成都市交通環境容量研究

李 清

（四川科技職工大學，四川 成都610031)

0 引言

目前，我國大中城市機動車尾氣污染問題日趨嚴重，人們對機動車污染問題的反應也開始日益強烈。就成都市而言，隨著城市經濟的飛速發展，近年來，成都市汽車擁有量以驚人的速度增長，年均增長率達17.3%，機動車尾氣污染問題愈來愈凸顯出來。本文從探討交通環境容量的主要影響因素出發，分析了成都市的主要車型及排放強度，并且對成都路段的環境交通容量進行分析，建立交通環境容量模型，對成都市實現綠色交通具有一定的理論和現實意義。

1 交通環境容量

1.1 交通環境容量定義

交通環境容量[1]（Traffic Environment Capacity，TEC）是指在人類生存、生態環境和資源利用不致受害的前提下，某一交通環境所能容納交通系統排放污染物的最大負荷量或其利用環境資源的最大使用量。它可以劃分為兩類：

a）交通環境污染容量 指環境對交通系統排放的污染物，如CO、CH和NOX等的最大負荷量；

b）交通環境資源容量 指環境提供給交通系統的環境資源，如土地、石油等的最大使用量。

TEC是環境容量ν的一部分，可以表達為：

式中，λ為交通環境容量在環境容量中所占的比重系數。

1.2 交通環境容量主要影響因素

交通環境容量（TEC）是一個總量特征值，它受以下因素的制約[1]：

a）交通系統所在的社會環境特征 如城市的功能劃分、產業結構和交通需求等；

b）交通系統所在的自然環境特征 如氣候、水文、植被狀況和自然環境本地值等；

c）交通系統所在環境的質量目標 如環境空氣質量標準等。

2 污染因子的確定

2.1 機動車影響環境的主要因素

機動車已成為許多城市的重要污染源，它產生的尾氣、噪聲對城市環境有著顯著的負效應。首先，噪聲污染會損壞人類的聽覺，影響生理健康，它可通過交通管制加以控制。其次，水環境受間接影響較重。但表現最為突出和直接的影響是大氣環境，因此，交通環境污染容量主要指環境對交通系統排放的污染物，如CO、CH、NOx等的最大負荷量。

2.2 機動車的排放特性

機動車尾氣由三部分組成：通過排氣管排出的內燃機廢氣，約占尾氣含量的60%；曲軸箱泄漏氣體，約占20%；汽化器中蒸發出的氣體，約占20%。機動車尾氣所含的成份有120～200種化合物，但主要的是一氧化碳、氮氧化合物、碳氫化合物和鉛。

2.2.1 一氧化碳（CO）

低空的CO主要來源是機動車尾氣。當機動車低速加速時，CO排放量明顯增加，而高速勻速時，產生CO的量卻很少。

2.2.2 氮氧化合物（NOx）

機動車尾氣中的氮氧化合物主要是汽油和柴油燃燒過程中，進入燃燒裝置的氧氣和氮氣化合而成。當機動車高速加速時，產生的NOx較多，其原因在于高速加速時發動機燃燒溫度高，創造了有利于NO的生成條件。

2.2.3 碳氫化合物（HC）

當機動車低速加速或高速減速時，產生的碳氫化合物較多。前者是由于在加速時混合氣過濃造成的燃燒惡化和速度較低共同作用的結果。而后者則主要是由于在高速剎車時的發動機瞬時熄火和此時較小的燃油消耗作用的結果。

2.2.4 顆粒物污染物

城市車輛大多以小型車為主，小型車的主要燃料以汽油為主，故顆粒污染物主要為揚塵。其污染量的大小只和機動車數量及其平均行駛速度有關。

2.3 污染氣體的選定

根據有關資料相關性統計，城區大氣中的NO的濃度與機動車保有量呈明顯正相關。美國國家環保局對大量機動車的測試結果表明，機動車運行速度對污染物排放影響很大，在低速段（速度小于30km·h－1），CO與HC排放因子隨速度的增加呈負指數下降，但速度對NOx排放的影響相對較小。在成都市區，機動車數量較多，目前以小型車為主，小型車行駛速度較低，但速度變化較大，故選NOx因子作環境交通量的預測因子，可提高其準確性。

3 成都市機動車污染分擔率

3.1 成都市主要車型分類與排放強度和濃度

機動車排污隨機動車的排氣量大小而變化，排量大時，排放的污染物就多。因此在確定環境容量模式之前，首先應根據城都市機動車的排氣量或耗油量大小，將所有機動車數量折合成標準車型，這樣就可根據標準車型的數量計算出相應的各類車型[2]。

各種車型的排放因子設為E=（e1，e2，…，en），所有機動車尾氣平均源強的計算公式為：

式中，Q為機動車尾氣平均源強（g/km·h-1）；N為道路機動車類型總數；E為排放因子；N為i類型機動車的車流量（veh·h-1）；ei為i類型機動車尾氣中的綜合排放因子（gk·m-1）。

設機動車總量（在用車）為N總，i類型車占機動車總量的權重概率為Pi，則第i種車數量Ni＝N總·Pi，即式（3）變為：

式（4）中，Q的單位為mg/（m·s-1）。就成都市而言，現已有機動車約160萬輛，選取成都市成華區域進行統計，Pi值統計調查表以及各種車的氮氧化物排放因子ei如表1所示。

表1 Pi值統計調查表

將上值代入式（4），可得Q＝3026.7111（mg/（m·s-1））。

3.2 成都市汽車污染分擔率的確定

根據成都市環保局公布的2006年成都市各季度環境空氣質量通報，二氧化物的季日均值如表2所示。

表2 2006年成都市各季度二氧化物的季日均值通報

則成都市城區二氧化氮濃度日均值為：

式中，Pi表示第i季度的NOx日均值；N表示季度數。

將表2中數據代入上式可得：C=0.485（mg/m3）。

成都市氮氧化物是由多種污染源組成的，這些污染源除化工廠外，主要是由燃料氮引起的；其次為汽車尾氣。因此，令城市N0X污染物濃度C＝Cb＋ΔC，而Cb是城市的其他污染源引起的。

根據不同城市汽車尾氣的擴散模式[3]，可確定ΔC為：

式中，f（u，x，z，w）函數可根據城市的地理位置、氣候環境，通過環境保護組織的監測確定；k為取決于街谷尺度的經驗常數，不同城市其取值不同；u為樓頂風速（m/s）；x，z分別為監測點距車道中心線的距離和距地面的高度（m）；w為街谷寬度（m）。

令該污染物中，汽車尾氣對其的貢獻度為β，城市的監測濃度為C，則有：

式中，β為貢獻率，目前可根據各城市的主要燃料情況和經驗確定。根據成都的實際情況，經調查得β＝0.22。

3.3 成都市交通環境污染容量模型的建立

環境交通容量模式為[2]：

式中，P為機動車污染因子的分擔率；C為污染因子環境限制濃度，mg·m-3。考慮其出車率R，則環境交通容量Et[2]為：

式中，u為樓頂風速；k為街谷經驗數；x，z分別為監測點距車道中心線的距離和距地面的高度（m）；w為街谷寬度（m）。

將以上數據代入，可得：

在理想情況下，交通容量T可表示為[2]：

式中，T為交通容量；M為城區道路網面積（m2）；E為機動車道面積占道路網面積比例；B為機動車道上車的密度；R為出車率；r為交通管制的折減系數。

三環路內是成都市交通網絡中心區域，城區道路網面積40098000（m2）；車行道占道路網面積比例為70%，其中B＝0.025，R＝10%，r＝0.4。

將以上數據代入上式，得：

成都市交通環境資源容量是以城市的客觀（基礎）條件為依據，即以道路寬度、密度、車速、平均行車時間為依據，而城市交通環境污染容量是以城市的環境因子和汽車尾氣的排放因子確定的。它們均從兩個側而反映了機動車數量與客觀（基礎）條件和動態（環境）條件的關系。但作為機動車交通環境容量則必須反映其綜合條件而確定。代入相關數據，則成都市交通環境資源容量Te＝min（T，Et）=T≈246860（輛）

4 結語

成都市三環內路網面積基本已經達到飽和狀態，隨著成都市各種改建、擴建項目進行，成都市路網已經開始向三環路外拓展，雖然目前地域環境尚不足以制約路網面積的持續增加，但到了一定程度時環境就會成為制約因素，就必須對汽車尾氣排放進行控制以達到發展與環境雙贏。本文從探討交通環境容量的主要影響因素出發，特別是對機動車尾氣排放污染物的分析，確定了能反映機動車數量的污染因子NOx，分析了成都市的主要車型及排放強度，并且對成都路段的環境交通容量進行計算，建立了成都市交通環境容量模型，為成都市環境質量保證及路網面積的發展的控制起到一定的參考作用。

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