內(nèi)河航道船舶尾氣快速排放清單研究
——以長(zhǎng)江江蘇段為例

苑 帥，封學(xué)軍，朱逸凡

（河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇 南京 210098）

0 引言

隨著我國(guó)內(nèi)河航道整治工程的不斷推進(jìn)，內(nèi)河航運(yùn)已成為綜合運(yùn)輸體系的重要組成部分。航運(yùn)過程中船舶會(huì)排放大量SO2,NOx,PM,CO 和VOC 等大氣污染物[1]，船舶尾氣排放已成為內(nèi)河區(qū)域的主要空氣污染來源之一。同時(shí)，由于船流密集的內(nèi)河航道往往與人口聚居區(qū)高度重合，污染物排放后經(jīng)擴(kuò)散和風(fēng)力輸送對(duì)區(qū)域氣候、空氣質(zhì)量和人類健康的影響不容忽視[2-3]。

近年來，國(guó)內(nèi)外關(guān)于船舶尾氣排放清單和排放特性等方面的研究成果豐富，有效提高了船舶排放量計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性[4-5]。2009 年，Jalkanen 等[6-10]最先基于AIS，采用STEAM 模型對(duì)波羅的海船舶尾氣排放量加以計(jì)算，然后又對(duì)STEAM模型進(jìn)行了一系列的改進(jìn)和應(yīng)用，增加了對(duì)PM,CO 的計(jì)算和船舶載荷與燃料變化的分析；Goldsworthy 等[11-12]利用路徑再生法獲得了沿海運(yùn)輸中缺失的船舶AIS 軌跡，有效估算了AIS 數(shù)據(jù)缺失區(qū)域的船舶尾氣排放量；楊柳等[13]在調(diào)研得到PM2.5排放因子的基礎(chǔ)上，運(yùn)用大氣污染物擴(kuò)散模型建立“自下而上”的PM2.5估算方法；顧建等[14]結(jié)合AIS 和船舶檔案數(shù)據(jù)庫(kù)信息構(gòu)建了本土化STEAM模型，計(jì)算得到南京龍?zhí)陡劭扛鄞芭欧徘鍐?。可見，將AIS 和船舶數(shù)據(jù)庫(kù)（如勞氏船級(jí)社數(shù)據(jù)庫(kù)）結(jié)合進(jìn)行船舶尾氣排放研究已成為主流研究方法[15-16]。

綜合來看，船舶尾氣排放的研究主要集中在遠(yuǎn)洋航運(yùn)，針對(duì)內(nèi)河航運(yùn)的研究較少，僅有中國(guó)珠三角和長(zhǎng)三角區(qū)域、比利時(shí)和美國(guó)內(nèi)河區(qū)域的相關(guān)研究中包含部分內(nèi)河船舶[2,17-19]。其原因主要有：（1）對(duì)于內(nèi)河船舶排放，缺乏像國(guó)際海事組織這樣的機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)管；（2）由于岸基接受設(shè)施的不足，AIS 經(jīng)常存在數(shù)據(jù)缺失；（3）部分內(nèi)河船舶的AIS 損壞或?yàn)樘颖鼙O(jiān)管被主動(dòng)關(guān)閉導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失；（4）內(nèi)河航道中船型復(fù)雜且船舶靜態(tài)信息存在缺失。此外，AIS 數(shù)據(jù)對(duì)航行信息報(bào)告的時(shí)間間隔短，遠(yuǎn)超計(jì)算所需精度，使得應(yīng)用AIS 數(shù)據(jù)計(jì)算排放清單變得十分復(fù)雜，需要高性能計(jì)算機(jī)和專業(yè)人員。為此，對(duì)于環(huán)保、海事監(jiān)管部門而言，構(gòu)建一種快速簡(jiǎn)便的船舶排放計(jì)算方法顯得迫切而必要。

基于上述研究現(xiàn)狀，本文以長(zhǎng)江江蘇段為例，引入環(huán)境空間插值的思想，選取AIS 數(shù)據(jù)優(yōu)質(zhì)的控制斷面作為離散觀測(cè)點(diǎn)，應(yīng)用AIS 數(shù)據(jù)庫(kù)信息，結(jié)合勞氏船級(jí)社等機(jī)構(gòu)的船舶特征信息，經(jīng)數(shù)據(jù)回歸分析處理后，估算缺失的船舶發(fā)動(dòng)機(jī)功率，采用STEAM模型計(jì)算出各斷面及斷面間進(jìn)出港船舶的排放，利用IDW法建立主要類型船舶的污染物連續(xù)排放模型，得到長(zhǎng)江江蘇段船舶尾氣排放空間分布規(guī)律，以提高內(nèi)河航道船舶尾氣排放計(jì)算的速度和精度，滿足內(nèi)河航運(yùn)污染控制的時(shí)效性和準(zhǔn)確性要求。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域和對(duì)象

長(zhǎng)江江蘇段全長(zhǎng)約300km，西起南京，東至南通，主要匯入支流有京杭大運(yùn)河、泰州引江河、德勝河、錫澄運(yùn)河和瀏河等。2017年長(zhǎng)江江蘇段沿線港口貨物吞吐量達(dá)17.1億t[20]，已成為長(zhǎng)三角地區(qū)貨運(yùn)體系不可或缺的一部分。因此，本文選取長(zhǎng)江江蘇段為例，以2017年為觀測(cè)年，就其散貨船、油輪、集裝箱船、雜貨船和拖輪作為主要研究對(duì)象，測(cè)算各類船舶SO2,NOx,PM10,PM2.5,CO和VOC的排放量。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文所需長(zhǎng)江江蘇段AIS 數(shù)據(jù)由上海國(guó)際航運(yùn)中心和國(guó)家海事局AIS 信息服務(wù)平臺(tái)提供，長(zhǎng)江江蘇段沿線港口船舶進(jìn)出港記錄從江蘇省各地方海事局調(diào)研獲得，基于AIS 數(shù)據(jù)庫(kù)、勞氏船級(jí)社信息庫(kù)和船舶進(jìn)出港記錄獲取船舶數(shù)量、種類、航速、發(fā)動(dòng)機(jī)功率及類型等船舶基礎(chǔ)信息和數(shù)據(jù)。

1.3 控制斷面

控制斷面的選取數(shù)量和位置對(duì)連續(xù)排放模型的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。為此需考慮航道形態(tài)、航道交匯、航道通過能力、港口分布等因素。本研究中，長(zhǎng)江江蘇段控制斷面的選取原則如下：

（1）所選斷面處的AIS信號(hào)清晰、數(shù)據(jù)完整；

（2）控制斷面沿航道盡量平均分布；

（3）其他重要河段匯入處增加控制斷面；

（4）區(qū)域重要港口附近增加控制斷面；

（5）河道發(fā)生較大彎曲處增加控制斷面；

（6）重要跨河建筑物，如橋梁、船閘等處增加控制斷面；

（7）海事部門檢查站附近增加控制斷面；

（8）相鄰港口間增加控制斷面，確保各斷面間最多只有1個(gè)港口。

根據(jù)以上原則，在長(zhǎng)江江蘇段共選取南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋、南京長(zhǎng)江大橋、南京棲霞山長(zhǎng)江大橋、潤(rùn)揚(yáng)大橋、鎮(zhèn)江長(zhǎng)江大橋、泰州大橋、七圩渡口、江陰長(zhǎng)江大橋、通錫高速和蘇通大橋10個(gè)地點(diǎn)的上下游300m 區(qū)間為10 個(gè)控制斷面（分別記為①～⑩），如圖1所示。

圖1 長(zhǎng)江江蘇段控制斷面分布圖

1.4 船舶運(yùn)行工況

船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放量會(huì)隨其運(yùn)行工況的變化而變化，確定不同的運(yùn)行工況是估算船舶尾氣排放的基礎(chǔ)。當(dāng)船舶保持巡航、加速或減速、待泊或靠港等狀態(tài)時(shí),其發(fā)動(dòng)機(jī)將在不同的條件下工作，并以不同的運(yùn)行和油耗方式為船舶提供動(dòng)力。本文通過AIS 數(shù)據(jù)中船舶位置、速度和時(shí)間等信息將內(nèi)河船舶的運(yùn)行工況分為三種：巡航、低負(fù)載/機(jī)動(dòng)操作、停泊/錨泊。運(yùn)行工況的劃分方法及主副機(jī)運(yùn)行狀態(tài)如表1所示。

表1 船舶運(yùn)行工況與主副機(jī)狀態(tài)

當(dāng)船舶速度小于等于1節(jié)時(shí)認(rèn)為其處于停泊/錨泊狀態(tài)，否則認(rèn)為其處于航行狀態(tài)。通過速度變化率（Speed Variation Rate,SVR）來區(qū)分巡航和低負(fù)載/機(jī)動(dòng)操作狀態(tài)，計(jì)算公式為：

式（1）中：SVR 為船舶速度變化率（kn/s）；n為通過某斷面的船舶AIS 數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)；vi表示船舶第i個(gè)AIS點(diǎn)的速度（kn）；ti為船舶第i個(gè)AIS數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。

SVR 反映了控制斷面內(nèi)一艘船舶相鄰AIS 點(diǎn)之間的平均速度變化情況。若船舶處于巡航狀態(tài)，其速度特征會(huì)表現(xiàn)出高瞬時(shí)速度與低SVR。相反，較高的SVR 可能表明船只正在加速或減速，此時(shí)船舶處于低速/機(jī)動(dòng)操作狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于變工況運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載小于20%，需考慮低負(fù)載對(duì)船舶排放的影響。

1.5 船舶污染物排放量計(jì)算方法

1.5.1 船舶交通排放估算模型

根據(jù)STEAM模型計(jì)算航段內(nèi)所有船舶尾氣排放清單。某種污染物的排放量計(jì)算公式為：

式（2）中：i,j,k分別表示污染物種類、發(fā)動(dòng)機(jī)類型和運(yùn)行工況；E為某種污染物的排放量（t）；P為船舶發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率（kW）；LF 為負(fù)載系數(shù)，表示發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下輸出功率的百分比；T為船舶通過斷面的時(shí)間（h）；EF 為污染物排放因子（g·kW-1·h-1）。

其中，船舶負(fù)載系數(shù)LF 按以下公式計(jì)算：

式（3）中：va為船舶實(shí)際運(yùn)行速度（kn）；vmax為船舶設(shè)計(jì)最大速度（kn）。

對(duì)于航行速度信息缺失的船舶，負(fù)載系數(shù)默認(rèn)值如表2所示[21]。

表2 不同運(yùn)行工況下負(fù)載系數(shù)默認(rèn)值

1.5.2 額定功率

船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)功率是計(jì)算船舶排放量的關(guān)鍵信息（內(nèi)河航段不考慮鍋爐），可由AIS和勞氏船級(jí)社的靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得。但是，數(shù)據(jù)庫(kù)中船舶主機(jī)功率的缺失率為32.1%，副機(jī)功率的缺失率為46.7%。缺失的副機(jī)額定功率根據(jù)船舶類型由主副機(jī)功率比例換算得到。針對(duì)主機(jī)功率缺失現(xiàn)象，通過各類型船舶總噸（Gross Tonnage，GT）和船舶功率之間的回歸關(guān)系推測(cè)缺失數(shù)據(jù)[22]，如表3所示。

表3 主機(jī)額定功率與船舶總噸歸回關(guān)系

依據(jù)表3 中發(fā)動(dòng)機(jī)功率回歸公式和船舶數(shù)據(jù)庫(kù)信息得到2017年長(zhǎng)江江蘇段各斷面不同類型船舶的主機(jī)功率平均值，見表4。對(duì)于船舶總噸缺失的船舶，主機(jī)功率采用所在斷面同類型船舶主機(jī)功率平均值作為計(jì)算默認(rèn)值。對(duì)于船舶總噸和船舶類型信息都缺失的船舶，采用所在斷面所有已知船舶主機(jī)功率的平均值作為計(jì)算默認(rèn)值。

表4 長(zhǎng)江江蘇段不同類型船舶主機(jī)平均功率 單位：kW

1.5.3 排放因子

結(jié)合前期研究成果并參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究[14,21,23]，綜合確定長(zhǎng)江江蘇段排放因子，見表5。本地區(qū)典型船舶主機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)為中、低速柴油機(jī)，生產(chǎn)年份為2010—2014年[14]。燃料類型為船用柴油、重質(zhì)燃料油和船用汽油，調(diào)研得到前兩種燃油含硫率分別為1%～2%和3.5%，船用汽油采用文獻(xiàn)推薦值按含硫率0.5%計(jì)算[23]。

1.6 連續(xù)排放模型

斷面間船舶排放可分為兩部分，即進(jìn)出港船舶排放和過境船舶排放。這兩類排放需單獨(dú)計(jì)算，因?yàn)檫^境船舶的運(yùn)行工況簡(jiǎn)單，航行速度相對(duì)穩(wěn)定；靠港船舶由于需要進(jìn)出港、靠泊等操作，其運(yùn)行工況復(fù)雜，船舶速度變化較大。因此，船舶尾氣總排放量的計(jì)算公式為：

表5 主副機(jī)排放因子 單位：g·kW-1·h-1

式（4）中：Esum為長(zhǎng)江江蘇段船舶尾氣總排放量（t）；Ep為進(jìn)出港船舶排放量（t）；Et為過境船舶排放量（t）。

對(duì)于控制斷面間進(jìn)出港船舶的排放情況，由于船舶運(yùn)行工況較為復(fù)雜，本文根據(jù)長(zhǎng)江江蘇段沿線各港口船舶進(jìn)出港記錄和AIS 數(shù)據(jù)，運(yùn)用傳統(tǒng)STEAM法進(jìn)行直接計(jì)算。

對(duì)于斷面間過境船舶尾氣排放，采用環(huán)境空間插值法進(jìn)行計(jì)算。環(huán)境空間插值法是將離散測(cè)量點(diǎn)上的地理要素?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)某種函數(shù)關(guān)系內(nèi)插或外推到整個(gè)地理區(qū)域。其理論假設(shè)是：空間位置上越靠近的點(diǎn)越可能具有相似的特征值[24]。本文選用IDW 法計(jì)算，可以有效避免數(shù)據(jù)過擬合，反映船舶尾氣污染物排放的空間結(jié)構(gòu)特性。對(duì)于內(nèi)河航道，沿河流的流向可看作是線性的，故本文將IDW法降維應(yīng)用。沿內(nèi)河航道順流方向，以距起點(diǎn)的航行距離為自變量x，對(duì)應(yīng)位置的污染物排放量為因變量E，建立基于距離的插值關(guān)系模型，估算控制斷面間污染物排放量，如式（5）～式（6）所示。對(duì)于長(zhǎng)江江蘇段起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，由于監(jiān)測(cè)條件不佳，AIS 數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，采用外推法進(jìn)行估算。

式（5）～式（6）中：x為距離內(nèi)河航道起點(diǎn)的航行距離（km）；E(x)為插值點(diǎn)待估計(jì)的值（t/km）；k為控制斷面編號(hào)；n為控制斷面數(shù)量；Ek為第k個(gè)控制斷面內(nèi)船舶尾氣單位排放量（t/km）；ω為插值點(diǎn)到各控制斷面的距離權(quán)重；p為距離的冪指數(shù)，一般取2。

2 長(zhǎng)江江蘇段船舶排放清單

2.1 斷面排放清單

2017年長(zhǎng)江江蘇段10個(gè)控制斷面船舶排放清單見表6。

表6 2017年各斷面船舶排放清單 單位：t

由表6 可知，各斷面船舶大氣污染物排放特征相似，NOx和SO2的排放量最高。SO2的排放與燃料中的含硫量直接相關(guān)，其排放量較大是因?yàn)榇萌剂系暮蚵瘦^高，達(dá)1%～3.5%，遠(yuǎn)高于2018 年1 月1 日起執(zhí)行的長(zhǎng)三角排放控制區(qū)的相關(guān)要求；NOx的排放則受到船舶所用燃料種類、發(fā)動(dòng)機(jī)效率和負(fù)載等多種因素影響。此外，各控制斷面中不同動(dòng)力設(shè)備對(duì)各類污染物的排放分擔(dān)情況也相似。以排放量較大的斷面⑧為例，如表7 所示，主機(jī)的排放量最大，且主、副機(jī)的排放量存在較大的差異。主機(jī)作為船舶行駛的最主要?jiǎng)恿?，其運(yùn)行功率遠(yuǎn)大于副機(jī)。同時(shí)，船舶在機(jī)動(dòng)行駛階段主機(jī)一直處于負(fù)荷頻繁變化的工作狀態(tài)，而副機(jī)則主要為船舶提供電力，運(yùn)行相對(duì)平穩(wěn)，負(fù)荷基本無變化。主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況的頻繁變化會(huì)使氣缸內(nèi)的燃燒效果變差，導(dǎo)致排氣中的有害物質(zhì)增多，從而使得主機(jī)排放占據(jù)了主要的排放量。

表7 斷面⑧不同動(dòng)力設(shè)備污染物排放量 單位：t

2.2 高排放斷面分析

由于各控制斷面處長(zhǎng)江的寬度不同，斷面總排放量無法準(zhǔn)確反映各斷面排放高低規(guī)律，故本文對(duì)高排放斷面分析采用單位面積污染物的排放量（控制斷面內(nèi)污染物排放量/控制斷面面積）進(jìn)行衡量。2017年長(zhǎng)江江蘇段10個(gè)控制斷面單位面積船舶排放量見圖2。

圖2 各斷面單位面積污染物排放量

由圖2可知，6種污染物排放空間分布規(guī)律基本一致，其中斷面⑤和⑧的排放量較高，NOx單位面積排放量分別高達(dá)413.00g/m2和451.11g/m2；斷面⑩的排放水平最低，單位面積NOx排放量?jī)H為90.90g/m2。斷面⑤位于京杭大運(yùn)河與長(zhǎng)江交匯處，京杭大運(yùn)河上的船舶需要在此處借道長(zhǎng)江航行約15km，導(dǎo)致船舶尾氣排放激增。斷面⑧的單位面積排放量最高，其原因是多方面的：

（1）斷面⑧位于蘇州港（含太倉(cāng)、張家港、常熟港區(qū)）和無錫（江陰）港附近。蘇州港是集裝箱干線口岸和國(guó)家主要口岸，主要承接外貿(mào)集裝箱干線運(yùn)輸和國(guó)內(nèi)貿(mào)易運(yùn)輸，為長(zhǎng)三角地區(qū)的散貨提供中轉(zhuǎn)服務(wù)。江陰港以發(fā)展江海聯(lián)運(yùn)為主，服務(wù)臨港產(chǎn)業(yè)，發(fā)展無錫外向型經(jīng)濟(jì)。這些港口為長(zhǎng)三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了巨大的增長(zhǎng)動(dòng)力，反過來區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展也促進(jìn)了港口的繁榮。斷面⑧恰為船舶進(jìn)出這些港口的必要航道。

（2）在長(zhǎng)江南京以下12.5m 深水航道二期工程完成之前，5 萬噸級(jí)海輪能夠到達(dá)江陰；建成之后，20萬噸級(jí)海輪可乘潮抵達(dá)江陰。大型海船導(dǎo)致尾氣污染加劇。

（3）根據(jù)中國(guó)《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》[25]，長(zhǎng)江分為A、B、C 三級(jí)航區(qū)。南京至江陰長(zhǎng)江大橋?yàn)锽 級(jí)航區(qū)，江陰長(zhǎng)江大橋至上海吳淞口為A級(jí)航區(qū)。江陰長(zhǎng)江大橋下游對(duì)內(nèi)河船舶的航行要求提高，低等級(jí)內(nèi)河船舶無法繼續(xù)航行。因此，江陰段成為內(nèi)河船舶與海船最密集的交匯處，形成了江蘇省航運(yùn)核心區(qū)域。

2.3 連續(xù)排放模型

2.3.1 斷面間進(jìn)出港船舶排放

首先計(jì)算長(zhǎng)江江蘇段各港口的船舶排放量。2017 年長(zhǎng)江江蘇段沿線港口?？看氨壤鐖D3所示。海船以張家港港區(qū)最多，全年共有29 374艘次，揚(yáng)州港和常熟港區(qū)較少。對(duì)于內(nèi)河船舶來說，南京港最多，全年進(jìn)出港353 684 艘次，常州港和常熟港區(qū)的數(shù)量最少。

圖3 長(zhǎng)江江蘇段進(jìn)出各港口船舶比例

用STEAM 模型計(jì)算得到10 個(gè)港口或港區(qū)（南京、鎮(zhèn)江、江陰、揚(yáng)州、泰州、常州、南通、張家港、常熟和太倉(cāng)）進(jìn)出港船舶尾氣排放情況，如表8 所示。同時(shí)給出各港口或港區(qū)船舶尾氣排放分擔(dān)率，如圖4所示。

表8 斷面間進(jìn)出港船舶排放量 單位：t

圖4 各港口進(jìn)出港船舶尾氣污染物排放分擔(dān)率

從圖4 可以看出，張家港港區(qū)內(nèi)船舶大氣污染物排放量最高，南京港次之，常州港、常熟港區(qū)及揚(yáng)州港的船舶大氣污染物排放量較小。

2.3.2 斷面間過境船舶排放

沿長(zhǎng)江順流方向，以南京段（31°46′52.8"N 118°29′26.5"E）作為起點(diǎn)，瀏河（31°32′07.5"N 121°20′41.7"E）作為終點(diǎn)，干線總里程為369.3km?；贗DW法利用MATLAB計(jì)算得到過境船舶排放量，結(jié)果如圖5 所示?？芍?，過境船舶排放的SO2,NOx,PM10,PM2.5,CO 和VOC分別為4.70 萬t,17.87萬t,1.17t,0.90t,0.85萬t和0.41萬t。

圖5 長(zhǎng)江江蘇段過境船舶排放連續(xù)分布插值曲線

各污染物的排放特征與空間分布特征仍然相似。在江陰長(zhǎng)江大橋附近達(dá)到排放的最高值區(qū)域，在鎮(zhèn)江附近達(dá)到次高峰，其原因在2.2 節(jié)中已進(jìn)行說明。江陰長(zhǎng)江大橋之后船舶尾氣排放不斷減少的原因有兩個(gè)：（1）江陰長(zhǎng)江大橋下游由于航區(qū)等級(jí)的提升，低通航等級(jí)的內(nèi)河船舶此處禁止通航；（2）在2017 年長(zhǎng)江南京以下12.5m 深水航道二期工程未建成通航，僅5 萬噸級(jí)海輪能從長(zhǎng)江口航行至江陰長(zhǎng)江大橋。需要注意的是，該排放特征是區(qū)域內(nèi)所有船舶共同排放的結(jié)果，表征了長(zhǎng)江江蘇段船舶尾氣排放的總體規(guī)律。

2.3.3 長(zhǎng)江江蘇段船舶尾氣總排放量

綜合進(jìn)出港船舶和過境船舶的尾氣排放量，可得2017 年長(zhǎng)江江蘇段整體船舶尾氣排放清單，結(jié)果如圖6 所示。船舶排放的SO2,NOx,PM10,PM2.5,CO和VOC分別為5.53萬t,19.21萬t,1.25萬t,0.95萬t,0.98萬t和0.45萬t。長(zhǎng)江江蘇段中超過85%的污染物由過境船舶排放。對(duì)過境船舶，發(fā)動(dòng)機(jī)基本為巡航工況，在控制段面之間長(zhǎng)時(shí)間處于大功率運(yùn)行狀態(tài)。船舶進(jìn)出港口時(shí)處于低負(fù)荷/操縱模式下，船舶進(jìn)行的所有活動(dòng)均不超過主機(jī)最大功率的20%。船舶錨泊或靠泊時(shí)，副機(jī)用于產(chǎn)生船舶的用電，排放均來自副機(jī)。

圖6 2017年長(zhǎng)江江蘇段船舶尾氣總排放量

2.4 準(zhǔn)確性分析

為探究模型結(jié)果的準(zhǔn)確性，將其與傳統(tǒng)STEAM 模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。利用2017 年長(zhǎng)江江蘇段全部AIS 數(shù)據(jù)及船舶進(jìn)出港數(shù)據(jù)，計(jì)算得到船舶尾氣排放總量[26]，如表9所示。

表9 不同方法對(duì)長(zhǎng)江江蘇段船舶尾氣排放計(jì)算結(jié)果

由表9可知，本模型計(jì)算值與傳統(tǒng)STEAM相比，偏差在-20.93%～-1.77%之間，其中NOx排放量的偏差最大，比傳統(tǒng)法低20.93%；CO 的擬合精度最好，比傳統(tǒng)法低1.77%。不過相比傳統(tǒng)方法，本文所提插值法連續(xù)排放模型更加簡(jiǎn)單、快速。2017 年長(zhǎng)江江蘇段的原始AIS 數(shù)據(jù)為332.59GB，連續(xù)排放模型所需數(shù)據(jù)量?jī)H為62.10MB，大幅減少了計(jì)算所需的數(shù)據(jù)量?？傮w來看，本文所建連續(xù)排放模型在保證80%精度的基礎(chǔ)上，能大幅減少計(jì)算數(shù)據(jù)量，顯著縮短計(jì)算時(shí)間，有助于環(huán)保監(jiān)管部門對(duì)內(nèi)河航道船舶尾氣排放進(jìn)行高效核算。

3 結(jié)語

本文利用內(nèi)河航道中控制段面的高質(zhì)量AIS數(shù)據(jù)，輔以船舶進(jìn)出港記錄，舍棄其他航段大量低質(zhì)量AIS 數(shù)據(jù)，將STEAM 模型與IDW 法相結(jié)合，建立了內(nèi)河航道船舶尾氣連續(xù)排放模型，其有效性經(jīng)長(zhǎng)江江蘇段案例結(jié)果得以證明。結(jié)果表明IDW法對(duì)節(jié)省計(jì)算量求得內(nèi)河航道船舶尾氣排放量有較好的優(yōu)化效果。同時(shí)，本文所建連續(xù)排放模型也可以自然地將內(nèi)河航道分為多個(gè)航段，便于環(huán)境保護(hù)部門對(duì)污染嚴(yán)重的航段進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理。需要說明的是，本文沒有考慮影響內(nèi)河航道船舶尾氣排放的外界因素，如風(fēng)、浪和減排措施等。因此，未來可更全面地考慮影響船舶尾氣排放的相關(guān)因素，進(jìn)一步提高連續(xù)排放模型的精度。