大型车不同混入率对汽车尾气扩散规律的影响

周鹏宇

摘要：汽车在行驶过程中，必然会产生尾气的排放。而在排放的尾气中则有许多污染物能够对环境造成极大的破坏。伴随着县乡车辆的增长以及公路修建的增多，随之而来的则是汽车尾气排放所造成污染物的极速增加，从而导致汽车尾气排放所造成的污染大量增长，机动车排放污染逐渐成为影响环境污染的最大因素。本文以海安市S353部分路段为例，分析大型车不同混入率对公路尾气扩散的影响。

关键词：汽车尾气;高斯扩散模型;一氧化碳;线源

Abstract： In the process of driving， the vehicle will inevitably produce exhaust emissions. However， many pollutants in the exhaust gas can cause great damage to the environment. With the growth of vehicles and the increase of road construction in counties and villages， the following is the rapid increase of pollutants caused by vehicle exhaust emissions， which leads to a large increase of pollution caused by vehicle exhaust emissions. Vehicle emission pollution has gradually become the biggest factor affecting environmental pollution. In this paper， the influence of different mixing rate of large vehicles on the diffusion of highway exhaust gas is analyzed by taking part of S353 road in Hai'an city as an example.

0  引言

进入21世纪以来，随着中国经济的快速发展，不单单只有城市发展迅速，许多县乡的发展也令人瞩目。伴随着经济的发展，车辆数量的增长也十分迅猛，并且我国的公路建设取得的成就也令人瞩目。汽车在行驶过程中，排放的尾气有许多污染物能够对环境造成极大的破坏。伴随着县乡车辆的增长以及公路修建的增多，随之而来的则是汽车尾气排放所造成污染物的极速增加。从以前的小路少车变成现在的大路多车，汽车尾气排放所造成的污染几乎呈现几何倍的增长。以前的空气污染主要是工业企业的排放和机动车排放造成的，但伴随着技术的进步以及能源结构的变化，固定源排放得到有效控制，而机动车排放污染逐渐成为影响环境污染的最大因素。

1  高斯扩散模型

1.1 高斯扩散模型简介

气体在大气中扩散，当气体密度与空气密度相近时，浮力上升和重力下沉作用一般可以忽略不计，气体的扩散主要是由空气湍流决定，在假设均匀湍流场条件下，气体的扩散浓度分布呈高斯分布，称之为高斯扩散[1]。

1.2 高斯线源模型计算方式

线源即污染源呈现线性分布，比较常见的线源主要有街道以及公路等。线源的高斯扩散公式是由点源的高斯公式经过线性积分所得，也就是可以把线源的扩散浓度看作是无数个点源的累加。假设线源的长度为L，线源距离地面的高度为H线源的高斯扩散公式为：

2  公路车流量车速模型[2]

在公路网络的交通分析中，车流量与车速模型十分重要，它是预测路段平均速度与所需通过平均时间的重要手段。在本文的分析中，车流量可以通过人工测定法来进行总结，而车速因为条件不足，无法直接测定。而车速在汽车尾气扩散中直接影响到了该类车型的排放因子，因此本文在此处引进了车流量-车速模型来通过车流量来求得该路段的平均车速。

2.1 车流量车速理论模型

在连续的交通流当中，车速U、密度K以及车流量V存在着交通流三参数关系，即V=UK，通常假设密度K于车流量V呈线性关系。

2.2 车流量车速实用模型

理论模型只是一个基础假设，而在实际情况中，由于道路存在通行能力的上限，理论模型并不能够直接应用于实际的应用中去。因此本文在此引入了车流量-车速实用模型，即

由表1可见，α2，α3变化并不大，为方便计算，α2可直接取1.88，α3取4.90（高速公路，一级公路）或7.00（二级公路）。

α1代表的是交通流的实际自由流车速与道路设计车速之比。α1与道路等级（道路设计车速高低）以及大型车比例有关。在一般情况下，由于司机的驾驶习惯以及车辆的性能高低，当设计车速大于实际习惯车速时（高等级公路），自由流车速往往会低于设计车速，而当设计车速低于实际习惯车速时（低等级公路），自由流车速却往往会高于设计车速。

α1同样也受大型车混入率的影响，表1中α1的取值是在我国通常大型车混入率（大型车占45%，小型车占55%）下的取值，根据实际大型车混入率情况的不同，α1的取值也可以受改变，一般取值方式为，当小型车混入率增加或者减少10%时，α1的取值增加或减少1%。

3  以海安市S353省道部分路段为例测定扩散规律

3.1 海安市地理气候环境基本概况

海安市为江苏省县级市，地处江苏省中南部，位于南通、盐城、泰州三大市交界处。市境西宽東窄，轮廓似一把钥匙[3]。

海安市地处中纬度黄海之滨，北亚热带的北侧，受季风气候影响，气候温和，雨水充沛，日照充足，四季分明。春季（3-5月）：天气多变，时晴时雨，乍暖乍寒，较不稳定。夏季（6-8月）：天气炎热、降水集中，是台风、暴雨多发的季节。初夏，冷暖空气在江淮地区交会，海安出现连续阴雨、温度低、湿度大的梅雨天气;盛夏受暖湿气团控制，气温高，降水少，容易出现伏旱天气。秋季（9-11月）：天气稳定，阳光充足，常出现秋高气爽的天气，少数年份会出现秋季连阴雨，对秋收不利。冬季（12月至翌年2月）：冷空气活动频繁，天气寒冷，空气干燥。常年主导风向东南风、东风，春夏季多东南风，秋季多东北风到风东风，冬季多西北风、北风、东北风。