城市機動車尾氣污染排放開題報告

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一、立論依據

隨著社會的進步，經濟的發展，全球機動車數量持續增加,機動車尾氣造成的環境污染日益嚴重。在國內外許多大城市中，機動車尾氣污染排放分擔率相當高。以CO為例，1983年英國汽車尾氣CO排放率占85%，1967年芝加哥為94%，1970年洛杉磯為98%，1965年紐約占96%[1]，美國1995年汽車尾氣污染排放率占總排放的66%，上海市在1998年機動車排放的CO就占到了總排放的64%[2]，廣州市1994年CO占88.8%，北京市1992年占62%[2]。機動車尾氣中另外兩種主要污染物NOx、HC的排放在總排放量中的分擔率也非常高，如NOx，東京市在1975年汽車尾氣排放分擔率占到了80%[1]。

近年來，隨著經濟的迅速發展以及機動車保有量的持續增長，機動車排放所造成的污染也日益成為人們所關注的焦點[3~9]。自九十年代以來本市加強了在用車尾氣排放檢測、普及使用無鉛汽油、提前執行輕型車新車排放標準等一系列機動車污染控制措施，較為有效地控制了中心城區的環境空氣質量繼續惡化的勢頭，但郊區環境空氣質量受機動車污染排放影響日益突出。2000年全市NOx年均濃度0.056毫克/立方米，比1995年上升了10%；城區和郊縣NOx年均濃度為0.090毫克/立方米和0.032毫克/立方米，分別比1995年上升了23%和39%，見表1[10]。

表1.1995~2000年上海市NOx年日平均濃度變化

年份全市城區郊縣

濃度

(微克/立方米)相對濃度

(%)濃度

(微克/立方米)相對濃度

(%)濃度

(微克/立方米)相對濃度

(%)

1995511007310023100

19975911610514428122

2000561109012332139

根據國外機動車發展經驗可知，當人均國內生產總值達到3000美元以上時，轎車將成為機動車保有量增長的主要方向。作為國際大都市的上海，汽車工業的發展不僅預示和帶動本市經濟的騰飛，同時，人民生活水平的提高也急切期待現代化便捷交通方式的到來和家庭汽車的普及，機動車在今后相當長時間內將保持快速增長的速度。根據市交通所預測，到2020年本市機動車保有量將達到200~350萬輛，是2000年的3~5倍，可以預見如果不采取措施加以控制，本市大氣環境勢必進一步惡化。

目前，國內外對于機動車污染控制的研究，主要集中于兩個方面，一是機動車排放因子的研究；二是機動車污染治理和控制對策的探討。排放因子是反映機動車排放狀況的最基本的參數，也是確定機動車污染物排放總量及其環境影響的重要依據。目前用來計算機動車排放因子的模式主要有美國加州空氣資源局的EMFAC模式，歐洲共同體的COPERT模式，美國EPA的MOBILE系列模式。其中，MOBILE汽車源排放因子系列模型是美國環保局開發的計算車隊排放水平的程序[11]。在該模型中，綜合考慮了汽車的使用年限、行駛里程、新車排放因子、劣化系數、行駛速度、氣溫、I/M（檢查/維護）制度以及車用油料特性等因素對排放的影響[12]。國內外對于該模式已有廣泛的應用。墨西哥采用美國EPA的Mobile5a基本結構模式，用來計算5個特定區域中8種車型的排放因子。根據氣溫、平均車速、汽車操作模式，燃料揮發和里程自然增長率條件估計1960年到2020年的排放因子[13]。此模型在加拿大的多倫多地區[14]、泰國曼谷等也有所應用。MOBILE模式在國內的小范圍內也得到了一定的應用。北京清華大學郝吉明、傅立新等于1997年曾結合北京市實際情況對MOBILE5進行修正，并將之應用于北京市機動車尾氣排放的研究中；祝昌健等應用MOBILE5模式對廣州市機動車尾氣排放系數及污染趨勢進行了探討[15]；李修剛等將MOBILE5模式用于南京市，將給出的南京市現狀排放因子直接應用于南京市及附近城市的環境影響評價[16]。

將MOBILE5模式結合上海實際情況進行本土化已經有人做過嘗試，但是由于基礎數據嚴重不足，因此對于此模式的修正尚不能進行檢驗。主要的方法仍是采用美國FTP的測試數據，將上海市機動車目前的排放水平類比于美國70年代，計算得到不同車型的排放因子。

在污染物的擴散方面，目前一般沿用有限源高斯擴散模型，即根據線源的長度、高度、強度、距離、風速、風向和相應擴散參數計算空間任一點的污染物濃度[17]。但目前這方面的研究較少考慮城市空間的特殊性，即對城市各類人為設施，包括綠化、建筑等對擴散的影響考慮較少。

對于線源排放污染物的擴散研究，國外主要的模式有CALINE、BLP（BouyantLineandPointSourceModel）、CDM2(ClimatologicalDispersionModel)、ISC3(IndustrialSourceComplexModel)、RAM(Gaussian-PlumeMultipleSourceAirQualityAlgorithm)。以上模型均由美國環保局（USEPA）開發。其中，CALINE為穩態高斯擴散模型，用于確定高速公路下風向的空氣污染濃度，要求地形相對不太復雜。BLP為高斯煙流擴散模型，用于處理煉鋁工廠以及其它的工業污染源的單一建模問題，要求其煙流上升和下降是主要由固定線源所影響的。CDM2為氣候穩態高斯煙流模型，用于確定城市區域平地下風向的長期（每季或每年）的污染物的算術平均濃度。ISC3是一個穩態高斯煙流模型，可用于評價來自與工業帶相關的許多污染源的污染物的濃度。這個模型涉及到了下列因素：粒子的下沉和干沉降、風向、點面線及立體污染源、煙流的上升為距離的函數、點源的分離以及有限的地形調整功能。ISC3可以有長期和短期兩種模式可供選取。RAM是高斯煙流多源空氣質量算法，是一個穩態高斯煙流模型，用于估算相對穩定的污染物濃度，平均從一小時到一天、從點源到面源、在鄉村或者城市的沉降，其地形條件可以假設。

我國目前汽車污染僅相當于國外70年代中期水平，現有汽車90%以上是國產車，由于排放控制技術落后，在同樣運行工況下，國產車較發達國家同類產品排放量高幾倍甚至幾十倍，加上交通管理手段落后，在用車檢查維修制度不完善，城市交通道路擁擠和市內居民集中，大量車況惡劣的車輛繼續行駛，更加劇了污染物的排放。國產車平均日排污量為0.6—0.9kg[18]。本論文旨在借助GIS環境，根據城市路網、交通流量、車型比例等信息，采用經過修正的MOBILE模型，計算不同車型機動車的排放因子，從而確定每條路段不同污染物的排放量。由于機動車流量和排放因子是計算道路機動車污染物排放源強的關鍵參數[19~21]，本論文將通過抽樣調查和MOBILE模型修正得到了這兩個量。在確定道路線源排放源強的基礎上，利用CALINE3有限長線源擴散模式，建立上海市城區多線源污染擴散模式，以此來分析道路污染物擴散狀況，并在GIS圖形上進行顯示，最終完成上海市交通線源污染管理信息系統。此系統可為政府有關部門制定道路交通污染管理制度、合理制定城市規劃和建設管理決策提供理論依據。

參考文獻

[1]上海市大氣污染防治對策研究P1

[2]上海市環境科學院《世界銀行——上海城市交通項目：減少上海城市車輛排污危害的戰略》1997.9

[3]陳長虹等，上海市機動車排污狀況與污染控制戰略，1997，16（1）：28

[4]赫崇衡等，汽車排氣污染及治理現狀和動向，上海環境科學，1996，15（8）：11~13

[5]彭寶成等，汽車尾氣對動物的生物效應研究，上海環境科學，1995，14（2）：14~17

[6]王培潔,上海市汽車排氣污染管理的現狀與對策,上海環境科學，1994，13（7）：7~8

[7]陳長虹等，城郊道路污染個例分析，上海環境科學，1993，12（9）：13~17

[8]陳長虹等，城郊道路交通帶狀多線源污染擴散模式研究，上海環境科學，1993，12（11）：7~10

[9]王素云等，上海市汽車排氣污染在大氣中的分擔率，上海環境科學，1990，9（11）：27~29

[10]上海市機車污染綜合防治領導小組辦公室，《上海市機動車污染綜合防治規劃及規劃綱要》，2000，3

[11]傅立新等，MOBILE汽車源排放因子計算模式研究，環境科學學報，199717（4）：474

[12]傅立新等，北京市機動車污染物排放特征，環境科學，200021（3）：68

[13]WesternGovernor’sAssociationDenver,ColoradoandBinationalAdvisoryCommittee.Mobiel5-MexicoDocumentationandUser’sGuide.Nov.20,2000

[14]R.MclarenandD.L.Singleton.AnalysisofMotorVehicleSourcesandTheirContributiontoAmbientHydrocarbonDistributionsatUrbanSitesinTORONTODuringtheSouthernOntarioOxidantsStudy.AtmosphereEnvironment,30(12),1996

[15]祝昌健，廣州市機動車尾氣排放系數及污染趨勢探討，中國環境科學，199717（3）：216

[16]李修剛等，用于城市交通規劃的機動車污染物現狀排放因子研究，交通運輸工程學報，20021（4）：87

[17]A.K.LuharandR.S.Patil.1989.Ageneralfinitelinesourcemodelforvehicularpollutionprediction.AtmosphericEnvironment,23:555-562

[18]賈艷杰，我國大城市汽車廢氣污染問題及其治理對策人文地理199712（3）：48

[19]EPA,User’sGuidetoMOBILE5(MobileSourceEmissionFactoryModel)，May1994

[20]EgglestonHS,GoriβenN.JourmardR,etal.CORINAIRworkinggrouponemissionfactorsforcalculatingemissionsfromroadtraffic[R].Methodologyandemissionfactors.ReportVol.1,No.EVR12260EN,Luxembourg,1989.

[21]pilationofairpollutantemissionfactors[R].USEnvironmentProtectionAgency.AP-42,NC,USA.1985.50-83

二、研究方案

1、研究目標、研究內容和擬解決的關鍵問題

研究目標：研究上海市機動車尾氣排放造成的道路線源源強，以及機動車污染物在中心城區街道峽谷中的擴散效應，并在GIS系統上進行顯示，完成自主開發的上海市交通線源污染管理信息系統。

研究內容：1）上海市主要道路機動車尾氣排放源強；

2）機動車尾氣在街道峽谷中的擴散效應；

3）交通污染在GIS平臺上的實現。

關鍵問題：1）機動車大氣污染排放源強計算模型；

2）上海市道路機動車尾氣在峽谷中的擴散模擬；

3）地理信息系統與交通大氣污染模型整體集成的方法和途徑。

2、擬采取的研究方法、技術路線、實驗方案及可行性分析

研究方法：基礎數據調研、模型修正、機動車污染物排放和影響預測可視化界面設計、系統整合。

技術路線：如圖1所示。

實驗方案與可行性分析：

1）建立機動車排放源強計算模型、污染物擴散模型，以及基于GIS技術應用模型，其工作量較大，其中基礎數據（包括車流量、車速）的調研尤其困難。但是通過參與上海市環境保護局2002年科技攻關項目——《上海市機動車發展和大氣環境保護研究》，并搜集大量的國內外相關文獻，可獲得系統開發所需要的相關數據，因此本研究已經有較好基礎。

2）參與《影響上海大氣能見度的主要因素與控制管理對策研究》課題的研究工作，對于本市機動車污染現狀和歷史沿革已有所了解。

3）參與了“上海市數字城市大氣環境模塊”的工作，初步掌握了GIS系統開發和實現方法。

據此我認為，按期完成論文是可行的。

圖1.研究技術路線

3、本論文的特色與創新之處

建立適合上海市情景的主要道路機動車尾氣中污染物源強排放模式。建立線源擴散模式，使其適用于大城市中街道峽谷中機動車尾氣污染物的擴散狀況。給出上海市上空污染物擴散狀況。

目前國內將交通污染模擬與地理信息系統結合的研究還不多見，因此本論文在該方面的研究將是一個新的嘗試。

4、預期的論文進展和成果

預期進展：

2003.07——2003.09收集中外文文獻

2003.09——2003.10基礎數據的收集和處理

2003.10——2003.12模型的修正

2004.01——2003.03GIS系統的編程實現

2004.03——2004.05論文的撰寫與修改

預期成果：

•研究上海市機動車尾氣排放狀況，建立源強計算模型；

•綜合城市氣象條件、交通污染物排放強度、建立污染物擴散模式，確定機動車污染物影響的時間變化、空間分布，；

•完成交通污染管理信息系統；

•除完成畢業論文之外，在國內外有關刊物上2篇。

三、論文大綱

摘要

前言

第一章大城市機動車尾氣污染排放數值模擬的研究背景及意義

一、研究背景

二、國內外研究現狀

第二章機動車排放因子計算模型

一、MOBILE6模型介紹

二、利用修正的MOBILE6計算機動車排放因子

第二章道路機動車尾氣污染物排放源強

一、線源源強計算模式

二、上海市道路機動車尾氣污染排放源強的計算

第三章城市上空污染物擴散模式

第四章街道峽谷污染物擴散模式

一、CALINE4模型介紹

二、模式修正

三、上海市街道峽谷污染物擴散模式的建立及應用

第五章上海市交通污染管理信息系統的建立

一、排放清單數據庫的建立

二、系統的開發

第六章結論

參考文獻

四、研究基礎

1、已參加過的有關研究工作和已取得的研究工作成績

（1）參加《中國氣象百科全書》建筑氣象、城市氣象等內容的編寫。

（2）參與上海市普陀區建設項目環境影響評價工作。

（3）參加“揚塵污染來源與控制管理研究”課題的研究工作。

（4）承擔了“崇明島綜合開發項目”的大氣監測和采樣工作。

（5）參與“影響上海大氣能見度的主要因素與控制管理對策研究”課題的研究工作。

（6）參與“機動車發展與大氣環境保護研究”項目。

（7）參與“上海市能見度影響因子研究”研究生科研基金項目。

（8）參與上海市數字城市課題交通環境模塊的模擬研究。

2、已具備的實驗條件，尚缺少的實驗條件和擬解決的途徑

擁有以下主要設備：

•桌面地理信息系統軟件ArcView3.2及其主要擴展模塊

•交通大氣污染預測軟件MOBILE6、CLINE4和CAL3QHC

•編程軟件VisualBasic6.0及功能模塊開發軟件Mapobjects2.1