成都市交通环境容量研究

李 清

（四川科技职工大学，四川 成都610031)

0 引言

目前，我国大中城市机动车尾气污染问题日趋严重，人们对机动车污染问题的反应也开始日益强烈。就成都市而言，随着城市经济的飞速发展，近年来，成都市汽车拥有量以惊人的速度增长，年均增长率达17.3%，机动车尾气污染问题愈来愈凸显出来。本文从探讨交通环境容量的主要影响因素出发，分析了成都市的主要车型及排放强度，并且对成都路段的环境交通容量进行分析，建立交通环境容量模型，对成都市实现绿色交通具有一定的理论和现实意义。

1 交通环境容量

1.1 交通环境容量定义

交通环境容量[1]（Traffic Environment Capacity，TEC）是指在人类生存、生态环境和资源利用不致受害的前提下，某一交通环境所能容纳交通系统排放污染物的最大负荷量或其利用环境资源的最大使用量。它可以划分为两类：

a）交通环境污染容量 指环境对交通系统排放的污染物，如CO、CH和NOX等的最大负荷量；

b）交通环境资源容量 指环境提供给交通系统的环境资源，如土地、石油等的最大使用量。

TEC是环境容量ν的一部分，可以表达为：

式中，λ为交通环境容量在环境容量中所占的比重系数。

1.2 交通环境容量主要影响因素

交通环境容量（TEC）是一个总量特征值，它受以下因素的制约[1]：

a）交通系统所在的社会环境特征 如城市的功能划分、产业结构和交通需求等；

b）交通系统所在的自然环境特征 如气候、水文、植被状况和自然环境本地值等；

c）交通系统所在环境的质量目标 如环境空气质量标准等。

2 污染因子的确定

2.1 机动车影响环境的主要因素

机动车已成为许多城市的重要污染源，它产生的尾气、噪声对城市环境有着显著的负效应。首先，噪声污染会损坏人类的听觉，影响生理健康，它可通过交通管制加以控制。其次，水环境受间接影响较重。但表现最为突出和直接的影响是大气环境，因此，交通环境污染容量主要指环境对交通系统排放的污染物，如CO、CH、NOx等的最大负荷量。

2.2 机动车的排放特性

机动车尾气由三部分组成：通过排气管排出的内燃机废气，约占尾气含量的60%；曲轴箱泄漏气体，约占20%；汽化器中蒸发出的气体，约占20%。机动车尾气所含的成份有120～200种化合物，但主要的是一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物和铅。

2.2.1 一氧化碳（CO）

低空的CO主要来源是机动车尾气。当机动车低速加速时，CO排放量明显增加，而高速匀速时，产生CO的量却很少。

2.2.2 氮氧化合物（NOx）

机动车尾气中的氮氧化合物主要是汽油和柴油燃烧过程中，进入燃烧装置的氧气和氮气化合而成。当机动车高速加速时，产生的NOx较多，其原因在于高速加速时发动机燃烧温度高，创造了有利于NO的生成条件。

2.2.3 碳氢化合物（HC）

当机动车低速加速或高速减速时，产生的碳氢化合物较多。前者是由于在加速时混合气过浓造成的燃烧恶化和速度较低共同作用的结果。而后者则主要是由于在高速刹车时的发动机瞬时熄火和此时较小的燃油消耗作用的结果。

2.2.4 颗粒物污染物

城市车辆大多以小型车为主，小型车的主要燃料以汽油为主，故颗粒污染物主要为扬尘。其污染量的大小只和机动车数量及其平均行驶速度有关。

2.3 污染气体的选定

根据有关资料相关性统计，城区大气中的NO的浓度与机动车保有量呈明显正相关。美国国家环保局对大量机动车的测试结果表明，机动车运行速度对污染物排放影响很大，在低速段（速度小于30km·h－1），CO与HC排放因子随速度的增加呈负指数下降，但速度对NOx排放的影响相对较小。在成都市区，机动车数量较多，目前以小型车为主，小型车行驶速度较低，但速度变化较大，故选NOx因子作环境交通量的预测因子，可提高其准确性。

3 成都市机动车污染分担率

3.1 成都市主要车型分类与排放强度和浓度

机动车排污随机动车的排气量大小而变化，排量大时，排放的污染物就多。因此在确定环境容量模式之前，首先应根据城都市机动车的排气量或耗油量大小，将所有机动车数量折合成标准车型，这样就可根据标准车型的数量计算出相应的各类车型[2]。

各种车型的排放因子设为E=（e1，e2，…，en），所有机动车尾气平均源强的计算公式为：

式中，Q为机动车尾气平均源强（g/km·h-1）；N为道路机动车类型总数；E为排放因子；N为i类型机动车的车流量（veh·h-1）；ei为i类型机动车尾气中的综合排放因子（gk·m-1）。

设机动车总量（在用车）为N总，i类型车占机动车总量的权重概率为Pi，则第i种车数量Ni＝N总·Pi，即式（3）变为：

式（4）中，Q的单位为mg/（m·s-1）。就成都市而言，现已有机动车约160万辆，选取成都市成华区域进行统计，Pi值统计调查表以及各种车的氮氧化物排放因子ei如表1所示。

表1 Pi值统计调查表

将上值代入式（4），可得Q＝3026.7111（mg/（m·s-1））。

3.2 成都市汽车污染分担率的确定

根据成都市环保局公布的2006年成都市各季度环境空气质量通报，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报

则成都市城区二氧化氮浓度日均值为：

式中，Pi表示第i季度的NOx日均值；N表示季度数。

将表2中数据代入上式可得：C=0.485（mg/m3）。

成都市氮氧化物是由多种污染源组成的，这些污染源除化工厂外，主要是由燃料氮引起的；其次为汽车尾气。因此，令城市N0X污染物浓度C＝Cb＋ΔC，而Cb是城市的其他污染源引起的。

根据不同城市汽车尾气的扩散模式[3]，可确定ΔC为：

式中，f（u，x，z，w）函数可根据城市的地理位置、气候环境，通过环境保护组织的监测确定；k为取决于街谷尺度的经验常数，不同城市其取值不同；u为楼顶风速（m/s）；x，z分别为监测点距车道中心线的距离和距地面的高度（m）；w为街谷宽度（m）。

令该污染物中，汽车尾气对其的贡献度为β，城市的监测浓度为C，则有：

式中，β为贡献率，目前可根据各城市的主要燃料情况和经验确定。根据成都的实际情况，经调查得β＝0.22。

3.3 成都市交通环境污染容量模型的建立

环境交通容量模式为[2]：

式中，P为机动车污染因子的分担率；C为污染因子环境限制浓度，mg·m-3。考虑其出车率R，则环境交通容量Et[2]为：

式中，u为楼顶风速；k为街谷经验数；x，z分别为监测点距车道中心线的距离和距地面的高度（m）；w为街谷宽度（m）。

将以上数据代入，可得：

在理想情况下，交通容量T可表示为[2]：

式中，T为交通容量；M为城区道路网面积（m2）；E为机动车道面积占道路网面积比例；B为机动车道上车的密度；R为出车率；r为交通管制的折减系数。

三环路内是成都市交通网络中心区域，城区道路网面积40098000（m2）；车行道占道路网面积比例为70%，其中B＝0.025，R＝10%，r＝0.4。

将以上数据代入上式，得：

成都市交通环境资源容量是以城市的客观（基础）条件为依据，即以道路宽度、密度、车速、平均行车时间为依据，而城市交通环境污染容量是以城市的环境因子和汽车尾气的排放因子确定的。它们均从两个侧而反映了机动车数量与客观（基础）条件和动态（环境）条件的关系。但作为机动车交通环境容量则必须反映其综合条件而确定。代入相关数据，则成都市交通环境资源容量Te＝min（T，Et）=T≈246860（辆）

4 结语

成都市三环内路网面积基本已经达到饱和状态，随着成都市各种改建、扩建项目进行，成都市路网已经开始向三环路外拓展，虽然目前地域环境尚不足以制约路网面积的持续增加，但到了一定程度时环境就会成为制约因素，就必须对汽车尾气排放进行控制以达到发展与环境双赢。本文从探讨交通环境容量的主要影响因素出发，特别是对机动车尾气排放污染物的分析，确定了能反映机动车数量的污染因子NOx，分析了成都市的主要车型及排放强度，并且对成都路段的环境交通容量进行计算，建立了成都市交通环境容量模型，为成都市环境质量保证及路网面积的发展的控制起到一定的参考作用。

[1]卫振林，申金升.交通环境容量与交通环境承载力的探讨[J].经济地理：自然科学版，1997，（3）：97-99.

[2]程继夏.城市环境交通容量模型[J].长安大学学报：自然科学版，2004，24（5）：94-98.

[3]国家环境保护总局监督管理司.中国环境影响评价[M].北京：化学工业出版社，2000.

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