考虑碳排放的公路交通通道选线方案优化--以河北乐亭为例

贺 娟,刘志明

(1.天津大学建筑设计规划研究总院有限公司,天津 300072;2.天津市滨海新区规划编制研究中心,天津 300451)

0 引 言

乐亭县位于河北省唐山市沿海地区,唐山港京唐港区位于乐亭县域南侧,港区东侧紧邻乐亭开发区,港区西南侧紧邻唐山国际旅游岛(唐山市唯一的旅游休闲用海区),疏港交通、旅游交通、港区与开发区交通、县域内部交通均由一套公路交通体系承担。

生态环境部发布的《中国移动源环境管理年报(2020)》[1]显示,2019年全国机动车(包括汽车、低速汽车、摩托车)污染物排放量主要是一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、颗粒物(PM),其中汽车四项污染物的排放量占比均超过90%,各类型汽车污染物排放量的分担率见图1,从图中也可看出小型客车在CO和HC排放中占比最大,重型货车在NOx、PM排放中占比最大。

图1 2019年全国各类型汽车污染物排放占比情况(资料来源:数据摘自《中国移动源环境管理年报(2020)》)

根据生态环境部公布的《中国移动源环境管理年报(2020)》,全国31个省份污染物排放量排名中,河北省机动车污染物排放量排名(按全国各地从大到小排名):一氧化碳(CO)为第4位;碳氢化合物(HC)为第4位;氮氧化物(NOx)为第2位;颗粒物(PM)为第2位。不论是从减碳还是雾霾治理上河北省面临的压力均较大。

根据交通运输部发布的2010-2020年交通运输行业发展统计公报和全国港口货物、集装箱吞吐量统计数据,近十年全国普通国道年平均日行驶量和唐山港货物吞吐量一直处于增长阶段(见图2、图3);新能源车还未普及的情况下未来唐山市乐亭县的公路交通量和碳排放将持续增长。

图2 2010-2020年全国普通国道年平均日行驶量(数据来源:摘自2010-2019年交通运输行业统计公报,交通运输部发布)

图3 2010-2020年唐山港货物吞吐量(资料来源:摘自2010-2020年12月份全国港口货物、集装箱吞吐量,交通运输部发布)

以乐亭县与高速出入口相连接的3条国省道为重点分析对象,通过对现状公路车流组成、车型分布、汽车污染物排放特征等进行分析,探讨从降低碳排放的角度重新思考干线公路功能定位和交通组织,构建低碳绿色的沿海地区客货交通网络。

1 公路运输碳排放影响因素

影响公路运输碳排放的因素可分为外部因素和内部因素,外部因素主要包括环境因素、道路因素等,内部因素包括车辆因素、燃料因素[2]。本次重点是研究公路通道规划和交通组织,因此主要考虑道路因素的影响,包括道路流量、行车速度、行驶里程三方面,具体见表1。

表1 公路运输碳排放影响因素

2 乐亭县公路通道交通特征

2.1 乐亭县综合交通体系现状情况

(1)运输结构不合理,钢铁企业南迁带来发展机遇与挑战。

从近几年的交通运输量来看,传统的公路运输量占有绝对的市场分额;铁路运输量占有的比重很小,滦港铁路承担京唐港疏港货运功能,滦港线平均利用率37%,运能尚有较大富余;现状无客运铁路,主要依托唐山站;民航运输量则微乎其微。未来随着唐山钢铁企业向乐亭开发区的搬迁,集疏港铁路货运对铁路的依赖性更高,铁路运输和民航运输潜力有待继续挖掘和合理开发利用,需进一步优化货运结构,加快实现“公转铁”。

(2)公路网分布不均衡、县乡公路等级偏低。

高等级公路集中在乐亭沿海区域,唐港高速以东公路网密度较低;公路网总里程在市域内处于中上水平,但县乡公路网整体等级偏低(三级及以下公路通车里程占总公路通车里程的81.86%),已不适应乐亭的经济发展和日益增长的交通需求,制约了农村经济的发展。

(3)对外公路与城市道路功能不明确,公路与城市道路衔接有待优化。

G509是京唐港与唐山市、天津市及北京市的重要联系通道,现状从乐亭城区北侧、西侧通过向南接京唐港,未来随着城市空间发展,城区南段两侧用地将以城市建设用地为主,需进一步向南迁移;S261等靠近城区段的公路随着城市发展将逐步以城市交通功能为主。

(4)城区与乐亭开发区缺乏直达客运通道。

城区与开发区直线距离仅20 km,现状需经由G509、唐港高速公路到达,二者均为港口集疏运通道。客货长期混行,存在较大的安全隐患。

综上所述,本次公路网的规划除了考虑路网通达性之外,尝试从低碳出发,侧重于与铁路、与港口、与城市道路的衔接优化,考虑到唐山国际旅游岛客流以节假日为主,本次选择了2021年4月份(包含清明小长假)3条国省道交通流量数据进行统计分析。

2.2 交通量及车型分布特征

2021年4月份3条公路交通流量,从时间分布上看,节假日流量高于工作日,小长假流量高于周末,国道G509特大型货车在4月上旬流量较大,下旬流量处于较稳定状态;从车流量空间分布上看,64%车流量集中在国道上,两条省道车流量分布较均衡(17.87%、18.12%);从不同车型的交通量占比上看,占比最高的三类车型分别为特大货车(44%)、中小客车(32.29%)、小型货车(10.42%);从不同车型在三条公路上的空间分布看,特大货车90%分布在国道上,小型货车46%分布在国道,中型和大型货车62%～64%分布在国道,中小客车分布较为分散,三条公路占比均在30%以上。

2.3 污染物排放特征

综合考虑IPCC 2006中基于行驶里程的碳排放计算公式,本次主要选取保有量法核算交通碳排放[3],见公式(1)。

(1)

式中:P为排放量,t;n表示不同车型,个;q表示各类型交通保有量,pcu;t表示年均行驶里程,km;he表示测算车型的百公里能耗,L/100 km;e表示单位能耗排放因子,g/L。

根据《中国移动源环境管理年报(2020)》中的统计数据,在假设乐亭县不同车型年均行驶里程与全国一致的情况下,根据4月份途径乐亭县3条国省道的交通量可计算得到该月份乐亭县不同车型的污染物排放情况。对3条干线公路不同车型污染物排放情况进行对比分析,国道小型货车、特大货车、中小客车排放最高,省道小型货车、中小客车污染排放最大。四种污染物中CO排放在3条公路中均占比最大,且国道各类污染物排放量均远大于省道,如图4～图7和表2所示。

表2 2021年4月份三条公路污染物排放量占比情况 单位:%

图4 国道G509不同车型污染物排放情况

图5 SL26乐北线不同车型污染物排放情况

图6 S323青乐线不同车型污染物排放情况

图7 4月份3条公路污染物排放情况对比

3 公路通道减碳措施

综上所述,为减少碳排放,从公路通道构建上看,应从减少公路流量、提高车速、减少行驶里程三方面着手。

3.1 减少公路流量

从需求端着手,考虑到乐亭沿海流量由集疏港交通、旅游交通、临港通勤交通三部分构成,其中特大货车主要为集疏港服务,要缩减集疏港公路交通量,则势必要提高铁路分担率,因此单纯从减少公路流量角度入手困难较大,需要构建联合运输体系,发挥运输方式组合的整体优势,需更加注重铁路货运枢纽与港区的直达交通联络。

3.2 提高车速

从供给端入手,车辆行驶速度的主要影响因素包括驾驶员、车辆、公路和交通条件四方面,这里主要从路面等级、交通组成上考虑,车辆行驶速度会随着路面等级由低级向高级逐渐增加,因路况不良而引起的车速降低会比其他因素引起的车速降低更为严重,不同车辆混合行驶时,彼此互相干扰大,会导致平均车速降低,交通流中大型车的增加也会导致平均车速的降低。本次重点从提升公路等级、客货分流、减少国省道交叉口瓶颈路段入手。

3.3 减少行驶里程

从供给端入手是规划阶段需要着力入手的地方,在通道布局中优先考虑污染最大的国道,即国道的布置宜与港口集疏运通道快速衔接;为尽量减少中小客车的行驶里程,旅游交通应直达国际旅游岛,通勤交通应为城区与产业区的联系提供最短路径,更好地引导出行行为。

4 公路交通组织优化方案

4.1 公铁衔接

乐亭县域内预留3条铁路通道:环渤海城际、唐曹高速东延线(规划)、滦港铁路(现状)和范各庄至柏庄线铁路(规划)。环渤海城际通道在海港开发区设置一处客运站点,滦港、范各庄至柏庄线铁路为疏港货运铁路,与唐山市铁路货运环线相连接;唐曹铁路东延线(规划)为客货兼备铁路,是唐山市中心城区与曹妃甸区客货运重要通道,为乐亭沿海与曹妃甸港区提供铁路货运通道的同时,可为海港开发区与唐山市区提供快速客运通道。唐曹铁路向西直达曹妃甸港区,建议将唐曹铁路货运站设置在疏港通道西侧,与既有铁路货运站分散设置,铁路场站与港口作为货运枢纽节点,通过均布分散的布设可有效引导交通流的分布,实现交通供给资源效益最大化。

4.2 公路交通组织

未来乐亭公路网将形成3条高速、两条国道、4条省道的网络格局。3条高速公路分别为沿海高速、唐港高速、赤港高速,两条国道分别为G509老线、G509绕城线(第二通道)、沿海公路G228,4条省 道分别为乐北公路SL26、滨海大道、S323、S203,6条国省道中只有G509绕城线是规划年新增线路。

在交通组织中,首先需要明确污染物排放最大的国道线路,国道有3种可供选择的路线方案,路线1(途经SL26乐北线)、路线2(现状G509)、路线3(新规划绕城线)的长度分别为56、43、51 km。在车流量不变的情况下,路线1长度最长,路线3比路线2长度增加了18%,同样也将增加18%的碳排放,而且到达港口需要经过多个交叉口。综上所述,对各条公路的功能进行重新定位,建议路线2仍作为国道G509路线,为疏港一级公路通道,其中海港开发区段调整为高架路段,减少交叉口提高车速 ;路线3绕城线南至乐亭开发区,为通勤二级公路通道;路线1南接京唐港疏港通道,为疏港一级公路通道;另有一条路线南接唐山国际旅游岛,为旅游二级公路通道。疏港通道以货运功能为主,旅游及通勤通道以客运功能为主。

5 结 语

以国省道干线公路为重点研究对象,从不同车型的污染物排放出发,探讨沿海干线公路交通流的车型组成特征、污染物排放特征,以河北省唐山市乐亭县为例分析了“碳达峰与碳中和目标”下临港地区公路运输组织优化方案。过去九年交通运输领域碳排放年均增速都在5%以上,而与交通碳排放相关的研究更多地集中于排放量的测算、排放的比较等方面,本次从公路规划及交通组织角度出发的研究可为国省道等干线公路体系绿色发展提供新的思路。