重庆市内环货车错时限行对空气质量的影响

吕平江，张卫东，蒋昌潭，刘姣姣，安贝贝

1.西南大学化学与化工学院，重庆 400715

2.重庆市环境科学研究院，重庆 401147

3.重庆市环境监测中心，重庆 401147

重庆市内环货车错时限行对空气质量的影响

吕平江1,2，张卫东2，蒋昌潭3，刘姣姣3，安贝贝3

1.西南大学化学与化工学院，重庆 400715

2.重庆市环境科学研究院，重庆 401147

3.重庆市环境监测中心，重庆 401147

在分析货车实施错时限行后内环车流量时段分布变化基础上，通过对PM2.5、NO2等指标的ADMS模型模拟和实际监测数据对比分析，探讨了内环货车错时限行对环境空气质量的影响。结果表明，货车错时限行后主城区环境空气中PM2.5、NO2小时平均质量浓度分别降低了9.4%和6.0%，峰值浓度明显降低，晚上出现峰值时间往后推移了2～3 h。经ADMS模型模拟计算，内环高峰时段机动车排放对主城区NO2、PM、VOCs的浓度贡献分别降低了54.1%、56.3%、17.5%，CO浓度贡献不大。内环货车错时限行措施对重庆市主城区空气质量的改善有一定的积极作用。

货车；机动车排放；空气质量；ADMS模型；错时行驶

随着城市化进程的不断加快，机动车保有量正在飞速增长，机动车尾气排放的CO、颗粒物(PM)、碳氢化合物(HC)、NOx等污染物对城市大气环境污染不断加剧，对人们的身体健康造成巨大威胁。机动车尾气排放已成为我国城市和区域大气污染增长速度最快的污染源之一[1]，也是温室气体排放中增长最快的领域之一[2-3]。

为了遏制机动车尾气对大气环境的污染，全国各地纷纷采取了诸如限行、限号、油品升级、淘汰黄标车等一系列措施，也开展了众多相关措施的评估分析。赵晓光等[4]利用北京空气质量数据，着重分析了北京机动车限行前后空气质量变化，通过对比分析表明，限行措施实施后NOx和可吸入PM减排效果明显，其中NOx减排效果最为显著。张枫逸[5]则指出单双号限行须防环境“负效应”。单双号限行并不能削弱公众的出行需求，反而促进了人们对第二辆车的购买，导致机动车保有量的迅速增加，抵消了限行的环境效果。许功虎等[6]利用2011—2013年成都空气质量日报数据分析限行政策对环境空气质量指数(API)的影响程度，研究结果表明，限行措施对局部地区的空气质量改善有一定的作用，但对成都整体空气质量影响并不明显，对治理雾霾并不能起到很好的效果。在广州亚运会期间实施单双号限行措施后，研究者利用MOBILE模型分析得出机动车排放的CO、HC、NOx、PM10分别减少了42%、46%、26%、30%[7]。

重庆也采取了一系列措施(如内环货车错时限行、加速淘汰黄标车等)来控制机动车尾气排放对大气环境的污染，但截至目前还没有关于这些措施实施后的环境效应研究。本文主要研究分析了重庆主城区内环实施货车错时限行的管控措施后对环境空气质量的影响，以期为主城区机动车限行政策的修订和进一步完善机动车尾气污染管控措施提供技术支撑。

1 控制措施与研究方法

1.1 错时限行措施

重庆市内环货车错时限行规定要求，07:00—21:00禁止无通行证载货汽车(运载鲜活货物除外)往内环快速路通行；07:00—09:30、16:30—19:00禁止所有载货汽车(绿证、白证允许通行及运载鲜活货物除外)往内环快速路通行；另外，在主城区上牌、三轴以下的载货汽车实施不同色度的通行证管理，重型货车和主城以外的货车只能在夜间通行。

1.2 ADMS模型模拟

为分析主城区内环货车错时限行对环境空气质量的影响，选取了比较适合于重庆山地城市的特殊地形条件的ADMS-Urban模型进行模拟分析[8]。并将重庆主城区17个空气质量自动监测点作为控制点，离城区较远的缙云山自动监测点作为背景点(图1)。

1.2.1 污染源数据

将主城区内环分成了13段，再根据每段车流量及不同类型机动车车型比例，计算各段NOx、PM、HC、CO的污染物排放率，输入模型。

1.2.2 气象数据

气象数据来源于重庆市沙坪坝气象站点监测的气象数据。分别收集了重庆2014年3月和2014年5月的气象数据，包括风向、风速、地面温度、相对湿度、云盖度、降水量等，以模型所规定格式(.met)存储于文件中，并以文本文件的形式输入模型。

1.2.3 地形数据

从1∶50 000的数字高程(DEM)中以一定间距读取数据点的坐标和高程，投影方式：6°带高斯投影共读取4 500点(模型最大允许量为5 000点)地面粗糙度为1 m，Monin-obukhow长度为30 m。

图1 重庆市主城区空气质量自动监测点示意图

1.3 研究方法

首先，分别在货车错时限行措施实施前(3月)、实施后(5月)分早高峰(09：14—10：14)、中午(12：50—13：50)、晚高峰(17：22—18：22)3个时段，在主城区内环快速路的代表性路段(北环-人和段)对其行驶的机动车类型、数量、比例及流量等信息进行现场调查，具体将机动车划分为出租车、CNG公交车、轻型汽油车、中型汽油车、摩托车、中型柴油车、重型柴油车等进行统计。根据现场调查结果，计算出内环快速路机动车污染物排放量变化情况。其次，利用ADMS模型，对错时限行措施实施前后机动车排放的污染物进行大气扩散数值模拟，并根据模拟结果分析内环机动车排放的污染物对主城区环境空气中相应指标的浓度贡献变化情况。最后，根据2014年3月和2014年5月重庆主城区17个空气质量自动监测点在线监测数据对比分析，进一步说明主城区内环错时限行对空气质量的影响情况。

2 结果与讨论

2.1 货车错时限行对车型分布及流量的影响

经现场调查，货车错时限行措施实施前(3月)、实施后(5月)内环典型路段(北环-人和段)车流量变化情况如表1所示。

表1 北环-人和段货车错时限行措施实施前后车流量变化情况

从表1可以看出，内环货车错时限行后，车流量变化明显，内环车流量在各时段分布更趋于均匀合理。措施实施后，北环-人和段早高峰、晚高峰总车流量均有所增加，分别增加了8.4%、19.1%；中午时段总车流量却有所减少；从车型来看，早高峰、晚高峰出租车与轻型汽油车车流量增加明显，而中型柴油车与重型柴油车车流量均有较大幅度减少；中午时段中型柴油车却增加了16.9%，出租车与轻型汽油车分别减少了12.0%、1.1%。这是因为，早高峰、晚高峰期间，禁止所有载货汽车(绿证、白证允许通行及运载鲜活货物除外)往内环快速路通行，导致中型柴油车与重型柴油车车流量明显减少。同时早高峰、晚高峰由于上下班通行需求，随着速度较慢、机动性较差的货车流量减少，内环出租车与小型汽油车的通行能力得到了提升，出租车与轻型汽油车车流量增加。因此，措施实施后，内环早高峰、晚高峰总车流均有所增加。中午时段，一部分有通行证的货车可以往内环快速路通行，使中午时段重型柴油车降幅收窄，中型柴油车有所增加，再加上中午时段出租车与轻型汽油车的通行需求也有所减弱，使中午时段的总车流量有所减少。晚上21:00后随着货车限行的结束，大货车开始集中通行，而此时段出租车与轻型汽油车实际通行量减少，相比错峰限行前货车的整体通行能力有所增加。通过分析货车错时限行前后内环车流量变化可知，在措施实施后，内环车流量在各时段分布更趋于均匀合理。

根据内环车流量现场调查数据，统计分析得出内环高峰期各机动车车型比例变化情况如表2所示。从表2可以看出，措施实施后，高峰期中型、重型柴油车所占比例均有所下降。中型柴油车从5.2%下降到了4.0%，重型柴油车从12.0%下降到了3.6%。而出租车、轻型汽油车所占比例则有所上升。出租车从5.6%上升到了6.5%，轻型汽油车从73.0%上升到了82.0%。因高峰期中型、重型柴油车所占比例减少，使内环快速路的高峰通行能力得到了较大提升。另外，机动性较好的出租车、小型汽油车所占比例的增加使内环高峰期的拥堵程度有了较明显的改善。原先货车车流量较大的北环-人和段平均车速提高了20 km/h，内环平均车速提高了10～15 km/h。措施实施后，随着内环通行能力的提升，早高峰、晚高峰的延续时间也有所缩短，缩短了0.5～1.0 h。表明在货车错时限行后内环机动车通行状况得到有效改善，变得更加通畅。

表2 主城区内环快速路高峰期机动车车型比例 %

注：空表示无数据。

2.2 机动车排放主要污染指标的ADMS模拟分析

2.2.1 货车错时限行对机动车污染物排放量的影响

利用重庆市主城区快速路机动车排放因子[9]和现场调查数据，计算内环货车错时限行后高峰期机动车污染物排放量变化情况，结果如表3所示。从表3可以看出，措施实施后内环机动车NOx、PM和HC排放量明显减少，分别减少了53.3%、55.5%、9.1%。而CO排放量却略微有所增加，增长了7.0%。这是因为，高污染物排放率的中型、重型柴油车车流量大幅减少，再加上内环快速路高峰时段拥堵情况有所缓解，机动车怠速状态减少，使NOx、PM等排放量大幅下降。而CO排放量不降反升的主要原因是货车错时限行后，在CO排放中分担率最大的轻型汽油车车流量有较大幅度的增长。

表3 错时限行措施实施前后内环快速路机动车高峰期排放量变化情况

2.2.2 机动车排放主要污染指标的ADMS模拟结果分析

根据高峰期机动车排放量，计算各污染物的排放率输入模型。再选择2014年3月和5月的气象数据对内环机动车污染物排放进行大气扩散数值模拟，结果如表4、图2～图5所示。

从表4可以看出，大气中机动车排放的主要污染因子扩散模拟结果与机动车污染物排放量变化情况有较好的响应关系。措施实施后内环快速路机动车排放对主城区NO2、PM及VOCs浓度贡献有较明显的下降，分别降低了54.1%、56.3%和17.5%，而对CO浓度贡献影响较小。离内环较近的几个控制点(解放碑、高家花园、茶园、南泉、鱼洞等)，NO2、PM浓度贡献均有超过50%的降幅，离内环较远的天生、礼嘉、唐家沱等控制点降幅较小。

表4 内环机动车对主城区各点浓度贡献值变化情况

图2 货车错时限行对主城区大气环境中NO2影响模拟情况

图3 货车错时限行对主城区大气环境中PM影响模拟情况

图4 货车错时限行对主城区大气环境中VOCs影响模拟情况

图5 货车错时限行对主城区大气环境中CO影响模拟情况

由于货车错时限行后，内环高峰期拥堵情况有所缓解，道路通行状况得到有效改善，机动车高污染排放的怠速、低速等状态明显减少，因此，内环机动车整体排放水平均有所下降。根据重庆市主城区机动车排放清单研究结果，在NOx、PM排放中重型柴油车的分担率最大，分别为45.3%、47.3%。而在货车错时限行后，早高峰、晚高峰时车流量降幅最为明显的是重型柴油车，因此货车错时限行对主城区大气环境中的NO2、PM浓度影响显著。但在CO、HC排放中轻型汽油车和中型柴油车的分担率较大，措施实施后，高峰期内环通行能力的增加使轻型汽油车车流量有所增加，抵消了部分因道路拥堵情况缓解带来的排放水平下降。因此，内环货车错时限行对主城区大气环境中的VOCs、CO浓度影响较小。

从图2可以看出，污染物浓度扩散均沿南北方向扩散。污染物浓度区域高值分布与内环机动车排放高值分布较为一致，都呈北半环较南半环高分布。通过对不同污染物影响对比分析可知，货车错时限行后NO2与PM浓度区域高值有明显降低。各污染物浓度区域中值分布范围均有一定程度缩小。这是因为，措施实施前，内环北半环较南半环通行压力大拥堵情况严重。而措施实施后，内环各堵点有了较大缓解，特别是内环北半环上2处较严重堵路段消失，使北半环的浓度高值有所下降，因此，措施实施后NO2、PM浓度排放源强明显减弱。在相同气象条件、地理条件下，货车错时限行措施的实施对NO2、PM浓度扩散影响要比VOCs、CO大。

2.3 监测数据对比分析

主城区空气质量中NOx和PM浓度的实际监测结果如表5所示。由表5可见，措施实施后，主城区环境空气中PM2.5、PM10、NO2浓度均有所下降。其中离内环最近的高家花园、南泉监测点NO2和PM2.5浓度下降明显，与模拟结果存在一定的响应关系。而对PM10浓度，高家花园与南泉监测点差异较大。这是因为：高家花园监测点易受周边道路扬尘影响，道路扬尘则是PM10的主要来源之一；而南泉监测点周边无交通主干道，监测值受内环影响更为显著。

表5 重庆主城区各监测点限行前后污染物日均值变化

2.3.1 货车错时限行对细颗粒物浓度的影响

监测结果显示：货车错时限行后，主城区PM10、PM2.5小时平均质量浓度分别下降了3.9、7.1 μg/m3，降幅分别为4.2%、9.4%。另外，PM10、PM2.5小时序列浓度曲线也呈现出不同程度的变化(见图6、图7)。从图6、图7可以看出，货车错时限行后，与3月相比主城区PM10白天峰值浓度有了明显降低，晚上峰值变化不明显，但出现峰值时间向后推移了2 h，晚上峰值浓度出现时间延后是因为大部分货车被限制在晚上21：00后才能通行；PM2.5早高峰、晚高峰浓度均有较大幅度降低，货车错时限行使重庆主城区环境空气中PM10、PM2.5浓度下降，且PM2.5浓度下降比PM10更显著。货车错时限行后，内环各时段的车流量分布更趋于均匀合理，高峰期拥堵情况得到了缓解，内环机动车行驶速度得到提升。这与黄建彰等[10]获得的机动车排放颗粒物随车速的提升而降低的结论一致。重庆市主城区PM10、PM2.5的相关研究表明，道路扬尘对PM10浓度影响较大[11-13]。因此，货车错时限行对重庆主城区PM10浓度影响比PM2.5小也是符合实际的。

图6 主城区PM10小时序列浓度变化

图7 主城区PM2.5小时序列浓度变化

2.3.2 货车错时限行对NOx浓度的影响

监测结果显示，货车错时限行后，主城区NO2小时平均质量浓度下降了2.4 μg/m3，降幅为6.0%。错时限行措施实施前后主城区NO2小时序列浓度曲线变化明显(图8)。从图8可以看出，措施实施前，主城区的NO2小时序列浓度中出现2个明显的高峰时段(上午11：00和晚上20：00)，而错时限行措施实施后，上午出现的峰值明显下降，晚上的峰值出现时间向后推移约3 h，峰值也降低了。同样是因为内环货车错时限行后，使内环早高峰、晚高峰时段中型、重型柴油车车流量大幅减少。研究显示，柴油车的NOx排放量要高于汽油车。内环高峰时段机动车NOx排放量的大幅减少，致使主城区环境空气中的NO2峰值浓度下降。而晚上峰值的延后，主要是由于大货车通行被限制在晚高峰结束以后。

2.3.3 气象条件对污染物浓度的影响

有关研究显示，气象因素是影响空气中PM、NOx等大气污染物浓度的重要因素[14-16]。为了研究分析3月与5月气象条件的变化对PM、NOx浓度的影响，在3月内环机动车排放水平的情况下，利用5月的气象数据对PM、NOx进行大气扩散模拟。模拟结果显示，在5月气象条件下，内环机动车对大气中的PM及NOx浓度贡献值分别为4.52、0.55 μg/m3，对比3月气象条件下的模拟结果，分别降低了1.1%、1.3%。而据实际监测数据显示，货车限行后主城区PM10、PM2.5、NO2小时平均浓度分别下降了4.2%、9.4%、6.0%，降幅均比模拟结果大。可见，造成主城区PM及NOx浓度降低是由气象条件改变和内环货车错时限行协同作用的结果，货车错时限行是空气质量变化的主要原因。

图8 主城区NO2小时序列浓度变化

3 结论

通过现场车流量调查分析、ADMS模型大气扩散模拟及实际监测数据对比分析，对重庆主城区内环货车错时限行措施实施后的大气环境效应进行了探讨和分析，说明科学合理的交通通行管理措施可有效改善环境空气质量。

1)货车错时限行措施实施后，内环快速路高峰期总车流量有所增加。随着中型、重型柴油车的大幅减少，出租车与小型汽油车增幅明显，使内环机动车通行状况得到有效改善，内环变得更加通畅。

2)措施实施后内环机动车NOx、PM每小时排放量都有了明显减少，较实施前排放量分别减少了53.3%、55.5%，HC和CO排放量变化并不显著，HC排放量降低了9.1%，而CO排放量升高了7%。

3)ADMS模拟结果显示，措施实施后内环快速路对主城区NO2、PM、VOCs浓度贡献率分别降低了54.1%、56.3%、17.5%，对主城区CO浓度贡献影响不大。

4)PM10与PM2.5监测结果显示，货车错时限行使主城区环境空气中PM2.5浓度下降明显，小时平均浓度降低了9.4%，而PM10浓度下降较少。

5)NO2监测结果显示，错时限行措施实施后主城区环境空气中NO2浓度较实施前降低6.0%，其小时序列浓度中出现的2个峰值均有明显降低，其中上午的峰值已不再明显，晚上峰值出现时间向后推移了约3 h，峰值也有所降低。

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The Impacts on Air Quality by Interleaved Restricting Truck of Chongqing′s Inner Ring Road

LYU Pingjiang1,2, ZHANG Weidong2, JIANG Changtan3, LIU Jiaojiao3, AN Beibei3

1.School of Chemistry and Chemical Engineering， Southwest University， Chongqing 400715， China

2.Chongqing Academy of Environmental Science， Chongqing 401147， China

3.Chongqing Environmental Monitoring Centre， Chongqing 401147， China

In this paper the impacts on air quality by interleaved restricting truck of Chongqing's inner ring road was discussed and analyzed, based on the change of traffic composition after this measure was implemented. The method of actual monitoring date comparison and ADMS model were used to analyze the impact. The results showed that the hourly average concentration of main urban region of PM2.5，NO2was reduced by 9.4% and 6.0% respectively after the measure was implemented, especially the concentrations of the peak the time of maximum concentration was delayed of 2-3 hours at night. ADMS model simulation shows that the concentration of NO2，PM，VOCs decreased 54.1%，56.3% and 17.5% respectively. The measure has little effect on the concentration of CO. Totally, these results will be significant toimproving the air quality of Chongqing.

truck;vehicle emission;air quality;ADMS model;interleaved restricting travel

2015-10-12;

2015-10-20

吕平江(1990-)，男，浙江东阳人，在读硕士研究生。

张卫东

X823

A

1002-6002(2016)01- 0005- 08