珠江三角洲机动车污染物排放特征及分担率
第22卷 第4期2009年4月环 境 科 学 研 究Research o f Enviro nmental Sciences Vol. 22, N o. 4Apr. , 2009
珠江三角洲机动车污染物排放特征及分担率
车汶蔚, 郑君瑜, 钟流举
1
1*
2
1. 华南理工大学环境科学与工程学院, 广东广州 5100062. 广东省环境保护监测中心站, 广东广州 510045
摘要:建立了2006年珠江三角洲(以下简称为珠三角) 地区机动车排放清单, 获得了该地区分车型、区域以及燃料类型的机动车排放分担率. 结果表明:¹珠三角地区不同车型的机动车污染排放分担率有显著差别, 其中柴油大货车、汽油小客车和柴油小货车是机动车排放NO x 的主要来源, 摩托车、汽油小货车和汽油小客车是机动车排放V OCs 的主要来源, 柴油大货车、柴油大客车和柴油小货车是机动车排放PM 10的主要来源; º广州、佛山、东莞和深圳等经济发达和快速发展地区的机动车污染物排放量均较大, 这4个城市机动车NO x , V OCs 和PM 10的排放量之和分别占珠三角地区机动车排放总量的7917%, 6918%和7719%; »机动车燃油比例对污染排放影响显著. 汽油车(含摩托车) 对VO Cs 的排放分担率较大(约为9318%) , 而柴油车对NO x 和PM 10的排放分担率较大(分别为6115%和8410%) . 关键词:机动车污染; 珠江三角洲地区; 分担率; 排放特征
中图分类号:X51 文献标志码:A 文章编号:1001-6929(2009) 04-0456-06
Vehicle Exha ust Emission Characteristics and Contributions in the Pearl River Delta Region
CHE Wen 2w ei , Z HEN G Jun 2yu , Z HO NG Liu 2ju
1
1
2
1. College of Environmental Science and Engi neering, South China University of Technology, G uangzhou 510006, China 2. G uangdong Pro vince Environ mental Monitoring Cen ter, G uangzhou 510045, China
Abstr act :A vehicle emission inven tory was developed fo r the Pearl River Del ta (PRD ) region in 2006. The inventory was used to analy ze the contributio ns from di fferent vehicle types, different cities, and fuel usage to the total vehicular emissio n in the PRD. The results sho w:(1) There are sig nifican t differences i n the emission contributions among di fferent vehicle types. Heavy 2duty gasoline trucks, li ght 2duty gasoline passenger cars, and lig ht 2duty gaso line trucks were the majo r NO x emission contributors. Motorcycles, light 2duty gaso line trucks, and ligh t 2duty gasoline passenger cars contributed most to the V OCs emissio ns. Heavy 2duty diesel trucks, heavy duty diesel passenger cars, and ligh t 2duty diesel trucks w ere the main contributio n so urces o f PM 10. (2) The develo ped and rapidly developing cities such as Guangzho u, Fushan, Don gguan and Shenzhen are major co ntri bu tors to to tal mo to r vehicle emissions i n the PRD region; the emissio ns fro m these ci ties account for 7917%, 6918%and 7719%o f the total vehicular N O x , V OCs, and PM 10emissio ns, respecti vely. (3) The ratio of diesel vs. gasoline sho wed significant effects on pollutant emissions. Gasoli ne vehicles make significant con tributi on 2about 9318%2to total VO Cs emissio ns, w hile diesel vehicles contribute about 6115%and 8410%to the to tal N O x and PM 10emissions, respectively. Key wor ds :vehicle exhaust; Pearl River Del ta; contributio n rates; emission characteristics
根据5广东统计年鉴6, 1995$2006年珠江三角洲(以下简称珠三角) 地区的典型城市广州、深圳、佛
山三市机动车保有量分别从8619@10, 2316@10
444
和7419@10辆增长为18014@10, 9712@10和
4
17612@10辆, 分别增长了10716%, 31119%和
[1]
13512%. 特别是近年来, 机动车数量增长迅猛, 2000$2006年珠三角地区部分城市和机动车数量攀升了近1倍.
随着机动车的大量增加, 机动车污染物排放对珠三角地区城市空气污染的分担率越来越高. 根据2008年1月由香港环境保护署公布的5珠江三角洲空气质素管理计划中期回顾研究报告6, 2003年该
44
收稿日期:2008-06-04 修订日期:2008-10-24基金项目:国家高技术研究发展计划(863) 项目(2006AA06A305) 作者简介:车汶蔚(1985-) , 女, 山东烟台人, wenweic herren@gmail. com . *责任作者, 郑君瑜(1968-) , 男, 四川南部人, 副教授, 博士, 主要从事大气源清单开发、大气污染控制策略及大气模型不确定性研究, zheng. junyu@gmail. com
第4期车汶蔚等:珠江三角洲机动车污染物排放特征及分担率457
地区机动车排放的VOCs 和NO x 已分别占各类污染源排放总量的71%和58%
[2]
1 机动车污染物排放清单
1. 1 研究方法及资料来源
[19][20]
笔者采用清华大学和马因韬等利用M OBIL E 模型及PART5模型计算的珠三角地区NO x , PM 10和VO Cs 3种机动车污染物因子(见表1) , 2006年珠三角地区机动车保有量数据以及相关车型的调研结果(见表2) , 对2006年珠三角地区各城市机动车污染物排放清单进行计算. 根据我国统计年鉴机动车分类方式以及调查所得的燃料比例[1]
. 由于VOCs 和NO x 是
[3]
光化学烟雾形成的重要前体物, 因此, 机动车污染排放与光化学烟雾的形成密切相关. 谢绍东等应用
欧拉模型对北京和广州光化学烟雾的研究表明, 广州机动车污染物排放量若增加1倍, Q (O 3) 最大值和平均值将均增加016~1. 0倍, 其中市区Q (O 3) 平均值增加最快, 表明机动车数量的增长必然导致城市地区O 3污染更加严重. 目前, 机动车污染物排放已变成珠三角地区空气污染的主要问题.
近年来国内外[427]
日益重视机动车污染物排放所导致的大气环境问题. 郝吉明等
[8]
利用M OBIL E
模型, 对北京市的机动车污染物排放量和分担率进
行了研究; 谢绍东等[9]
利用COPERT Ó模型对全国的机动车污染物排放因子进行了估算; 刘欢等
[10]
运
用机动车IV E 排放模型建立了天津市机动车污染物排放源清单; 李潭峰[11]
在上海开展了机动车污染物排放研究. 珠三角地区作为典型的城市群区域, 其机动车污染物排放更受到关注. 张远航等
[12]
研究了
广州市机动车的污染特征, 分析了机动车污染物排
放带来的大气环境的本质特征变化; 吴烨等[13]
于2002年对澳门的机动车污染物排放进行了研究, 建立了澳门机动车污染物排放源清单; 广东省环境保护监测中心站和香港环境保护署利用机动车排放标准和基于欧洲标准的排放因子, 编制了2003年珠三角地区机动车排放源清单
[2]
; 王少霞等
[14]
于1999年
分析了广州市机动车排放N O x 对该市N O x 总排放的贡献; 黄远峰等[15]
于2000年研究了深圳市机动车NO x 排放分担率, 并对深圳市空气质量和NO x 污染水平进行了预测. 但这些研究大多集中在珠三角单个城市, 而针对整个珠三角地区, 从车型、城市以及燃料类型等方面全面分析该地区机动车污染物排放特征的研究尚显不足, 无法为决策者制定区域性的机动车污染控制策略提供全局性的机动车污染排放信息.
笔者针对珠三角地区机动车污染物排放对该区域大气环境质量影响日益突出的特点, 以及机动车污染控制的迫切需求, 结合前人的相关研究成果[16218]
及现有数据, 发展了2006年珠三角地区机动车污染物排放清单, 研究了NO x , P M 10和VO Cs 等排放特征, 分析了基于不同车型、城市与燃料的机动车污染贡献及分担率水平, 以期为该地区环境管理和环境综合决策提供依据和参考.
(见表3) , 将珠三角地区机动车分为汽油小客车、汽油小货车、柴油小货车、汽油大客车、柴油大客车、柴油大货车和摩托车7类.
表1 2006年珠三角地区机动车排放因子
Table 1 Vehicle emission facto r of Pearl River Delta in 2006
排放因子P (gP km) 污染物汽油汽油柴油柴油汽油柴油
小客车小货车小货车大客车大客车大货车
摩托车
VOC s [***********]6311104108NO x [***********][1**********]P M [***********][1**********]1
表2 各种车型的年均行驶里程
Table 2 Annual average travel of different vehicle categories
车型汽油汽油柴油柴油汽油柴油摩托
小客车小货车小货车大客车大客车大货车车年均行驶里程P (1042159
3123
3123
4100
4100
41400199
注:年均行驶里程为2006年问卷调查结果.
表3 各种车型中汽油车和柴油车所占比例T able 3 Fuel fractio n o f different v ehicle categ ories
%
项目小客车大客车小货车大货车摩托车
汽油车所占比例[**************]0柴油车所占比例
8113
66107
100
注:数据为2006年问卷调查结果.
2006年珠三角地区机动车污染物排放清单计算公式:
n
EQ pi =
j E =1
(10
-6
@P ij @M ij @EF p j ) (1)
式中, EQ p i 为第i 个城市机动车第p 类污染物年排放总量, t; n 为第i 个城市的机动车分类数目; P ij 为第i 个城市j 型车保有量, 辆; j 为车型分类; M ij 为j 型车的年均行驶里程, km; EF pj 为j 型车的第p 类污染物的平均排放因子, g P (km #辆). 1. 2 排放清单计算结果
根据珠三角地区N O x , VO C 和PM 10的排放因子以及各城市机动车活动水平数据, 得到了该地区各
城市机动车污染物排放清单, 见表4.
458环 境 科 学 研 究
表4 2006年珠三角地区各城市基于车型的污染物排放清单
Table 4 Source emissio n invento ry for differen t type vehicles in cities of Pearl River Delta in 2006
第22卷
103t
VOCs [***********][1**********]612总量VOCs [***********][***********]046416
PM [***********]110015PM [***********][***********]7
城市广州
深圳珠海东莞江门惠州中山佛山肇庆珠三角地区
城市广州深圳珠海东莞江门惠州中山佛山肇庆珠三角地区
汽油小客车NO x [***********][**************]9NO x [***********][**************]2
VOC s 4418
[***********][1**********]513柴油小货车VOC s [***********][1**********]9
P M [***********][**************]
NO x [***********][**************]13
P M 10017
[***********]0130215
NO x [***********]0120160412
汽油大客车
VOCs [***********]0120180518柴油大货车VOCs [***********][1**********]9
PM [1**********]416
[***********]3
NO x [1**********]7
[**************]
PM [***********]0016
NO x
柴油大客车
VOC s 718
[***********]2110111512摩托车VOC s [***********][***********]813
P M [1**********]117
[***********]3
NO x [**************]4
[***********]32118
P M 101215
[***********]3130122412
NO x 515
[***********]5100172814
2711
[***********]7130145215
汽油小货车
1113
2 机动车污染物排放特征分析
2. 1 分车型排放分担率
不同车型的车辆由于排放因子、运营比例、行驶里程和保有量等特征参数的不同, 其在机动车污染物排放量中所占的比例会有显著差异. 城市机动车分车型排放分担率(G v , %) 是指研究区域内机动车不同车型污染物排放量(Q v , t) 与该污染物机动车排放总量(Q t , t) 之比. 2006年珠三角地区不同车型机动车污染排放分担率见图1.
由图1可知, 珠三角地区不同车型对VOCs, N O x 和PM 10的贡献水平差别较大. 摩托车、汽油小货车和汽油小客车是V OCs 主要排放源, 三者排放量之和占机动车VOCs 排放总量的90%以上; 柴油大货车、汽油小客车和柴油小货车是N O x 主要排放源, 三者排放量之和约占机动车N O x 排放总量的70%; 柴油大货车、柴油大客车和柴油小货车是P M 10主要排放源,
三者排放量之和约占机动车PM 10排放总量的85%.由图1可知, 汽油车是珠三角地区VOCs 的主要机动车排放源, 而柴油车是该地区N O x 和PM 10的主要机动车排放源. 这主要与不同车型在燃料类型和污染控制系统的分布差异有关. 虽然汽油车(含摩托车) 在珠三角地区的运营比例较大, 但由表
图1 珠三角地区2006年分车型的排放分担率Fig. 1 The contributio n rate of di fferent type vehicles
in Pearl River Delta in 2006
1可知, 汽油车的NO x 和PM 10的排放因子较小, 故其对这2种污染物的排放贡献较小.
同一种车型由于燃料类型和行驶方式的不同, 其对于不同污染物的排放贡献亦有显著差异. 以汽油小客车为例, 其对N O x 和VOCs 的排放分担率分别为2418%和3515%, 而对于P M 10的分担率仅为216%.摩托车对V OCs 的排放分担率为4710%, 对PM 10的排放分担率为1211%, 而对于NO x 的排放分担率却仅为315%.柴油大货车对NO x 和P M 10的分担率均为25%以上, 而对于VOC s 的分担率仅为115%.这说明珠三角地区不同车型对大气污染的影响效应具有多面性, 如降低柴油车的比例有利于减少
由颗粒物导致的能见度降低或灰霾(P M 10) 现象的发生, 但同时由于汽油车使用数量的增加却不利于光化学烟雾(V OC s) 污染的控制. 因而, 在珠三角地区要改善空气质量应该综合考虑所有车型的控制, 并改进控制技术和交通管理措施, 以减少污染物排放. 2. 2 机动车污染物排放的区域分布
由于经济发展水平和产业结构的差异, 珠三角地区各城市在机动车保有量水平和车型分布上存在着很大的不同, 由此导致各城市机动车污染排放呈现出显著的地域分布特征. 根据珠三角地区各城市2006年机动车污染排放水平进行分析, 计算结果见图2,
3.
图2 2006年珠三角地区不同城市机动车污染物排放量分布Fig. 2 Vehicle emissio n distribution o f different cities in Pearl River Delta in 2006
在珠三角地区, 广州、佛山、深圳和东莞是机动车污染物排放的主要贡献城市, 每个城市对不同污染物的排放分担率均很可观. 其中, 广州是珠三角2006年机动车污染排放量最大的城市, 其对3种污染物(VO Cs, N O x 和PM 10) 的排放分担率均位于9个城市之首, 均占排放总量的20%以上; 佛山、东莞和
深圳3个城市对机动车污染物的排放分担率介于
13%~20%; 江门和中山2个城市机动车污染排放量略低于平均水平, 分担率介于5%~12%, 惠州、肇庆和珠海的机动车污染物排放量相对较少, 仅占排放总量的2%~5%.这与各城市机动车保有量有关, 广州、佛山和东莞3个城市的机动车保有量均在
图3 不同城市机动车污染物排放分担率
Fig. 3 Contribution rates o f vehicle emissi on of different cities
100@10辆以上, 故各种污染物的排放量都很大; 深圳的机动车总保有量虽然不是最多, 但其除去摩托车外, 客车和货车的保有量与广州持平, 故其排放量也较大; 江门机动车保有量虽然超过100@10辆, 但其绝大部分为摩托车, 客车与货车保有量相对较少, 其排放量处于中等水平; 中山、珠海、惠州和肇庆的机动车保有量较少, 故排放量也相对较少. 2006年珠三角地区各城市不同车型对同种污染物排放分担率差异显著, 这与机动车保有量的车型分布特征有关. 对于同种污染物, 不同城市的车型排放分担率与各地车型保有量所占比例相吻合. 各城市对不同污染物的车型分担率差别也较大, 这主要与各种车型对不同污染物的排放因子有关, 如柴油车通常有较高的PM 10和N O x 的排放因子, 而VO Cs 排放因子较低, 因而柴油车对于前2种污染物的排放分担率很大, 对VO C 的排放分担率较小. 2. 3 机动车污染的燃料排放分担率
为更好地比较机动车燃油比例对不同污染物排放分担率的影响, 笔者不考虑摩托车的因素, 对2006年珠三角地区各城市的汽油车和柴油车保有量和排放分担率进行分析, 结果见图4.
由图4可见, 珠三角地区机动车燃油比例对不
4
4
同污染物的排放分担率不同. 对于NO x 和PM 10, 各城市柴油车的机动车污染物排放分担率要高于其对应的保有量分担率, 且同一车型对2种污染物的燃料污染排放分担率不同, 柴油车对PM 10的排放分担率要大于其对N O x 的, 同时也远高于其对应的保有量分担率; 而柴油车对VOCs 的排放分担率低于其对应的保有量分担率, 约为后者的1P 2或甚至更低.
这种由机动车燃料使用造成的污染物排放差异的出现, 与不同燃料的机动车污染排放方式和不同燃料对各类机动车污染物排放因子的差异性密切相关. 汽油车共有曲轴箱、燃油供油系统和尾气管3个部位排放污染物, 而柴油车污染物的排放部位主要是尾气管. 尾气管排放的污染物是燃料燃烧后的产物, 其排放量也最大. 此外, 从燃油箱、输油管到化油器的整个供油系统, 随着环境温度的升高, 可挥发性有机物(V OCs) 易从供油系统中蒸发出来. 对于以柴油为主要燃料动力的机动车而言, 受燃料供应水平和各地方对柴油车标准的控制力度影响, 燃油品质往往不高, 其对于PM 10和N O x 的排放因子远高于等同动力效能下汽油车的对应排放因子, 二者往往有几倍或数十倍的差异. 对于汽油车而言, 燃油品质较高, 因此, 尾气管排放对污染物的排放因子影
图4 2006年珠三角地区机动车燃料排放分担率
Fig. 4 Emissio n contribution o f different ty pe fuels in Pearl River Del ta in 2006
[J].Industri al Engineering, 1952, 44:134221346.
[6] SOLO MON P, CO WLING E, HIDY G,
响较小; 但因其供油系统在运行过程中易产生V OCs 污染, 从而使汽油车对VO Cs 的排放分担率偏高.
e t al . C omparison of
3 结论
a. 珠三角地区机动车污染排放集中分布在广州、佛山、东莞和深圳等经济发达和快速发展地区.
b. 不同城市机动车污染物排放的车型分担率分布不同, 这与各城市机动车保有量的车型分布特征有关. 珠三角地区机动车污染物排放的地域特征体现了各城市排放分担率和排放水平的差别, 因此, scientific fi ndings from major ozone field studies in North Am erica and Europe[J].Atm os Environ, 2000, 34:188521920.
[7] SILLMAN S. The relation between ozone, NO x and hydrocarbons in
urban and polluted rural envi ronments[J].Atm os Environ, 1999, 33:182121845.
[8] 郝吉明, 傅立新, 贺克斌, 等. 城市机动车排放污染控制:国际
经验分析与中国的研究成果[M].北京:中国环境科学出版社, 2001.
[9] 谢绍东, 宋翔宇, 申新华. 应用C OPERT Ó模型计算中国机动
对珠三角地区机动车污染物排放的控制, 要考虑每个城市的发展模式和机动车保有情况, 进行综合治理.
c. 不同车型对珠三角地区机动车污染物排放分担率有显著差别, 即使为同一车型, 由于燃料类型和行驶方式的不同, 其对于不同污染物的排放分担率亦有显著差异.
d. 机动车燃油类别对污染排放有显著的影响. 汽油车对VO Cs 排放有显著贡献, 而柴油车对N O x 和PM 10排放分担率相对较大.
参考文献(Refer ences) :
[1] 广东省统计局. 广东统计年鉴:1996$2006[R].广州:广东省
统计局, 2007.
[2] 珠江三角洲空气质量管理及监察负责小组. 珠江三角洲空气
质素管理计划中期回顾研究报告[R].香港:香港环境保护署, 2008.
[3] 谢绍东, 张远航, 唐孝炎. 我国城市地区机动车污染现状与趋
势[J].环境科学研究, 2000, 13(4) :22225.
[4] S TURM P, ALMB AUER R, SUDY C, e t al . Application of
computational m ethods for the determ ination of traffic e miss ions[J].J Air Was te Manage Assoc, 1997, 47:120421210.
[5] HAGGEN 2S MIT A J. Che mis try and phys iol ogy of Los Angeles sm og
车排放因子[J].环境科学, 2006, 27(3):4152419.
[10] 刘欢, 贺克斌, 王岐东. 天津市机动车排放清单及影响要素研
究[J].清华大学学报:自然科学版, 2008, 48(3) :3712374.
[11] 李潭峰. 上海市机动车排放因子及排放总量研究[D].上海:
同济大学, 2004.
[12] 张远航, 邵敏, 俞开衡. 机动车排放、环境影响及控制:以广州
市为例[M].北京:化学工业出版社, 2004.
[13] 吴烨, 郝吉明, 傅立新, 等. 澳门机动车排放清单[J ].清华大学
学报:自然科学版, 2002, 42(12) :160121604.
[14] 王少霞, 邵敏, 田凯, 等. 广州市氮氧化物控制的费用效果分析
初探[J].环境科学研究, 2000, 13(1):28231.
[15] 黄远峰, 罗澍, 何龙, 等. 深圳市机动车氮氧化物排放、环境空
气污染预测和控制对策[J].中国环境监测, 2001, 17(1) :7210.
[16] 涂先库, 李传志, 李发宗. 宁波市区道路机动车综合排放因子
[J].环境科学研究, 2008, 21(2):94298.
[17] 王伯光, 邵敏, 张远航, 等. 机动车排放中挥发性有机污染物的
组成及其特征研究[J].环境科学研究, 2006, 19(6) :75280.
[18] 王志霞, 陆雍森. 区域持久性有机物的健康风险评价方法研究
[J].环境科学研究, 2007, 20(3):1522157.
[19] 深圳市环境科学研究所. 深圳市灰霾天气的成因及其控制对
策[R].深圳:深圳市环境科学研究所, 2004.
[20] 马因韬. 珠江三角洲机动车排放清单的开发及其不确定性分
析[D].北京:北京大学, 2007.
(责任编辑:孙彩萍)