珠江三角洲典型城市機(jī)動車尾氣排放的影響因素分析*

于 群 陳春貽

（廣東省環(huán)境監(jiān)測中心；廣東省環(huán)境信息中心）

珠江三角洲，簡稱珠三角，包括廣東省惠州、深圳、東莞、廣州、中山、珠海、佛山、江門、肇慶九個(gè)市，以及香港、澳門兩個(gè)特別行政區(qū)，是中國南部的經(jīng)濟(jì)和金融中心，隨著城市化的進(jìn)程加快和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題越來越突出。廣州是第16屆亞運(yùn)會的主辦城市，亞運(yùn)會期間廣州市及周邊地區(qū)面臨較大的交通和環(huán)境壓力，保證優(yōu)良的空氣質(zhì)量水平是圓滿舉辦體育盛會的必要條件之一。亞運(yùn)會之后珠三角地區(qū)將進(jìn)入“后亞運(yùn)時(shí)代”，交通規(guī)劃路線、交通控制措施及環(huán)境保護(hù)工作將會沿著亞運(yùn)期間的鋪墊繼續(xù)開展下去。因此，研究和測定珠三角機(jī)動車污染源的排放特征，收集機(jī)動車污染源的活動水平信息，建立多污染物動態(tài)污染源清單及數(shù)據(jù)庫，預(yù)測其變化趨勢是非常有必要的[1,2]。

國內(nèi)外研究證明，收集機(jī)動車水平及流量的基本信息，結(jié)合排放模型計(jì)算來評估、預(yù)測區(qū)域的環(huán)境污染情況是研究該類問題的有效方法[3-6]，之前也有研究證明該方法對分析珠三角部分城市的機(jī)動車排放情況有較好的效果[7,8]。本文以調(diào)查機(jī)動車技術(shù)水平及交通流量為切入點(diǎn)開展研究，收集珠三角典型城市的道路交通流運(yùn)行狀況及不同車型的時(shí)空分布等數(shù)據(jù)，為分析道路交通擁堵原因，尋求解決城市群大氣污染嚴(yán)重現(xiàn)象提供信息支持，對研究機(jī)動車污染源排放特征，改善珠三角地區(qū)空氣質(zhì)量和防治交通尾氣、噪聲污染有重要意義。

1.調(diào)查情況概述

1.1 機(jī)動車輛技術(shù)水平調(diào)查

機(jī)動車輛技術(shù)水平調(diào)查的開展時(shí)間為2009年8月21日—9月12日，采取問卷調(diào)查記錄的方式，獲取機(jī)動車燃料使用、分車型的車齡分布、排放控制標(biāo)準(zhǔn)分布、行駛區(qū)域比例、年均行駛里程等信息，調(diào)查車型分為六類：轎車、貨車、公交車、出租車、摩托車、長途客車。

問卷調(diào)查地點(diǎn)主要設(shè)置為較多車輛停泊的加油站、年檢場等地，并根據(jù)各類車型的運(yùn)營特征有針對性的布設(shè)某類車型的信息收集點(diǎn)，如在汽車客運(yùn)站場收集長途客車的問卷，在貨運(yùn)物流集散中心收集貨車的數(shù)據(jù)等。并根據(jù)廣州、佛山、中山三個(gè)城市的具體道路和建筑物、居民出行活動等特征設(shè)置與該地車輛信息相配合的流動點(diǎn)位。本次調(diào)查共收集到有效問卷6500份，具體數(shù)量信息見表1。

表1 機(jī)動車技術(shù)水平調(diào)查問卷數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

1.2 機(jī)動車流量調(diào)查

機(jī)動車流量調(diào)查采用硬盤式DV在調(diào)查路段連續(xù)拍攝24小時(shí)的車流視頻，在路旁高樓、天橋或隧道口的頂部、路側(cè)空地上，架設(shè)兩套DV拍攝，每個(gè)DV只拍攝道路的一個(gè)方向，視頻畫面需覆蓋單個(gè)方向的所有車道，拍攝距離（視頻圖像下方離拍攝點(diǎn)的水平距離）約為40～60米。

視頻拍攝時(shí)間選取周一至周五之間的任一工作日，廣州市的拍攝路段為：廣深高速、國道G105、省道S115、縣道X296、內(nèi)環(huán)路、東風(fēng)路、農(nóng)林下路和法政路共8個(gè)路段，中山市的路段為：中江高速、國道G105、省道S268、縣道X572、南環(huán)路、岐關(guān)西路、豪程路和怡華街共8個(gè)路段，覆蓋了高速路、國道、省道、縣道4種類型城際道路，以及快速路、主干路、次干路、居民路4種類型市區(qū)道路。對以上16條道路采取了人工計(jì)數(shù)的方法，采取全天24小時(shí)計(jì)數(shù)，每小時(shí)抽取1段20～30分鐘長的視頻，按照每小時(shí)1段視頻的密度抽取計(jì)數(shù)從而獲得小時(shí)車流量。通過與同類型道路的24小時(shí)車流量變化曲線作比對，推算出該路段的全天車流量。并在每個(gè)路段抽取9:00、15:00、21:00和3:00共4個(gè)時(shí)段的視頻，采用人工計(jì)數(shù)的方法調(diào)查車型比例，并且每個(gè)時(shí)段分方向進(jìn)行計(jì)數(shù)。

2.車輛技術(shù)水平分析

2.1 燃油類型

根據(jù)本次調(diào)查問卷統(tǒng)計(jì)(表2)，廣州、佛山、中山三個(gè)城市的摩托車均全部采用汽油燃料，長途客車全部采用柴油燃料。出租車的燃料類型差別最大，廣州已全部采用液化石油氣(LPG)，而佛山、中山的出租車仍使用汽油燃料，液化石油氣與汽油燃料相比，一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)及氮氧化合物(NOx)的排放量均有所減少，無硫化物、無鉛、苯等致癌物，尾氣排放量滿足各國的排放標(biāo)準(zhǔn)，且引擎的碳沉淀極小，運(yùn)轉(zhuǎn)壽命更長，比汽油機(jī)和柴油機(jī)需要更少的日常維修保養(yǎng)。雖然設(shè)備更換費(fèi)用相對較高，但廣州市統(tǒng)一大規(guī)模的升級為LPG燃料出租車具有更長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[9,10]。典型城市的轎車均是很小部分采用柴油燃料，絕大部分采用汽油燃料（均超過98%），汽油車排放的特點(diǎn)是CO、HC排放量高，而顆粒物排放量低，柴油車排放特點(diǎn)是顆粒物和NOx排放量多，而CO和HC排放量少[11,12]。中山市轎車的柴油燃料使用率相對較低，使該車型的尾氣成分與其他兩個(gè)城市有一定的區(qū)別，控制該地排放污染時(shí)應(yīng)有針對性的采取措施。佛山和中山的公交車完全使用柴油燃料，而廣州市有58%公交車已使用液化天然氣(LNG)作為運(yùn)營燃料，與汽油車相比，LNG車輛顆粒物排放幾乎為零，NOx、CO和HC的排放也顯著降低，在提高空氣質(zhì)量水平方面頗有益處，使廣州公交尾氣排放情況有所改善，但存在發(fā)動機(jī)功率較低、燃燒室部件腐蝕磨損嚴(yán)重等問題，制約了LNG在珠三角城市群中大規(guī)模推廣使用，需要在該方面加強(qiáng)研究和投資力度[13]。

表2 機(jī)動車燃油類型統(tǒng)計(jì)表

2.2 車輛出廠時(shí)間及累計(jì)行駛里程

根據(jù)車輛的出廠時(shí)間可以推斷車輛運(yùn)營至今的時(shí)間，進(jìn)而推斷車輛的損耗程度、排放程度及排放標(biāo)準(zhǔn)的范疇，而累計(jì)里程表能說明車輛現(xiàn)在的損耗程度和排放水平，并與車輛運(yùn)營的路線、頻率、道路狀況有關(guān)，一般來說出廠時(shí)間較早的車輛累計(jì)行駛里程也較多。廣州、佛山、中山出租車出廠時(shí)間特征相似，2005年后的數(shù)量比例均超過68%，2006年、2008年分布最多，其中佛山出租車近5年出廠的占99%，車況較新。與此對應(yīng)的累計(jì)行駛里程分布特征也較相似，在10萬～20萬km區(qū)間較多，其中中山出租車分布相對較平均。典型城市的轎車出廠時(shí)間分布也較相似，在2005年后的比例超過60%，在2007年、2008年、2009年形成小高峰，對應(yīng)行駛里程多分布在10萬km以內(nèi)。摩托車的出廠時(shí)間集中在2003-2008年（超過50%），對應(yīng)累計(jì)行駛里程在1萬～5萬km。三市長途客車的出廠時(shí)間在2004-2008年分布較平均，其中佛山和中山的長途客車使用時(shí)間略短，累計(jì)行駛里程在10萬～30萬km分布最多，廣州在30萬～50萬km區(qū)間內(nèi)分布最多，由于長途客車主要用于城際等較長線路的客運(yùn)活動，且運(yùn)營線路和運(yùn)營周期較固定，因此產(chǎn)生該差距是由于各市的長途運(yùn)輸線路和道路狀況存在差異所致。

典型城市公交車的出廠時(shí)間分布特征差異較大，其中廣州2003-2005年出廠數(shù)量占50%以上，佛山則在2007-2009年占到70%以上，而中山市則在2001-2009各年度內(nèi)比例均勻分布，各城市的公交車更新?lián)Q代和運(yùn)營情況受該市的發(fā)展策略及公交投資情況影響較大，與轎車等居民出行交通工具的時(shí)間特征有較大不同。各市公交車的累計(jì)行駛里程差別也較大(圖1)，佛山市、中山市在10萬km內(nèi)比例最大，之后的等分區(qū)間內(nèi)逐步遞減，70%以上集中在30萬km以內(nèi)，說明這兩座城市的公交車劣化程度較低，整體車況較理想，公交車的總體使用量也較低。廣州市的公交累計(jì)行駛里程在10萬～40萬km的區(qū)間內(nèi)均衡分布，說明該市的公交車使用時(shí)間已較長，公交車?yán)塾?jì)行駛里程與公交線路、公交線網(wǎng)密度、平均發(fā)車頻次、城區(qū)面積范圍等因素有關(guān)，廣州城區(qū)較大，服務(wù)于居民日程生活的支路較多，且多個(gè)商業(yè)中心的人流集散量很大，需要較高的發(fā)車運(yùn)營頻次，使累計(jì)行駛里程的整體分布略為靠后。

圖1 公交車?yán)塾?jì)行駛里程分布對比圖

2.3 車輛年均行駛里程

年平均行駛里程是表征車輛在上牌后平均每年的行駛里程，代表了車輛的平均使用狀況，也是部分車型計(jì)算排放因子的必要信息之一。圖2顯示廣州市出租車的年平均行駛里程在10萬km內(nèi)比例超過20%，這與城市內(nèi)有較發(fā)達(dá)的公交運(yùn)輸系統(tǒng)（如地鐵、公交等）有關(guān)，居民出行較長距離路線可以選擇其他公交方式，出租車主要用于短距離且時(shí)間限定較嚴(yán)格的出行活動。佛山的出租車年均行駛里程整體略多，中山市則分布在15萬～18萬km區(qū)間內(nèi)最多，這說明了三個(gè)城市居民出行時(shí)選擇交通方式有較大的意向差距，也與該市的道路情況、出租車價(jià)格及出行時(shí)限有關(guān)。

圖2 出租車年均行駛里程分布對比圖

廣州市公交車年均行駛里程主要分布在6萬～8萬km，中山市主要集中在9萬～11萬km(圖3)，這體現(xiàn)了兩市的常規(guī)公交車路線的長度不同，廣州市更偏重于多設(shè)置公交站場、高發(fā)車頻次、制定相對較短的單程行駛距離的公交系統(tǒng)。佛山市在2萬km內(nèi)的公交車較多，說明該市連通城區(qū)支路和居民生活點(diǎn)的短線公交發(fā)揮了較大的公共交通運(yùn)輸作用。

圖3 公交車年均行駛里程分布對比圖

3.交通流情況分析

3.1 交通流日總量分析

廣州市24小時(shí)總車流量均很高，其中快速路、主干路和國道的總車流量最大，均超過10萬輛，其他5類道路總車流量均超過萬輛。其中，轎車在8種道路類型下的總車流量均較高，快速路上達(dá)11.7萬輛；出租車在不同道路類型下差別較大，主干路達(dá)3萬輛，在快速路、國道和次干路上近萬輛，說明了該地出租車的運(yùn)營時(shí)是選擇道路條件較好、車流速度較快的等級較高的道路；公交車在主干路上流量最大，達(dá)7278輛，原因是公交線路主要是設(shè)置在該類型的道路上，可以根據(jù)各道路的交通量及交通流分布規(guī)律來優(yōu)化公交系統(tǒng)；三輪摩托車、三輪汽車和低速貨車在各種道路類型下的總車流量較低，甚至在個(gè)別道路類型下無車流量。

與廣州市相比，中山市24小時(shí)總車流量較少，其中國道的總車流量達(dá)8.5萬輛，主干路和省道分別為4.2萬輛和3.9萬輛。小型客車在各種道路上均占較大的比例，中型客車數(shù)量稀少，大型客車在高速路、國道和省道上行駛較多，目前客車運(yùn)營的整體趨勢就是向快速微型車或大運(yùn)載量客車兩端發(fā)展；中型客車逐漸淘汰減少；輕型貨車在國道和快速路上所占比例較重，中型貨車和重型貨車在高速路、國道和縣道上占比例較重；公交車在國道、省道和主干道上行駛較多。與廣州市不同的是，兩輪摩托車在各種道路類型下的總車流量較大，其中主干路、國道和省道高達(dá)1.5萬輛，說明摩托車運(yùn)營在中山市還承擔(dān)較多的居民出行活動，是重要的交通方式組成部分。

3.2 交通流小時(shí)變化規(guī)律分析

圖4顯示，廣州市各種道路類型的交通早晚高峰較為明顯，早上7:00至9:00為早高峰，下午17:00至19:00為晚高峰，符合工作日出行規(guī)律，其中高峰與平峰差距最大的依次為：縣道、省道和快速路，比值超過30%；各交通流變化曲線較相似，路線差異使小時(shí)交通量的分布曲線不盡相同，各級道路基本呈均勻的梯度遞減分布承擔(dān)運(yùn)輸量，說明道路結(jié)構(gòu)較為合理，對城市的運(yùn)輸量承擔(dān)有較明確的分工，各級道路較全面的發(fā)揮其職能。廣州白天和夜間的車流量相差甚遠(yuǎn)，其中，快速路、主干路和國道的變化最為明顯，因?yàn)檫@些等級較高的道路多服務(wù)于跨城際、區(qū)域的運(yùn)輸活動，工作性質(zhì)的運(yùn)輸夜間回落較大；廣州市小時(shí)流量最大的是快速路，說明該類道路的運(yùn)輸性質(zhì)較為單一；各道路夜間流量均維持在較低的水平，且變化平緩。在0點(diǎn)-7點(diǎn)的交通流量均在4000輛以下，此時(shí)道路利用率最低；不同道路類型的日變化幅度不一。受交通出行的影響，不同的道路類型承載著不同的交通出行任務(wù)。其中，快速路在白天的車流量普遍較大，受工作小時(shí)的變化影響最大。居民路24小時(shí)的車流量普遍較小，受工作時(shí)間的變化影響最小，小時(shí)交通流的最大變化量不超過1000輛。

圖4 廣州市8條道路24小時(shí)車流量變化曲線

圖5 中山市8條道路24小時(shí)車流量變化曲線

圖5顯示，中山市8種道路類型24小時(shí)車流量變化曲線呈“M”型。早上8:00至10:00為早高峰，下午17:00至19:00為晚高峰，早高峰時(shí)間略遲于廣州，該市的車輛整體出發(fā)時(shí)間略晚，一天內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間短于廣州市；中山市只有國道早、晚高峰變化明顯，其他道路類型雖呈“M”型分布，但高峰變化不明顯，分布曲線的形狀相似，高峰出現(xiàn)的規(guī)律統(tǒng)一，說明中山市居民出行活動的時(shí)間安排較為接近，非上、下班的出行活動比例比廣州少；中山市國道白天和夜間的交通流量變化明顯，差值在3000輛以上，而僅國道交通流曲線很高，其他類型道路流量差額遠(yuǎn)比廣州小，說明國道處于運(yùn)輸?shù)闹黧w承擔(dān)地位，各級道路分工不合理，等級道路的職能沒有得到有效的發(fā)揮，各級道路之間也缺乏配合與補(bǔ)充；中山市的夜間流量均維持在較低的水平，且變化平緩。其中，在0點(diǎn)至早上7點(diǎn)，除國道外的7種道路類型的交通流量均在1000輛以下，此時(shí)道路利用率最低；不同道路類型的日變化幅度不一，居民路一天車流量普遍較小，工作小時(shí)的變化影響最小，說明該類道路主要服務(wù)于居民日常交流、購物、娛樂休閑等不受時(shí)間限制的出行活動。

4.結(jié)論

本文通過問卷調(diào)查記錄的方法采集到珠三角典型城市廣州市、佛山市、中山市的車輛技術(shù)水平信息，并采用交通流視頻拍攝的方法收集到廣州市、中山市的交通流信息。通過統(tǒng)計(jì)分析車輛各項(xiàng)技術(shù)水平數(shù)值、擴(kuò)展推斷其特征，并對各城市的數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ妊芯?，發(fā)現(xiàn)廣州出租車、公交車的燃料類型與其他城市差別較大，LPG和LNG環(huán)保能源的推廣范圍較大，中山市柴油轎車的比例略小，使得各市的汽車尾氣污染物構(gòu)成比例有一定差別；三市出租車、轎車的累計(jì)行駛里程和上牌時(shí)間分布相似，廣州公交車?yán)塾?jì)行駛里程比佛山、中山整體偏長，說明其行駛總路線及頻次較高；廣州出租車年均行駛里程分布較靠前，而公交車年均行駛里程分布較靠后，說明該市居民出行選擇公共交通系統(tǒng)的比例較大。

通過對代表性道路的視頻拍攝信息的統(tǒng)計(jì)推算，得出典型城市的交通流特征，廣州市交通流日總量很大，其中快速路、主干路和國道的超過10萬輛，中山市交通流日總量較少，這與經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況相輔相成的；廣州市各道路小時(shí)交通量按道路等級呈梯度下降，而中山市僅國道承擔(dān)的公交運(yùn)輸比較較大；兩市道路夜間運(yùn)輸量均較小，道路利用效果偏低。廣州各等級道路的小時(shí)交通流差距比中山市大，說明兩地居民出行總量及頻次有一點(diǎn)差距；中山市道路早、晚高峰較一致，上、下班類的出行在公共出行中占的比例比廣州市大。

[1] 周利峻.在用機(jī)動車排氣污染物的危害與防治對策[J].科技資訊,2009,31:249-250.

[2] 趙靚.機(jī)動車尾氣污染及其減排措施[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2008,5(33):87-88.

[3] Kassomenos P.Daily variation of traffic emissions in Athens,Greece[J].INTERNATIONAL JOURNAL OF ENVIRONMENT AND POLLUTION，2009,36(1-3):324-335.

[4] Mensink C.An urban transport emission model for the Antwerp area[J].ATMOSPHERIC ENVIORONMENT，2000，4595-4602.

[5] 傅立新,郝吉明,何東全.北京市機(jī)動車污染物排放特征[J].環(huán)境科學(xué)，2000，5(3):68-70.

[6] 劉歡,賀克斌,王岐東.天津市機(jī)動車排放清單及影響要素研究[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2008，48(3):371-374.

[7] 畢索陽,劉永紅,蔡銘,謝敏.佛山禪城區(qū)機(jī)動車尾氣排放特征及分布[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，10(3):69-72.

[8] 劉永紅,畢索陽,周兵,王成,等.佛山市中心城區(qū)機(jī)動車限行對污染物削減效果的分析[J].中國環(huán)境科學(xué)，2010，30(11):1563-1567.

[9] M.K.Khair.Transaction of the ASME [J].Journal of Gas Turbine and Power ，1992，114(3):568-577.

[10] 姚如杰,劉治中,呂人.燃料性能與成分對車輛排放污染物的影響[J].汽車技術(shù)，1996，7:25-38.

[11] Tao Wu, Zhen Huang, Wu-gao Zhang.Physical and Chemical Properties of GTL-Diesel Fuel Blends and Their Effects on Performance and Emissions of a Multicylinder DI Compression Ignition Engine[J].Energy & Fuels，2007，21:1908-1914.

[12] Juhun Song, Vince Zello, Andre L.Boehman.Comparison of the Impact of Intake Oxygen Enrichment and Fuel Oxygenation on Diesel Combustion and Emissions [J].Energy& Fuels，2004，18:1282-1290.

[13] 蘇欣,楊君,袁宗明.我國液化天然氣汽車研究現(xiàn)狀[J].天然氣工業(yè)，2006，26(8):145-148.