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大气污染类论文 杭州市机动车尾气排放对大气环境影响分析及对策

2018-12-07 11:19:37来源:组稿人论文网作者:婷婷

  摘要

  随着汽车产业的发展壮大,杭州市的机动车数量越来越庞大,随之产生的污染物质也呈现快速上升趋势,在杭州市近几年的空气调查研究中显示,机动车尾气排放污染物已经成为大气污染的主要来源。通过参照国内外某些调查研究的结果,以及切实考证杭州市自2012年到2014年间机动车所有数、城市主干路车流量、当地资源的开发利用和重要工业废气排放状况,按照杭州市的具体情况,做出了杭州市的机动车尾气排放现状分担率计算方法,就此得出2012年到2014年之间一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOX)、二氧化硫(SO2)、PM10的排放情况和分担率。对杭州市产生的废气来源、交通现状以及机动车在城市主干道的排放状况和各类车型的尾气排放作出调查,并且估算出过境车排废气情况。研究结果显示:

 

  (1)在2010年时,杭州市汽车尾气排放包含的CO是该区域大气污染的主要来源,经过计算,得出CO总排放量是30.68万吨,NOX总排放量为2.52万吨,HC的总排放量是2.71万吨,SO2的总排放量是0.25万吨,PM10总排放量则为0.10万吨,这当中CO得分担率为95.11%,NOx则为35.75%,SO2为3.52%。

  (2)杭州市18条主要道路总长度不及杭州市所有道路总长的12.6%,但是这些道路排放出的CO占全市排放CO的42.47%,排放NOx占全市排放量的47.35%,HC的排放比例也达到了42.60%。

  (3)汽油轿车是所有车型中CO所占分担率最高的,为89.68%,然后是摩托车,为4.71%,再是微型汽车以及中型汽油车,CO分担率为1.91%、1.74%。以上四种车型排放的CO占全市的98.04。汽油轿车是所有车型中NOx分担率占比最高的,达到53.91%,然后是重型柴油车,为29.03%,再是中型柴油车,为6.58%,这三种车型排放的NOx占全市的89.52%。轻型柴油车是所有车型中SO2分担率最高的,达到了50.32%,然后是汽油轿车,为20.60%,再是中型柴油车,约为10.89%,这三种车型排放的SO2占据了全市排放总量81.81%。然而至于HC分担率,汽油轿车和摩托车以及重型柴油车成为主要来源,占比达到93.19%。至于PM10的分担率,轻型柴油车、中型柴油车以及重型柴油车则是最大的污染来源,占比达到96.07%。

  (4)在杭州市过境汽车排放出来的尾气污染物质中,CO总量是9.36万吨,占机动车总排污量的30.51%,NOX则为1.01万吨,占机动车总排污量的40.08%,HC的总量为0.65万吨,占机动车总排污量的23.99%。

  (5)通过研究杭州市空气情况和各相关因素的灰色关联度,能够得知机动车排放的废气所含污染物对于空气质量有重大影响。

  本论文通过现场调研、测试以及模式计算得出了上述数据,结合数据,分析杭州市机动车尾气排放的污染物质对大气环境的影响,根据杭州市机动车污染控制现状,从强化源头管理、黄标车限行、提高道路通行能力、改善路网基础设施、机动车排放控制、机动车环保管理、燃油(气)质量改善、技术保障和能力建设、促进公众参与和宣传教育、法律保障10个方面为杭州市机动车尾气污染防治提供相应的对策,同时也为相关部门的管理和决策提供依据。

  关键词:杭州市;机动车尾气;排放分担率;大气污染;灰色关联度

  第1章绪论

  1.1研究背景与意义

  在19世纪80年代,汽车工业开始起步,德国巧匠哥特利布·戴姆勒制造出世界上第一台四轮汽车,自此改变了人们的出行方式,这是人类进入工业化时代的重要产物,包含了重要的历史意义。但是由于人类大批量制造和使用机动车,居住环境也产生了很大的变化,污染渐重。上世纪四十年代洛杉矶的光化学污染爆发以后,人们意识到引发此次时间的源头就是洛杉矶市数量庞大的机动车。它产生的废气会对市民的眼睛和呼吸道产生危害,对于市民的身心健康带来极大的威胁[1]。从此以后,陆陆续续又发生过多次机动车排放污染物危害市民健康的事情,比如:曼谷、墨西哥和日本。当前全世界的机动车保有量都在呈上升趋势发展,由此带来了更多、更严峻的环境污染。在多数发达国家当中,城市空气质量差主要就是由于大量排放汽车尾气造成的。

  随着我国经济的高速发展,大中城市机动车拥有量也快速增长。机动车排向大气的污染物数量随着车辆的逐年增加而增长,机动车排气污染对城市空气质量影响日益增大。据分析,形成我国严重雾霾天气的污染源中,机动车排气已排在了第二位,仅次于工业排放。机动车尾气排放已成为大中城市空气污染的主要来源。与此同时,机动车排放的有害气体及所导致的温室效应正影响着我们的身体健康和生存环境。可是由于人口快速增长,城市建设提升,人们对于生活的追求也越来越高,对于机动车的需求也在与日俱增,所以机动车尾气排放情况的控制也不容乐观,我国某些经济比较发达的城市中,机动车尾气分担率逐年快速提升,这表明机动车排放出来废气中所含的污染物质是主要来源。区域将由煤烟型污染渐渐转变为复合型污染。

  在很长一段时间,杭州市都深受大气污染的困扰,这种情况在冬季表现的更加明显,杭州市因此成为“世界六大污染城市”中的一员,并且在国际公布的10个大气污染严峻的城市中排名第四。2013年,杭州市区环境空气AQI有效监测天数365天,优良率仅为59%。当下,杭州市总共拥有224万辆机动车,这个数据还在逐年上升中,因为人口、煤炭使用量、机动车总数的提高,空气质量会越来越差。当前,大气污染所造成的酸雨、雾霾等极端气候的出现直接影响到了市民的生产和生活、危害公众的健康,许多市民已经开始觉察到城市空气污染对自身的影响。空气污染的源头和治理问题相当复杂,杭州市政府曾经汇集多地专家,对杭州的空气污染情况和污染源进行调查,研究发现,机动车废气己经成为杭州空气的首要污染物。机动车尾气污染不仅成为杭州市民最为关心的话题之一,更成为当地政府亟需解决的首要环境问题。然而,伴随经济的快速上涨,机动车辆越来越多,尾气排放污染物对于杭州市的影响也将越来越大。

  机动车可排放多种污染物,其中对人体危害最大的主要有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOX)和颗粒物等。在交通干线等人口密集区,其排气高度接近人体呼吸带,给人体健康造成了严重的危害。本文主要采用测算出机动车尾气排放情况和分担率,对杭州市机动车尾气对大气状况带来的影响作出研究,以此得到有利的应对措施,给杭州市日后的空气状况整治带来有用的凭证。

  1.2国内外研究状况

  1.2.1国外研究现状

  (1)机动车排放标准

  最开始美国是从CO和HC限制尾气排放,针对轻型汽车的CO、HC、NOx排放量的限制在上世纪八十年代以前是一个阶段,在1982年对于柴油机尾气排放推出了一些规定。因为大气防治污染法尚处于前期不完善阶段,此后又进行了两次修正改进,美国在1994年至2003年之间定为第一阶段标准,在2003年以后则定为第二阶段标准[6]。并且,由于甲醇燃料车等可替代新型清洁能源的出现加快了废气排放标准的推行。

  在1969年,以瑞典和联邦德国为代表的欧洲国家推出并试行了怠速排放法。从第一阶段(1993年)开始,对于新车污染物排放要求提升,任何新车都需要装上催化转化装置。自第二阶段,也就是1996年开始,又对汽油车的污染物排放标准作出一些调整:较之第一阶段,CO的排放要降低30%,HC和NOX的排放降低56%。欧盟各国在第三阶段,从2000年开始调整汽车污染物排放的限值,主要利用高新清洁发动机技术以及清洁燃料的使用,推出污染物排放量超低车型,这个阶段的排放标准是根据加利福尼亚州的排放标准颁布施行的[7]。

  从1966年开始,日本就模仿美国推行机动车减排政策。最初,规定工况试验测试产生的CO含量需小于4%;到了1972年推行了关于中央公害的应对措施,随后在1978年推出了全世界最苛刻的汽油轿车排放废气污染物含量标准,正是因为这项标准的实施,日本大大减少了CO、HC、NOX的排放,降幅都超过了90%。对于机动车尾气排放中所含的NOx,早在1922年的日本就已经通过立法加以限制。它制定的是最苛刻的法律,执行的是最严厉的措施,因此机动车污染物排放治理也得到了明显的成效,特别是氮氧化物的排放,更是能与美国相提并论,2002年和1978年的排放量较之从前减少过半。

  (2)机动车排放控制的发展历程

  1)改进操作

  可以调整空气燃料比或者调控燃烧时间,通过空燃比和污染物排放之间的关系可得知,少量的贫燃比能够产生最少的HC和CO,但是NOX则是在很贫或者是很富的空燃比之下才能降到最低。

  2)改进发动机的设计

  延后点火时间,虽说能够把燃料的最高燃气温度降低,以此减少NOx产生,但是却浪费了燃料;若是将排气系统进行废气循环利用,将可燃废气再次回燃,添加一些新的可燃气体,并且不依靠增氧来稀释可燃气体,以此让可燃气体最高温度降下来,产生更少的NOX;顶替化油器功能的电控燃油系统能够更加精确地测算时间,以此控制喷射燃油,采用这种方式可以节约经济成本,并且尾气排放也会更加符合国家的标准。

  3)尾气后处理

  近几年,越来越多的发达国家将三元催化转化装置运用到汽油车上面。它利用的催化剂是贵金属,例如铑、钯。铂之类。该装置能够把机动车尾气中的氮氧化物,一氧化碳和碳化氢转化为二氧化氮,并且其他剩下的能够氧化为水蒸气和二氧化碳。这个装置对于废气转化率已经高达90%。能够把机内与机外有效结合的方式有两种,一是电控系统,二是三元催化转化系统。据了解,发达国家主要采用的是电控汽油喷射和可变进气涡流控制这两种。柴油车使用过程中产生的颗粒物、烟、氮氧化物和碳化氢,如果不经过处理就排放出去,颗粒物含量相当之高,为汽油车的6-10倍左右,如果进行相应处理,那么久可以减少烟尘的排出量。要想减少颗粒物的排放,最常用的办法有两个:一个是改造发动机装置,减少喷射,技术处理就可以利用涡轮增压中冷、重复利用废气、电柴油喷射这几种;二个是尾气后处理,相关技术就可以一些催化手段和补集器。

  (3)车用燃料的改善

  1)车用燃料的不断清洁化

  在上世纪八十年代,美国、日本以及西欧一些国家采用的是无铅汽油。由于机动车排放标准日渐严格,这类发达国家使用的汽油和柴油正在试验降低含硫量标准。

  2)改进发动机的设计

  当前可以使用的清洁能源有很多,包括了太阳能、乙醇、燃料电池、液化石油气等等。美国相关部门支出在2010年燃料汽车需要达到25%的比例,驻日部门需要广泛宣传和使用燃料电池车,这应该由政府部门带头,不断减少燃料电池的生产成本,让它们在2010年以前保持和普通汽油相等的价格。

  1.2.2国内研究状况

  早在1990年我国就曾出台过与防治汽车和摩托车尾气污染的政策,在1996年对其中的内容作出相应调整,到2014年,我国主要进行调整内容涵盖如下:

  (1)控制目标

  重点关注空气污染严重的城市,加强对空气质量治理的力度,因为不同的地区对于污染物分担率有所差别,所以地区对于环境质量的管控力度也有所分别。

  (2)技术政策的适用范围

  此项技术政策主要包含了国内登记了的所有汽油车和柴油车,新出厂的汽车和柴油车,再加上摩托车。

  对于新型车则是规定在2000年左右实现欧I标准,到了2004年则要上升到欧II标准,在2010年左右则应该实现世界先进水平,其他类别的车型也应该跟着这个步伐前进。国家做出这样的规定就是为了降低能耗,因此机动车尾气中包含的污染物便首当其冲,需要重点把控。主要是PM10、NOx、HC以及CO。

  (3)新车排放法规

  我国的环境保护部门针对机动车尾气排放进行了详细调研。包括2008年专门针对摩托车出台的国III排放准绳,下一年又出台了国IV准绳。截止到当前,过IV标准已然在全国范围内加以推广适用,至于柴油车,也采取了一些清洁规范措施,产生的污染得到了一定的缓解。

  新出台的法规明令机动车从开发到生产,再到销售都应当严格按照规定去执行;积极鼓励厂家在生产过程中采用高新生产技术,以减少污染物排放量,符合国家规定;若机动车在使用时开启车载自动诊断系统(OBD),将有效减少污染物排放,对于汽车的检查和维护也更加敏感。大量开发新型的清洁能源,给了机动车节能减排新的契机。所以国家应当鼓励开发新能源,促进节能减排工作的顺利实施。

  (4)在用车排放控制

  减少采用化油器的汽车排放污染物的具体方针为检查/维护(I/M)制度,进行车辆维护的主要方式还是采用三效催化技术。I/M制度实施两种方式控制汽车进行正常保养,一个是随机检查,另一个是定期检测。

  对在用车进行检测一般采用的是加速法与怠速法,假设对在用车作出较为严苛的规定,比如在车上安装催化净化装置或者是闭环控制系统,那么就会实施双怠速法,也可以是简易工况法检测。根据当前的形式来看,简易工况法的推行更加适用于排放准则。

  针对在用车改造计划专门制定应对方式,所有的问题分析必须有理可依,有据可循,以避免问题发生以后事态发展形式变得更为严峻。当前改造在用车的方向还是针对液化石油气和压缩天然气进行的,以后的工作方向则会逐渐向燃气化转变。利用什么样的改造技术则会出现相应的结果,所以在进行改造应当实施匹配试验,以此获取更好的成效。

  1.3研究内容及技术路线

  1.3.1研究内容

  (1)通过实际调研杭州市机动车的保有量和固定污染源的相关数据,实际检测杭州市主干道车流量,得出车型比例,使用模型计算机动车尾气的排放量在杭州市大气污染中的分担率。

  (2)确定杭州市机动车尾气污染物排放计算模式。

  (3)结合资料与数据,运用灰色关联分析机动车尾气对杭州市大气污染的影响。

  (4)结合杭州市的实际情况,提供相应的防治对策。

  1.3.2技术路线

  以现场调查及实地监测为根本,查阅海内外研究文献,以科学研究为先导,全面掌握杭州市机动车保有量、车型分布、道路交通状况等基础资料,计算机动车污染物排放量,建立排放清单,制定机动车尾气排放控制方案。技术路线详见图1.1。

  图1.1论文技术路线

  第二章杭州市机动车保有量、车流量及道路现状调查

  2.1杭州市机动车保有量分析

  2.1.1世界机动车保有量状况

  从上个世纪初开始机动车在快速发展。从1950年到1990年,漫长的40年间,全球机动车的保有量由7000万辆增长到6.4亿辆,它的保有量增长了8倍之多。到1996年为7.1亿辆[18-19]。80年代后,全世界的机动车保有量的增幅约为3%。2011年全球机动车的保有量为9.2亿辆。德国机动车市场预测机构预测到2015年世界机动车保有量比2011年增长21.7%,将会增至11.2亿辆左右。从1950年到1990年这40年间,世界机动车的生产量从1058万辆增至4865万辆,年均增长速率约为3.9%。1996年全球机动车年生产量为5184万辆,2010年生产量已达6460万辆,2014年世界范围内轻型车新车产销量达到8,410万辆。

  2.1.2我国机动车保有量状况

  我国机动车诞生于50年代,过去15年,自中国加入WTO的2001年起,中国机动车的保有量持续高速增长。2001年到2010年,被称作“中国汽车黄金十年”。十年间中国汽车销量从236万辆增长到1806万辆,年均增长24%,创造了世界汽车发展史上的奇迹。

  目前,经济在推动汽车工业迅速发展。截止2014年底,全国汽车保有量突破9000万辆,达到9085.9万辆,且产销量均超过1800万辆,在世界机动车产销量排名中位居第一,这是我国汽车产业全新的里程碑。2001年,我国汽车保有量为1608.9万辆汽车产量为233.44万辆,销量为236.37万辆;2002年汽车保有量突破2000万辆,达到2053.2万辆,汽车产销量分别为325.12万辆和324.18万辆,同比增长分别为38.49%和36.65%;我国2005年的汽车保有量为3159.7万辆,汽车生产570.7万辆,同比增长12.55%,销售575.82万辆,同比增长13.54%;2011年的机动车保有量为4358.4万辆。而后,我国机动车保有量每年均可增加1000万辆:2012年为5099.6万辆,比上年增长17.01%;2013年为6209.4万辆,同比增长21.76%。引进国外技术,参考他们的发展经验,伴随我国经济快速的发展态势,在未来的十几年中我国的机动车保有量仍然会飞速增长。到2020年,据我国国务院相关部门的预测,机动车保有量可达13103万辆。

  90年代以来,我国机动车保有量在快速增长。以北京市机动车保有量为例,目前的年均增长速率为17.4%。2014年北京市机动车保有量高达478.65万辆。我国机动车保有量状况与其他国家相比,有以下几个特点:

  (1)以轻型车为例,虽然我国轿车的年均增长速率大于30%,但与发达国家相比,我国轿车占轻型车的比例还较少[24-25],约为30%-50%,说明我国轿车产业还有待进一步发展。

  (2)在柴油车中重型柴油车保有量占有50%左右的比例,而轻型柴油车约占15%以下的比例。

  (3)摩托车的增速一直以来都较快,但随着城市对环境的要求及对摩托车数量或限行区域的控制,而后摩托车的增速将大幅下降。

  (4)重型车增长较为平缓,它的保有量比例会逐渐降低。1980年-2012年中国机动车保有量见表图2.1。

  图2.1 1980年-2012年中国汽车保有量(万辆)

  机动车保有量会随着经济、人口、政策的变化而有所不同,汽车工业的发展处于有利的国内外环境。综合社会-经济-环境的协调发展,轿车会成为未来我国的发展态势。

  2.1.3杭州市机动车保有量状况

  通过调查2009-2015年来杭州市机动车保有量,得到的结果见表2.1。

  表2.1杭州市主城区2010-2015年的机动车保有量(万辆)

  年度201020112012201320142015机动车保

  有量(辆)708195110124126从图2.1可以看出,自2010年起,杭州主城区的机动车保有量以每年10-15万辆的速度一直保持高速增长,年增长率保持在为15%左右,直到2014年,限牌政策推出后,增长才开始有效放缓,2014-2015年年增长率约为1.6%。到2015年底杭州主城区机动车保有量已达126万辆。

  表2.2杭州市2012-2014年各车型保有量增长率

  车型汽油轿车微型汽车中型汽油车轻型柴油车中型柴油车重型柴油车保有量增

  长率%28.869.463.9416.625.0819.76注:汽油轿车主要用于载人和载小件物品,两轴之间布置座位的汽车。包括驾驶者在内,座位数最多不超过九个。微型汽车指车轴距一般在2米至2.2米之间,发动机排量一般小于1升。中型汽油车通常位于大型和小型公共汽车之间,座位数一般在11座至20座之间。轻型柴油车泛指质量1.8~6吨,载重量3.5吨以下的货车。中型柴油车泛指质量6~14吨,载重量4~8吨的货车。重型柴油车泛指质量14吨以上,载重量8吨以上的货车。

  对表2.2分析获得如下结论:

  (1)汽油轿车增长速度最快,增长速率达到28.86%;2012-2014年汽油轿车和的保有量较大,增长速率也较快。

  (2)微型汽车、中型柴油车和中型汽油车的增长速度较慢,增长速率分别为9.46%、5.08%和3.94%。2012-2014年微型汽车的保有量较大,但增长速度较慢;在此期间,中型柴油车和中型汽油车的保有量较小,增长速率也较慢。

  2.2杭州市道路状况

  杭州以风景秀丽著称,素有“上有天堂下有苏杭”的美誉。市内人文古迹众多,西湖及其周边有大量的自然及人文景观遗迹。杭州是吴越文化的发源地之一,历史文化积淀深厚。其中主要代表性的独特文化有良渚文化、丝绸文化、茶文化、以及流传下来的许多故事传说成为杭州文化代表。杭州市域面积为16596平方公里,辖9个区,代管2个县级市,2014年第六次人口普查为889.2万,杭州人多属江浙民系使用吴语。杭州得益于京杭运河以和通商口岸的便利,以及自身发达的丝绸和粮食产业,历史上曾是重要的商业集散中心。见图2.2,至2012年,杭州城市道路总长达401公里,面积889万平方米。人均道路占有面积达6.13万平方米,在全国大中城市中居于中等水平。路网结构仍呈现明显“纺锤”型结构,即:”中间大,两头小”,主干路路网密度很高,而快速路、次干路、支路的路网密度相对要低得多。杭州市的道路网络主干道主要呈东西和南北走向,交通流量约在70%以上。这种走向的道路无疑会增加交通负荷,尤其到了高峰时段,交通拥堵现象会更为严重。

  本图分辨率太低,打印后会非常模糊

  图2.2杭州市主城区道路分布图

  2.3杭州市道路车流量及车型比例状况

  从表2.3可以看出,2012-2014年杭州市全年的平均车流量分别为2536辆/小时3072辆/小时和3806辆/小时,年平均增长速率达22.53%。2014年杭州市部分道路的平均流量在4500辆/小时以上。

  表2.3典型路段全年平均车流量表(辆/小时)

  道路年份201220132014北山街道249730664073西溪街道153418622034灵隐街道169617231999翠苑街道356347894927文新街道333648164872古荡街道312635253779西湖街道295434473987白银路284631233827转塘街道300632733907表2.4全国各主要城市2014年车流量反映出:无论平均时段还是高峰时段杭州市机动车车流量与其他大城市相比存在一定差距。但是,结合表2.3,2014年杭州市一些路段的车流量诸如翠苑街道、文新街道和北山街道等,超过了我国的一些大城市水平。详见表2.4。

  表2.4全国各主要城市2014年车流量(辆/小时)

  城市平均高峰北京68977942天津55425851上海65107862广州40505108济南51126723重庆45015201杭州市31384557在对杭州市2012-2014年道路车流量作综合分析后,得到不同车型的平均车流量,见表2.5。

  表2.5杭州市不同车型车流量分配比例(%)

  车型汽油轿车微型汽车中型汽油车轻型柴油车中型柴油车重型柴油车摩托车比例69.301.781.049.535.572.7710.01

  图2.3杭州市不同车型车流量分配比例示意图(%)

  由表2.3可以看出在市内各交通干线行驶的机动车中,不同车型所占的比例相差很大。杭州市大气污染流动源的车型主要为汽油轿车、摩托车、轻型柴油车,它们约占89%。

  2.4小结

  通过对世界机动车保有量和我国机动车保有量状况分析可知,我国机动车保有量有四个特点:(1)虽然轻型车中轿车的增长速率大于30%,但是轿车在轻型车中所占的比例为30%-50%,它与发达国家相比存在一定差距;(2)在柴油车中重型柴油车保有量占有50%左右的比例,而轻型柴油车约占15%以下的比例;(3)摩托车的增速一直以来都较快,但随着城市对环境的要求及对摩托车的控制,而后摩托车的增速会大幅下降;(4)重型车增长较为平缓,它的保有量比例会逐渐降低。

  调查杭州市2010-2015年机动车保有量,说明自2010年起,杭州主城区的机动车保有量以每年10-15万辆的速度一直保持高速增长,年增长率保持在为15%左右,直到2014年,限牌政策推出后,增长才开始有效放缓,2014-2015年年增长率约为1.6%。到2015年底杭州主城区机动车保有量已达126万辆。2012-2014年杭州市各类型车的增长变化表现为:(1)汽油轿车增长速度最快,增长速率达到28.86%;摩托车次之,增长速率为25.55%。2012-2014年汽油轿车和摩托车的保有量较大,增长速率也较快;(2)微型汽车、中型柴油车和中型汽油车的增长速度较慢,增长速率分别为9.46%、5.08%和3.94%。2012-2014年微型汽车的保有量较大,但增长速度较慢;在此期间,中型柴油车和中型汽油车的保有量较小,增长速率也较慢。

  路网结构仍呈现明显“纺锤”型结构,即:”中间大,两头小”,主干路路网密度很高,而快速路、次干路、支路的路网密度相对要低得多。杭州市的道路网络主干道主要呈东西和南北走向,交通流量约在70%以上。这种走向的道路无疑会增加交通负荷,尤其到了高峰时段,交通拥堵现象会更为严重。

  2012-2014年杭州市全年的平均车流量分别为2536辆/小时、3072辆/小时和3806辆/小时,年平均增长速率达22.53%。2014年杭州市部分道路的平均流量在4500辆/小时以上。通过对全国各主要城市2014年车流量与杭州市作对比可知,2014年杭州市一些路段的车流量诸如等北山街道,超过了我国的一些大城市水平。杭州市大气污染流动源的车型主要为汽油轿车、摩托车、轻型柴油车,它们约占89%。

  第三章杭州市机动车污染状况分析

  3.1杭州市机动车尾气排放分担率计算方案的确定

  3.1.1机动车污染分担率的概念及计算方法

  一种污染物的污染源在大气中可能有很多来源。诸如CO虽然主要来自于机动车尾气的排放,但在某些工厂中仍然存在。污染源的分担率可作为研究不同污染物在大气中的贡献。它表示在大气污染中的份额,通常以百分数来表示。往往有两种算法计算污染物的分担率:一种是模型计算或通过浓度检测来计算;另一种是应用污染物排放清单来计算。这两种方法应用于不同的领域,通过使用浓度分担率可以更加清楚地反映当地的实际污染情况。浓度分担率的计算需要实际检测与理论模式相结合,它的适用范围小,精度要求高,外界条件诸如温度、季节等往往会对实际情况产生影响。排放分担率与浓度分担率相比较于操作、管理,它的研究范围通常为宏观领域,包括总量的控制,能为此提供一定的科学依据。

  机动车尾气从宏观上反映出,由它产生的污染物对大气污染状况的影响。机动车尾气排放分担率通常由η表示,它的意义是机动车尾气排放的污染物质总量Qa

  与当地所有污染物排放的总量Qt之比。污染物排放的总量通常由工厂、移动源、民用等排放的污染物组成。具体表达式如下:

  η=QaQI×100%(3.1)

  3.1.2分担率计算方案的比较

  随着机动车保有量的大幅增加,机动车尾气排放的污染物质引发了一系列的环境问题。目前世界各国根据此问题研究了不同的方案。分担率的研究往往离不开机动车排放因子。它的定义是单辆机动车行驶单位里程排放的污染物的量,一般以g/km表示[28-29]。它作为基本参数为机动车污染物排放量的计算提供了依据。

  机动车运行时的排放因子受诸多因素的影响,包括车辆的行驶里程、使用年限、运行工况、周围环境、燃油、维护情况等。计算排放因子就可以把上述因素统统考虑进去。计算机动车尾气污染分担率的步骤为:首先,用排放因子模型计算排放因子;接着,用选定的模型或公式计算机动车尾气排放量;最后,用得到的结果除以该种污染物的总量,便可得到污染物的分担率。

  在所有研究机动车尾气排放因子的模型中,应用最为广泛的就是由美国环保部开发的MOBILE模型。它是一种程序,主要用来计算在用车的排放水平。模型的数据来源于程序建立时的测试以及当地对一些在用车进行的尾气测试。MOBILE模型基于实验数据,往往会随着数据的变化而不同,当数据不断提高和完善时,排放因子也会得到相应的改进。

  MOBILE模型可分为七类主要由摩托车、重型柴油机车辆、轻型柴油机卡车、轻型柴油机车辆、重型汽油机车辆、轻型汽油机卡车和轻型汽油机车组成。

  若按照质量GVW划分机动车大体分为两类:

  (1)GVW<2722.1kg的机动车

  (2)2722.1 kg

  计算某一类车时,需考虑各自不同的排放特征。车型的排放水平会随着生产年份的不同而变化。生产技术会随着时间的变化使机动车尾气的排放也发生变化。某年代生产的机动车会受到I/M计划和相应尾气排放法规的限制。由此可知,车辆的生产年代可作为计算机动车尾气排放因子的标准。

  设定环境条件不变,当不同的机动车车型确定后,结果表明车辆的排放因子与行驶里程呈线性关系,见下式:

  Cipn=Aip×Yin(3.2)

  式中,C ipn—FTP测试条件下的平均排放因子,以g/mile为单位(除以1.6可转换为以g/km为单位);

  A ip—初始排放因子;

  B ip—排放因子劣化率;

  Y in—累计行驶里程;

  下标i表示车型生产年代、p表示污染物类型、n表示计算年代。

  考虑各种因素对计算出的排放因子进行修正,就可得到符合当地情况的实际排放因子E。

  E=SUMC,M,R,A,L,U,H(3.3)

  式中,C—FTP平均排放因子;

  M—该车行驶里程占总里程的比例;

  R—包括温度、速度、热启动/冷启动工况等综合的环境正参数;

  A—空调装置修正参数;

  L—负载修正参数;

  U—拖车修正参数;

  H—湿度修正参数。

  上述各种参数的计算或确定方法分别简要介绍如下:

  (1)环境修正参数

  环境修正参数R的一般公式为:

  R=BAG1+BAG2+BAG3/DEMON(3.4)

  其中BAG1=w×expa-b×T+c+d×A×[vg,s1vg,26]

  QUOTE BAG2=(1-w-x)×(h+j×A)×[vg,s2vg,26]QUOTE BAG2=(1-w-x)×(h+j×A)×[vg,s2vg,26]式中有符号不能正确显示

  BAG3=x×(e+f×A)×[vg,s3vg,26]

  DEMON=(d0+d1×A)(3.5)

  式中,w—冷启动状态占总行驶里程的比例,根据调查获得;

  x—热启动状态占总行驶里程的比例,根据调查获得;

  T—环境温度,0F;

  A—车龄减去1;

  g—当地的车型登记分布,通过调查获得;

  s1,s2,s3—各指定状态的平均车速,mile/h,由用户指定;

  v(g,s1)—各状态的速度修正因子,由模式给定;

  v(g,26)—平均车速26 mile/h的速度修正因子,由模式给定。

  其它例如a,b,c,d,e,f,h,j,d0,d1等经验参数与污染物的类型和车型分类有关。

  温度与车速工况同时作为外界环境因素考虑对机动车尾气排放产生影响,因此可以把它们结合起来作为环境修正因子。

  (2)空调修正参数

  发动机作为空调的动力无疑会对机动车的排放产生影响,影响空调的因素有很多,因此要考虑对空调中的一些参数进行修正。

  A=u×cfA-1.0+1.0(3.6)

  式中,A—空调修正参数;

  u—配备空调的车辆比例,由调查获得;

  v—配备空调的车辆中使用空调的车辆比例,随各季节不同,由调查获得;

  cf(A)—修正因子,随排放污染物而变化,见表3.1。

  表3.1空调修正因子r

  污染物HCCONO2Cf(A)1.131.181.18(3)机动车的负载修正参数

  机动车考虑到的负载可能包括机动车车主的体重以及燃料和水的重量等,当负载逐步增加时,机动车的排放因子也会相应增加。对机动车负载修正参数L的计算如下:

  LP=u×cfP-1.0+1.0(3.7)

  式中,u为拖车比例,根据当地调查数据确定。cf(P)见表3.2。

  表3.2 cf(P)的值

  污染物HCCONO2cf(P)1.061.201.03(4)拖车(额外负载)修正参数

  机动车在拖车时的状态被看作加上了一个额外的负载,此时机动车的发动机会消耗更多的燃料(它的功率处在较大区间上),最终由机动车排放的污染物质会增加。由此拖车(额外负载)修正参数U被引入。

  U=u×cft-1.0+1.0(3.8)

  式中,U—拖车修正参数;

  u—拖车的比例;

  cf(t)—修正因子,具体值如下(视车型和污染物成份而异);

  1975年以前车型:HC,1.32;CO,2.15;NOx,1.06;

  1975年以后车型cft=w×at+1-w×bt/w+1-w×ct。其中,w表示在总行驶里程中冷启动状态的百分比,a(t)、b(t)、c(t)等参数见表3.3。

  表3.3拖车修正参数计算中的三个参数

  污染物a(t)b(t)C(t)HC1.320.750.43CO2.151.550.39NO21.161.280.90(5)湿度修正参数

  在外界环境对机动车尾气排放的影响中,湿度属于首要考虑的因素。机动车尾气主要排放的污染物质诸如HC、CO、NOX等,其中受湿度影响最大的污染物是NOx。MOBILE

  模型中湿度的标况为75 g/1b(11b=453.6g)

  湿度修正参数的公式如下:

  H=1.0-0.0047×hm-75(3.9)

  式中,H—温度修正参数;

  hm—湿度根据实际状况确定。

  把美国的MOBILE模式应用于我国,需要结合我国的实际情况,对一系列参数进行修订,进而确定我国不同车型机动车尾气的排放因子。用于输入模式的主要修正参数有以下几个:

  (1)我国机动车劣化率和零公里排放因子。它们通常由实际检测和数据处理得到,成为参数输入到MOBILE模式中。

  (2)车辆行驶里程分布和车龄登记分布。前者反映的是不同车龄的行驶里程,后者反映不同车龄的比例,它们都表示在用车的情况。可由相关部门的调查得到。

  (3)机动车平均运行速度。它表示一个工况循环内的平均速度,工况循环包括匀速、怠速、加速和减速,它能反映机动车的运行状况。调查的车型包括办公用车、出租车等,通过工况分析,方可确定机动车的平均运行速度。

  (4)冷热启动比例。机动车尾气的排放量会受到冷热启动的影响。它通常会在车辆静止两小时后启动,冷热启动比例往往会随着车内温度条件的变化而不同。

  (5)油料情况。油料的主要指标是它的饱和蒸汽压。HC会受其影响。油品质量的好坏对MOBILE模式有影响,与国家标准相比,我国的油品质量会略好,MOBILE模式输入国家标准值的油料参数。

  (6)机动车运行时外界环境条件。当外界环境发生变化时,诸如湿度、温度、气温变化等,机动车的排放因子也会随之发生一些改变。

  (7)机动车拖车、过载、使用空调情况。空调的使用增加机动车尾气污染物的排放量。

  (8)检查和维护(I/M)状况。机动车的排放因子会受到检查和维护(I/M)状况的影响。MOBILE模式通常是以实测数据和实验数据为基础,考虑当地影响因素,修正参数,得出较为准确的排放因子,算出的机动车尾气污染物分担率也与实际情况较为相符。考虑我国国情,机动车生产商的生产技术偏低,相应的法律法规偏少,建立排放特性公式会更为困难。

  郝吉明、傅立新等通过使用美国的MOBILE模型,结合我国的实际情况,通过实地的检测得到了北京市机动车尾气排放因子,进而计算出了机动车尾气的排放量与分担率。影响工况法最核心的两个因素为机动车尾气排放因子和劣化率。首先他们对165辆车进行了实地测试,得到了排放因子和劣化率,还需要获取机动车的平均行驶速度等数据,进而带入模型中计算,得到了不同车型的排放因子。结合保有量和上述数据就可算出污染物的排放总量。计算公式如下:

  EQp=Pj×Mj×Efpj(3.10)

  式中,P j—计算年份机动车保有量(万辆);

  M j—平均行驶里程(万千米);

  Ef pj—不同车型不同污染物的平均排放因子(g/km);

  j—车型分类。

  最后就得到了北京市不同车型机动车污染物排放分担率。

  在上海和广州,最新的研究方法是应用EPA推荐的MOBILE模式,在程序中输入调查统计的各种参数,得出在测试工况下的各种车型的平均排放因子,从而可以求出各种污染物的排放分担率。

  3.1.3杭州市机动车尾气污染分担率计算方案的确定

  虽然浓度分担率会更为客观的反映实际问题,但是需要实际检测与理论模式相结合,还要考虑气象因素,更适用于小范围内、要求精度高的地区。考虑本项目实施的可行性,确定运用分担率法计算杭州市机动车尾气污染分担率。具体做法如下:

  第一步:调查杭州市机动车保有量、道路车流量、车型比例、机动车运行工况及道路状况等,并分析这些因素对机动车尾气排放的影响。

  第二步:由机动车污染物排放因子算出机动车污染物排放量Qa。

  MOBILE模式由美国环保部提出,它是目前应用最为广泛的一种模型。应用此模型能计算出分车型的机动车排放因子,气压、湿度、温度等环境参数,车辆的自重及载重、发动机的排放量等车辆参数。迄今,最好的计算排放因子模型就为MOBILE模式。因为它考虑到了机动车尾气排放因子会随着不同工况、不同路况而发生变化。该模型把机动车分为八类,分车型的排放因子是由车辆行驶里程与排放因子间的线性关系所确定的。计算出的排放因子还要考虑外界因素变化诸如热启动/冷启动工况、湿度、温度等综合环境修正参数、拖车修正参数、负载修正参数、空调修正参数等,通过对参数的修正得到了修正排放因子,即得到较为符合实际情况的排放因子。但是通过调研,可知杭州市关于机动车尾气方面的资料较少,能够带入模型计算的数据没有,因此将MOBILE模式应用起来会较为困难。鉴于MOBILE模式实际操作的可行性,本项目借鉴清华大学对我国典型城市进行了实际调查,将获得的数据代入MOBILE模式,在实际运行条件下,最终得到了机动车分车型的平均综合排放因子。具体见表3.4。

  表3.4 1995年我国机动车实际排放因子计算结果(g/km)

  项目

  车型HCCONO2冬季夏季冬季夏季冬季夏季汽油轿车6.95.351.741.91.71.4微型汽车7.26.142.829.52.62.0中型汽油车9.57.067.051.64.73.6轻型柴油车0.970.961.71.51.31.3中型柴油车1.451.452.672.672.582.58重型柴油车5.75.717.117.122.922.9摩托车5.44.118.813.60.10.08首先在杭州市道路上设定监测点位,接着依据各监测点位控制的道路长度、车流量、车型比例以及不同车型的排放因子,就可估算出监测点控制路段内的污染物排放量,通过加权平均得到杭州市单位长度道路上的污染物排放量,再乘以杭州市道路总长度,即可估算出机动车污染排放总量。公式如下:

  QAK=Pij×Li×Ekj/106Li×L×365(3.11)

  式中,Q AK—机动车第k种污染物的排放量,t/a;

  P ij—第i个监测点位,第j种车型的车流量,辆/d;

  L i—每个监测点位控制的道路程度,km;

  E kj—第j种车型,第k种污染物的排放因子,g/km;

  L—杭州市道路总长度,km。

  通过以上公式可求出杭州市机动车源排放量和各类车型污染物排放量。把公式(3-11)中的杭州市道路总长度换成某一道路的长度,还可以求出机动车在杭州市各主要路段的污染物年排放量。

  第三步:调查杭州市固定源污染物排放状况,计算机动车尾气污染分担率η。公式如下:

  η=QaQa+Qs×100%(3.12)

  式中,η—机动车排气污染分担率,%;

  Qa—机动车污染物排放量,万t/a;

  Q s—固定源污染物排放量,万t/a。

  采用MOBILE模式主要针对HC、CO及NOX的机动车排放因子及排放总量的计算。而对于SO2和PM10的排放因子通常采用燃料消耗法进行计算。由李伟、傅立新等的研究得到分车型的机动车保有量与耗油量的关系,以及SO2和PM10的单位燃烧排放因子,详见下表3.5,3.6。

  表3.5 1995年中国机动车保有量、燃油消耗量及二者关系

  项目汽油

  轿车微型

  汽车中型汽

  油车轻型柴

  油车中型柴

  油车重型柴

  油车摩托车保有量

  (万辆)178.5288.2230.11.557.6156.11371.9油耗量

  (万t)308.7809.4749.610.4244.8817.3247每辆车的耗油(吨/辆)1.732.813.266.934.255.240.18表3.6 SO2和PM10的单位燃料排放因子

  项目SO2(kg/t)PM10(kg/t)汽油2.000.12柴油2.802.00SO2和PM10的总排放量计算公式如下:

  Qa=Cj×Eaj/106(3.13)

  式中,Q a—机动车污染物排放量,万t/a;

  Cj—燃料年消耗量,j取1时表示汽油消耗量,j取2时表示柴油消耗量,t。

  Cj=∑Pj×Mj(其中,Pj-机动车保有量,Mj-每辆车的耗油量,j-车型分类)

  Eaj—不同污染物的单位燃料平均排放因子,kg/t

  计算SO2和PM10的机动车污染分担率的方法同公式3.11。

  3.2杭州市机动车源污染物排放量及分担率

  3.2.1杭州市能源使用情况及工业废气排放情况

  (一)能源消费总量及能源结构

  2014年杭州市煤炭消费量1418.60万吨,天然气消费量19.78亿立方米,石油消耗量518.51万吨。2012~2014年杭州全市煤炭消费呈削减趋势,石油、天然气消费逐年增加。

  杭州是能源消费结构以煤炭为主,2013年煤炭消耗占总能耗约为60%,其次为石油占28%,天然气约占12%。近年来,随着杭州市能源结构调整,煤炭消耗占总能耗比值逐渐降低,2011年到2014年降低6%。石油和天然气消耗所占比例增加3%。

  2011年2014年

  图3.1杭州市能源结构分布变化图

  (二)工业煤炭消耗情况

  2014年杭州市工业原煤消耗1342.73万吨,洗精煤68.99万吨,焦炭124.18万吨。2000~2014年,杭州市工业煤炭消耗总量经历了先上升后稳步下降的过程,在2007年达到最大值。08年以后,随着天然气等清洁能源的使用,煤炭消耗呈下降趋势。2014年,杭州市工业煤炭消耗较2000年增加64.8%,较2007年峰值削减15.9%。

  (三)工业能源消耗情况

  2010-2014年间工业能源能耗变化情况比较见图3.2。

  图3.2 2010-2014年杭州市工业能源能耗变化比较图

  杭州市2014年的能耗结构主要包括煤炭、电力、成品油、天然气、液化石油气和其它。它们所占的比例分别是煤炭为48.22%,电力为20.8%,成品油为5%,天然气为7.55%,液化石油气为0.19%,其他为18.24%。详见图3.3。

  图3.3 2014年杭州市工业能源能耗结构示意图(%)

  (2)工业废气排放情况

  ①工业废气排放现状

  2014年杭州市工业污染源的工业废气排放总量为152054.41吨,废气中主要污染物的排放量及在总排放量中所占的比例分别为:烟尘9356.21吨,占总排放量的6.15%;二氧化硫69757吨,占总排放量的45.88%;氮氧化物45242.76吨,占总排放量的29.75%;粉尘11913.43吨,占总排放量的7.83%;一氧化碳15785.01吨,占总排放量的10.38%。其现状排放情况见图3.4。

  图3.4 2014年杭州市工业污染源的工业废气现状示意图(%)

  ②工业废气排放变化情况

  表3.8杭州市工业污染源废气污染物排放量(吨/年)

  年度废气量(吨)烟尘二氧化硫氮氧化物粉尘一氧化碳2010158105.7612198.6569947.3534349.3524258.0317352.382011147205.4514661.5764043.9837431.3112574.8018493.792012149716.2213076.417186536644.2211008.0617122.532013149877.7811046.497068743738.378377.92160282014152054.419356.216975745242.7611913.4315785.01从表3.8可以看出,杭州市工业污染源废气污染物排放量在2010-2011年间有所下降,2011年比2010年下降了7%,废气量从2011年147205.45吨,增长到2014年152054.41吨,在此期间,增长较为缓慢,年均增长速率仅为1%。氮氧化物在2010-2014年间主要呈现增长的趋势,从2010年的34349.35吨增长到2014年的45242.76吨,年均增长速率为7%。而其它废气污染物主要呈现降低的趋势,粉尘的降幅最大,从2010年的24258.03吨降低到2014年的11913.43吨,年均降低了11%;烟尘的降幅次之,从2010年的12198.65吨降低到2014年的9356.21吨,年均降低了5%。

  3.2.2杭州市机动车源污染物排放量及分担率计算结果

  根据3.1.3计算方案的确定,通过在车管所调研机动车保有量,环保局监测站调研固定源污染物的排放量和实地检测机动车车流量得到了杭州市在2012-2014年的相应数据,由此可以计算出由杭州市机动车尾气产生的CO、NOX、HC、SO2和PM10排放量,以及CO、NOX和SO2的分担率,结果见表3.9。

  表3.9 2012-2014年杭州市机动车源和固定源污染物排放量及分担率

  污染物CONOXHCSO2PM10排放量

  (t/a)分担率

  (%)排放量

  (t/a)分担率

  (%)排放量

  (t/a)排放量

  (t/a)分担率

  (%)排放量

  (t/a)201224133092.11818736.51700324653.12292200517237991.41257226.81214517642.34448201018465491.513564225.51342615832.21517201220812292.417072031.81838019212.60745201326189994.22148832.92309120422.81856201430676695.12517035.82708925453.521020注1):计算的分担率中只列出了CO、NOX、SO2的,没列出HC、PM10是由于缺少它们的固定源污染物的数据,所以不能计算这两种污染物的分担率;

  注2):缺少2011年的相关数据,所以没有统计;

  注3):在本次计算中主要考虑的固定源为由工厂产生的工业污染源,移动源则主要为机动车尾气排放的污染物质。

  从表3.9看出,CO、NOX、HC、SO2从2012年到2010年出现先降低后升高的趋势。2005年出现了最低值,这是由于此时杭州市针对机动车尾气污染的严峻状况采取了相应的能源改造计划,主要对在用车发动机的燃料进行改造,该计划又被称为“123”计划,此次改造主要针对车用燃料,对全部的出租车和公交车,以及部分私家车进行了改造,改造以后,机动车尾气污染状况有所缓解。由于当年淘汰了大量报废车辆,从而又减少了机动车尾气的污染。从2010年到2014年机动车的所有污染物的排放量在逐年递增,虽然在此期间,车用燃油的品质在不断地提高,私家车改装天然气的比重也在逐年增加,但机动车保有量的大幅增加,会增加污染物的排放量。2014年杭州市机动车的保有量增长最快,致使各污染物的排放量也达到了最大。

  2014年杭州市机动车尾气排放的CO、NOx、HC、SO2、PM10总量分别为30.68万吨、2.52万吨、2.71万吨、0.25万吨、0.10万吨,其中CO、NOx、SO2的分担率分别达到了95.11%、35.75%和3.52%。从它们三个分担率的大小结果中可以看出,杭州市的CO主要来源就是机动车尾气的排放,它在大气污染中占据重要地位。2014年我国一些城市的机动车尾气排放的分担率情况详见表3.10,它可以和杭州市尾气分担率情况做一比较。

  表3.10国内部分城市2014年机动车尾气排放分担率(%)

  城市CONOXHC机动车保有量(万辆)北京86.668.986.9479重庆87.960.464.3288上海85.445.9171.2249广州87.963.945.2215天津89.164.9969.1180深圳82.652.8156.4171昆明81.861.258.9128杭州95.1135.7560.1124从表3.10可知,通过把杭州市和我国部分城市的机动车尾气分担率进行比较,杭州市的机动车保有量虽然不高,但是尾气分担率较高,尤其是CO分担率最高,看出杭州市机动车尾气的污染状况较为严重。究其原因可能有以下几个方面:

  (1)在杭州市中旧机动车所占的比例较大,超过50%,它们的车龄通常超过五年。它的车况差、车龄长、排污量也大,对车辆进行的维护保养少;

  (2)杭州市的城市道路普遍都较为狭窄,在许多路段的某些时段,尤其上下班的高峰时段,会发生严重的交通拥堵现象,这样会减慢车辆的行驶速度,致使怠速时间较长;

  (3)三面环山、西髙东底的地势地形,加上杭州主城区很少刮风,主城区的风力也比郊区的小很多,力度越来越弱,加上近年来杭州高层建筑已经超过4000座,大部分集中在三个城区。由于建筑物的传热速度较快,外加建筑物外壁和屋顶的照射造成升温迅速,同时高温建筑阻碍了空气随风扩散,且杭州的地形本就不利于空气的外散,导致废气和热量积聚在主城区,空气污染严重的同时加速了热岛效应。

  3.2.3分车型机动车尾气排放的污染物量及其分担率

  对2014年杭州市机动车进行分车型的机动车尾气排放量计算,这里的车型分类有七类,它们分别是汽油轿车、微型汽车、中型汽油车、轻型柴油车、中型柴油车、重型柴油车和摩托车。接着对它们的分担率也进行相应的计算,详细结果见表3.11。

  表3.11 2014年杭州市分车型机动车尾气排放的污染物量及其分担率

  车型CONOXHCSO2PM10排放量

  (t/a)分担率

  (%)排放量

  (t/a)分担率

  (%)排放量

  (t/a)排放量

  (t/a)分担率

  (%)排放量

  (t/a)汽油轿车27.5189.681.3653.912.200.0520.600.003微型汽车0.591.910.052.120.060.015.410.001中型汽油车0.541.740.062.240.050.013.890.0005轻型柴油车0.120.410.145.670.040.1350.320.073中型柴油车0.110.370.176.580.040.0310.890.016重型柴油车0.361.190.7329.030.070.026.020.09摩托车1.454.710.010.460.250.0072.870.0004合计30.681002.521002.710.251000.10通过计算得到表3.11,从表中可以看出:2014年杭州市不同车型尾气排放的污染物,在CO的分担率中,比例最大的是汽油轿车,占到89.68%,其次为摩托车,占4.71%,微型汽车和中型汽油车分别占1.91%和1.74%。汽油轿车、摩托车、微型汽车和中型汽油车CO分担率的总量为98.04%,因此它们是机动车尾气CO污染的主要贡献者。在NOx分担率中,通过计算不同车型可以看出,汽油轿车的比例最高,占53.91%,其次为重型柴油车,占29.03%,中型柴油车的分担率为6.58%,以上三种车型占了杭州市机动车NOx总排放量的89.52%,所以汽油轿车、重型柴油车和中型柴油车是机动车尾气NOx污染的主要贡献者。在机动车尾气不同车型SO2的分担率中,比例最高的为轻型柴油车,占50.32%,其次为汽油轿车,占20.60%,中型柴油车的分担率为10.89%。轻型柴油车、汽油轿车和中型柴油车SO2分担率的总量为81.81%,因此它们是机动车尾气SO2污染的主要贡献者。在HC的排放上,汽油轿车、摩托车、重型柴油车的排放量共占总排放量的93.19%,成为主要的污染源。在PM10的排放上,轻型柴油车、中型柴油车、重型柴油车的排放量共占总排放量的96.07%,成为主要的污染源。

  看不懂,聚类分析树的概念先做个介绍,然后说明本图是说明什么问题的。补充横坐标物理量及单位

  图3.5 2014年杭州市各车型污染物年排放量的聚类分析树状图

  对2014年杭州市各车型污染物年排放量做聚类分析可以看出,将上述7种车型可大致分为四类。第一类为汽油轿车,该车型的CO、NOx、HC、SO2的排放量是7种车型中最高的,PM10的排放量较低,所以归为一类;第二类为摩托车,该车型的CO和HC的排放量仅次于汽油轿车,但NOx、SO2、PM10的排放量是7种车型中最低的,由此归为一类;第三类为重型柴油车,它的NOx的排放量虽然仅次于汽油轿车,但却远大于其它五种车型,从而归为一类;第四类为其余四种车型,这些车型的CO、NOx、HC、SO2、PM10的排放量都较为平均,因此归为一类。

  3.2.4杭州市公交车、出租车、过境车的排污状况

  通过在杭州市柳忠路管理所的调研,得到了杭州市过境车的车流量数据和相应的路况情况,据调查,杭州市每天的过境车辆约为19.01万辆。对过境车排污状况的估算如下表:

  表3.12过境车排污状况估算表

  污染物CONOxHC排放量(万t/a)9.361.010.65所占份额%30.5140.0823.99由此可知,当过境车驶入杭州市时,不但会增加了杭州市的交通拥堵情况,还会加大机动车污染物的排放量。

  3.2.5杭州市机动车在各主要路段的排污量计算

  把各路段长度、车流量代入,运用公式3.10,就可算出2014年杭州市北山街道、西溪街道、灵隐街道、翠苑街道、文新街道、古荡街道、西湖街道、白银路、转塘街道等9条主干道机动车尾气排放的CO、NOX和HC的污染物量以及这三种物质分别在总排量中占到的比例,详见表3.13。

  表3.13 2014年杭州市机动车在主干道的尾气排放量及各污染物在总排放量中所占的比例

  主要道路排放量(万t/a)所占比例%CONOXHCCONOXHC北山街道1.630.0990.1365.313.945.04西溪街道0.980.3810.0153.1915.113.88灵隐街道0.600.0470.0541.961.871.98翠苑街道0.450.0290.0411.471.131.52文新街道0.730.0440.0642.381.742.38古荡街道1.850.1040.1576.034.145.78西湖街道0.590.0520.0581.922.062.14白银路0.430.0210.0401.400.841.46转塘街道1.530.1730.1344.996.854.94以上北山街道、西溪街道、灵隐街道、翠苑街道、文新街道、古荡街道、西湖街道、白银路、转塘街道等9条主干道在杭州市的道路总长度中仅占12.58%,而由机动车尾气排放的CO、NOx、HC占到的比例较大,它们分别为42.47%、47.35%、42.60%,这说明在上述路段机动车尾气的排放量较大,这与客观事实也相符。从表格可以看出,由北山街道、西溪街道、古荡街道、转塘街道等路段排放的CO、NOx、HC污染物量较大。在平时经过这些路段时就会发现,它们经常会发生交通拥堵现象,且一般车流量都较大,致使机动车长期处于怠速状态,压车时间久,从而导致污染物排放量的增加。

  3.2.6机动车尾气分担率增长趋势分析

  杭州市机动车保有量的迅速增加,离不开经济的快速发展,目前杭州市机动车的年均增长速率为17.89%。保持这样的速率增长到2014年,预计杭州市的机动车保有量可达76.22万辆。当假设固定污染源不发生变化时,2014年底杭州市的机动车尾气排放量和分担率都会有所提升。详见表3.14。

  表3.14 2014年底杭州市机动车尾气排放量及分担率预测

  污染物CONOxHCSO2PM10排放量(万t/a)50.274.134.440.410.16分担率96.9547.755.55从以上结果可以看出,到2014年底,杭州市机动车尾气中的CO、NOX、HC、SO2和PM10的排放量分别为50.27万t/a、4.13万t/a、4.44t/a、0.41t/a和0.16t/a。CO、NOX和SO2的分担率分别为96.95%、47.75%和5.55%。表明杭州市机动车尾气排放的污染物已成为杭州市的主要污染源,针对机动车尾气的排放问题需要加大控制力度。

  3.3小结

  通过对杭州市机动车尾气分担率的确定,调研得到的杭州市固定源的排放情况,计算杭州市机动车源污染物的排放量及分担率。得到的结果如下:

  (1)机动车尾气排放的CO、NOX、HC、SO2从2012年到2010年出现先降低后升高的趋势。2005年出现了最低值,这是由于此时杭州市针对机动车尾气污染的严峻状况采取了相应的能源改造计划。到2014年各项污染物达到最高值,这主要是机动车保有量的快速增长造成的。2014年杭州市机动车尾气排放的CO、NOx、HC、SO2、PM10总量分别为30.68万吨、2.52万吨、2.71万吨、0.25万吨、0.10万吨,其中CO、NOx、SO2的分担率分别达到了95.11%、35.75%和3.52%。从它们三个分担率的大小结果中可以看出,杭州市的CO主要来源就是机动车尾气的排放,它在大气污染中占据重要地位。

  (2)2014年杭州市不同车型尾气排放的污染物,在CO的分担率中,比例最大的是汽油轿车,占到89.68%,其次为摩托车,占4.71%,微型汽车和中型汽油车分别占1.91%和1.74%。汽油轿车、摩托车、微型汽车和中型汽油车CO分担率的总量为98.04%;在NOx分担率中,通过计算不同车型可以看出,汽油轿车的比例最高,占53.91%,其次为重型柴油车,占29.03%,中型柴油车的分担率为6.58%,以上三种车型占了杭州市机动车NOx总排放量的89.52%;在机动车尾气不同车型SO2的分担率中,比例最高的为轻型柴油车,占50.32%,其次为汽油轿车,占20.60%,中型柴油车的分担率为10.89%。轻型柴油车、汽油轿车和中型柴油车SO2分担率的总量为81.81%;在HC的排放上,汽油轿车、摩托车、重型柴油车的排放量共占总排放量的93.19%;在PM10的排放上,轻型柴油车、中型柴油车、重型柴油车的排放量共占总排放量的96.07%。

  (3)在2014年底,对杭州市2149辆公交车、7554辆出租车全部进行了改装,从而使它们实现了燃气化。研究的课题中认为公交车与出租车无尾气排放,所以在计算机动车尾气排放量的过程中将它们忽略。杭州市每天的过境车辆约为19.01万辆,当过境车驶入杭州市时,不但会增加了杭州市的交通拥堵情况,还会加大机动车污染物的排放量。

  (4)北山街道、西溪街道、灵隐街道、翠苑街道、文新街道、古荡街道、西湖街道、白银路、转塘街道等9条主干道在杭州市的道路总长度中仅占12.58%,而由机动车尾气排放的CO、NOx、HC占到的比例较大,它们分别为42.47%、47.35%、42.60%,这说明在上述路段机动车尾气的排放量较大。

  (5)通过对杭州市机动车尾气分担率增长分析预测可知,到2014年底,杭州市机动车尾气中的CO、NOX、HC、SO2和PM10的排放量分别为50.27万t/a、4.13万t/a、4.44t/a、0.41t/a和0.16t/a。CO、NOX和SO2的分担率分别为96.95%、47.75%和5.55%。说明杭州市机动车尾气污染状况已十分严峻。

  第四章灰色关联分析杭州市大气环境的影响因素

  4.1灰色系统理论的概述与特点

  4.1.1灰色系统理论的概述

  20世纪80年代初期我国著名学者邓聚龙教授提出了灰色系统理论(Greysystemtheory,GST),它是一门新兴学科,主要研究灰色系统建模预测决策和控制。它被广泛应用于很多方面,涉及到军事部门、教育机构、商业部门、医药科学、生态环境、交通运输、环保能源、经济、水文、农业、工业等,成功地解决了科学研究、生活和生产中的大量实际问题,并取得了一系列理论和研究成果。

  关联分析通俗来说就是将有联系的事物结合起来,把所有能考虑到的因素列成数据列,看它们之间是否存在一些相似或者相异的分析。变化一致,则关联度大;变化不一致,则关联度小。针对一些数据少、经验不够、信息不全的问题,通常采用的分析方法为灰色关联分析。灰色关联分析在灰色理论中占据主要地位。它通常采用量化的分析方法。通过曲线的几何形状是否相似判断事物的相似或相异的程度,即就是灰色关联理论的基本思想。灰色关联度通常用来评价环境质量。数据列可用来描述关联度的大小。关联度的分析方法对样本量的要求不高,它之所以得到广泛应用的原因是它和定性分析相符。

  4.1.2灰色系统理论的相关特征

  (1)灰色系统理论具有整体性

  灰色系统理论研究的对象往往不是单一的,而是多种多样的。它所传递的信息也不是完全的,而是不完全确定的、模糊的。在灰色理论系统中,从获取信息到结果传递的整个过程中,会形成许多个灰色映射。通过多个映射得到许多个解,这些解就会形成一个整体性的集合。这充分说明灰色理论系统不是单一、局部的看待问题,而是纵观全局,把需要分析的问题当作一个整体来考虑。

  (2)灰色系统理论具有客观性

  灰色系统理论研究对象涉及到的因素往往和时间有关,对一些没有规律可循的数来说,做这样的研究是没有意义的。它往往会研究彼此之间有相互联系的数据。这样的数据被称之为有系统行为的数。这说明灰色系统理论具有客观性,它能更好的帮助人们认识和改造客观世界。

  4.2基于灰色关联的杭州市空气质量影响因素分析

  4.2.1灰色关联的计算方法

  设母因素的时间序列与子因素的时间序列分别为

  Xitk=Xit1,Xit2⋯⋯,Xi(tn),

  Xjtk=Xjt1,Xjt2⋯⋯,Xj(tn)。

  公式:

  (4.1)

  称rij为子因素Xj对母因素Xi的关联度

  式中rij(tk)称Xj对Xi在k时刻的关联系数:

  (4.2)

  上式中Δmin为各时刻的最小绝对差:

  (4.3)

  Δmax为各时刻的最大绝对差:

  (4.4)

  式(4.2)中的k为分辨系数,k∈[0,1],乘以k为了减小出现极差时对计算的影响,进而提高分辨率。通常情况k取0.5。

  计算步骤:

  第一步:对原始数据进行初始化处理。把所有数据除以第一个数据就可得到一个新的数列,这样可以简化数据,方便计算。

  第二步,求母序列

  (Xo)与各子序列(Xi)在各时刻的绝对差。得到Δmin和Δmax。

  第三步,利用式4.2求关联度rij。

  4.2.2灰色关联的具体应用

  灰色关联分析法是一个对系统发展变化态势进行比较和定量描述的方法。它的基本思想是:先要确定好目标序列与一些比较序列间的关联系数;在这个基础上,结合重要的权重,逐步计算各序列与目标序列间的关联度。若目标序列与比较序列间的关联度大,那么认为二者的变化趋势基本一致;反之,则认为它们二者之间差异较大。目前灰色关联分析法在社会科学和自然科学等多个领域都有广泛的应用,关于大气质量方面的研究集中在大气污染物和气象要素、空气质量影响因素评价、空气质量和呼吸系统疾病的相关性等。本文对杭州市空气质量的影响因素采用灰色关联分析方法进行研究。

  (1)确定分析序列

  本文目标序列为空气质量X0,比较序列为各类影响因素Xi。

  Xi=Xi1,Xi2,Xi3,⋯Xik,I=1,2,···,n

  式中,k表示指标数,这里表示2010、2012、2013及2014这4年的数据;i表述比较序列,即11项影响因素,见表4.1。

  表4.1目标序列与比较序列

  因素类型因素单位目标序列空气质量SO2年均浓度XO1mg/m3NO2年均浓度XO2mg/m3PM10年均浓度XO3mg/m3比较序列经济发展市区总人口X1万人国民生产总值X2亿元能源消耗总量(折标煤)X3万t城市与社会发展城市机动车保有量X4辆城市道路总长度X5Km城市道路面积X6万m2机动车尾气污染

  物排放CO排放总量X7万tNOX排放总量X8万tHC排放总量X9万tSO2排放总量X10万tPM10排放总量X11万t表4.2基本数据系列

  因素2010201220132014母因素SO2年均浓度XO10.0570.0710.0590.057NO2年均浓度XO20.0520.0550.0420.048PM10年均浓度XO30.1930.1320.1500.157子因素市区总人口X1327.01331.01332.18323.54国民生产总值X2638.47846.28925.981100.39能源消耗总量(折标煤)X31138.301237.871318.571616.31城市机动车保有量X4201127289144332087395625城市道路总长度X5437.96337.9868.9541.68城市道路面积X6978.611102064.51383.57CO排放总量X718.4720.8126.1930.68NOX排放总量X81.361.712.152.52HC排放总量X91.341.842.312.71SO2排放总量X100.160.190.200.25PM10排放总量X110.050.070.090.10对原始数列进行初始化变换,变换结果如下:

  Xo1=(1,1.246,1.035,1)

  Xo2=(1,1.058,0.808,0.923)

  Xo3=(1,0.648,0.777,0.813)

  X1=(1,1.012,1.016,0.989)

  X2=(1,1.325,1.45,1.723)

  X3=(1,1.087,1.158,1.42)

  X4=(1,1.44,1.654,1.971)

  X5=(1,0.772,1.984,1.237)

  X6=(1,1.134,2.11,1.414)

  X7=(1,1.127,1.418,1.661)

  X8=(1,1.257,1.581,1.853)

  X9=(1,1.373,1.724,2.022)

  X10=(1,1.188,1.25,1.563)

  X11=(1,1.4,1.8,2)

  (2)计算绝对差

  Δ1i(k)=|Xo1(k)-Xi(k)|

  Δ11=(0,0.234,0.019,0.011)

  Δ12=(0,0.079,0.415,0.723)

  Δ13=(0,0.159,0.123,0.42)

  Δ14=(0,0.194,0.619,0.971)

  Δ15=(0,0.474,0.949,0.237)

  Δ16=(0,0.112,1.075,0.41)

  Δ17=(0,0.119,0.383,0.661)

  Δ18=(0,0.011,0.546,0.863)

  Δ19=(0,0.127,0.689,1.022)

  Δ110=(0,0.058,0.215,0.563)

  Δ111=(0,0.154,0.765,1)

  显然

  ΔXo1 min=0ΔXo1 max=1.075

  同理可求出

  ΔXo2 min=0ΔXo2 max=1.302

  ΔXo3 min=0ΔXo3max=1.333

  (3)计算关联度

  k=0.5 N=4

  同理,可求出其它母序列对子序列的关联度,将所有关联度排成关联度矩阵得

  R=0.911 0.716 0.787 0.639 0.647 0.682 0.713 0.716 0.648 0.776 0.6350.899 0.665 0.794 0.612 0.681 0.699 0.722 0.659 0.615 0.733 0.6070.799 0.608 0.696 0.566 0.713 0.641 0.638 0.595 0.565 0.655 0.559

  关联度的等级划分:罗上华等研究城市环境保护规划与生态建设指标体系实证时,把灰色关联度划分为4级(见表4.3),论文中采用同样的划分方式。

  表4.3关联度等级el

  关联度评价描述0~0.3低关联,两系统指标间耦合作用弱0.3~0.6中等关联,两系统指标间耦合作用中等0.6~0.8较高关联,两系统指标间耦合作用较强0.8~1高关联,两系统指标的相对变化几乎一致,耦合作用极强根据最终计算出的关联度矩阵,得到不同空气污染物与影响因素的关联度,各个影响因素的不同关联度详见图4.1。

  (a)SO2

  (b)NO2

  (c)PM10

  图4.1不同空气污染物与影响因素的关联度

  根据表4.3关联度等级和最终计算出的关联度矩阵,得到表4.4。

  表4.4关联度影响因素

  影响因素SO2关联度SO2关联等级NO2关联度NO2关联等级PM10关联度PM10关联等级市区总人口X10.911高关联10.899高关联10.799较高关联1国民生产总值X20.716较高关联40.665较高关联70.608较高关联7能源消耗总量(折标煤)X30.787较高关联20.794较高关联20.696较高关联3城市机动车保有量X40.639较高关联90.612较高关联100.566中等关联9城市道路总长度X50.647较高关联80.681较高关联60.713较高关联2城市道路面积X60.682较高关联60.699较高关联50.641较高关联5CO机动车排放总量X70.713较高关联50.722较高关联40.638较高关联6NOx机动车排放总量X80.716较高关联40.659较高关联80.595中等关联8HC机动车排放总量X90.648较高关联70.615较高关联90.565中等关联10SO2机动车排放总量X100.776较高关联30.733较高关联30.655较高关联4PM10机动车排放总量X110.635较高关联100.607较高关联110.559中等关联11从表4.4可以看出,空气中SO2、NO2浓度与各项影响因素呈现较高关联,说明各项影响因素对空气中SO2、NO2浓度有较高的影响,其中排名前三的影响因素为市区总人口、能源消耗总量和SO2机动车排放总量。说明人口的增长、能源消耗的增长以及机动车排放SO2总量的增加都会促使空气中SO2及NO2浓度的升高。空气中SO2浓度与SO2机动车排放总量的关联度排名第三,说明机动车尾气排放的SO2对空气中SO2浓度的贡献是较高的。空气中NO2浓度与NOx机动车排放总量的关联度排名虽然只排第八,但是关联程度为较高关联,这是由于机动车尾气排放的NOx分担率不低,机动车尾气直接排放的NOx是NO,它在一段时间后迅速氧化为NO2,致使空气中的NO2浓度升高。空气中PM10浓度与各项影响因素关联度排名前三的为市区总人口、城市道路总长度及能源消耗总量。说明人口的增长、城市道路总长度的增加以及能源消耗的增长会促使空气中PM10浓度的升高。空气中PM10浓度与PM10机动车排放总量呈现中等关联度且排名最后,说明影响空气中PM10浓度的因素诸多,机动车尾气排放的PM10较低,对空气中PM10浓度的影响较小。

  4.3小结

  通过运用灰色系统理论分析杭州市大气环境的影响因素可知,空气中的SO2、NO2、PM10浓度受到诸多因素的影响。然而与本课题有关,通过第三章计算得到的CO、NOx、HC、SO2、PM10机动车排放总量与空气中的SO2、NO2、PM10浓度进行分析可知:空气中SO2浓度与SO2机动车排放总量呈现较高关联,并且关联度排名第三,说明机动车尾气排放的SO2对空气中SO2浓度的贡献是较高的;空气中NO2浓度与NOx机动车排放总量呈现较高关联,虽然排名第八,但由于机动车尾气排放的NOx分担率不低,机动车尾气直接排放的NOx是NO,它在一段时间后迅速氧化为NO2,致使空气中的NO2浓度升高。空气中PM10浓度与PM10机动车排放总量排名最后且呈现中等关联度,说明机动车尾气排放的PM10对空气中PM10浓度的影响较小,这可能由两方面原因造成:首先,由机动车尾气排放的PM10含量较低;其次,影响空气中PM10浓度的因素诸多。

  第五章机动车污染控制现状及防治对策

  5.1机动车污染控制现状

  5.1.1杭州市机动车尾气污染控制现状

  杭州市的机动车尾气污染防治工作深受当地政府的重视,为加强机动车排气污染监管,杭州市成立了以市长为组长,分管副市长为副组长的“杭州市机动车排气污染防治工作领导小组”,协调和决策全市机动车排气污染防治工作。近年来,杭州市致力于机动车尾气污染治理工作,采取了一系列措施。杭州市自2011年10月8日起实施工作日高峰时间段“错峰限行”交通管理措施,较好的缓解了城市交通拥堵状况。为配套实施小客车总量调控工作,杭州市于2014年5月5日起对“错峰限行”措施进行调整:一是现行时间在早晚高峰各延长和提前半小时。二是在限行时间内,禁止非浙A号牌的外地车辆在错峰限行区域和城市高架上通行。

  杭州市对公交车辆单位以及其他重点用车单位加强管理,并采取通过经济补助的办法,鼓励高污染车辆淘汰,特别是黄标车的淘汰方面做了一些努力,淘汰高污染车辆,更新新能源车辆。

  杭州市也己经开始提倡拼车,倡导鼓励自行车、公交车、地铁等绿色出行等措施,来降低机动车的使用强度,来控制污染物排放,并希望在2017年的时候,杭州市公共交通出行率超过30%。目前,杭州市也制定了一些关于节能环保型机动车的鼓励方案,除了生产研发还有消费补贴,希望通过发展新能源,使用清洁能源来缓解当前的环保压力。杭州市制定出台的一系列关于机动车新能源的改造方案,专门针对企业研发和生产,研究制定了相关的财政补贴措施,在全市建设的中国电网加电站和天然气加气站等措施,但是最终的效果有限。

  5.1.2杭州市机动车尾气污染控制目标

  面对杭州市机动车污染现状,《杭州市大气污染综合治理机动车尾气污染治理实施方案》提出了关于杭州市机动车尾气污染控制目标,要求对机动车尾气污染防治工作从源头上加以控制,对可能造成机动车尾气污染的每一步都做好相应的把控,对道路交通要实施一定的改扩建措施,确保机动车能通畅的在路上行驶。对报废车辆要加以淘汰,当它们在路上行驶时,就会增加机动车尾气的排放量;当道路交通拥堵,车辆怠速行驶时,同样会增加机动车尾气的排放量,此时,产生的污染物质主要为NOX和PM。在2012年,杭州市关于机动车尾气污染状况提出了更为严格的尾气排放标准,这样会降低尾气排放量。同时,对一些年代古老的机动车严把淘汰关,也会减少尾气的排放。通过上述做法会使在用车的尾气年检率提高,达到80%以上。到2013年,机动车尾气污染状况会得以改善,市区不再出现冒着黑色烟雾的机动车,机动车的90%以上要符合国家第四阶段标准。到2014年,杭州市的机动车尾气排放要符合更加严格的标准,对机动车尾气排放建立更为合理的排放管理系统,改善杭州市市区内的污染状况。

  杭州市将在2015年,对大气中的污染物质诸如PM、NOX和SO2加以治理,使它们能符合国家的二级标准,力争增加杭州市的优良天数,确保在一年365天中优良天数有292天以上。关于机动车尾气的污染治理工作,合理调整城市布局会显得尤为重要,实施第四版城市总体规划和新一轮土地利用总体规划,通过大力开发并拓展杭州市新区,使得杭州市区的污染状况得以缓解,在用车的尾气污染状况会得到基本改善。

  5.1.3杭州市机动车尾气污染控制检测技术

  根据《杭州市机动车环保检验机构建设规划》(杭环发〔2012〕176号)文件的要求,杭州市积极开展机动车环保检验机构建设工作。截止2014年5月,杭州市共有18个环检机构受市环保局的委托,开展机动车环保定期检验工作,共有检测线133条。其中简易工况法检测线67条,双怠速检测线35条,加载减速法检测线9条,自由加速法检测线20条。定期的对机动车尾气进行检测,实现机动车环保检测范围在杭州市城区的全覆盖。此外,还招标引进两台红外线遥感检测车,检测车除了提高车辆监测速度,不用拦停车辆即可监测尾气排放外,还具备抓拍违规排放车辆和识别车辆环保标志等功能。

  5.2机动车污染防治对策

  5.2.1强化源头管理措施

  目前在杭州市要求尾气排放达到国Ⅳ标准,关于机动车的指标参数也要严格的把控。对于超标排放的机动车,不允许登记挂牌。要求在用车车主定期的对机动车进行检测,不符合标准的将要进行改装和维修,最终目标是尾气排放符合国Ⅳ标准。如果不按照上述要求执行,强行上路,相关部门将不会办理检验签证。对达到报废的机动车要强行回收,通过随机抽查,对杭州市符合报废要求的机动车,责令报废。同时需要清楚杭州市达到报废机动车的具体数目,把相关的报废单据交给车主,需要他及时办理机动车报废手续。由于柴油车在上路过程中,往往会排放NOX和PM,一些达到报废要求的柴油车会带来更大的污染问题,因此对于达到报废的柴油车更应该严格把控,使其数量降低。

  5.2.2黄标车限行措施

  当大型货运车驶入杭州市区时,会带来严峻的污染问题,因此对它的驶入要进行一定的限制。在杭州市共有15个出入境口,可以对大型货车的限行做好监督工作,诸如对一些尾气冒着黑烟的货运车,严重超载的货运车,就要禁止它们驶入杭州市区。一些农用车和拖拉机也会带来尾气污染问题,同时对它的驶入也要限行,监督人员在15个出入境口全天24小时严格执行监督工作,不允许它们驶入杭州市区。在杭州市的中心城区内要做好黄标车限行措施,把机动车划分为绿标、黄标,并且将其发放给车主,绿标车允许在杭州市中心城区出入,黄标车则不行,在市中心区对黄标车设定一些卡口,从而可以严格把控黄标车驶入中心区。

  对于进入杭州市的车辆,要适时进行在道路上的检查和检测,看机动车的尾气是否超标。通常要在主城区的入口处设置相应的检测点位,而检测的车辆往往是入境车辆,诸如拖拉机、年代久远的车辆、大卡车和大货车等,对上述车辆的抽检工作是随机的。杭州市政府颁布了关于机动车尾气污染防治的方法,对于机动车尾气严重超标的车辆实行一定手段加以防治,这些手段包括要求车主对尾气不达标的机动车进行维修,通过维修符合尾气排放标准后,才能继续上路。往日的尾号限行措施通过执行,的确对降低机动车尾气污染有明显的效果。因此要继续执行尾号限行,加大监管力度,确保在城区道路上机动车总量维持在一定范围内。当杭州市区大气污染状况严重,出现红色预警时,尾号限行政策就要符合当时的实际情况,可以制定的更为严格,对机动车进行单双日限行,从而才可以降低由机动车尾气排放的污染物质。对在用车燃油的改善也很重要,从油品生产到普及使用的整个过程中要严把质量关,使其符合我国关于油品质量标准的要求。当燃油使用柴油时,就会带来氮氧化物和颗粒物的污染,尤其当柴油不纯时,产生的污染物质会更多,排放量也会加大。因此对车用柴油品质的严格要求会非常重要。

  5.2.3提高道路通行能力措施

  道路交通拥堵问题,不但会影响人们的工作和生活,同时由机动车尾气排放的污染物质会严重影响大气环境。当机动车处于怠速状态时,尾气排放的污染物质的量远大于机动车正常行驶时的排放量。因此在道路交通问题上,交通部门要总揽全局,道路主要路段有交警指挥疏导交通,对于经常会发生交通事故的路段安排相应的人员车辆在事故现场以便完成疏导工作,使道路保持通畅。鼓励杭州市民拨打“122”交通热线,及时向交通部门反映一些情况,诸如违法违章、道路拥堵、交通事故等,这样有利于道路的疏导工作。对杭州市中心城区交通的优化工作是非常重要的,针对优化工作,推出了一个设计-论证-审查的方案,通过实施,使得杭州市城区的道路交通拥堵问题得以改善,车辆的行驶速度也得到了提高[45]。对于执法人员不在现场的交通违章行为,要加强电子监控系统对违章行为做记录,并能强化管理手段,使得交通状况更为完善合理。对机动车道、非机动车道、人行道进行更为系统的划分,让行人和不同车辆能各行其道,使得通行效率得以显著提高。通过科学手段,合理调整交通流量,对大货车要限行路段范围、对于污染严重的机动车要限行、对于某些道路易发生拥堵的现象要限时。通过对机动车总量的控制,可以有效改善道路拥堵现象,减低尾气污染状况。公共交通系统在杭州市需要得到大力发展,到目前为止,公交车都为燃气车,这种绿色交通的大力发展会显著降低尾气对大气的污染。并且BRT公交系统的发展,会使得公交系统在杭州市整个交通系统中具有主导作用。停车收费会随停车场的规模、地段、停放时间不同、外地或本地车辆、车辆大小不同等收取的费用也会有所不同。而针对乱停车严重影响道路通行的现象需要严厉打击,采取罚款、托车等措施来确保道路通畅。近年来地铁的开通在一定程度上缓解了杭州的交通压力,但是杭州主城区的的许多地方都在施工修建地铁,又造成杭州主城区的道路交通陷入了一滩烂泥的的状态,到2017年,多条地铁线相继开通,相信杭州市民会越来越多的放弃开车,选择公共交通出行。

  5.2.4改善路网基础设施措施

  对于杭州市路网的基础设施要加以改善。杭州现在正在建设“两绕四纵五横”——“两绕”,一绕是绕城公路,二绕是杭州市都市经济圈环线。“四纵五横”,其范围在绕城公路内,在原规划的“三纵五横”快速路网基础上,再增加了一纵。改善路网的目的在于减缓交通拥堵现象,从而才可降低尾气污染对杭州市大气环境的影响,进一步增强省会中心城市的承载、辐射、带动能力。

  5.2.5机动车排放控制措施

  根据第三章各类型机动车排放量及分担率的计算结果可知,主城区控制机动车CO排放总量,首先要控制的污染源为汽油轿车,其次为摩托车和微型汽车;NOX排放总量污染源的首要控制对象为汽油轿车,其次为重型柴油车和中型柴油车;HC排放总量污染源主要控制对象为汽油轿车,其次为摩托车和重型柴油车;SO2排放总量污染源主要控制对象为轻型柴油车,其次为汽油轿车和摩托车;PM10排放总量主要控制对象为轻型柴油车,其次为重型柴油车和中型柴油车。

  由于柴油车产生的尾气污染问题往往会更加严重,所以对它的监管控制是非常重要的。对于不符合尾气排放标准的柴油车,不允许挂牌上路。从而可以使柴油车的数量被控制在一定范围内。

  对于汽油轿车要从车用燃料入手,使用环保的清洁能源,目前杭州市普遍推广的清洁能源是CNG。对私家车建立改装点,CNG加气站也要大力投入建设使用,为公交车、出租车及改装的私家车供应CNG。说明在用车正在从燃料型向燃气型转变。

  对于摩托车要在总量上控制它的的数量,提倡并快速发展乘坐公共交通。依据城市的规模,适当增加公交车的数量,减少摩托车的使用量。还可提倡使用电动车或自行车,从而减少摩托车的尾气排放量。

  5.2.6机动车环保管理措施

  当机动车的类型不同,使用燃油不同时,由机动车尾气排放的污染物质也会大不相同。因此对机动车进行适时的环保管理是尤为重要的,需要对在用车定期进行检查维护。当机动车检验不合格时,就不允许在车窗上张贴合格标志。即使在用车尾气排放达标,不同在用车尾气排放量也会大不相同,因此根据在用车尾气排放量的不同,合格标志的颜色也会有所不同。但是,当机动车取得合格标志,尾气排放量依旧很高,就需要对它们采取一定措施减缓尾气污染,诸如对市区路段的限行、高峰时段不得驶入的限制。合格标志未被获取的机动车,不允许在道路上通行。

  当机动车在道路上行驶时,要随机抽查,看它们是否获得合格标志,尾气排放是否符合国家标准。抽查的目的在于让在用车能符合上述的要求和标准,这样才能有效降低尾气的排放。

  对于机动车的过户问题,也要采取相应的环保措施。机动车在过户前要进行随机的抽查检验,只有通过检验取得合格标志的机动车,才可以对其进行过户,否则不予办理。

  5.2.7燃油(气)质量改善管理措施

  燃油由加油站供应,它的品质好坏严重影响着尾气排放量的多少。因此要强化加油站的监督管理,严禁其销售不符合国家标准的燃油。倘若燃油不达标,就不能给加油站颁发许可证,从而加强监督管理制度;对燃油(气)进行合格检验,符合标准的才可允许使用销售。

  在车用燃料中使用添加剂,能有效降低污染物质的排放,因此国家鼓励并支持在用车燃料添加剂的使用。当然添加剂也要符合相应的标准要求,取得环保合格证时,方可投入使用。当机动车使用汽油燃料时,排放的HC和CO会较高,因此需要在汽油燃料中加入除碳剂。当机动车使用柴油燃料时,排放的NOX和PM会较高,容易形成黑色烟雾,因此需要在柴油燃料中加入消烟剂[74]。

  加油站的油气如果监管不当,容易发生泄漏现象,产生很多污染物质给大气带来不利影响,因此需要对加油站的油气进行合理回收,可减少HC的含量。

  5.2.8技术保障和能力建设措施

  对杭州市的尾气治理工作需要相应的技术保障,以及建立一些治理尾气污染的环保机构,专门培训针对尾气污染治理的环保型人才,从事机动车尾气定期检验及监督工作。

  以专门机构为基础建设在用车技术保障工作,对在用车实施相应的环保建设方案。运用计算机手段,提取环保类尾气排放的信息。把相关部门检测到的关于机动车尾气污染的数据,输入计算机并在网上发布,便于管理。需要输入计算机的相应信息包括不同车型的机动车、在用车保有量、达标的空气质量天数、燃油(气)的使用情况、对机动车尾气的检测频率等。最后,把尾气排放的信息发布到网上,让公众有一定的了解和认识。

  5.2.9促进公众参与和宣传教育措施

  关于机动车尾气污染防治问题,需要公众参与进来,加强宣传教育的力度。可以在公共场所的大型橱窗里张贴相应的海报,还可印刷环保宣传材料,让人们对机动车尾气的危害有所了解,提升人们对它的认知度。在城区需要设立一些监督部门,严格把控尾气不能达标排放的机动车,要鼓励民众参与监督工作,举报未能达标排放的机动车,监督部门根据实际情况做出相应的处理对策,对于举报人员要加以表彰鼓励,发放奖金,颁发环保勋章。

  5.2.10法律保障措施

  机动车尾气污染防治工作离不开法律的保障,只有通过法律的约束力才能把这项治理工作落实。这就需要把影响机动车尾气污染的各种因素包括强化源头管理措施、黄标车限行措施、提高道路通行能力措施、改善路网基础设施措施、机动车排放控制措施、机动车环保管理措施、燃油(气)质量改善管理措施、技术保障和能力建设措施、促进公民参与和宣传教育措施等内容纳入条例中,这样机动车尾气治理工作才能有法可依。

  5.3小结

  根据杭州市机动车污染控制现状,从强化源头管理、黄标车限行、提高道路通行能力、改善路网基础设施、机动车排放控制、机动车环保管理、燃油(气)质量改善、技术保障和能力建设、促进公众参与和宣传教育、法律保障10个方面为杭州市机动车尾气污染防治提供相应的对策,同时也为相关部门的管理和决策提供依据。

  结论

  杭州市机动车保有量的快速增长致使机动车尾气排放的污染物质增多,并且由机动车尾气排放的污染物质在大气中所占的比例也越来越大,说明杭州市机动车尾气污染状况非常严峻,它是杭州市大气污染的主要来源。通过借鉴国内外关于机动车尾气排放的研究,结合杭州市现状,调研了杭州市2012-2014年机动车的保有量、主要干线车流量、主要工业源排放状况以及能源使用情况,制定了相应的机动车尾气分担率的计算方案,得到了2012-2014年的CO、NOX、HC、SO2、PM10的排放量及分担率。对杭州市机动车尾气排放状况与交通现状进行了分析,计算了分车型的机动车尾气排放状况和在主要路段机动车尾气的排放状况,估算了过境车尾气的排污情况。结果表明:

  (1)杭州市大气中的CO主要来源于机动车尾气的排放,2014年杭州市机动车尾气排放的CO、NOX、HC、SO2、PM10五种污染物的总量分别为30.68万吨、2.52万吨、2.71万吨、0.25万吨、0.10万吨,其中CO、NOx、SO2的分担率分别达到了95.11%、35.75%和3.52%。

  (2)各车型CO的分担率中,所占比例最大的是汽油轿车,占到了89.68%,其次为摩托车,占4.71%,微型汽车和中型汽油车分别占1.91%和1.74%。这四种车型占到了杭州市机动车CO总排放量的98.04%。各车型在NOx分担率中,汽油轿车的比例最高,占53.91%,其次为重型柴油车,占29.03%,中型柴油车的分担率为6.58%,以上三种车型占了杭州市机动车NOx总排放量的89.52%。各车型SO2分担率中,轻型柴油车的比例最高,占50.32%,其次为汽油轿车,占20.60%,中型柴油车的分担率为10.89%,上述三种车型占了杭州市机动车SO2总排放量的81.81%。在HC的排放上,汽油轿车、摩托车、重型柴油车的排放量共占总排放量的93.19%,成为主要的污染源。在PM10的排放上,轻型柴油车、中型柴油车、重型柴油车的排放量共占总排放量的96.07%,成为主要的污染源。

  (3)杭州市过境车尾气排放的CO、NOX、HC总量分别为9.36万吨、1.01万吨、0.65万吨,它们在机动车排污份额中所占的比例分别为30.51%、40.08%、23.99%。

  (4)北山街道、西溪街道、灵隐街道、翠苑街道、文新街道、古荡街道、西湖街道、白银路、转塘街道等9条路段虽然只占杭州市道路总长度的12.58%,但是机动车尾气排放的CO、NOx、HC的比例分别达到42.47%、47.35%、42.60%。

  (5)通过杭州市空气质量与各项影响因素的灰色关联度分析可知机动车尾气排放的污染物质对杭州市的大气环境具有一定影响。

  本论文通过现场调研、测试以及模式计算得出了上述数据,结合数据,分析杭州市机动车尾气排放的污染物质对大气环境的影响,根据杭州市机动车污染控制现状,从强化源头管理、黄标车限行、提高道路通行能力、改善路网基础设施、机动车排放控制、机动车环保管理、燃油(气)质量改善、技术保障和能力建设、促进公众参与和宣传教育、法律保障10个方面为杭州市机动车尾气污染防治提供相应的对策,同时也为相关部门的管理和决策提供依据。

  本论文目前存在的主要问题是杭州市目前能够用于确定排放因子参数的数据几乎没有,对于杭州市机动车尾气污染防治带来一定困难。

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