機動車尾氣對呼和浩特市大氣環境影響分析

曹英楠，楊 耀，孫 英

（1.內蒙古工業大學，呼和浩特 010051；2.內蒙古尚清環保科技有限公司，呼和浩特 010020； 3.呼和浩特市環境監測中心站，呼和浩特 010051）

呼和浩特意為“青城”，是內蒙古草原的腹地，素以藍天、白云、空氣清新而著稱，每年吸引著來自全國各地的游客到此度假休閑。然而，隨著城市化進程及城市交通機動化的加速發展，機動車尾氣污染已成為城市居民近年來最關心的問題[1]。本文通過對呼和浩特市機動車的保有量、主要干線上運行汽車流量、市內各種車型比例及城市固定污染源排放狀況進行詳細調查，計算了本市汽車尾氣的排放分擔率，分析了汽車尾氣的污染對青城大氣環境的影響，為今后本市大氣環境治理提供了科學的依據并對呼和浩特市大氣污染治理提出了一些可行的解決方案。

1 呼和浩特市機動保有量情況及趨勢

盡管呼和浩特市的主要干道除天然氣公交車外，全市現已設有公共自行車120 個租賃點，地鐵也已經進入城市規劃階段，使人們的綠色出行更加便捷，然而，截至2014年6月，該市仍有客運出租車6 228 輛。2012-2014年，呼和浩特市的機動車保有量顯著增加，截至2014年底，公共交通及民用轎車已達74.98 萬臺，年均增幅為13.7%。呼和浩特市2012-2014年機動車保有量增長趨勢如圖1所示。

圖1 呼和浩特市2012-2014年機動車保有量

呼和浩特市道路面積由2009年的1 520 萬m2增長到1 949 萬m2，道路長度由2009年的568.8 km 增長到770 km，已形成“八橫十縱一快速”的城市道路交通體系，并與二環路、繞城路共同構成本市城市道路主骨架，大大提高通行能力，方便市民的出行。

根據2012-2014年呼和浩特市機動車保有量以及車型比例，筆者選擇了本市的五條交通干線：新華大街（由興安北路—騰飛路）、成吉思汗大街（通道路—興安北路）、興安北路（烏蘭察布街—海拉爾東街）、烏蘭察布街（呼倫路—昭烏達路）和騰飛路（四緯路—新華大街）。然后，對這五條主要交通干線的平均車流量（輛/h）進行分析，如圖2所示。

圖2 呼和浩特市主要路段2012-2014年的平均車流量

選取車輛高峰期時段觀測，早、中、晚時間為：7：30—8：30、11：30—12：30、17：30—18：30，每條路段隨機布設多個觀測點，目測各個測點每分鐘通過的車輛平均數，然后按模比擴大到小時，最終得出平均每小時的車流量。根據呼和浩特市車管所提供的5 條主要干道歷年的平均車流量數據，2012年全市平均車流量為2 374 輛/h，2013年為2 805 輛/h，各路段平均增幅17.6%，到2014年已達到3 444 輛/h，平均增幅23.1%，烏蘭察布街增幅達到了31.5%。

圖3 呼和浩特市的機動車車型比例（%）

呼和浩特市的機動車車型比例如圖3所示。其中，汽油轎車所占車流量比例最大，為68.7%，摩托車為10.03%，占比最小的是中型汽油車，只有1.33%。

2 呼和浩特市機動車污染狀況分析

2.1 機動車尾氣污染分擔率計算方法

每種大氣污染物質都可能來自多種污染源。例如，CO 可能來自工業廢氣和石化能源燃燒，也可能來自機動車尾氣排放。污染源分擔率，是指研究區大氣中的顆粒物由各個發生源所提供給它的質量（或濃度）所占該地顆粒物總質量（或總濃度）的百分比，可以量化某種大氣污染物中各個污染源的貢獻。

首先，根據監測數據及調查資料計算出呼和浩特市機動車源污染物排放量QAK。通過提取各個監測點的道路長度、車流量、車型比例以及各類車型的排放因子，估算出測點控制范圍內的污染物排放量[2]。運用加權平均求出呼和浩特市單位路段污染物排放量，再與該市道路長度相乘，即可估算出機動車污染源排放總量QAK。具體計算公式如下：

式中，QAK為機動車第k種污染物的排放量，t/a；Pij為第i個監測點位、第j種車型的車流量，輛/d；Li為每個監測點位控制的道路長度，km；Ekj為第j種車型、第k種污染物的排放因子，g/km；L為呼和浩特市道路總長度，km。

市區機動車污染排放分擔率，即機動車尾氣污染物排放的總量與當地大氣污染物排放總量之比，其計算公式為：式中，η為機動車尾氣的分擔率；Qa為機動車污染物排放量；Qt為當地污染物排放總量。

2.2 排放因子計算方案

大氣污染的來源包括工業排放、自然源、移動源等生成的污染物，而排放因子有很多影響因素，如運行期限、行駛狀況、燃料、保養狀況等，所以機動車污染物排放量需要用機動車排放因子求得。研究機動車尾氣排放因子的模型一般有如下幾種，它們由不同的開發機構研發，適用于不同情況，如表1所示

表1 排放因子模型匯總

MOBILE 模型在1977年由美國環保局研發，用作研究機動車的排放因子，適用于計算機動車的碳氫化合物、一氧化碳和氮氧化物的排放因子。2000年，美國環保局還研發了第六代MOBILE 模型，它能夠考慮不同機動車的差異性，更加符合實際。

相對MOBILE 模型而言，COPERT 模型對數據要求不高，可以計算不同的地方、路況和機動車運行條件下的排放清單，多用于數據標準和排放控制不健全的國家。IVE 模型的特點在于可以顯示實際的排放情況。加利福尼亞大學利用機動車速度及加速度與機動車的尾氣相關聯，輸入實際的道路參數，可以得到機動車較為準確的排放因子。CMEM 模型與其他模型不同點在于可以求出排放量和消耗燃料的量，適用于各種輕型的機動車，而且在機動車的各種運行條件下都可以計算。

MOBILE 模型研究了機動車在各種環境情況和行駛情況下的排放因子，將機動車分為8 類，為得到更加準確的數據，計算中還考慮到溫度、濕度等外界因素變化并進行修正。清華大學曾經運用MOBILE 第五代計算了國內典型城市的機動車排放因子，本次研究借鑒清華大學的實際調查結果，得到了機動車各車型實際排放因子，如表2所示。

表2 我國機動車實際排放因子計算結果

2.3 呼和浩特市機動車污染物排放量及分擔率

根據確定的計算方案及調查數據，由式（1）與式（2）求出2012年和2013年機動車尾氣中一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物的排放量以及一氧化碳和氮氧化物的分擔率，結果如表3所示。

相比于2012年機動車污染物排放量有明顯增加，CO 排放量增長了18.63%，NOx排放量增長了17.54%，HC 排放量增長了18.17%。由此可見，雖然石化燃料質量提高了，以天然氣為燃料的車輛數量也在增多，但是隨著機動車保有量的增加，污染物的排放量依舊呈增長趨勢。

表3 2012-2013年呼和浩特市機動車機動車污染物 排放量及分擔率

將機動車呼和浩特市各類型機動車分為7 類，分別計算每種類型的排放量及其分擔率，如表4所示。

表4 2013年呼和浩特市各車型排放量占機動車污染物排放量比例

在CO 排放量中，汽油轎車占到89.89%，摩托車占4.53%，兩者占比超過90%，是機動車CO 排放的主要車型。NOx排放中，汽油型轎車和重型柴油車占比超過80%，成為機動車氮氧化物排放的主要車型。在機動車HC 的排放中，摩托車與汽油轎車占比大于90%，是機動車碳氫化合物排放的主要來源。

3 機動車尾氣污染的控制方法及建議

隨著機動車保有量的快速增加，機動車尾氣污染的控制迫在眉睫。當前，可以使用無鉛汽油代替有鉛汽油，提高發動機使用壽命，從而降低CO 和HC 的尾氣排量；使用綠色燃料，如甲醇汽油和美國研發的大豆柴油等，能夠減少發動機工作時污染性氣體及煙塵的排放量；改善發動機的工作性能，調節化油器、進氣系統、點火系統，改善燃油性能，增添廢氣循環系統等；使燃油充分燃燒，減少污染氣體的排放。外部凈化，一般方法是在機動車排氣管添加裝有催化物的轉化器，將排出的尾氣轉化為清潔氣體，最后 排出。

在機動車尾氣污染控制方面，不僅要加強技術改造，也要加強法律建設，增大環境監管力度，加強道路污染治理相關法律建設，提高對現有機動車排氣污染的抽檢頻率。

4 結論

2013年，呼和浩特市機動車尾氣中的一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物總量分別為67.67 萬t、3.92 萬t、9.72 萬t，計算得出氮氧化物的分擔率為24.47%。各類車型CO 排放量的分擔率中，汽油型轎車占到所有車型的比例為89.89%，摩托車占到4.53%，微型汽車以及中型的汽油車占1.13%和1.66%。它們所產生一氧化碳的量，是呼和浩特市機動車CO 總排放量的97.21%。對于NOx排放量的分擔率，汽油型轎車占比最高，為50.90%，重型柴油車占30.96%，中型柴油車分擔率為7.47%，它們占呼和浩特市機動車NOx總量的89.33%。對于HC 排放量的分擔率，汽油型轎車、摩托車和重型柴油車的排放量占呼和浩特市機動車HC 總量的92.99%，是城市道路的重要污染源。所以，汽油轎車、微型汽車、中型汽油車是CO、NOx、HC污染物中占比最大的，成為大氣中NOx的主要來源。

近年來，隨著經濟發展和人民生活水平的提高，呼和浩特市機動車的保有量逐年增長。2015年初，呼和浩特市機動車保有量已經突破80 萬輛，導致汽油轎車、微型汽油車和中型汽油車的比重逐漸增加，加之部分路段高峰期車輛擁堵，使得尾氣排放量在大氣污染物中的比重大幅增加，例如，新華大街路段中機動車污染物排放量大于其他路段，空氣質量比其他路段差，出現機動車尾氣污染嚴重的狀況。

重視并解決尾氣污染問題是城市居民安居樂業的前提，有利于生態環境平衡，這也是城市健康發展的必經之路。作為個人，要積極使用新能源汽車，使用以天然氣、電能、氫氣、液化石油氣、醇類等非常規車用燃料作為動力的新型機動車，鼓勵使用公共汽車、自行車等公共交通工具出行，減少私家車的使用量，降低大氣污染，保護大氣。