2011～2015年成都市非道路移动源排放清单

马 帅

(四川大学建筑与环境学院，成都 610065)

1 前 言

非道路移动源包括农业机械、工程机械、内燃机车、船舶和飞机5大类。相对于道路移动源，我国对非道路移动源排放缺乏有效的监督管理[1]，加之其多以柴油为燃料，排放的NOX和PM逐年增长[2]，已成为我国空气污染的重要来源之一。

排放清单是进行空气质量管理和进行排放控制的依据和前提[3]。目前，由于本地化排放因子的缺乏以及非道路移动源活动水平数据收集困难，我国对非道路移动源排放清单的相关研究尚处于起步阶段。王帆等[4]建立了年全国非道路移动源排放清单，估算得到2012年我国非道路移动源排放NOX、PM分别为494.72万t和34.88万t。张礼俊[5]等估算了珠三角2006年非道路移动源排放清单，表明非道路移动源已成为该地区第三大SO2和NOX排放贡献源。成都市作为重要的西部地区中心城市，针对非道路移动源相关研究较少，目前仅有li等[6]实测了成都市高速公路路面施工机械的本地化排放因子。

本研究通过调研统计了2011～2015年成都市非道路移动源活动水平数据，主要采用国家环保部《非道路移动污染源大气污染物排放清单编制技术指南(试行)》(以下简称“指南”)[7]推荐的核算方法和排放因子，建立了2011～2015年成都市非道路移动源排放清单，以期为空气质量模型研究以及决策者制定合理的非道路移动源污染控制措施提供依据和参考。

2 材料与方法

2.1 研究区域与对象

研究区域为成都市，估算的非道路移动源为农业机械、工程机械、内燃机车、飞机(忽略成都市船舶的排放)，研究的污染物包括CO、HC、NOX、SO2、VOCs和PM2.5。

2.2 资料与来源

本研究所使用的非道路移动源活动水平数据主要来自于相关统计年鉴、统计公报、文献调研等，具体来源见表1。

表1 非道路移动源活动水平数据类型及获取方法Tab.1 Data types of activity level of non-road mobile sources and source of data

2.3 估算方法

非道路移动源排放清单估算采用排放因子法和物料衡算法，各类源的具体计算方法如下。

2.3.1 农业机械

农业机械主要以柴油为燃料，本研究只估算柴油产生的大气污染物。现有的统计数据中尚没有成都市农用柴油使用量数据，仅有四川省农用柴油使用总量，根据成都市农业机械总动力占四川省的比例得到成都市农用柴油消耗量。污染物CO、HC、NOX、VOCs和PM2.5排放量的估算公式为：

EMi,j=EFi×DCj

(1)

式中，i为污染物类型；j为估算年份；EM为污染物排放量，kg；EF为排放因子，g/kg；DC为农用柴油消耗量，t。

SO2排放量估算采用物料衡算法，估算方法如下：

EMj=2×DCj×Sj

(2)

式中，j为估算年份；EM为污染物排放量，kg；DC为农用柴油消耗量，kg；S为柴油含硫率，2011～2013年取0.2%，2014～2015年取0.035%[8]。

2.3.2 工程机械

本研究关注的是以内燃机为动力的建筑与工程机械，CO、HC、NOX、VOCs和PM2.5排放量的估算公式采用如式(1)所示的排放因子法，SO2排放量估算采用公式(2)的物料衡算法。

现有统计数据仅有四川省建筑业柴油年消耗量，本研究利用成都市房屋建筑施工面积占四川省的比例推算出成都市建筑业柴油消耗量，即为工程机械柴油消耗量。

2.3.3 内燃机车

内燃机车CO、HC、NOX、VOCs和PM2.5排放量的估算公式采用如式(1)所示的排放因子法，SO2排放量估算采用公式(2)的物料衡算法。

现有的统计数据缺少成都市内燃机柴油消耗量，本研究收集了成都市公路、航运和总体客运周转量和货物周转量，，以及内燃机车日产量、电力机车日产量、油耗系数，利用指南中的方法推算出成都市铁路内燃机总耗油量，计算公式如下：

DC合=DC货+DC客

(3)

(4)

(5)

式中，DC合为铁路内燃机柴油消耗总量，kg；DC货为货运铁路内燃机柴油消耗量，kg；DC客为客运铁路内燃机柴油消耗量，kg；Z货合为货运铁路机车合计货物周转量，万吨公里；Z客合为货运铁路机车合计客运周转量，万人公里；RC货电为货运铁路电力机车日产量，万吨公里；RC货内为货运铁路内燃机车日产量，万吨公里；RC货合为货运铁路机车合计日产量，万吨公里；YX货内为货运铁路内燃机车油耗系数，千克/万吨公里；YX客内为客运铁路内燃机车油耗系数，千克/万人公里，取65。

2.3.4 飞机

飞机排放量主要考虑飞机在一个完整的降落与起飞(landing and take-off ,LTO)周期内污染物的排放量，其中LTO周期基于起降架次获得，一个LTO周期包括两个起降架次。所有污染物的估算均基于排放因子法，计算公式如下：

EMi,j=EFi×LTOj

(6)

式中，i为污染物类型；j为估算年份；EM为污染物排放量，kg；EF为排放因子，g/kg；LTO为飞机降落与起飞周期次数，次。

2.4 排放因子

目前我国对非道路移动源排放因子的实测研究尚处于起步阶段，本地化的排放因子比较缺乏。本研究选取的排放因子主要参考了指南和相关文献[9-10]，详细的排放因子数据见表2。

表2 非道路移动源排放因子Tab.2 Emission factors of non-road mobile sources

3 结果与讨论

3.1 成都市非道路移动源排放清单

本研究估算了成都市2011～2015年非道路移动源排放清单，以2015年清单为例进行说明，如表3所示，2015年，成都市非道路移动源排放CO 2.08×103t，HC 6.28×102t，NOX5.10×103t，VOCs 2.17×103t，PM2.52.1×102t，SO22.95×102t。

表3 成都市2015年非道路移动源排放清单Tab.3 Non-road mobile source emission inventory of Chengdu in 2015 (t)

进一步分析成都市非道路移动源的污染物排放分担率，如图1所示，飞机为成都市非道路移动源中CO、HC、NOX、VOCs、PM2.5和SO2的最大贡献源，分别占非道路移动源排放总量的64.6%、62.6%、46.9%、75.5%、37.0%和83.2%。这是因为成都双流机场为大陆地区第四大航空枢纽，辐射范围广阔，客流量大，发展迅速，据统计，截止2015年底，双流机场旅客吞吐量超过4 000万人次，货物吞吐量接近60万吨，年起降架次近30万次[11]，巨大的起降次数带来了较大的污染物排放量。农业机械是成都市非道路移动源的重要贡献源，排放了27.1%的NOX和32.7%的PM2.5，是该地区非道路移动源中的第二大NOX排放源和第二大PM2.5排放源。

图1 2015年成都市非道路移动源污染物排放分担率Fig.1 Emission contribution of non-road mobile source in Chengdu for the year 2015

为分析近几年成都市非道路移动源污染物排放变化情况，按上述同样方法，估算了成都市2011～2015年非道路移动源排放清单，如图2所示，NOX在所有污染物中排放最高，且11～15年总体呈明显的上升趋势，VOCs与CO总体呈缓慢上升趋势，HC与PM2.5的排放较稳定，而SO2的排放在2014年出现快速下降主要是由于2013年7月1日后《普通柴油》排放标准中硫含量从0.2%改为0.035%所致。

图2 2011～2015年成都市非道路移动源排放清单/tFig.2 The annual non-road mobile source emission inventory in Chengdu during 2011～2015

3.2 不确定性分析

本研究的不确定性主要来源于活动水平和排放因子，参考IPCC提供的误差估算方法，并使用误差传播公式来估算最终误差[12]。当不确定量由加法合并，总和的标准偏差为：

(7)

式中，Utotal为所有量的总和的百分比不确定性；xi和ui分别为不确定量及其相关的百分比不确定性。

当不确定量由乘法合并时，乘积的标准偏差为：

(8)

式中，Utotal为所有量的乘积的百分比不确定性；Ui为与每个量相关的百分比不确定性。

本研究估算清单的不确定性时作了如下假设：(1)统计资料、活动水平数据均来自于国家统计部门或其他政府部门公开数据，误差不超过5%，其中，机场年起降架次数据为真实数据；(2)排放因子来自环保部发布的指南中基于油耗的排放因子，具有较高的参考性，误差为50%。误差分析结果见表4，由于本研究在计算中直接或间接采用官方的统计数据，各类污染物的不确定性范围在26.88%～41.99%，不确定性较小。但是由于机械的型号、使用年限、排放阶段、运行工况以及环境因素和驾驶员操作习惯均会影响其污染物的排放量，因此，有必要在后续研究中细化非道路机械地分类，以及通过实测获得更多的本地化的排放因子，以减少排放清单的不确定性。

表4 成都市2011～2015年非道路移动源估算误差分析Tab.4 Analysis of estimation error of non-road mobile source in chengdu(2011～2015) (%)

4 结 论

4.1 成都市2015年非道路移动源排放量为CO 2.08×103t，HC 6.28×102t，NOX5.10×103t，VOCs 2.17×103t，PM2.52.10×102t，SO22.95×102t。

4.2 飞机为成都市非道路移动源中CO、HC、NOX、VOCs、PM2.5和SO2的最大贡献源，分别占非道路移动源排放总量的64.6%、62.6%、46.9%、75.5%、37.0%和83.2%。农业机械是该地区非道路移动源中第二大NOX排放源和第二大PM2.5排放源。

4.3 2011～2015年，成都市非道路移动源排放的污染物中，NOX总体呈明显上升趋势，VOCs与CO总体呈缓慢上升趋势，HC与PM2.5的排放较稳定，由于柴油标准中硫含量的趋严，SO2的排放在2014年开始出现快速下降。

参考文献：

[1] 马 冬,尹 航,黄志辉,等. 我国非道路移动源排放管理现状及展望[J]. 环境与可持续发展. 2017,(2): 36-40.

[2] 宁亚东,李宏亮. 我国移动源主要大气污染物排放量的估算[J]. 环境工程学报. 2016,(8): 4435-4444.

[3] 谢轶嵩,郑新梅. 南京市非道路移动源大气污染物排放清单及特征[J]. 污染防治技术. 2016,(4): 47-51.

[4] Wang F, Li Z, Zhang K, et al. An overview of non-road equipment emissions in China[J]. Atmospheric Environment. 2016, 132: 283-289.

[5] 张礼俊,郑君瑜,尹沙沙,等. 珠江三角洲非道路移动源排放清单开发[J]. 环境科学. 2010,(4): 886-891.

[6] Li Z, Zhang K, Pang K, et al. A fuel-based approach for emission factor development for highway paving construction equipment in China[J]. Journal of The Air & Waste Management Association . 2016, 66(12): 1214-1223.

[7] 环境保护部. 关于发布《大气细颗粒物一次源排放清单编制技术指南(试行)》等4项技术指南的公告[EB/OL].http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgg/201408/t20140828_288364.htm,2014-08-20.

[8] GB252-2011,普通柴油标准号[S].

[9] 傅立新,程玲琳,粘桂莲,等. 移动污染源大气环境影响研究报告[R]. 北京: 清华大学环境工程系, 2005.

[10] 珠江三角洲空气质量管理及检查负责小组. 珠江三角洲空气质量管理计划中期回顾研究报告[R]. 广州: 广东省环境保护监测中心站, 2007.

[11] 中国民用航空局发展计划司. 2015年全国机场生产统计公报[R]. 北京市: 中国民用航空局发展计划司, 2016.

[12] 曹国良, 张小曳, 龚山陵,等. 中国区域主要颗粒物及污染气体的排放源清单[J]. 科学通报, 2011, 56(3):261-268.