机动车尾气对呼和浩特市大气环境影响分析

曹英楠，杨 耀，孙 英

（1.内蒙古工业大学，呼和浩特 010051；2.内蒙古尚清环保科技有限公司，呼和浩特 010020； 3.呼和浩特市环境监测中心站，呼和浩特 010051）

呼和浩特意为“青城”，是内蒙古草原的腹地，素以蓝天、白云、空气清新而著称，每年吸引着来自全国各地的游客到此度假休闲。然而，随着城市化进程及城市交通机动化的加速发展，机动车尾气污染已成为城市居民近年来最关心的问题[1]。本文通过对呼和浩特市机动车的保有量、主要干线上运行汽车流量、市内各种车型比例及城市固定污染源排放状况进行详细调查，计算了本市汽车尾气的排放分担率，分析了汽车尾气的污染对青城大气环境的影响，为今后本市大气环境治理提供了科学的依据并对呼和浩特市大气污染治理提出了一些可行的解决方案。

1 呼和浩特市机动保有量情况及趋势

尽管呼和浩特市的主要干道除天然气公交车外，全市现已设有公共自行车120 个租赁点，地铁也已经进入城市规划阶段，使人们的绿色出行更加便捷，然而，截至2014年6月，该市仍有客运出租车6 228 辆。2012-2014年，呼和浩特市的机动车保有量显著增加，截至2014年底，公共交通及民用轿车已达74.98 万台，年均增幅为13.7%。呼和浩特市2012-2014年机动车保有量增长趋势如图1所示。

图1 呼和浩特市2012-2014年机动车保有量

呼和浩特市道路面积由2009年的1 520 万m2增长到1 949 万m2，道路长度由2009年的568.8 km 增长到770 km，已形成“八横十纵一快速”的城市道路交通体系，并与二环路、绕城路共同构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。

根据2012-2014年呼和浩特市机动车保有量以及车型比例，笔者选择了本市的五条交通干线：新华大街（由兴安北路—腾飞路）、成吉思汗大街（通道路—兴安北路）、兴安北路（乌兰察布街—海拉尔东街）、乌兰察布街（呼伦路—昭乌达路）和腾飞路（四纬路—新华大街）。然后，对这五条主要交通干线的平均车流量（辆/h）进行分析，如图2所示。

图2 呼和浩特市主要路段2012-2014年的平均车流量

选取车辆高峰期时段观测，早、中、晚时间为：7：30—8：30、11：30—12：30、17：30—18：30，每条路段随机布设多个观测点，目测各个测点每分钟通过的车辆平均数，然后按模比扩大到小时，最终得出平均每小时的车流量。根据呼和浩特市车管所提供的5 条主要干道历年的平均车流量数据，2012年全市平均车流量为2 374 辆/h，2013年为2 805 辆/h，各路段平均增幅17.6%，到2014年已达到3 444 辆/h，平均增幅23.1%，乌兰察布街增幅达到了31.5%。

图3 呼和浩特市的机动车车型比例（%）

呼和浩特市的机动车车型比例如图3所示。其中，汽油轿车所占车流量比例最大，为68.7%，摩托车为10.03%，占比最小的是中型汽油车，只有1.33%。

2 呼和浩特市机动车污染状况分析

2.1 机动车尾气污染分担率计算方法

每种大气污染物质都可能来自多种污染源。例如，CO 可能来自工业废气和石化能源燃烧，也可能来自机动车尾气排放。污染源分担率，是指研究区大气中的颗粒物由各个发生源所提供给它的质量（或浓度）所占该地颗粒物总质量（或总浓度）的百分比，可以量化某种大气污染物中各个污染源的贡献。

首先，根据监测数据及调查资料计算出呼和浩特市机动车源污染物排放量QAK。通过提取各个监测点的道路长度、车流量、车型比例以及各类车型的排放因子，估算出测点控制范围内的污染物排放量[2]。运用加权平均求出呼和浩特市单位路段污染物排放量，再与该市道路长度相乘，即可估算出机动车污染源排放总量QAK。具体计算公式如下：

式中，QAK为机动车第k种污染物的排放量，t/a；Pij为第i个监测点位、第j种车型的车流量，辆/d；Li为每个监测点位控制的道路长度，km；Ekj为第j种车型、第k种污染物的排放因子，g/km；L为呼和浩特市道路总长度，km。

市区机动车污染排放分担率，即机动车尾气污染物排放的总量与当地大气污染物排放总量之比，其计算公式为：式中，η为机动车尾气的分担率；Qa为机动车污染物排放量；Qt为当地污染物排放总量。

2.2 排放因子计算方案

大气污染的来源包括工业排放、自然源、移动源等生成的污染物，而排放因子有很多影响因素，如运行期限、行驶状况、燃料、保养状况等，所以机动车污染物排放量需要用机动车排放因子求得。研究机动车尾气排放因子的模型一般有如下几种，它们由不同的开发机构研发，适用于不同情况，如表1所示

表1 排放因子模型汇总

MOBILE 模型在1977年由美国环保局研发，用作研究机动车的排放因子，适用于计算机动车的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物的排放因子。2000年，美国环保局还研发了第六代MOBILE 模型，它能够考虑不同机动车的差异性，更加符合实际。

相对MOBILE 模型而言，COPERT 模型对数据要求不高，可以计算不同的地方、路况和机动车运行条件下的排放清单，多用于数据标准和排放控制不健全的国家。IVE 模型的特点在于可以显示实际的排放情况。加利福尼亚大学利用机动车速度及加速度与机动车的尾气相关联，输入实际的道路参数，可以得到机动车较为准确的排放因子。CMEM 模型与其他模型不同点在于可以求出排放量和消耗燃料的量，适用于各种轻型的机动车，而且在机动车的各种运行条件下都可以计算。

MOBILE 模型研究了机动车在各种环境情况和行驶情况下的排放因子，将机动车分为8 类，为得到更加准确的数据，计算中还考虑到温度、湿度等外界因素变化并进行修正。清华大学曾经运用MOBILE 第五代计算了国内典型城市的机动车排放因子，本次研究借鉴清华大学的实际调查结果，得到了机动车各车型实际排放因子，如表2所示。

表2 我国机动车实际排放因子计算结果

2.3 呼和浩特市机动车污染物排放量及分担率

根据确定的计算方案及调查数据，由式（1）与式（2）求出2012年和2013年机动车尾气中一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物的排放量以及一氧化碳和氮氧化物的分担率，结果如表3所示。

相比于2012年机动车污染物排放量有明显增加，CO 排放量增长了18.63%，NOx排放量增长了17.54%，HC 排放量增长了18.17%。由此可见，虽然石化燃料质量提高了，以天然气为燃料的车辆数量也在增多，但是随着机动车保有量的增加，污染物的排放量依旧呈增长趋势。

表3 2012-2013年呼和浩特市机动车机动车污染物 排放量及分担率

将机动车呼和浩特市各类型机动车分为7 类，分别计算每种类型的排放量及其分担率，如表4所示。

表4 2013年呼和浩特市各车型排放量占机动车污染物排放量比例

在CO 排放量中，汽油轿车占到89.89%，摩托车占4.53%，两者占比超过90%，是机动车CO 排放的主要车型。NOx排放中，汽油型轿车和重型柴油车占比超过80%，成为机动车氮氧化物排放的主要车型。在机动车HC 的排放中，摩托车与汽油轿车占比大于90%，是机动车碳氢化合物排放的主要来源。

3 机动车尾气污染的控制方法及建议

随着机动车保有量的快速增加，机动车尾气污染的控制迫在眉睫。当前，可以使用无铅汽油代替有铅汽油，提高发动机使用寿命，从而降低CO 和HC 的尾气排量；使用绿色燃料，如甲醇汽油和美国研发的大豆柴油等，能够减少发动机工作时污染性气体及烟尘的排放量；改善发动机的工作性能，调节化油器、进气系统、点火系统，改善燃油性能，增添废气循环系统等；使燃油充分燃烧，减少污染气体的排放。外部净化，一般方法是在机动车排气管添加装有催化物的转化器，将排出的尾气转化为清洁气体，最后 排出。

在机动车尾气污染控制方面，不仅要加强技术改造，也要加强法律建设，增大环境监管力度，加强道路污染治理相关法律建设，提高对现有机动车排气污染的抽检频率。

4 结论

2013年，呼和浩特市机动车尾气中的一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物总量分别为67.67 万t、3.92 万t、9.72 万t，计算得出氮氧化物的分担率为24.47%。各类车型CO 排放量的分担率中，汽油型轿车占到所有车型的比例为89.89%，摩托车占到4.53%，微型汽车以及中型的汽油车占1.13%和1.66%。它们所产生一氧化碳的量，是呼和浩特市机动车CO 总排放量的97.21%。对于NOx排放量的分担率，汽油型轿车占比最高，为50.90%，重型柴油车占30.96%，中型柴油车分担率为7.47%，它们占呼和浩特市机动车NOx总量的89.33%。对于HC 排放量的分担率，汽油型轿车、摩托车和重型柴油车的排放量占呼和浩特市机动车HC 总量的92.99%，是城市道路的重要污染源。所以，汽油轿车、微型汽车、中型汽油车是CO、NOx、HC污染物中占比最大的，成为大气中NOx的主要来源。

近年来，随着经济发展和人民生活水平的提高，呼和浩特市机动车的保有量逐年增长。2015年初，呼和浩特市机动车保有量已经突破80 万辆，导致汽油轿车、微型汽油车和中型汽油车的比重逐渐增加，加之部分路段高峰期车辆拥堵，使得尾气排放量在大气污染物中的比重大幅增加，例如，新华大街路段中机动车污染物排放量大于其他路段，空气质量比其他路段差，出现机动车尾气污染严重的状况。

重视并解决尾气污染问题是城市居民安居乐业的前提，有利于生态环境平衡，这也是城市健康发展的必经之路。作为个人，要积极使用新能源汽车，使用以天然气、电能、氢气、液化石油气、醇类等非常规车用燃料作为动力的新型机动车，鼓励使用公共汽车、自行车等公共交通工具出行，减少私家车的使用量，降低大气污染，保护大气。