關中城市群道路移動源氣態(tài)污染物排放特征

陶雙成,鄧順熙,郝艷召,高碩晗,熊新竹,孔亞平

關中城市群道路移動源氣態(tài)污染物排放特征

陶雙成1*,鄧順熙2,郝艷召3,高碩晗1,熊新竹1,孔亞平1

(1.交通運輸部科學研究院,北京 100029；2.長安大學環(huán)境科學與工程學院,陜西 西安 710064；3.長安大學汽車學院,陜西 西安 710064)

基于MOVES模型對參數(shù)進行本地化修正,計算機動車排放的氣態(tài)污染物排放因子,以2012年為基準年建立關中城市群的道路移動源常規(guī)和非常規(guī)氣態(tài)污染物的排放總量清單,并得到不同車型、不同城市區(qū)域的機動車污染物排放分擔率.結(jié)果顯示,關中城市群的道路移動源常規(guī)氣態(tài)污染物中一氧化碳(CO)的排放量為45.40萬t,氮氧化物(NO)為8.190萬t、二氧化硫(SO2)為0.420萬t、氨(NH3)為0.10萬t;非常規(guī)氣態(tài)污染物中非甲烷碳氫化合物(NMHC)的排放量為4.168萬t,甲醛(HCHO)為0.057萬t、乙醛(CH3CHO)為0.027萬t、丙烯醛(C3H4O)為0.004萬t、1,3-丁二烯(C4H6)為0.012萬t、苯為0.090萬t、甲烷(CH4)為0.123萬t、氧化亞氮(N2O)為0.004萬t.此外,各城市按照排放分擔率從高至低依次為西安(50%)、渭南(23%)、咸陽(含楊凌)(12%)、寶雞(10%)和銅川(5%).本研究還發(fā)現(xiàn)污染物排放分擔率在不同車型中差異顯著,其中NO排放以重型貨車(33.85%)和中型貨車(21.21%)為主;SO2、醛類物質(zhì)在重型貨車中排放分擔率分別為31.31%和30%;而CO、NMHC、C4H6、苯和CH4的排放主要來自小客車(分別為32.86%、17.55%、26.64%、26.45%和38.85%)和摩托車(分別為32.64%、55.21%、43.29%、49.04%和30.97%);NH3的小客車和重型貨車排放分擔率分別為49.5%和31.31%.

道路移動源排放；氣態(tài)污染物；排放特征；MOVES模型；關中城市群

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的推進,城市連片區(qū)域環(huán)境空氣污染問題日益嚴重,主要表現(xiàn)為區(qū)域重污染天氣事件頻發(fā),顆粒物總體濃度高、化學組成復雜,臭氧(O3)季節(jié)性、區(qū)域性污染問題日趨嚴重,嚴重影響人民群眾的身心健康和日常生產(chǎn)生活[1-2].由于道路移動源是城市群內(nèi)環(huán)境空氣污染時空變化的主要影響因素之一[3],摸清區(qū)域道路移動源排放特征是識別和解析污染來源、支撐空氣污染預警預報[4]、分析解釋觀測結(jié)果和制定減排控制方案的重要基礎.國內(nèi)已經(jīng)在珠江三角洲地區(qū)[5]、長株潭地區(qū)[6]、京津冀地區(qū)[7-8]、海峽西岸經(jīng)濟區(qū)[9]等大氣污染主要區(qū)域,以及廊坊[10]、杭州[11-12]、成都[13]、南昌[14]、青島[15]等典型城市開展了機動車污染排放特征研究,初步摸清了機動車排放常規(guī)氣態(tài)污染物一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO)與二氧化硫(SO2)以及顆粒物(PM2.5和PM10)排放特征,部分研究還計算了氧化亞氮(N2O)、二氧化碳(CO2)等溫室氣體排放清單[16].這些研究為厘清典型區(qū)域和城市的機動車污染物排放狀況,合理制定機動車污染防治策略提供了理論支持和決策依據(jù).已有研究多集中在機動車常規(guī)氣態(tài)污染物和顆粒物排放特征方面,對非甲烷碳氫化合物(NMHC)、醛類物質(zhì)等非常規(guī)氣態(tài)污染物研究較少,研究表明機動車排放的非甲烷碳氫化合物(NMHC)、甲醛(HCHO)、乙醛(CH3CHO)、丙烯醛(C3H4O)、1,3-丁二烯(C4H6)、苯(C6H6)、氧化亞氮(N2O)和氨(NH3)等氣態(tài)污染物具有較強的光反應活性[17],在光照或與羥基(OH·)、O3結(jié)合條件下會迅速發(fā)生反應,是城市光化學煙霧污染O3和過氧乙酰硝酸酯(PAN)以及二次氣溶膠形成的重要前體物,在城市光化學煙霧污染[18-20]和二次氣溶膠[21]形成中起著關鍵作用.另據(jù)報道,醛類物質(zhì)中的甲醛、乙醛、丙烯醛和苯甲醛等都是重要的致癌物質(zhì)[22-23],隨著區(qū)域性機動車保有量的爆發(fā)式增長,城市大氣中醛類物質(zhì)等氣態(tài)污染物對環(huán)境和人體健康的危害會越來越嚴重,必須引起足夠重視.

關中城市群是陜西省的工業(yè)、經(jīng)濟、文化和教育中心,但天然的“U”字型河谷地形極不利于本地大氣污染物的擴散,易形成污染物累積并發(fā)生二次污染[24].近年來,關中地區(qū)光化學煙霧污染頻發(fā)、夏季O3濃度超標明顯,O3已經(jīng)超過PM2.5和PM10成為該地區(qū)當前占比最高的污染物[25],隨著機動車保有量的迅速增加,機動車排放對以西安為中心的城市群內(nèi)大氣光化學煙霧污染的貢獻愈發(fā)顯著并將嚴重影響該區(qū)域的經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和居民健康.建立關中城市群道路移動源氣態(tài)污染物排放清單,分析機動車排放的常規(guī)和非常規(guī)氣態(tài)污染物的基本特征和分擔率,是做好區(qū)域大氣污染防治特別是光化學煙霧等二次污染防控工作的基礎,目前針對關中城市群機動車排放氣態(tài)污染物的研究比較缺乏.本研究在對MOVES模型輸入?yún)?shù)本土化修正的基礎上,以2012年為基準年建立了關中城市群道路移動源常規(guī)和非常規(guī)氣態(tài)污染物排放清單,研究了分車型、城市區(qū)域的機動車氣態(tài)污染物排放特征與分擔率,以期為決策者制定機動車污染防治措施提供依據(jù),并為城市群光化學煙霧污染防控提供支持.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域與對象

關中城市群是以西安為中心,包括咸陽、寶雞、渭南、銅川等地級城市以及楊凌農(nóng)業(yè)示范區(qū),本研究以這5市(其中將楊凌區(qū)并入咸陽市一起考慮)為研究對象,關中城市群地理位置如圖1所示.

圖1 關中城市群地理位置示意

研究建立關中城市群道路移動源常規(guī)和非常規(guī)氣態(tài)污染物排放清單,主要包括機動車排放的CO、NO、NH3與SO2等4種常規(guī)氣態(tài)污染物和非甲烷碳氫化合物(NMHC)、甲醛(HCHO)、乙醛(CH3CHO)、丙烯醛(C3H4O)、1,3-丁二烯(C4H6)、苯(C6H6)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)等8種非常規(guī)氣態(tài)污染物.研究對象為汽車、摩托車和低速汽車三大類道路移動排放源,不包括非道路移動源(如農(nóng)用機械、工程機械等)的排放.

1.2 清單建立方法

機動車污染物排放量的計算基于排放因子法,主要涉及三個參數(shù):機動車保有量、年均行駛里程和機動車排放因子.估算采用以下式(1)[26]:

式中:EQ為污染物年排放總量,g;EF為型車的排放因子,g/(km·輛);P為型車的保有量,輛;VKT為型車的單車年均行駛里程,km.

1.3 排放因子

污染物排放因子反映了一個地區(qū)某種車型的污染物排放水平,獲得地區(qū)不同類型車輛單車污染物排放因子EF是進行道路移動源污染物排放清單計算的基礎.近年來美國環(huán)境保護署基于VSP分布開發(fā)了最新一代排放模型—MOVES模型,該模型能夠運用于國家、城市和路段等尺度的排放模擬研究[27],模擬精度較MOBILE模型等更高,其中增加了NMHC、NO、NO2、甲醛、乙醛、丙烯醛、苯等光化學煙霧前體物的計算,提高了計算結(jié)果與光化學煙霧反應化學機制的匹配性.郝艷召等[28-29]利用該模型研究了西安市機動車排放清單和輕型車顆粒物排放,邱兆文等[30]利用該模型模擬評估了平面交叉口區(qū)域的機動車排放污染,基于前期研究,本文利用關中城市群內(nèi)的實地調(diào)研和測試數(shù)據(jù)對MOVES模型進行本土化修正后作為道路移動源氣態(tài)污染物排放因子計算模型.論文對車齡分布、燃油信息、平均速度分布、道路類型分布、行駛里程時間分布、氣象信息、燃油和發(fā)動機分類、機動車保有量等8項具有區(qū)域性特征的參數(shù)進行了關中地區(qū)本土化修正,占模型可修正參數(shù)總數(shù)的80%,I/M制度和匝道比例2項參數(shù)采用模型默認值.

1.3.1 車齡分布 模型中車齡分布參數(shù)是指研究區(qū)域內(nèi)在用機動車不同登記年代的車輛占同類型在用機動車保有量的百分比.論文通過統(tǒng)計年鑒、現(xiàn)場抽樣調(diào)查(調(diào)查有效樣本1332輛,其中小客車240輛,大客車450輛,載貨汽車642輛)獲得關中城市群道路機動車車齡分布參數(shù).其中城市群內(nèi)不同車齡載貨汽車分布比例見圖2.

圖2 關中城市群載貨汽車車齡分布

1.3.2 燃油信息 根據(jù)調(diào)查,關中地區(qū)機動車使用的燃油類型主要有汽油、柴油和壓縮天然氣(CNG)三種,車用燃油大部分為國III標準.本文參照國家標準《車用汽油》(GB17930-2011)[31]、《車用柴油》(GB19147-2009)[32]和《車用壓縮天然氣》(GB18047-2000)[33]各類燃油的組分指標,選取與MOVES模型給定的燃油組分中最接近的燃油配方,用我國燃油標準中的參數(shù)將模型參數(shù)進行修正,主要采用常規(guī)汽油(ID為10)和常規(guī)柴油(ID為20).

1.3.3 平均速度和行駛里程時間分布 論文通過在測試車輛(客車20輛,貨車10輛)上安裝GPS設備(Multifunction GPS Data Logger),實時收集不同類型監(jiān)測車輛的瞬時速度、經(jīng)緯度、時間和海拔高度等數(shù)據(jù)信息,觀測時間覆蓋了工作日和周末,24h連續(xù)監(jiān)測,包含全部4種道路類型,試驗期間獲得有效樣本量為小型客車7161645s,大型客車1154592s,重型貨車198103s.通過跟蹤監(jiān)測獲得的GPS數(shù)據(jù)與GIS(Map info)解譯的道路地圖匹配,將CSV格式數(shù)據(jù)通過Access導入到GIS地圖,進而計算出平均速度分布比例、行駛里程(VMT)時間分布比例.其中行駛里程的周和小時分布比例見圖3和圖4.

圖3 行駛里程周分布

圖4 行駛里程日分布

1.3.4 道路類型分布 模型中道路類型分布是指機動車在不同類型道路上行駛里程分布比例.論文將關中地區(qū)典型道路類型與MOVES模型中的道路類型進行匹配,其中快速路對應城市限制入口道路(如西安市二環(huán)、三環(huán)等)、非快速路對應城市非限制入口道路(如城市內(nèi)主干路、次干路、支路等)、高速路對應鄉(xiāng)村限制入口道路(如連霍高速等)、非高速路對應鄉(xiāng)村非限制入口道路(如一級公路、二級公路等).通過測試車輛GPS數(shù)據(jù)與GIS地圖匹配,按照車型-道路類型-車輛行駛里程的格式分類,統(tǒng)計分析出不同類型車輛在不同類型道路上的實際行駛距離,并按車型進行具體比例計算.關中城市群內(nèi)典型機動車在不同道路上的行駛里程分布情況,具體如圖5所示.

1.3.5 氣象信息 根據(jù)陜西省氣象局西安基準站(E108°56′,N34°18′)的常規(guī)地面氣象觀測數(shù)據(jù),得到關中地區(qū)每月的平均溫度和濕度變化,具體見表1,相關數(shù)據(jù)輸入模型.

圖5 不同類型道路上的行駛里程分布

表1 關中地區(qū)月平均溫度和相對濕度

1.3.6 燃油和發(fā)動機類型 關中地區(qū)不同機動車燃油類型占比情況如圖6所示.由圖6可以看出,小型客車絕大部分為汽油車,占比達到96.36%;中型客車和輕型貨車中汽油車比例也較高,分別為61.5%和65.6%;重型貨車絕大部分為柴油車,占比達到87.88%;中型貨車中柴油車略占主導,占比達到60.77%;而大型客車中汽油、柴油和其他燃油車基本各占1/3,相關數(shù)據(jù)輸入模型.

1.4 機動車保有量

根據(jù)西安、寶雞、銅川、咸陽(含楊凌)、渭南等城市歷年的統(tǒng)計年鑒[34-38]和陜西省環(huán)境監(jiān)測站的統(tǒng)計數(shù)據(jù),按照用途、載重量和軸數(shù)等參數(shù),將我國典型的機動車類型與MOVES模型中設定的車型進行匹配,得到2012年關中城市群各市的機動車保有量如表2所示.其中,載客汽車、載貨汽車詳細車型構(gòu)成情況如下,載客汽車中以小型客車為主,占比達97.05%,中型客車和大型客車的比例很低,分別為1.47%和1.48%.載貨汽車中輕型貨車最多,占52.94%,重型貨車比例次之為28.24%,中型貨車的比例最低占18.82%.

圖6 不同類型汽車燃油類型比例

表2 關中城市群機動車保有量(2012年)(輛)

1.5 年均行駛里程

圖7 各車型實調(diào)年均行駛里程

通過對機動車檢測站、客運站和貨運站實地抽樣調(diào)查(調(diào)查有效樣本1332輛,其中小客車240輛,大客車450輛,載貨汽車642輛)獲得車輛行駛里程和車齡信息數(shù)據(jù),得到各車型年均行駛里程見圖7.對于中型客車、摩托車、低速汽車年均行駛里程,以中國環(huán)境科學研究院統(tǒng)計數(shù)據(jù)[39]和國家環(huán)境保護部《道路機動車排放清單編制技術指南(試行)》和《非道路移動污染源排放清單編制技術指南(試行)》中推薦數(shù)據(jù)作為參考值.

2 結(jié)果與討論

2.1 排放因子特征

利用輸入?yún)?shù)本土化修正后的MOVES模型,對關中城市群內(nèi)小型客車、中型客車、大型客車、小型貨車、中型貨車、大型貨車、摩托車等7種車型氣態(tài)污染物排放因子進行計算.低速汽車(主要包括農(nóng)用三輪和四輪車)的NO和CO排放因子采用《非道路移動源排放清單編制技術指南(試行)》推薦值,NMHC、NH3和SO2等排放因子參考計算得到的輕型柴油貨車的值.分車型污染物排放因子見表3.

由表3可以看出,中型貨車NO排放因子最高,是小客車的18倍之多,大型客車和重型貨車次之.摩托車和中型貨車CO排放因子較其他車型明顯高,分別為小客車CO排放因子的5倍和4倍,分析認為這主要與不同車型的燃料類型、車齡和車況等因素的差異有關.從機動車直接排放的NMHC來看,摩托車排放因子最高,其次為中型貨車,分別為小客車排放因子的15倍和4.5倍,摩托車直接排放的甲烷、1,3-丁二烯和苯的單車排放因子也明顯高于其他車輛,分別為相應小客車排放因子的4倍、9倍和9.2倍之多,這與摩托車其發(fā)動機燃燒不完全、車輛劣化嚴重等因素有關,提高摩托車單車污染控制技術水平、加強摩托車生產(chǎn)和在用車輛污染物排放限值達標控制、推行城市限摩措施[40]等,對關中城市中心區(qū)的有機污染物排放控制不容忽視.據(jù)研究[41-42],NH3已成為影響我國大城市空氣質(zhì)量的重要污染物,其能夠與城市大氣中高濃度的NO2、SO2和揮發(fā)性有機酸等物質(zhì)反應生成二次氣溶膠,會導致細粒子污染問題發(fā)生.機動車尾氣排放的NH3是大氣環(huán)境中氨氣和銨離子的重要來源之一[43].關中地區(qū)各種車型都會產(chǎn)生一定的NH3,其排放因子在0.014～0.024g/km之間,中型客車和中型貨車的NH3排放因子相對較高,研究表明汽油車排放的NH4+約有56.32%未被強酸根中和,是重要的活性NH4+排放源[44],機動車NH3排放將對城市環(huán)境空氣二次氣溶膠形成產(chǎn)生顯著影響.

表3 機動車污染物排放因子(g/km)

將本文研究得到的關中地區(qū)小客車(汽油) CO、NO和HC(NMHC+CH4)污染物排放因子與清華大學2008~2010年在北京、廣州和深圳實測的輕型汽油轎車排放因子進行比較,將甲醛、乙醛、苯等非常規(guī)氣態(tài)污染物排放因子與北京理工大學輕型汽油車臺架試驗排放因子進行比較,見表4.從表4中可以看出,關中地區(qū)機動車CO、NO和HC(NMHC+CH4)污染物的排放因子水平整體偏高,處于研究實測值歐Ⅱ和歐Ⅲ之間,非常規(guī)氣態(tài)污染物甲醛和苯的排放因子與北京理工大學實測汽油車排放因子比較一致,模擬得到的乙醛排放因子值較實測值偏低.

表4 輕型汽油轎車排放因子結(jié)果對比(g/km)

2.2 總量排放特征

根據(jù)各城市不同類型機動車活動水平數(shù)據(jù)和計算得到的排放因子,按照式(1)計算得到2012年為基準年的關中城市群道路移動源污染物年排放總量清單,計算結(jié)果見表5.結(jié)果表明,關中城市群道路移動源排放的常規(guī)污染物中CO的年排放量最高,達到45.4萬t;其次是NO,排放量為8.19萬t,是2012年陜西省NO非電力排放量(54.68萬t)[47]的16.28%;SO2排放量相對較低,為0.42萬t,是2012年陜西省SO2非電力排放量(57.62萬t)[47]的0.73%; NH3的年排放量為0.1萬t,其中西安市機動車NH3排放量為0.054′104t是其2013年人為源大氣氨排放量[48]的1.14%,對西安市二次氣溶膠形成具有重要作用,隨著機動車保有量的增加其對城市NH3排放的貢獻量將不斷增大,城市機動車的NH3排放越發(fā)受到關注,將是城市機動車污染減排的重要對象之一.非常規(guī)污染物中NMHC為4.168萬t,典型有機污染物中甲烷年排放量最高,達到0.123萬t,其次是苯為0.09萬t,甲醛為0.057萬t,乙醛為0.027萬t,丙烯醛為0.004萬t,1,3-丁二烯為0.012萬t.隨著機動車排放非常規(guī)污染物的增加,城市大氣中NO和NHMC、醛類、烯烴類物質(zhì)等發(fā)生反應形成二次污染的耦合過程更加復雜,會使城市大氣污染防控策略制定更加艱難.

表5 2012年氣態(tài)污染物年排放總量清單(′104t)

2.3 城市分擔率

由圖8可以看出,2012年各城市的污染物排放分擔率受機動車保有量、機動車活動水平影響明顯,不同城市排放分擔率差異較大.NO、CO、NH3和SO2等常規(guī)氣態(tài)污染物的排放量分擔率占比西安最高,分別達到49.88%、47.82%、55.56%和50%,這與西安市機動車保有量占關中地區(qū)總量的48.98%基本一致,其次是渭南,咸陽(含楊凌)、寶雞,銅川分擔率最低.非常規(guī)氣態(tài)污染物如NMHC、甲醛、乙醛、丙烯醛等的排放城市分擔率也呈現(xiàn)相同特點.分析認為,西安市、渭南市機動車排放的NO和有機污染物區(qū)域分擔率總體較高,從城市光化學煙霧形成潛勢來看,在相同氣象條件下,這兩個城市更易發(fā)生區(qū)域性光化學煙霧污染天氣.研究表明城市機動車排放污染物主要集中在水平高度1m左右的人體呼吸區(qū)域,中心城區(qū)因高密度路網(wǎng)結(jié)構(gòu)而成為典型的高強度排放區(qū)域[49],關中城市群建成區(qū)路網(wǎng)密度高、人口聚集,機動車污染物排放控制形勢更嚴峻.研究認為要減少關中城市群道路移動源污染物排放總量,著重加強西安市和渭南市機動車污染物排放控制(占總排放量的61.99%~75.47%)是必要的選擇.

圖8 關中機動車氣態(tài)污染物排放的城市分擔率

2.4 車型分擔率

根據(jù)關中城市群道路移動源污染物排放總量,結(jié)合不同城市、不同車型污染物排放量,計算得到關中地區(qū)不同車型氣態(tài)污染物排放分擔率.由圖9可以看出,不同車型對不同污染物排放分擔率差別較大,其中重型貨車對NO的排放分擔率最高,達到33.85%,其次為中型貨車,小型客車和大型客車的分擔率分別占10%以上;小型客車和摩托車是CO的主要排放源,兩種車型排放CO占總排量的60%以上;重型貨車對SO2的排放分擔率最高,達到了31.31%,這與其以柴油發(fā)動機為主有直接關系,其次為小型客車、中型貨車和大型客車,排放分擔率分別為21.15%、15.0%和13.89%;小型客車對NH3的排放分擔率達到50.25%,相關研究中也指出小型客車是機動車氨排放的主要貢獻者[50],這主要與燃料的不完全燃燒及小客車安裝尾氣催化裝置等有關,其中尾氣催化裝置產(chǎn)生的NH3更多,可能存在氨逃逸等問題.研究結(jié)果表明,機動車排放常規(guī)氣態(tài)污染物減排控制中,應當以不同車型的總量貢獻為出發(fā)點,在NO減排中應加強重型貨車、中型貨車和大型客車的污染物控制,CO減排則需要重點考慮小客車和摩托車,NH3減排控制以小客車、重型貨車為主,SO2減排控制則重點以重型貨車、小型客車、中型貨車為主.

圖10 關中機動車非常規(guī)氣態(tài)污染物排放分車型分擔率

圖10是機動車排放有機污染物NMHC、甲烷、甲醛、1,3-丁二烯、丙烯醛、苯等分車型排放分擔率情況.由圖10可以看出,不同車型對不同有機污染物的貢獻差異較大,總體來看摩托車和小客車是有機污染物排放的主要車型,低速汽車、重型貨車和中型貨車在醛類物質(zhì)排放中貢獻顯著.摩托車對NMHC和甲烷的排放分擔率分別達到55.21%和30.97%,摩托車NMHC排放貢獻量是小客車的3.15倍,是重型貨車的7.72倍.小客車和摩托車對1,3-丁二烯和苯的排放分擔率高達68.93%和75.59%,這與小客車保有量高、摩托車燃燒不充分導致單車排放高等因素有關.重型貨車、中型貨車、低速汽車和摩托車是甲醛、丙烯醛等醛類物質(zhì)的重要來源,四類車型的總排放量占甲醛、丙烯醛年總排量的76.71%和78.14%.研究結(jié)果表明,機動車排放的NMHC和甲烷總量減排中應加強摩托車的有機污染物排放控制,甲醛、丙烯醛等醛類污染物減排中需重點對重型貨車、中型貨車、低速汽車和摩托車進行控制,1,3-丁二烯和苯污染物減排以控制小客車和摩托車為主.

2.5 不確定性分析與排放清單對比

建立道路移動源排放清單過程中需要采集的數(shù)據(jù)較多,各類數(shù)據(jù)的獲取方法也不同,不確定性主要來源于機動車活動水平數(shù)據(jù)缺失以及排放因子的本地化差異.本研究機動車保有量數(shù)據(jù)來自各城市統(tǒng)計年鑒,不確定性較小,但由于我國機動車統(tǒng)計口徑與MOVES模型的車型設定存在差異,車型匹配過程中可能會存在一定的誤差.另外,受限于區(qū)域外流動機動車數(shù)據(jù)的可得性,本研究未考慮關中城市群區(qū)域外注冊車輛的跨域流動帶來的排放,增大了排放清單的不確定性.本研究采用的年均行駛里程數(shù)據(jù)基于現(xiàn)場抽樣調(diào)查獲得,同時部分車型數(shù)據(jù)參考了相關文獻,可能無法精確反映關中城市群內(nèi)機動車年均行駛里程狀況.本研究基于MOVES模型模擬的排放因子綜合考慮了車齡分布、燃油信息、道路類型、平均速度、行駛里程、氣象信息、燃油和發(fā)動機類型等本地化因素,排放因子較為可靠.

表6 關中地區(qū)機動車排放氣態(tài)污染物清單對比(′104t/a)

目前,關于關中城市群道路移動源氣態(tài)污染物排放的研究較少.通過文獻調(diào)研收集總結(jié)了相關學者對關中典型城市機動車常規(guī)氣態(tài)污染物排放清單的研究結(jié)果,如表6所示.從表6可以看出,本研究結(jié)果與王靜晞等[51]、閆東杰等[52]、蘇航等[48]的研究結(jié)果在數(shù)量級上一致,但略有差異,CO和NH3的數(shù)據(jù)一致性較好,NO差異較大,這種差別來自于活動水平設定的不同以及排放因子選取的差異.從活動水平設定上看,本文重點考慮到了NO主要貢獻車型大客車和載貨汽車年均行駛里程對排放造成的影響,通過現(xiàn)場調(diào)查等方式獲取了相對準確的行駛里程數(shù)據(jù).從排放因子選取上看,本文基于輸入?yún)?shù)本地化修正后的MOVES模型模擬的排放因子與王靜晞等通過匯總國內(nèi)的相關研究獲得的排放因子存在著固有差異.

3 結(jié)論

3.1 在對MOVES模型參數(shù)進行關中本地化修正的基礎上,研究了常規(guī)氣態(tài)污染物、非常規(guī)氣態(tài)污染物的排放因子,其中CO排放因子最高,NO和有機污染物排放因子次之,SO2排放因子較低.各車型中中型貨車NO排放因子最高,其次是重型貨車和低速汽車.摩托車有機污染物排放因子最高,其次為中型貨車.將本研究得到的關中地區(qū)機動車CO、HC和NO常規(guī)污染物的排放因子水平與歐洲標準相比整體偏高,非常規(guī)污染物甲醛和苯的排放因子與國內(nèi)同類實驗研究結(jié)果比較一致,乙醛排放因子略低.

3.2 2012年關中城市群道路移動源常規(guī)氣態(tài)污染物排放量CO為45.4萬t,NO為8.19萬t,SO2為0.42萬t,NH3為0.1萬t,主要集中在西安市(占關中城市群的50%).機動車排放非常規(guī)氣態(tài)污染物中有機污染物年排放量NMHC為4.168萬t,典型有機污染物年排放量中甲烷最高,其次是苯,分別為0.123萬t和0.09萬t.

3.3 關中地區(qū)對NO和SO2的年排放量分擔率最高的車型為重型貨車,分別達到33.85%和31.31%;小型客車和摩托車是CO的主要排放源,占總排量的60%以上,小型客車對NH3的排放分擔率達到50.25%.關中地區(qū)有機污染物排放分擔率較高的車型是摩托車和小客車,其對NMHC的排放分擔率分別達到55.21%和17.55%.對甲醛、丙烯醛等醛類物質(zhì)貢獻較大的車型是重型貨車、中型貨車、低速汽車和摩托車,四者貢獻率之和超過75%.

3.4 關中各城市的污染物排放分擔率與城市機動車保有量、機動車活動水平有關,總體呈現(xiàn)出西安最高、銅川最低.

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Vehicle emission characteristics of gaseous pollutants in Guanzhong urban agglomeration.

TAO Shuang-cheng1*, DENG Shun-xi2, HAO Yan-zhao3, GAO Shuo-han1, XIONG Xin-zhu1, KONG Ya-ping1

(1.China Academy of Transportation Sciences, Beijing 100029, China；2.School of Environment Science and Engineering, Chang’an University, Xi’an 710064, China；3.School of Automobile,Chang’an University, Xi’an 710064,China)., 2019,39(2)：542~553

This research calculated the emission factors of conventional and unconventional vehicle-emitted gas pollutants, based on the MOVES model with all parameters corrected and simulated to the situation of Guanzhong urban agglomeration. And the motor vehicle pollutant emission inventoryin 2012 of the research area was established, including the contributions from various motor vehicle types in each part of the area.The results showed that the amounts of conventional vehicle-emitted gas pollutants were 81.9kt, 454k, 1k and 4.2k tons of NOx, CO, NH3and SO2, respectively. While the amounts of unconventional gas pollutants were 41.68kt, 0.57kt, 0.27kt, 0.04kt, 0.12kt, 0.95kt, 1.23kt and 0.04kt of NMHC, formaldehyde, acetaldehyde, propylene aldehyde, 1, 3-butadiene and benzene, CH4and N2O, respectively. In addition, the shares of major vehicle-emitted gas pollutants in this area ranking from highest to lowestwere Xi’an(50%), Weinan (23%), Xianyang (including Yanglin) (12%), Baoji(10%), Tongchuan(5%), respectively. Furthermore, the shares of different types of vehicle varied significantly, among whichthe main source of NOxemission wereheavy trucks and medium trucks withcontributionaround 33.85% and 21.21%, respectively. While heavy trucks contributed the most to the emission of sulfur dioxide (~31.31%) and aldehydes(~30%). Specifically, small-size buses and motorcycles covered the most to the emission of CO, NMHC, 1,3-butadiene, benzene and methane, with 32.86%, 17.55%, 26.64%, 26.45%, 38.85% for the former and 32.64%, 55.21%, 43.29%, 49.04%, 30.97% for the later, respectively. And small-size buses and heavy trucks were the maincontributors to NH3emission with 49.5% and 31.31%, respectively.

vehicleexhaust；gaseous pollutants；emission characteristics；MOVES；Guanzhong urban agglomeration

X511

A

1000-6923(2019)02-0542-12

陶雙成(1981-),男,甘肅白銀人,副研究員,博士,主要研究方向為交通環(huán)境與安全技術.發(fā)表論文10余篇.

2018-07-17

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費項目(20160609, 20180614);國家自然科學基金項目(51478045);陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程項目(2012KTZB03-01-04)

* 責任作者, 副研究員, tsc504@126.com