基于MOVES的高速公路機(jī)動(dòng)車(chē)排放清單研究

摘要：基于昆明市高速公路交通流量數(shù)據(jù)，應(yīng)用MOVES模型計(jì)算昆明市高速公路機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放因子，為驗(yàn)證MOVES模型本地化后模擬值的準(zhǔn)確性，對(duì)比修正了國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)的小型汽油客車(chē)在MOVES模型與PEMS實(shí)測(cè)中獲得的排放因子，并利用ArcGIS技術(shù)建立了昆明市2021年1 km×1 km高分辨率的網(wǎng)格化排放清單。結(jié)果表明：2021年昆明市高速公路機(jī)動(dòng)車(chē)CO、VOCS、NOX、PM10、NH3和SO2排放總量分別為19 3002 t、2079 t、2 5023 t和1116 t；污染物總量占比最大的車(chē)型是小型客車(chē)，CO、VOCS、SO2和NH3的主要排放貢獻(xiàn)源是小型客車(chē)，大型客車(chē)是NOX和PM10的主要排放源；在空間分布上，污染物分布以昆明市為中心向四周擴(kuò)散，離昆明市越遠(yuǎn)的地方，污染物排放分擔(dān)率越小。

關(guān)鍵詞：MOVES模型；PEMS；高速公路；機(jī)動(dòng)車(chē)污染；排放清單；空間分布

中圖分類(lèi)號(hào)：U4613" 收稿日期：2024-11-11

DOI：1019999/jcnki1004-0226202502016

1 前言

近年來(lái)，隨著我國(guó)高速公路網(wǎng)日趨完善和通行量逐年增長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放帶來(lái)的大氣環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，已成為高速公路大氣環(huán)境的主要關(guān)注點(diǎn)，其尾氣排放中含有多種污染物成分，是引起光化學(xué)煙霧、溫室效應(yīng)、臭氧層破壞和酸雨的風(fēng)險(xiǎn)因素，對(duì)人類(lèi)和動(dòng)植物產(chǎn)生巨大的危害[1]。因此，控制高速公路機(jī)動(dòng)車(chē)污染排放，加強(qiáng)移動(dòng)源污染治理，對(duì)改善大氣環(huán)境具有重要意義。

建立機(jī)動(dòng)車(chē)排放清單是探究污染物排放特征和考察演變規(guī)律的有效途徑。目前，大量學(xué)者針對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)污染排放清單開(kāi)展了研究。吳雨漣等[2]基于機(jī)動(dòng)車(chē)保有量和活動(dòng)水平等數(shù)據(jù)建立了蘇州城市尺度的機(jī)動(dòng)車(chē)排放清單。陸雅靜等[3]基于交通量計(jì)算2017年河北省國(guó)道和省道機(jī)動(dòng)車(chē)大氣污染物排放清單。國(guó)外學(xué)者M(jìn)aes等[4]建立了弗洛里亞諾波利斯高速公路機(jī)動(dòng)車(chē)的排放清單。高速公路出行需求的迅速增長(zhǎng)，導(dǎo)致高速公路交通擁堵，產(chǎn)生了大量的尾氣排放。國(guó)內(nèi)高速公路排放清單研究主要針對(duì)福建[5]、北京[6]和廣東[7]等平原地區(qū)和發(fā)達(dá)省份，對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低的西南高原地區(qū)鮮有涉及。

昆明市地處西南地區(qū)、云貴高原中部，平均海拔1 891m，空氣稀薄會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，導(dǎo)致某些污染物的排放量上升，特別是CO和HC的排放相對(duì)較高，昆明地形多山，易形成局部氣流，限制污染物的擴(kuò)散。同時(shí)作為云南省省會(huì)城市，昆明人口密集，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量大。昆明已逐步推廣國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛，這些車(chē)輛的排放因子較低，但仍有部分老舊車(chē)輛運(yùn)行，對(duì)整體排放水平產(chǎn)生一定影響[8]。目前昆明市本地化的機(jī)動(dòng)車(chē)排放清單及特征的深入研究較少，無(wú)法全面詳細(xì)地了解昆明市機(jī)動(dòng)車(chē)的排放特征，亟需建立高速公路排放清單支撐本市機(jī)動(dòng)車(chē)減排工作。

本文基于昆明市2021年高速公路交通流量數(shù)據(jù)，本地化修正MOVES（Motor Vehicle Emission Simulator）模型參數(shù)；為提高M(jìn)OVES模型參數(shù)本地化的精準(zhǔn)度，以車(chē)載測(cè)試（Portable Emission Measurement Systems，PEMS）對(duì)MOVES模型中國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)的小型汽油客車(chē)部分污染物排放因子進(jìn)行準(zhǔn)確度驗(yàn)證；建立昆明市高速公路污染物排放清單；利用ArcGIS軟件進(jìn)一步探究機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放的空間變化特征。以期為交通污染減排和防治提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究數(shù)據(jù)及方法

2.1 研究數(shù)據(jù)

本文獲取了昆明市2021年的高速公路收費(fèi)流水?dāng)?shù)據(jù)，包含出入口發(fā)卡時(shí)間、路段名稱(chēng)、分客車(chē)和貨車(chē)的日均車(chē)流量信息等。將高速公路收費(fèi)流水?dāng)?shù)據(jù)里的所有車(chē)型與MOVES中各種車(chē)型進(jìn)行匹配，客車(chē)劃分為小型、中型、大型客車(chē)，貨車(chē)劃分為輕型、中型、重型貨車(chē)。將每日不同車(chē)輛類(lèi)型的車(chē)流量進(jìn)行求和，得到6種不同車(chē)輛類(lèi)型的年交通流量分布，如圖1所示。根據(jù)車(chē)輛的排放標(biāo)準(zhǔn)劃分為國(guó)二、國(guó)三、國(guó)四、國(guó)五和國(guó)六車(chē)型，利用機(jī)動(dòng)車(chē)生存曲線法來(lái)估算各類(lèi)車(chē)型不同排放標(biāo)準(zhǔn)占比，根據(jù)每年各類(lèi)車(chē)型新注冊(cè)的機(jī)動(dòng)車(chē)量、機(jī)動(dòng)車(chē)存活率及各類(lèi)機(jī)動(dòng)車(chē)實(shí)施不同排放標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間計(jì)算不同排放標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)動(dòng)車(chē)構(gòu)成比例，得到2021年昆明市高速公路通行客車(chē)的車(chē)齡分布，如圖2所示。

2.2 研究方法

污染物的排放量根據(jù)交通流量、排放因子、道路長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，計(jì)算公式如下：

式中，[Em]為m污染物的年排放總量，t；j為燃料類(lèi)型（汽油、柴油）；P為交通量，輛；EF為排放因子，g/km；L為道路長(zhǎng)度，km。

本地化修正MOVES模型的交通狀況、燃油信息、車(chē)齡、氣象等要素，根據(jù)中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)，得到2021年昆明市每月平均氣溫和相對(duì)濕度。根據(jù)《中國(guó)移動(dòng)源環(huán)境管理年報(bào)2021》、GB 19147—2016《車(chē)用柴油》、GB 17930—2016《車(chē)用汽油》數(shù)據(jù)，輸入燃油信息。利用機(jī)動(dòng)車(chē)生存曲線法來(lái)估算各類(lèi)車(chē)型不同排放標(biāo)準(zhǔn)占比，基于《昆明市統(tǒng)計(jì)年鑒》中2006—2021年不同車(chē)輛類(lèi)型的新車(chē)注冊(cè)量數(shù)據(jù)及各類(lèi)機(jī)動(dòng)車(chē)實(shí)施不同排放標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間，得到不同排放標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)動(dòng)車(chē)構(gòu)成比例。

3 排放因子驗(yàn)證

為提高M(jìn)OVES模型參數(shù)本地化的精準(zhǔn)度，使用便攜式尾氣測(cè)量系統(tǒng)（PEMS）開(kāi)展了實(shí)際道路車(chē)載測(cè)試。我國(guó)生態(tài)環(huán)境部頒布了《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》（GB 183526—2016），在2020年7月1日實(shí)施，國(guó)六輕型車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確地評(píng)估車(chē)輛在實(shí)際駕駛中的排放特性，小型汽油客車(chē)是昆明市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的主體，因此實(shí)驗(yàn)車(chē)輛選擇了11輛國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)的小型汽油客車(chē)。采用Horiba-OBS ONE測(cè)試設(shè)備，實(shí)際道路測(cè)試路線為昆明市嵩明縣的高速公路。對(duì)排放量較大的CO、NOx進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，獲取實(shí)時(shí)排放數(shù)據(jù)和行駛工況數(shù)據(jù)，計(jì)算得到11輛國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)的小型汽油客車(chē)CO、NOx排放因子均值。

為驗(yàn)證MOVES模型本地化后模擬值的準(zhǔn)確性，對(duì)比修正了國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)的小型汽油客車(chē)在MOVES模型與PEMS實(shí)測(cè)中獲得的排放因子，如表1所示。修正系數(shù)α值在05～15的區(qū)間，模型模擬值與實(shí)測(cè)值相近，說(shuō)明本研究采用MOVES模型本地化后估算的排放因子具有較好的準(zhǔn)確性[9]。

4 結(jié)果與討論

41 不同污染物的排放清單

根據(jù)對(duì)比修正后的不同類(lèi)型機(jī)動(dòng)車(chē)的排放因子，結(jié)合各類(lèi)車(chē)型的交通流量和昆明市高速公路路段長(zhǎng)度，代入式（1），計(jì)算得到各種污染的排放清單，如表2所示。全部車(chē)型的CO、VOCS、NOX、PM10、NH3和SO2排放總量分別為19 3002 t、2079 t、2 5023 t、1230 t、2013 t、240 t。污染物總量占比最大的車(chē)型是小型客車(chē)，CO、VOCS、SO2和NH3的主要排放貢獻(xiàn)源是小型客車(chē)，這是由于小型客車(chē)是車(chē)流量構(gòu)成的主體，導(dǎo)致CO、VOCS、SO2和NH3的排放量大，而且小客車(chē)的汽油機(jī)相比柴油機(jī)工作效率較低，更易導(dǎo)致燃料不完全燃燒。大型客車(chē)是NOx和PM10的主要排放源，隨著昆明市旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展，大型旅游客車(chē)的NOx和PM25排放不容小覷。

42 污染物空間分布特征

基于排放清單結(jié)果，應(yīng)用ArcGIS軟件，將昆明市按1 km×1 km的高分辨率網(wǎng)格化[9]。昆明市高速公路機(jī)動(dòng)車(chē)污染物年排放量的空間分布見(jiàn)圖3。昆明市機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放的最高值位于主城區(qū)里京昆高速與繞城高速交匯處，由于高速公路交匯處多為運(yùn)輸樞紐，導(dǎo)致各段高速公路交匯處的污染物排放量比正常路段高。污染物分布以昆明市為中心城區(qū)向四周擴(kuò)散，離昆明市越遠(yuǎn)的地方，污染物排放分擔(dān)率越小。

5 結(jié)語(yǔ)

a.2021年昆明市高速公路機(jī)動(dòng)車(chē)CO、VOCS、NOX、PM10、NH3和SO2排放總量分別為19 3002 t、2079 t、2 5023 t和1116 t。

b.污染物總量占比最大的車(chē)型是小型客車(chē)，CO、VOCS、SO2和NH3的主要排放貢獻(xiàn)源是小型客車(chē)，大型客車(chē)是NOX和PM10的主要排放源。

c.根據(jù)昆明市高速公路路網(wǎng)分布和ArcGIS信息對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放總量進(jìn)行了空間分配。昆明市機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放的最高值位于主城區(qū)里京昆高速與繞城高速交匯處。高排放區(qū)域主要分布在人口密集的主城區(qū)，而遠(yuǎn)離昆明市主城區(qū)的排放量相對(duì)較低。合理管控主城區(qū)大型、小型客車(chē)通行量，對(duì)控制昆明市機(jī)動(dòng)車(chē)排放具有重要意義。

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作者簡(jiǎn)介：

畢禹，女，1997年生，研究生在讀，研究方向?yàn)槠?chē)區(qū)域排放。