大型車不同混入率對(duì)汽車尾氣擴(kuò)散規(guī)律的影響

周鵬宇

摘要：汽車在行駛過(guò)程中，必然會(huì)產(chǎn)生尾氣的排放。而在排放的尾氣中則有許多污染物能夠?qū)Νh(huán)境造成極大的破壞。伴隨著縣鄉(xiāng)車輛的增長(zhǎng)以及公路修建的增多，隨之而來(lái)的則是汽車尾氣排放所造成污染物的極速增加，從而導(dǎo)致汽車尾氣排放所造成的污染大量增長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)車排放污染逐漸成為影響環(huán)境污染的最大因素。本文以海安市S353部分路段為例，分析大型車不同混入率對(duì)公路尾氣擴(kuò)散的影響。

關(guān)鍵詞：汽車尾氣;高斯擴(kuò)散模型;一氧化碳;線源

Abstract： In the process of driving， the vehicle will inevitably produce exhaust emissions. However， many pollutants in the exhaust gas can cause great damage to the environment. With the growth of vehicles and the increase of road construction in counties and villages， the following is the rapid increase of pollutants caused by vehicle exhaust emissions， which leads to a large increase of pollution caused by vehicle exhaust emissions. Vehicle emission pollution has gradually become the biggest factor affecting environmental pollution. In this paper， the influence of different mixing rate of large vehicles on the diffusion of highway exhaust gas is analyzed by taking part of S353 road in Hai'an city as an example.

0? 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，不單單只有城市發(fā)展迅速，許多縣鄉(xiāng)的發(fā)展也令人矚目。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，車輛數(shù)量的增長(zhǎng)也十分迅猛，并且我國(guó)的公路建設(shè)取得的成就也令人矚目。汽車在行駛過(guò)程中，排放的尾氣有許多污染物能夠?qū)Νh(huán)境造成極大的破壞。伴隨著縣鄉(xiāng)車輛的增長(zhǎng)以及公路修建的增多，隨之而來(lái)的則是汽車尾氣排放所造成污染物的極速增加。從以前的小路少車變成現(xiàn)在的大路多車，汽車尾氣排放所造成的污染幾乎呈現(xiàn)幾何倍的增長(zhǎng)。以前的空氣污染主要是工業(yè)企業(yè)的排放和機(jī)動(dòng)車排放造成的，但伴隨著技術(shù)的進(jìn)步以及能源結(jié)構(gòu)的變化，固定源排放得到有效控制，而機(jī)動(dòng)車排放污染逐漸成為影響環(huán)境污染的最大因素。

1? 高斯擴(kuò)散模型

1.1 高斯擴(kuò)散模型簡(jiǎn)介

氣體在大氣中擴(kuò)散，當(dāng)氣體密度與空氣密度相近時(shí)，浮力上升和重力下沉作用一般可以忽略不計(jì)，氣體的擴(kuò)散主要是由空氣湍流決定，在假設(shè)均勻湍流場(chǎng)條件下，氣體的擴(kuò)散濃度分布呈高斯分布，稱之為高斯擴(kuò)散[1]。

1.2 高斯線源模型計(jì)算方式

線源即污染源呈現(xiàn)線性分布，比較常見(jiàn)的線源主要有街道以及公路等。線源的高斯擴(kuò)散公式是由點(diǎn)源的高斯公式經(jīng)過(guò)線性積分所得，也就是可以把線源的擴(kuò)散濃度看作是無(wú)數(shù)個(gè)點(diǎn)源的累加。假設(shè)線源的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，線源距離地面的高度為H線源的高斯擴(kuò)散公式為：

2? 公路車流量車速模型[2]

在公路網(wǎng)絡(luò)的交通分析中，車流量與車速模型十分重要，它是預(yù)測(cè)路段平均速度與所需通過(guò)平均時(shí)間的重要手段。在本文的分析中，車流量可以通過(guò)人工測(cè)定法來(lái)進(jìn)行總結(jié)，而車速因?yàn)闂l件不足，無(wú)法直接測(cè)定。而車速在汽車尾氣擴(kuò)散中直接影響到了該類車型的排放因子，因此本文在此處引進(jìn)了車流量-車速模型來(lái)通過(guò)車流量來(lái)求得該路段的平均車速。

2.1 車流量車速理論模型

在連續(xù)的交通流當(dāng)中，車速U、密度K以及車流量V存在著交通流三參數(shù)關(guān)系，即V=UK，通常假設(shè)密度K于車流量V呈線性關(guān)系。

2.2 車流量車速實(shí)用模型

理論模型只是一個(gè)基礎(chǔ)假設(shè)，而在實(shí)際情況中，由于道路存在通行能力的上限，理論模型并不能夠直接應(yīng)用于實(shí)際的應(yīng)用中去。因此本文在此引入了車流量-車速實(shí)用模型，即

由表1可見(jiàn)，α2，α3變化并不大，為方便計(jì)算，α2可直接取1.88，α3取4.90（高速公路，一級(jí)公路）或7.00（二級(jí)公路）。

α1代表的是交通流的實(shí)際自由流車速與道路設(shè)計(jì)車速之比。α1與道路等級(jí)（道路設(shè)計(jì)車速高低）以及大型車比例有關(guān)。在一般情況下，由于司機(jī)的駕駛習(xí)慣以及車輛的性能高低，當(dāng)設(shè)計(jì)車速大于實(shí)際習(xí)慣車速時(shí)（高等級(jí)公路），自由流車速往往會(huì)低于設(shè)計(jì)車速，而當(dāng)設(shè)計(jì)車速低于實(shí)際習(xí)慣車速時(shí)（低等級(jí)公路），自由流車速卻往往會(huì)高于設(shè)計(jì)車速。

α1同樣也受大型車混入率的影響，表1中α1的取值是在我國(guó)通常大型車混入率（大型車占45%，小型車占55%）下的取值，根據(jù)實(shí)際大型車混入率情況的不同，α1的取值也可以受改變，一般取值方式為，當(dāng)小型車混入率增加或者減少10%時(shí)，α1的取值增加或減少1%。

3? 以海安市S353省道部分路段為例測(cè)定擴(kuò)散規(guī)律

3.1 海安市地理氣候環(huán)境基本概況

海安市為江蘇省縣級(jí)市，地處江蘇省中南部，位于南通、鹽城、泰州三大市交界處。市境西寬東窄，輪廓似一把鑰匙[3]。

海安市地處中緯度黃海之濱，北亞熱帶的北側(cè)，受季風(fēng)氣候影響，氣候溫和，雨水充沛，日照充足，四季分明。春季（3-5月）：天氣多變，時(shí)晴時(shí)雨，乍暖乍寒，較不穩(wěn)定。夏季（6-8月）：天氣炎熱、降水集中，是臺(tái)風(fēng)、暴雨多發(fā)的季節(jié)。初夏，冷暖空氣在江淮地區(qū)交會(huì)，海安出現(xiàn)連續(xù)陰雨、溫度低、濕度大的梅雨天氣;盛夏受暖濕氣團(tuán)控制，氣溫高，降水少，容易出現(xiàn)伏旱天氣。秋季（9-11月）：天氣穩(wěn)定，陽(yáng)光充足，常出現(xiàn)秋高氣爽的天氣，少數(shù)年份會(huì)出現(xiàn)秋季連陰雨，對(duì)秋收不利。冬季（12月至翌年2月）：冷空氣活動(dòng)頻繁，天氣寒冷，空氣干燥。常年主導(dǎo)風(fēng)向東南風(fēng)、東風(fēng)，春夏季多東南風(fēng)，秋季多東北風(fēng)到風(fēng)東風(fēng)，冬季多西北風(fēng)、北風(fēng)、東北風(fēng)。