機動車尾氣對呼和浩特市大氣環(huán)境影響分析

曹英楠，楊 耀，孫 英

（1.內蒙古工業(yè)大學，呼和浩特 010051；2.內蒙古尚清環(huán)?？萍加邢薰荆艉秃铺?010020； 3.呼和浩特市環(huán)境監(jiān)測中心站，呼和浩特 010051）

呼和浩特意為“青城”，是內蒙古草原的腹地，素以藍天、白云、空氣清新而著稱，每年吸引著來自全國各地的游客到此度假休閑。然而，隨著城市化進程及城市交通機動化的加速發(fā)展，機動車尾氣污染已成為城市居民近年來最關心的問題[1]。本文通過對呼和浩特市機動車的保有量、主要干線上運行汽車流量、市內各種車型比例及城市固定污染源排放狀況進行詳細調查，計算了本市汽車尾氣的排放分擔率，分析了汽車尾氣的污染對青城大氣環(huán)境的影響，為今后本市大氣環(huán)境治理提供了科學的依據(jù)并對呼和浩特市大氣污染治理提出了一些可行的解決方案。

1 呼和浩特市機動保有量情況及趨勢

盡管呼和浩特市的主要干道除天然氣公交車外，全市現(xiàn)已設有公共自行車120 個租賃點，地鐵也已經(jīng)進入城市規(guī)劃階段，使人們的綠色出行更加便捷，然而，截至2014年6月，該市仍有客運出租車6 228 輛。2012-2014年，呼和浩特市的機動車保有量顯著增加，截至2014年底，公共交通及民用轎車已達74.98 萬臺，年均增幅為13.7%。呼和浩特市2012-2014年機動車保有量增長趨勢如圖1所示。

圖1 呼和浩特市2012-2014年機動車保有量

呼和浩特市道路面積由2009年的1 520 萬m2增長到1 949 萬m2，道路長度由2009年的568.8 km 增長到770 km，已形成“八橫十縱一快速”的城市道路交通體系，并與二環(huán)路、繞城路共同構成本市城市道路主骨架，大大提高通行能力，方便市民的出行。

根據(jù)2012-2014年呼和浩特市機動車保有量以及車型比例，筆者選擇了本市的五條交通干線：新華大街（由興安北路—騰飛路）、成吉思汗大街（通道路—興安北路）、興安北路（烏蘭察布街—海拉爾東街）、烏蘭察布街（呼倫路—昭烏達路）和騰飛路（四緯路—新華大街）。然后，對這五條主要交通干線的平均車流量（輛/h）進行分析，如圖2所示。

圖2 呼和浩特市主要路段2012-2014年的平均車流量

選取車輛高峰期時段觀測，早、中、晚時間為：7：30—8：30、11：30—12：30、17：30—18：30，每條路段隨機布設多個觀測點，目測各個測點每分鐘通過的車輛平均數(shù)，然后按模比擴大到小時，最終得出平均每小時的車流量。根據(jù)呼和浩特市車管所提供的5 條主要干道歷年的平均車流量數(shù)據(jù)，2012年全市平均車流量為2 374 輛/h，2013年為2 805 輛/h，各路段平均增幅17.6%，到2014年已達到3 444 輛/h，平均增幅23.1%，烏蘭察布街增幅達到了31.5%。

圖3 呼和浩特市的機動車車型比例（%）

呼和浩特市的機動車車型比例如圖3所示。其中，汽油轎車所占車流量比例最大，為68.7%，摩托車為10.03%，占比最小的是中型汽油車，只有1.33%。

2 呼和浩特市機動車污染狀況分析

2.1 機動車尾氣污染分擔率計算方法

每種大氣污染物質都可能來自多種污染源。例如，CO 可能來自工業(yè)廢氣和石化能源燃燒，也可能來自機動車尾氣排放。污染源分擔率，是指研究區(qū)大氣中的顆粒物由各個發(fā)生源所提供給它的質量（或濃度）所占該地顆粒物總質量（或總濃度）的百分比，可以量化某種大氣污染物中各個污染源的貢獻。

首先，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及調查資料計算出呼和浩特市機動車源污染物排放量QAK。通過提取各個監(jiān)測點的道路長度、車流量、車型比例以及各類車型的排放因子，估算出測點控制范圍內的污染物排放量[2]。運用加權平均求出呼和浩特市單位路段污染物排放量，再與該市道路長度相乘，即可估算出機動車污染源排放總量QAK。具體計算公式如下：

式中，QAK為機動車第k種污染物的排放量，t/a；Pij為第i個監(jiān)測點位、第j種車型的車流量，輛/d；Li為每個監(jiān)測點位控制的道路長度，km；Ekj為第j種車型、第k種污染物的排放因子，g/km；L為呼和浩特市道路總長度，km。

市區(qū)機動車污染排放分擔率，即機動車尾氣污染物排放的總量與當?shù)卮髿馕廴疚锱欧趴偭恐?，其計算公式為：式中，η為機動車尾氣的分擔率；Qa為機動車污染物排放量；Qt為當?shù)匚廴疚锱欧趴偭俊?/p>

2.2 排放因子計算方案

大氣污染的來源包括工業(yè)排放、自然源、移動源等生成的污染物，而排放因子有很多影響因素，如運行期限、行駛狀況、燃料、保養(yǎng)狀況等，所以機動車污染物排放量需要用機動車排放因子求得。研究機動車尾氣排放因子的模型一般有如下幾種，它們由不同的開發(fā)機構研發(fā)，適用于不同情況，如表1所示

表1 排放因子模型匯總

MOBILE 模型在1977年由美國環(huán)保局研發(fā)，用作研究機動車的排放因子，適用于計算機動車的碳氫化合物、一氧化碳和氮氧化物的排放因子。2000年，美國環(huán)保局還研發(fā)了第六代MOBILE 模型，它能夠考慮不同機動車的差異性，更加符合實際。

相對MOBILE 模型而言，COPERT 模型對數(shù)據(jù)要求不高，可以計算不同的地方、路況和機動車運行條件下的排放清單，多用于數(shù)據(jù)標準和排放控制不健全的國家。IVE 模型的特點在于可以顯示實際的排放情況。加利福尼亞大學利用機動車速度及加速度與機動車的尾氣相關聯(lián)，輸入實際的道路參數(shù)，可以得到機動車較為準確的排放因子。CMEM 模型與其他模型不同點在于可以求出排放量和消耗燃料的量，適用于各種輕型的機動車，而且在機動車的各種運行條件下都可以計算。

MOBILE 模型研究了機動車在各種環(huán)境情況和行駛情況下的排放因子，將機動車分為8 類，為得到更加準確的數(shù)據(jù)，計算中還考慮到溫度、濕度等外界因素變化并進行修正。清華大學曾經(jīng)運用MOBILE 第五代計算了國內典型城市的機動車排放因子，本次研究借鑒清華大學的實際調查結果，得到了機動車各車型實際排放因子，如表2所示。

表2 我國機動車實際排放因子計算結果

2.3 呼和浩特市機動車污染物排放量及分擔率

根據(jù)確定的計算方案及調查數(shù)據(jù)，由式（1）與式（2）求出2012年和2013年機動車尾氣中一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物的排放量以及一氧化碳和氮氧化物的分擔率，結果如表3所示。

相比于2012年機動車污染物排放量有明顯增加，CO 排放量增長了18.63%，NOx排放量增長了17.54%，HC 排放量增長了18.17%。由此可見，雖然石化燃料質量提高了，以天然氣為燃料的車輛數(shù)量也在增多，但是隨著機動車保有量的增加，污染物的排放量依舊呈增長趨勢。

表3 2012-2013年呼和浩特市機動車機動車污染物 排放量及分擔率

將機動車呼和浩特市各類型機動車分為7 類，分別計算每種類型的排放量及其分擔率，如表4所示。

表4 2013年呼和浩特市各車型排放量占機動車污染物排放量比例

在CO 排放量中，汽油轎車占到89.89%，摩托車占4.53%，兩者占比超過90%，是機動車CO 排放的主要車型。NOx排放中，汽油型轎車和重型柴油車占比超過80%，成為機動車氮氧化物排放的主要車型。在機動車HC 的排放中，摩托車與汽油轎車占比大于90%，是機動車碳氫化合物排放的主要來源。

3 機動車尾氣污染的控制方法及建議

隨著機動車保有量的快速增加，機動車尾氣污染的控制迫在眉睫。當前，可以使用無鉛汽油代替有鉛汽油，提高發(fā)動機使用壽命，從而降低CO 和HC 的尾氣排量；使用綠色燃料，如甲醇汽油和美國研發(fā)的大豆柴油等，能夠減少發(fā)動機工作時污染性氣體及煙塵的排放量；改善發(fā)動機的工作性能，調節(jié)化油器、進氣系統(tǒng)、點火系統(tǒng)，改善燃油性能，增添廢氣循環(huán)系統(tǒng)等；使燃油充分燃燒，減少污染氣體的排放。外部凈化，一般方法是在機動車排氣管添加裝有催化物的轉化器，將排出的尾氣轉化為清潔氣體，最后 排出。

在機動車尾氣污染控制方面，不僅要加強技術改造，也要加強法律建設，增大環(huán)境監(jiān)管力度，加強道路污染治理相關法律建設，提高對現(xiàn)有機動車排氣污染的抽檢頻率。

4 結論

2013年，呼和浩特市機動車尾氣中的一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物總量分別為67.67 萬t、3.92 萬t、9.72 萬t，計算得出氮氧化物的分擔率為24.47%。各類車型CO 排放量的分擔率中，汽油型轎車占到所有車型的比例為89.89%，摩托車占到4.53%，微型汽車以及中型的汽油車占1.13%和1.66%。它們所產生一氧化碳的量，是呼和浩特市機動車CO 總排放量的97.21%。對于NOx排放量的分擔率，汽油型轎車占比最高，為50.90%，重型柴油車占30.96%，中型柴油車分擔率為7.47%，它們占呼和浩特市機動車NOx總量的89.33%。對于HC 排放量的分擔率，汽油型轎車、摩托車和重型柴油車的排放量占呼和浩特市機動車HC 總量的92.99%，是城市道路的重要污染源。所以，汽油轎車、微型汽車、中型汽油車是CO、NOx、HC污染物中占比最大的，成為大氣中NOx的主要來源。

近年來，隨著經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，呼和浩特市機動車的保有量逐年增長。2015年初，呼和浩特市機動車保有量已經(jīng)突破80 萬輛，導致汽油轎車、微型汽油車和中型汽油車的比重逐漸增加，加之部分路段高峰期車輛擁堵，使得尾氣排放量在大氣污染物中的比重大幅增加，例如，新華大街路段中機動車污染物排放量大于其他路段，空氣質量比其他路段差，出現(xiàn)機動車尾氣污染嚴重的狀況。

重視并解決尾氣污染問題是城市居民安居樂業(yè)的前提，有利于生態(tài)環(huán)境平衡，這也是城市健康發(fā)展的必經(jīng)之路。作為個人，要積極使用新能源汽車，使用以天然氣、電能、氫氣、液化石油氣、醇類等非常規(guī)車用燃料作為動力的新型機動車，鼓勵使用公共汽車、自行車等公共交通工具出行，減少私家車的使用量，降低大氣污染，保護大氣。