重慶市內(nèi)環(huán)貨車錯時限行對空氣質(zhì)量的影響

呂平江，張衛(wèi)東，蔣昌潭，劉姣姣，安貝貝

1.西南大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，重慶 400715

2.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶 401147

3.重慶市環(huán)境監(jiān)測中心，重慶 401147

重慶市內(nèi)環(huán)貨車錯時限行對空氣質(zhì)量的影響

呂平江1,2，張衛(wèi)東2，蔣昌潭3，劉姣姣3，安貝貝3

1.西南大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，重慶 400715

2.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶 401147

3.重慶市環(huán)境監(jiān)測中心，重慶 401147

在分析貨車實施錯時限行后內(nèi)環(huán)車流量時段分布變化基礎(chǔ)上，通過對PM2.5、NO2等指標的ADMS模型模擬和實際監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析，探討了內(nèi)環(huán)貨車錯時限行對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，貨車錯時限行后主城區(qū)環(huán)境空氣中PM2.5、NO2小時平均質(zhì)量濃度分別降低了9.4%和6.0%，峰值濃度明顯降低，晚上出現(xiàn)峰值時間往后推移了2～3 h。經(jīng)ADMS模型模擬計算，內(nèi)環(huán)高峰時段機動車排放對主城區(qū)NO2、PM、VOCs的濃度貢獻分別降低了54.1%、56.3%、17.5%，CO濃度貢獻不大。內(nèi)環(huán)貨車錯時限行措施對重慶市主城區(qū)空氣質(zhì)量的改善有一定的積極作用。

貨車；機動車排放；空氣質(zhì)量；ADMS模型；錯時行駛

隨著城市化進程的不斷加快，機動車保有量正在飛速增長，機動車尾氣排放的CO、顆粒物(PM)、碳氫化合物(HC)、NOx等污染物對城市大氣環(huán)境污染不斷加劇，對人們的身體健康造成巨大威脅。機動車尾氣排放已成為我國城市和區(qū)域大氣污染增長速度最快的污染源之一[1]，也是溫室氣體排放中增長最快的領(lǐng)域之一[2-3]。

為了遏制機動車尾氣對大氣環(huán)境的污染，全國各地紛紛采取了諸如限行、限號、油品升級、淘汰黃標車等一系列措施，也開展了眾多相關(guān)措施的評估分析。趙曉光等[4]利用北京空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，著重分析了北京機動車限行前后空氣質(zhì)量變化，通過對比分析表明，限行措施實施后NOx和可吸入PM減排效果明顯，其中NOx減排效果最為顯著。張楓逸[5]則指出單雙號限行須防環(huán)境“負效應(yīng)”。單雙號限行并不能削弱公眾的出行需求，反而促進了人們對第二輛車的購買，導(dǎo)致機動車保有量的迅速增加，抵消了限行的環(huán)境效果。許功虎等[6]利用2011—2013年成都空氣質(zhì)量日報數(shù)據(jù)分析限行政策對環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(API)的影響程度，研究結(jié)果表明，限行措施對局部地區(qū)的空氣質(zhì)量改善有一定的作用，但對成都整體空氣質(zhì)量影響并不明顯，對治理霧霾并不能起到很好的效果。在廣州亞運會期間實施單雙號限行措施后，研究者利用MOBILE模型分析得出機動車排放的CO、HC、NOx、PM10分別減少了42%、46%、26%、30%[7]。

重慶也采取了一系列措施(如內(nèi)環(huán)貨車錯時限行、加速淘汰黃標車等)來控制機動車尾氣排放對大氣環(huán)境的污染，但截至目前還沒有關(guān)于這些措施實施后的環(huán)境效應(yīng)研究。本文主要研究分析了重慶主城區(qū)內(nèi)環(huán)實施貨車錯時限行的管控措施后對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，以期為主城區(qū)機動車限行政策的修訂和進一步完善機動車尾氣污染管控措施提供技術(shù)支撐。

1 控制措施與研究方法

1.1 錯時限行措施

重慶市內(nèi)環(huán)貨車錯時限行規(guī)定要求，07:00—21:00禁止無通行證載貨汽車(運載鮮活貨物除外)往內(nèi)環(huán)快速路通行；07:00—09:30、16:30—19:00禁止所有載貨汽車(綠證、白證允許通行及運載鮮活貨物除外)往內(nèi)環(huán)快速路通行；另外，在主城區(qū)上牌、三軸以下的載貨汽車實施不同色度的通行證管理，重型貨車和主城以外的貨車只能在夜間通行。

1.2 ADMS模型模擬

為分析主城區(qū)內(nèi)環(huán)貨車錯時限行對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，選取了比較適合于重慶山地城市的特殊地形條件的ADMS-Urban模型進行模擬分析[8]。并將重慶主城區(qū)17個空氣質(zhì)量自動監(jiān)測點作為控制點，離城區(qū)較遠的縉云山自動監(jiān)測點作為背景點(圖1)。

1.2.1 污染源數(shù)據(jù)

將主城區(qū)內(nèi)環(huán)分成了13段，再根據(jù)每段車流量及不同類型機動車車型比例，計算各段NOx、PM、HC、CO的污染物排放率，輸入模型。

1.2.2 氣象數(shù)據(jù)

氣象數(shù)據(jù)來源于重慶市沙坪壩氣象站點監(jiān)測的氣象數(shù)據(jù)。分別收集了重慶2014年3月和2014年5月的氣象數(shù)據(jù)，包括風(fēng)向、風(fēng)速、地面溫度、相對濕度、云蓋度、降水量等，以模型所規(guī)定格式(.met)存儲于文件中，并以文本文件的形式輸入模型。

1.2.3 地形數(shù)據(jù)

從1∶50 000的數(shù)字高程(DEM)中以一定間距讀取數(shù)據(jù)點的坐標和高程，投影方式：6°帶高斯投影共讀取4 500點(模型最大允許量為5 000點)地面粗糙度為1 m，Monin-obukhow長度為30 m。

圖1 重慶市主城區(qū)空氣質(zhì)量自動監(jiān)測點示意圖

1.3 研究方法

首先，分別在貨車錯時限行措施實施前(3月)、實施后(5月)分早高峰(09：14—10：14)、中午(12：50—13：50)、晚高峰(17：22—18：22)3個時段，在主城區(qū)內(nèi)環(huán)快速路的代表性路段(北環(huán)-人和段)對其行駛的機動車類型、數(shù)量、比例及流量等信息進行現(xiàn)場調(diào)查，具體將機動車劃分為出租車、CNG公交車、輕型汽油車、中型汽油車、摩托車、中型柴油車、重型柴油車等進行統(tǒng)計。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，計算出內(nèi)環(huán)快速路機動車污染物排放量變化情況。其次，利用ADMS模型，對錯時限行措施實施前后機動車排放的污染物進行大氣擴散數(shù)值模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果分析內(nèi)環(huán)機動車排放的污染物對主城區(qū)環(huán)境空氣中相應(yīng)指標的濃度貢獻變化情況。最后，根據(jù)2014年3月和2014年5月重慶主城區(qū)17個空氣質(zhì)量自動監(jiān)測點在線監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析，進一步說明主城區(qū)內(nèi)環(huán)錯時限行對空氣質(zhì)量的影響情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 貨車錯時限行對車型分布及流量的影響

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，貨車錯時限行措施實施前(3月)、實施后(5月)內(nèi)環(huán)典型路段(北環(huán)-人和段)車流量變化情況如表1所示。

表1 北環(huán)-人和段貨車錯時限行措施實施前后車流量變化情況

從表1可以看出，內(nèi)環(huán)貨車錯時限行后，車流量變化明顯，內(nèi)環(huán)車流量在各時段分布更趨于均勻合理。措施實施后，北環(huán)-人和段早高峰、晚高峰總車流量均有所增加，分別增加了8.4%、19.1%；中午時段總車流量卻有所減少；從車型來看，早高峰、晚高峰出租車與輕型汽油車車流量增加明顯，而中型柴油車與重型柴油車車流量均有較大幅度減少；中午時段中型柴油車卻增加了16.9%，出租車與輕型汽油車分別減少了12.0%、1.1%。這是因為，早高峰、晚高峰期間，禁止所有載貨汽車(綠證、白證允許通行及運載鮮活貨物除外)往內(nèi)環(huán)快速路通行，導(dǎo)致中型柴油車與重型柴油車車流量明顯減少。同時早高峰、晚高峰由于上下班通行需求，隨著速度較慢、機動性較差的貨車流量減少，內(nèi)環(huán)出租車與小型汽油車的通行能力得到了提升，出租車與輕型汽油車車流量增加。因此，措施實施后，內(nèi)環(huán)早高峰、晚高峰總車流均有所增加。中午時段，一部分有通行證的貨車可以往內(nèi)環(huán)快速路通行，使中午時段重型柴油車降幅收窄，中型柴油車有所增加，再加上中午時段出租車與輕型汽油車的通行需求也有所減弱，使中午時段的總車流量有所減少。晚上21:00后隨著貨車限行的結(jié)束，大貨車開始集中通行，而此時段出租車與輕型汽油車實際通行量減少，相比錯峰限行前貨車的整體通行能力有所增加。通過分析貨車錯時限行前后內(nèi)環(huán)車流量變化可知，在措施實施后，內(nèi)環(huán)車流量在各時段分布更趨于均勻合理。

根據(jù)內(nèi)環(huán)車流量現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析得出內(nèi)環(huán)高峰期各機動車車型比例變化情況如表2所示。從表2可以看出，措施實施后，高峰期中型、重型柴油車所占比例均有所下降。中型柴油車從5.2%下降到了4.0%，重型柴油車從12.0%下降到了3.6%。而出租車、輕型汽油車所占比例則有所上升。出租車從5.6%上升到了6.5%，輕型汽油車從73.0%上升到了82.0%。因高峰期中型、重型柴油車所占比例減少，使內(nèi)環(huán)快速路的高峰通行能力得到了較大提升。另外，機動性較好的出租車、小型汽油車所占比例的增加使內(nèi)環(huán)高峰期的擁堵程度有了較明顯的改善。原先貨車車流量較大的北環(huán)-人和段平均車速提高了20 km/h，內(nèi)環(huán)平均車速提高了10～15 km/h。措施實施后，隨著內(nèi)環(huán)通行能力的提升，早高峰、晚高峰的延續(xù)時間也有所縮短，縮短了0.5～1.0 h。表明在貨車錯時限行后內(nèi)環(huán)機動車通行狀況得到有效改善，變得更加通暢。

表2 主城區(qū)內(nèi)環(huán)快速路高峰期機動車車型比例 %

注：空表示無數(shù)據(jù)。

2.2 機動車排放主要污染指標的ADMS模擬分析

2.2.1 貨車錯時限行對機動車污染物排放量的影響

利用重慶市主城區(qū)快速路機動車排放因子[9]和現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)，計算內(nèi)環(huán)貨車錯時限行后高峰期機動車污染物排放量變化情況，結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，措施實施后內(nèi)環(huán)機動車NOx、PM和HC排放量明顯減少，分別減少了53.3%、55.5%、9.1%。而CO排放量卻略微有所增加，增長了7.0%。這是因為，高污染物排放率的中型、重型柴油車車流量大幅減少，再加上內(nèi)環(huán)快速路高峰時段擁堵情況有所緩解，機動車怠速狀態(tài)減少，使NOx、PM等排放量大幅下降。而CO排放量不降反升的主要原因是貨車錯時限行后，在CO排放中分擔率最大的輕型汽油車車流量有較大幅度的增長。

表3 錯時限行措施實施前后內(nèi)環(huán)快速路機動車高峰期排放量變化情況

2.2.2 機動車排放主要污染指標的ADMS模擬結(jié)果分析

根據(jù)高峰期機動車排放量，計算各污染物的排放率輸入模型。再選擇2014年3月和5月的氣象數(shù)據(jù)對內(nèi)環(huán)機動車污染物排放進行大氣擴散數(shù)值模擬，結(jié)果如表4、圖2～圖5所示。

從表4可以看出，大氣中機動車排放的主要污染因子擴散模擬結(jié)果與機動車污染物排放量變化情況有較好的響應(yīng)關(guān)系。措施實施后內(nèi)環(huán)快速路機動車排放對主城區(qū)NO2、PM及VOCs濃度貢獻有較明顯的下降，分別降低了54.1%、56.3%和17.5%，而對CO濃度貢獻影響較小。離內(nèi)環(huán)較近的幾個控制點(解放碑、高家花園、茶園、南泉、魚洞等)，NO2、PM濃度貢獻均有超過50%的降幅，離內(nèi)環(huán)較遠的天生、禮嘉、唐家沱等控制點降幅較小。

表4 內(nèi)環(huán)機動車對主城區(qū)各點濃度貢獻值變化情況

圖2 貨車錯時限行對主城區(qū)大氣環(huán)境中NO2影響模擬情況

圖3 貨車錯時限行對主城區(qū)大氣環(huán)境中PM影響模擬情況

圖4 貨車錯時限行對主城區(qū)大氣環(huán)境中VOCs影響模擬情況

圖5 貨車錯時限行對主城區(qū)大氣環(huán)境中CO影響模擬情況

由于貨車錯時限行后，內(nèi)環(huán)高峰期擁堵情況有所緩解，道路通行狀況得到有效改善，機動車高污染排放的怠速、低速等狀態(tài)明顯減少，因此，內(nèi)環(huán)機動車整體排放水平均有所下降。根據(jù)重慶市主城區(qū)機動車排放清單研究結(jié)果，在NOx、PM排放中重型柴油車的分擔率最大，分別為45.3%、47.3%。而在貨車錯時限行后，早高峰、晚高峰時車流量降幅最為明顯的是重型柴油車，因此貨車錯時限行對主城區(qū)大氣環(huán)境中的NO2、PM濃度影響顯著。但在CO、HC排放中輕型汽油車和中型柴油車的分擔率較大，措施實施后，高峰期內(nèi)環(huán)通行能力的增加使輕型汽油車車流量有所增加，抵消了部分因道路擁堵情況緩解帶來的排放水平下降。因此，內(nèi)環(huán)貨車錯時限行對主城區(qū)大氣環(huán)境中的VOCs、CO濃度影響較小。

從圖2可以看出，污染物濃度擴散均沿南北方向擴散。污染物濃度區(qū)域高值分布與內(nèi)環(huán)機動車排放高值分布較為一致，都呈北半環(huán)較南半環(huán)高分布。通過對不同污染物影響對比分析可知，貨車錯時限行后NO2與PM濃度區(qū)域高值有明顯降低。各污染物濃度區(qū)域中值分布范圍均有一定程度縮小。這是因為，措施實施前，內(nèi)環(huán)北半環(huán)較南半環(huán)通行壓力大擁堵情況嚴重。而措施實施后，內(nèi)環(huán)各堵點有了較大緩解，特別是內(nèi)環(huán)北半環(huán)上2處較嚴重堵路段消失，使北半環(huán)的濃度高值有所下降，因此，措施實施后NO2、PM濃度排放源強明顯減弱。在相同氣象條件、地理條件下，貨車錯時限行措施的實施對NO2、PM濃度擴散影響要比VOCs、CO大。

2.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析

主城區(qū)空氣質(zhì)量中NOx和PM濃度的實際監(jiān)測結(jié)果如表5所示。由表5可見，措施實施后，主城區(qū)環(huán)境空氣中PM2.5、PM10、NO2濃度均有所下降。其中離內(nèi)環(huán)最近的高家花園、南泉監(jiān)測點NO2和PM2.5濃度下降明顯，與模擬結(jié)果存在一定的響應(yīng)關(guān)系。而對PM10濃度，高家花園與南泉監(jiān)測點差異較大。這是因為：高家花園監(jiān)測點易受周邊道路揚塵影響，道路揚塵則是PM10的主要來源之一；而南泉監(jiān)測點周邊無交通主干道，監(jiān)測值受內(nèi)環(huán)影響更為顯著。

表5 重慶主城區(qū)各監(jiān)測點限行前后污染物日均值變化

2.3.1 貨車錯時限行對細顆粒物濃度的影響

監(jiān)測結(jié)果顯示：貨車錯時限行后，主城區(qū)PM10、PM2.5小時平均質(zhì)量濃度分別下降了3.9、7.1 μg/m3，降幅分別為4.2%、9.4%。另外，PM10、PM2.5小時序列濃度曲線也呈現(xiàn)出不同程度的變化(見圖6、圖7)。從圖6、圖7可以看出，貨車錯時限行后，與3月相比主城區(qū)PM10白天峰值濃度有了明顯降低，晚上峰值變化不明顯，但出現(xiàn)峰值時間向后推移了2 h，晚上峰值濃度出現(xiàn)時間延后是因為大部分貨車被限制在晚上21：00后才能通行；PM2.5早高峰、晚高峰濃度均有較大幅度降低，貨車錯時限行使重慶主城區(qū)環(huán)境空氣中PM10、PM2.5濃度下降，且PM2.5濃度下降比PM10更顯著。貨車錯時限行后，內(nèi)環(huán)各時段的車流量分布更趨于均勻合理，高峰期擁堵情況得到了緩解，內(nèi)環(huán)機動車行駛速度得到提升。這與黃建彰等[10]獲得的機動車排放顆粒物隨車速的提升而降低的結(jié)論一致。重慶市主城區(qū)PM10、PM2.5的相關(guān)研究表明，道路揚塵對PM10濃度影響較大[11-13]。因此，貨車錯時限行對重慶主城區(qū)PM10濃度影響比PM2.5小也是符合實際的。

圖6 主城區(qū)PM10小時序列濃度變化

圖7 主城區(qū)PM2.5小時序列濃度變化

2.3.2 貨車錯時限行對NOx濃度的影響

監(jiān)測結(jié)果顯示，貨車錯時限行后，主城區(qū)NO2小時平均質(zhì)量濃度下降了2.4 μg/m3，降幅為6.0%。錯時限行措施實施前后主城區(qū)NO2小時序列濃度曲線變化明顯(圖8)。從圖8可以看出，措施實施前，主城區(qū)的NO2小時序列濃度中出現(xiàn)2個明顯的高峰時段(上午11：00和晚上20：00)，而錯時限行措施實施后，上午出現(xiàn)的峰值明顯下降，晚上的峰值出現(xiàn)時間向后推移約3 h，峰值也降低了。同樣是因為內(nèi)環(huán)貨車錯時限行后，使內(nèi)環(huán)早高峰、晚高峰時段中型、重型柴油車車流量大幅減少。研究顯示，柴油車的NOx排放量要高于汽油車。內(nèi)環(huán)高峰時段機動車NOx排放量的大幅減少，致使主城區(qū)環(huán)境空氣中的NO2峰值濃度下降。而晚上峰值的延后，主要是由于大貨車通行被限制在晚高峰結(jié)束以后。

2.3.3 氣象條件對污染物濃度的影響

有關(guān)研究顯示，氣象因素是影響空氣中PM、NOx等大氣污染物濃度的重要因素[14-16]。為了研究分析3月與5月氣象條件的變化對PM、NOx濃度的影響，在3月內(nèi)環(huán)機動車排放水平的情況下，利用5月的氣象數(shù)據(jù)對PM、NOx進行大氣擴散模擬。模擬結(jié)果顯示，在5月氣象條件下，內(nèi)環(huán)機動車對大氣中的PM及NOx濃度貢獻值分別為4.52、0.55 μg/m3，對比3月氣象條件下的模擬結(jié)果，分別降低了1.1%、1.3%。而據(jù)實際監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，貨車限行后主城區(qū)PM10、PM2.5、NO2小時平均濃度分別下降了4.2%、9.4%、6.0%，降幅均比模擬結(jié)果大?？梢?，造成主城區(qū)PM及NOx濃度降低是由氣象條件改變和內(nèi)環(huán)貨車錯時限行協(xié)同作用的結(jié)果，貨車錯時限行是空氣質(zhì)量變化的主要原因。

圖8 主城區(qū)NO2小時序列濃度變化

3 結(jié)論

通過現(xiàn)場車流量調(diào)查分析、ADMS模型大氣擴散模擬及實際監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析，對重慶主城區(qū)內(nèi)環(huán)貨車錯時限行措施實施后的大氣環(huán)境效應(yīng)進行了探討和分析，說明科學(xué)合理的交通通行管理措施可有效改善環(huán)境空氣質(zhì)量。

1)貨車錯時限行措施實施后，內(nèi)環(huán)快速路高峰期總車流量有所增加。隨著中型、重型柴油車的大幅減少，出租車與小型汽油車增幅明顯，使內(nèi)環(huán)機動車通行狀況得到有效改善，內(nèi)環(huán)變得更加通暢。

2)措施實施后內(nèi)環(huán)機動車NOx、PM每小時排放量都有了明顯減少，較實施前排放量分別減少了53.3%、55.5%，HC和CO排放量變化并不顯著，HC排放量降低了9.1%，而CO排放量升高了7%。

3)ADMS模擬結(jié)果顯示，措施實施后內(nèi)環(huán)快速路對主城區(qū)NO2、PM、VOCs濃度貢獻率分別降低了54.1%、56.3%、17.5%，對主城區(qū)CO濃度貢獻影響不大。

4)PM10與PM2.5監(jiān)測結(jié)果顯示，貨車錯時限行使主城區(qū)環(huán)境空氣中PM2.5濃度下降明顯，小時平均濃度降低了9.4%，而PM10濃度下降較少。

5)NO2監(jiān)測結(jié)果顯示，錯時限行措施實施后主城區(qū)環(huán)境空氣中NO2濃度較實施前降低6.0%，其小時序列濃度中出現(xiàn)的2個峰值均有明顯降低，其中上午的峰值已不再明顯，晚上峰值出現(xiàn)時間向后推移了約3 h，峰值也有所降低。

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The Impacts on Air Quality by Interleaved Restricting Truck of Chongqing′s Inner Ring Road

LYU Pingjiang1,2, ZHANG Weidong2, JIANG Changtan3, LIU Jiaojiao3, AN Beibei3

1.School of Chemistry and Chemical Engineering， Southwest University， Chongqing 400715， China

2.Chongqing Academy of Environmental Science， Chongqing 401147， China

3.Chongqing Environmental Monitoring Centre， Chongqing 401147， China

In this paper the impacts on air quality by interleaved restricting truck of Chongqing's inner ring road was discussed and analyzed, based on the change of traffic composition after this measure was implemented. The method of actual monitoring date comparison and ADMS model were used to analyze the impact. The results showed that the hourly average concentration of main urban region of PM2.5，NO2was reduced by 9.4% and 6.0% respectively after the measure was implemented, especially the concentrations of the peak the time of maximum concentration was delayed of 2-3 hours at night. ADMS model simulation shows that the concentration of NO2，PM，VOCs decreased 54.1%，56.3% and 17.5% respectively. The measure has little effect on the concentration of CO. Totally, these results will be significant toimproving the air quality of Chongqing.

truck;vehicle emission;air quality;ADMS model;interleaved restricting travel

2015-10-12;

2015-10-20

呂平江(1990-)，男，浙江東陽人，在讀碩士研究生。

張衛(wèi)東

X823

A

1002-6002(2016)01- 0005- 08