，車(chē)型為以輕型客車(chē)為主的混合交通，CO和NOx的綜合排放因子分別為23.47，1.29g／km。太原市機(jī)動(dòng)車(chē)排放因子模擬結(jié)果與隧道試驗(yàn)結(jié)果基本相當(dāng)，數(shù)值偏差不大，說(shuō)明本研究估算結(jié)果基本合理，具有一定的參考價(jià)值。

表4 2011年太原市冬季（1月）機(jī)動(dòng)車(chē)排放因子

表5 2011年太原市夏季（7月）機(jī)動(dòng)車(chē)排放因子

2.2 排放總量及分擔(dān)率計(jì)算

通過(guò)MOBILE6.2計(jì)算出了排放因子，污染物排放可根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：EZ為j類(lèi)污染物的機(jī)動(dòng)車(chē)年排放總量，104t；ni為預(yù)測(cè)年i車(chē)型的機(jī)動(dòng)車(chē)保有量，輛；si為預(yù)測(cè)年i車(chē)型年均行駛里程，104km／a；Ei，j為i車(chē)型j 類(lèi)污染物的排放因子（兩季排放因子均值），g／km。

2011年太原市各車(chē)型的保有量及分車(chē)型年均行駛里程見(jiàn)表6所示。

表6 太原市機(jī)動(dòng)車(chē)分車(chē)型保有量及年均行駛里程

由公式（6）可得，2011年太原市機(jī)動(dòng)車(chē)分車(chē)型氣態(tài)污染物排放量及分擔(dān)率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7所示。

由表7可知，輕型車(chē)，特別是輕型客車(chē)是CO、HC和NOx排放的主要車(chē)型，分別占排放總量的82.50%、76.61%和45.40%，這是由于輕型客車(chē)年均27.5%的高增長(zhǎng)率和較高的排放因子共同決定的。其次為重型車(chē)，NOx排放占總排放量的36.47%，盡管重型車(chē)保有量?jī)H占機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的4.7%，但較高的排放因子成為NOx的主要排放車(chē)型之一。

表7 太原市機(jī)動(dòng)車(chē)氣態(tài)污染物排放量及分擔(dān)率計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)論與展望

根據(jù)我國(guó)北方城市太原市的機(jī)動(dòng)車(chē)實(shí)際運(yùn)營(yíng)特征，對(duì)MOBILE6.2模型中的主要參數(shù)進(jìn)行了本地化修正，估算了太原市2011年冬季（1月）和夏季（7月）機(jī)動(dòng)車(chē)氣態(tài)污染物排放因子，以及年排放總量和分車(chē)型分擔(dān)率。總體而言，輕型客車(chē)是CO、HC和NOx的主要排放源，這主要是由輕型客車(chē)的高增長(zhǎng)率以及高排放因子共同造成的；同時(shí)值得注意的是，重型車(chē)是NOx的第二大排放源。要有效控制太原市機(jī)動(dòng)車(chē)CO、HC和NOx的排放，首先必須重點(diǎn)控制輕型客車(chē)和重型車(chē)的增長(zhǎng)，同時(shí)進(jìn)一步提高油品質(zhì)量，推廣燃油改煤層氣技術(shù)，實(shí)施更嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)，完善I／M制度，有效降低機(jī)動(dòng)車(chē)污染物的排放因子，從而有效降低機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放量，緩解機(jī)動(dòng)車(chē)排放對(duì)城市大氣環(huán)境的壓力。

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