基于IVE模型的重慶市主城區(qū)機動車排放清單研究

馮 曉，王婷麗，趙 琦

(1.重慶交通大學(xué) 土木建筑學(xué)院，重慶 400074 ；2.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶 401147)

0 引 言

隨著我國城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市機動車保有量也越來越多，機動車污染物的排放已經(jīng)成為城市中大氣污染的主要污染源。機動車污染物排放清單的建立是進(jìn)行機動車污染控制研究的基礎(chǔ)和重要依據(jù)。目前，我國在機動車污染物的排放方面的研究主要是通過對MOBILE機動車排放模型進(jìn)行模擬計算來得到機動車排放水平。MOBILE機動車排放模型主要考慮了機動車的行駛里程、機動車車齡分布、在路行駛速度、城市道路條件、城市環(huán)境狀況以及機動車運行工況等因素對機動車污染物排放的影響，該模型是基于以上因素來計算機動車平均排放系數(shù)，具有較強的地域性。但是，MOBILE機動車排放模型是宏觀的機動車排放模型，無法滿足城市環(huán)境污染控制決策對高分辨率決策的需求[1]。

筆者所介紹的IVE機動車排放模型是由國際可持續(xù)發(fā)展研究中心和加州大學(xué)河邊分校共同開發(fā)的。該模型便于發(fā)展中國家進(jìn)行本地化處理，對我國的情況比較適用。該模型引入機動車比功率VSP這一綜合參數(shù)，而不是像其他模型使用單一參數(shù)來反映車輛運行工況對機動車污染物排放量影響的做法，提高了該模型預(yù)測機動車污染物排放量的準(zhǔn)確性和可靠性，使得該模型在我國機動車污染物排放問題的研究領(lǐng)域中得到較為廣泛的應(yīng)用[2]。

重慶市是一個由兩江夾持的半島山城，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，其氣象環(huán)境和地理條件都將對機動車尾氣污染物的擴散產(chǎn)生不利的影響，十分容易造成機動車尾氣污染物積聚。據(jù)資料顯示，重慶市已使用MOBILE機動車排放模型進(jìn)行過重慶市機動車污染物排放的研究，但還未就IVE機動車排放模型進(jìn)行機動車污染物的排放模擬計算[3-5]。因此，對應(yīng)用IVE機動車排放模型建立重慶市主城區(qū)機動車排放清單是必要的，該模型更能適應(yīng)重慶市機動車污染物的排放現(xiàn)狀。

1 IVE模型概述

IVE模型是在美國環(huán)保局的支持下，由加州大學(xué)河邊分校的工程學(xué)院環(huán)境研究與技術(shù)中心、全國可持續(xù)體系研究組織和國際可持續(xù)研究中心共同開發(fā)的便于發(fā)展中國家進(jìn)行本地化處理的機動車排放模型。該模型不僅可以模擬計算目標(biāo)區(qū)域的空氣污染物和溫室氣體，也可以對目標(biāo)區(qū)域的苯等近10種有毒氣體進(jìn)行估算。IVE模型引入了VSP(Vehicle Specific Power)這一綜合參數(shù)，并按照不同的值把VSP分為60個Bin，每一個Bin采用不同的修正因子分別進(jìn)行模擬計算，大大提高了IVE模型預(yù)測的準(zhǔn)確性和可靠性[6]。

為建立精準(zhǔn)的機動車污染物排放清單，IVE機動車排放模型的數(shù)據(jù)輸入單元是由3個數(shù)據(jù)輸入界面構(gòu)成的，輸出單元則由1個數(shù)據(jù)輸出界面構(gòu)成，其分別為：

1)當(dāng)?shù)匦畔⒔缑?。用戶在?dāng)?shù)匦畔⒔缑嫘枰斎氲膮?shù)有當(dāng)?shù)氐臏囟取?dāng)?shù)氐臐穸?、?dāng)?shù)氐缆菲露取?dāng)?shù)氐臋z查/維修制度、27℃時機動車內(nèi)空調(diào)的開啟比例、機動車的燃油品質(zhì)、車隊的行駛特征(包括車輛的行駛距離/行駛時間、車輛的啟動次數(shù)、車輛的平均速度、機動車比功率分布、熱浸時間分布等)等信息。

2)車隊技術(shù)界面。該界面需要用戶提供該城市機動車的機動車技術(shù)信息。機動車技術(shù)信息主要包括機動車的車型、污染控制技術(shù)、機動車的年均行駛里程、機動車發(fā)動機排量以及機動車燃油類型等。

3)基礎(chǔ)排放因子校正界面。IVE模型包含的基礎(chǔ)排放因子是由美國以及發(fā)展中國家通過大量的臺架測試實驗取得的結(jié)果來設(shè)定的。用戶在該界面，可以對模型內(nèi)的機動車基礎(chǔ)排放因子等參數(shù)進(jìn)行修正。

4)計算界面。在該界面內(nèi)模型能夠計算出機動車逐小時、逐日的6種常規(guī)污染物(CO，VO，VOCevap，NOx，SOx和PM)，6種有毒污染物(鉛、氨氣等)，以及3種溫室效應(yīng)氣體(CO2，N2O，CH4)的啟動、行駛狀態(tài)下的排放量。

2 重慶市主城區(qū)機動車信息調(diào)查

本研究以重慶市主城區(qū)為研究對象，將重慶市的機動車劃分為摩托車、出租車、重型貨車、輕型貨車、輕型客車和公交車6大類。

2.1 機動車保有量信息

據(jù)2002—2011年的統(tǒng)計年鑒顯示，近10年的機動車保有量平均增長率為20.7%。到2011年底，重慶機動車保有量達(dá)到337.91萬輛，同比增速為22.4%，其中汽車保有量就達(dá)到130萬輛。

2.2 機動車行駛工況測試

機動車比功率分布是機動車行駛工況中最重要的參數(shù)。本方案首先將重慶市主城區(qū)劃分為3個區(qū)域，分別為中心城區(qū)、商業(yè)區(qū)、低收入?yún)^(qū)域，其典型代表區(qū)分別為江北區(qū)、渝北區(qū)、九龍坡區(qū)。在每個區(qū)域分布選擇主干路、次干路、居民路各1條。采用可以逐秒記錄車輛速度和高程的車載GPS系統(tǒng)，選取2輛普通轎車對選定的3個區(qū)域的9條不同的道路進(jìn)行測試。測試時間選擇在工作日，歷時5 d，獲取07:00—18:00之間的3個區(qū)9條道路上的GPS數(shù)據(jù)，每條道路測試20 min，然后依次輪換。通過對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定逐時機動車比功率區(qū)間分布情況(圖1)。

圖1 不同道路上的機動車比功率區(qū)間分布Fig.1 Interval distribution of vehicle specific power on different types of road

2.3 車隊信息調(diào)查

2.3.1 車流量分布調(diào)查

本方案采用視頻設(shè)備對所選3個區(qū)域的9條道路的交通流量進(jìn)行采集和分析。在每條道路上選擇道路邊作為拍攝點進(jìn)行攝像。

數(shù)據(jù)采集共進(jìn)行3 d，均在工作日進(jìn)行。時間為07:00—18:00，每天的數(shù)據(jù)采集工作集中在1個區(qū)，以小時為單位在3條道路上交替進(jìn)行，以保證每條道路上的數(shù)據(jù)采集信息中包含上下班交通高峰時間的數(shù)據(jù)。采集的車流量信息顯示重慶市主城區(qū)上下班交通高峰時間的車輛構(gòu)成為：輕型客車占41.2%，公交車占16.4%；輕型貨車占7.3%；重型貨車占4.6%；出租車占16.8%；摩托車占13.4%。

2.3.2 技術(shù)類型分布信息

通過對選定3個區(qū)域內(nèi)的停車場、公交巴士公司、貨運公司的車輛進(jìn)行實地調(diào)查，獲得各種車輛的技術(shù)類型。需要調(diào)查的內(nèi)容包括車輛的類型、燃料的種類、車輛使用年限、車輛行駛里程、是否帶空調(diào)、尾氣控制技術(shù)(是否安裝催化裝置及催化裝置的類型)、檢查/維護(hù)狀況等[7]。

由調(diào)查的結(jié)果，計算得到了不同類型車隊的不同技術(shù)類型的分布數(shù)據(jù)。

2.4 啟動信息調(diào)查

由于本研究不具備機動車啟動狀況記錄設(shè)備，因此參考上海、天津、寧波等地的機動車啟動特征數(shù)據(jù)進(jìn)行估算[8-9]。估算的啟動次數(shù)為5.5次。

3 結(jié)果和分析

3.1 機動車平均排放因子

通過將上述調(diào)查獲得的重慶市機動車各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入IVE模型，經(jīng)計算得到了重慶市主城區(qū)各類型車輛的平均排放因子如表1。

表1 重慶市主城區(qū)排放因子

3.2 年排放總量和各車型分擔(dān)率

機動車污染物排放量與車流量、排放因子、道路長度等因素密切相關(guān)，有幾種不同的計算方法，本研究中采用較常用的方法，計算公式如式(1)：

(1)

式中：EQ為機動車污染物的排放量，t；EFv為v類機動車的綜合排放系數(shù)，g/km；Pv為計算年份v類機動車的保有量，輛；Mv為計算年份v類機動車的年均行駛里程，km。

通過式(1)計算出重慶市主城區(qū)的年排放量，并計算出各車型的分擔(dān)率，如表2。

表2 各車型不同污染物的年排放量及排放分擔(dān)率

3.3 結(jié)果分析

以上調(diào)查數(shù)據(jù)及測算結(jié)果表明，輕型客車和摩托車是保有量較大的車型，并且是城市CO，VOC排放的主要來源。

1)重慶市主城區(qū)機動車2011年CO，VOC，NOx，PM的平均年排放量分別為594.1，16.9，26.8，1.9 千噸。

2)輕型客車保有量約34.8萬輛，其中CO，VOC，NOx，PM的排放量大于其他車型，其分別占總排放量的63.8%，35.7%，49.9%，10.2%，是重慶市主城區(qū)機動車CO，VOC，NOx，PM的主要排放來源。汽車尾氣中的CO，VOC，NOx主要來源于汽油車，而PM主要來源于柴油車。輕型客車中汽油車大約占75%，柴油車大約占25%，由于輕型客車保有量較大，因此輕型客車的CO，VOC，NOx，PM排放分擔(dān)率比其他車型的高。

3)摩托車保有量約22.6萬輛，其中VOC的排放量占據(jù)第1位、PM的排放量僅次于重型貨車，其分別占總排放量的56.4%，40.4%，是重慶市主城區(qū)機動車VOC，PM的主要排放來源。

4)重型貨車保有量約3.8萬輛，其中PM的排放量占據(jù)第1位，占總排放量的40.5%，是重慶市主城區(qū)機動車PM的主要排放來源。由于重型貨車中柴油車占比例大，因此汽車尾氣中產(chǎn)生的PM排放量相比其他車型較大。

5)出租車保有量約1.3萬輛，其中CO，NOx的排放量僅次于輕型客車，其分別占總排放量的13.4%，17.6%，是重慶市主城區(qū)機動車CO，NOx的主要排放來源。根據(jù)重慶市的“藍(lán)天行動”計劃，主城區(qū)的出租車已改裝為CNG雙燃料車，其尾氣燃燒的產(chǎn)物主要有CO和NOx等，因此出租車CO和NOx的排放量較大。

因此，應(yīng)該對重慶市主城區(qū)機動車實施有效的控制措施，來緩解其對大氣環(huán)境的壓力。首先，必須控制摩托車、輕型客車和出租車的保有量；其次，需要提高輕型客車、重型貨車和出租車的排放控制水平，這是削減CO等污染物排放量的有效途徑。

4 結(jié) 語

筆者通過調(diào)研采集到大量的機動車數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析歸類后輸入IVE模型，得到了重慶市主城區(qū)的年排放量及不同車型的污染物分擔(dān)率，建立了重慶市主城區(qū)機動車排放清單，為重慶市主城區(qū)交通環(huán)境治理提供了參考依據(jù)。

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