（环境工程专业论文）西安市机动车尾气排放现状、预测及控制对策.pdf

c o n t e r m e a s u r e so fm o t o r x i a n ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：l i a n gw e n y a n g s u p e r v i s o r ：p r o f c h e n gji x i a c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a m 0删6舢0 0 舢3m 7 m舢y 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：粤阅加| 。年6 只e l 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 力9 年多月7 日 必lo 年r i s 首夏 瓣跫 孝缘 摘要 近年来，随着城市化进程加速，居民生活水平不断提高，使得西安市机动车 保有量急剧增加。随之而来的机动车排放污染问题日趋严重，已经成为城市交通 环境中亟需解决的主要问题。 本文选取了自2 0 0 3 年近七年以来西安市五个空气自动监测站采集的s 0 2 和 n 0 2 的数据。通过比较分析，西安市区大气中s 0 2 年浓度均值总体呈下降趋势， n 0 2 却相反，年浓度均值逐年上升。各功能区中，交通区的n 0 2 污染最为严重。 从草滩监测站的n 0 2 浓度监测数据表明，大气n 0 2 污染的发展趋势为从市中心 向周边地区发展。总体来说，西安市区空气污染已有从“煤烟型”污染转向“复合 型”污染的趋势。以上分析结果都与西安市机动车保有量迅猛增长有着密切的联 系。本文通过对西安市近年来道路交通和机动车相关资料整理研究发现，西安市 区路网等级不合理、路况不佳导致城市道路通达性差，进而又加剧了机动车尾气 排放污染。 本文研究的理论依据是从城市交通环境角度出发，研究城市交通环境容量 对城市交通发展的约束作用，要求交通系统的发展规模和强度不能超过环境允许 的容量，实现环境系统的良性循环和交通系统的可持续发展。首先详细阐述了城 市交通环境容量与其承载力的基本理论，然后基于单箱体模型，对城市交通大气 环境容量进行了量化研究。最后从宏观层面对城市道路的大气环境承载力建立了 数学模型。通过该模型可预测城市范围的机动车最大保有量。研究结果可为政府 控制机动车发展规模提供科学依据。 关键词：机动车尾气排放、机动车保有量、空气质量、城市交通、环境承载力 a b s t r a c t r e c e n t l y , a st h er e s u l to ft h er a p i dp r o g r e s so fu r b a n i z a t i o na n dt h ei m p r o v eo f p e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d ，m o t o rv e h i c l e e m i s s i o np r o b l e mh a sb e e ni n c r e a s i n g l y d e t e r i o r a t e da l o n gw i t ht h er a p i di n c r e a s eo fu r b a nm o t o rv e h i c l e ，w h i c hh a sb e c o m e t h em a i np r o b l e mi nt h ef i e l do ft r a f f i ce n v i r o n m e n t t h i sp a p e rs e l e c t st h es 0 2a n dn 0 2d a t ao fa u t o m a t i cm o n i t o r i n gs t a t i o n si n x i a ns i n c e2 0 0 3 d u et ot h ec o m p a r ea n dt h ea n a l y s i s ，t h es 0 2c o n c e n t r a t i o ni n x i a nu r b a ns h o w sd o w n w a r dt r e n d o nt h ec o n t r a r y , t h en 0 2a n n u a la v e r a g e c o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e dy e a rb yy e a r t r a f f i ca r e ah a st h em o s ts e r i o u sn 0 2p o l l u t i o n i nt h ea l lf u n c t i o n a la r e a 。f r o mt h ec a o t a ns t a n t i o n n 0 2d a t a , i ts h o w st h a tt h et r e n d o ft h en 0 2p o l l u t i o nh a sb e e ne x p a n dt op e r i p h e r a lr e g i o n s o v e r a l l ，a i rp o l l u t i o ni n x i a nh a st h et r e n d ，w h i c hc h a n g e sf r o m t h ec o a ls m o k ep o l l u t i o n t o t h e c o m p o s i t ep o l l u t i o n ”t h e s ea r ec l o s e l yr e l a t e dt o t h eg r o w t ho fm o t o rv e h i c l e o w n e r s h i pi nx i a n t h r o u g ha n a l y s i s i n gt h er e l a t e dd o c u m e n t a t i o n so ft r a f f i ca n d m o t o rv e h i c l ei nr e c e n ty e a r s ，w ef i n dt h a tx i a nh a su n r e a s o n a b l er o a dn e t w o r ka n d p o o rt r a f f i cc o n d i t i o n s ，w h i c hl e a dt oap o o ra c c e s s i b i l i t yo f u r b a nt r a f f i c ，a n dt h e n a g g r a v a t et h em o t o rv e h i c l ee m i s s i o np o l l u t i o n t h et h e o r e t i c a lb a s i so ft h i sp a p e r sr e s e a r c hi st h a ta c c o r d i n gt ot h ep e r s p e c t i v e o ft r a f f i ce n v i r o n m e n t ，s t u d yt h ec o n s t r a i n tt h a tt h et r a f f i ce n v i r o n m e n tp u t so nt h e d e v e l o p m e n to fu r b a nt r a n s p o r t ，r e q u e s tt h ed e v e l o p m e n t s c a l ea n dt h ei n t e n s i t yo ft h e t r a f f i cs y s t e mu n d e rt h e l i m i to ft h em a x i m a le n v i r o n m e n tc a p a c i t y , r e a l i z et h e v i r t u o u sc y c l eo fe n v i r o n m e n t a ls y s t e m ss u s t a i n a b l eo ft h et r a n s p o r t t h i sp a p e r , f i r s t l y , i n v e s t i g a t et h eb a s i ct h e o r yo ft h ec o n t a i n m e n to f u r b a nt r a f f i ce n v i r o n m e n ta n di t s c a p a c i t y s e c o n d l y , b a s e do nt h es i n g l e b o xm o d e l ，d ot h eq u a n t i t a t i v e r e s e a r c hf o r c o n t a i n m e n to fu r b a nt r a f f i ca t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t f i n a l l yf r o mt h em a c r ol e v e l ， e s t a b l i s ht h em a t h e m a t i c a lm o d e lf o rt h ec a p a c i t yo fu r b a nt r a f f i c sa t m o s p h e r i c e n v i r o n m e n t a l b ym e a n so ft h ea b o v em o d e l ，y o uc a np r e d i c t a b l et h ec i t y s t h e l a r g e s tv e h i c l e sh o l d i n g ，t op r o v i d ea s c i e n t i f i cb a s i st oc o n t r o lt h es c a l eo ft h ev e h i c l e d e v e l o p m e n tf o rt h eg o v e r n m e n t k e yw o r d s ：m o t o rv e h i c l ee m i s s i o n ；m o t o rv e h i c l eh o l d i n g ；u r b a nt r a n s p o r t ；a i r q u a l i t y ；e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y 1 1 1 目录 第一章绪论：1 1 1 课题研究的背景及意义1 1 2 国外机动车污染控制l 1 2 1概述1 1 2 2 国外机动车排放标准。2 1 2 3 机动车排放控制技术的发展历程4 1 2 4 机动车污染控制管理系统：6 1 3 国内机动车污染控制6 1 3 1国内机动车污染现状6 1 3 2国内机动车排放标准。7 1 4 课题研究的主要内容和思路。8 第二章西安市机动车污染物排放现状9 2 1 西安市概况9 2 1 1自然和社会条件。9 2 1 2 能源结构和能源消费9 2 2 西安市环境空气质量研究10 2 2 1西安市环境空气质量历史变化特征1 0 2 3西安市机动车现状和交通特征17 2 - 3 1西安市城市道路建设现状1 7 2 3 2 西安市机动车保有量1 9 2 3 3西安市车流量变化规律2 0 2 4 西安市机动车排放研究。2 7 2 4 1 机动车排放因子的影响因素2 7 2 4 2 西安市机动车行驶特征2 9 第三章西安市机动车污染预测理论依据3 0 3 1 城市交通环境容量一3 0 3 1 1 城市交通环境容量定义3 0 3 1 2 城市交通环境容量分类3 0 3 1 3 城市交通环境容量影响因素3 1 3 2 城市交通环境承载力3 3 3 2 1城市交通环境承载力定义3 3 3 2 2 城市交通环境承载力的分类_ 3 3 3 2 3 城市交通环境承载力的特性及影响因素3 5 第四章西安市交通大气环境容量研究3 8 4 1城市交通大气环境容量量化研究3 8 4 1 1区域大气环境容量常用计算模型3 8 4 1 2 城市交通大气环境容量计算模型3 9 4 2 城市道路交通大气环境承载力4 2 4 2 1宏观层面的城市道路交通大气环境承载力4 2 4 2 2 西安市交通大气环境承载力4 3 4 2 3 西安市机动车保有量预测4 4 第五章西安市机动车尾气排放控制对策4 7 5 1 西安市机动车污染控制现状4 7 5 2 西安市机动车排放管理措施4 7 结论5l 参考文献5 2 致 射。5 5 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 城市机动化的高速发展不仅给人们的生活带来了极大的便利，而且给社会带 来了巨大的经济效益。同时，也是我们不想看到的，拥挤的城市交通、源源不段的 汽车尾气每天都在我们身边上演。机动车尾气排放污染已无时无处不在发生。经 历机动车的疯狂增长和人们不加节制的排气后，一系列的负面效应开始产生。机 动车尾气排放污染已经成为城市大气污染的主要贡献者。尤其在大城市中更为突 显。随着城市规模和人口不断增大，机动车的增长是必然发生的。由此带来一系 列的大气污染问题将十分严峻。机动车排放的c o 、n o x 、h c ，直接或间接地 损害着人们的健康。当前，我国正处在一个新的战略机遇期，大力发展经济是首 要目标。但是我门也不能忽略环境污染带来的危害，更不能以牺牲环境代价盲目 追求经济高速发展，重蹈发达国家走过的旧路子。现在，无论从排放法规的制定， 还是从机动车后续管理和维护，美国、欧洲和日本在机动车排放控制方面处于世 界领先水平。我国机动车现状是高速增长的机动车辆和低水平的控制排放技术。 机动车耗油量大，排放水平相对偏高，机动车工况水平差，维护和检测力度不足， 燃料质量低劣等等都是我国机动车排放管理上疾症所以在【1 1 。只有对上述问题不 断改善，才能使机动车尾气排放走上良性发展的道路。 1 2 国外机动车污染控制 1 2 1 概述 1 8 世纪工业革命以来，随着工业化进程的不断加快，欧美等工业发达国家 最先出现了严重的大气污染问题。2 0 世纪3 0 年代，在人口密集的城市和工业区 相继出现了若干举世闻名的公害事件，例如1 9 3 0 的比利时马斯河谷事件，1 9 4 8 年的美国宾州多诺拉事件，1 9 5 2 年的英国伦敦烟雾事件等。这些公害事件引起了 世界各政府和民众的广泛关注，许多国家不得不被迫采取措施来治理污染的大气。 1 8 8 6 年德国人c e b e n z 制造第一辆汽车的时候，也许很难想到，汽车工业 在带给人类文明前所未有的激励和贡献，同时也对人类赖以生存的自然环境然环 境发起了非比寻常的挑战和考验。由于全球城市人口急剧增长，城市规模和工业 第一章绪论 的过度扩张，机动车保有量迅速增加，由此使得城市空气污染日益严重。城市空 气质量不达标，环境负荷过大，严重威胁着约占世界人口1 2 的城市居民的身体 健康。世界卫生组织在关于自然环境恶化的令人不安的总结中指出，机动车 交通污染已经成为大气污染的罪魁祸首 2 1 。很长时期内，世界范围内大气污染属 于煤烟型污染。人们开发了大量消烟除尘技术和脱硫技术来治理工业排放引起的 大气污染问题。 1 2 2 国外机动车排放标准 发达国家为机动车排放控制所做的努力已经有3 0 多年的历史，其机动车排 放控制标准的发展正反映了机动车污染控制的进程。美国、欧洲和日本的汽车排 放法规是当今世界3 个主要的法律体系，许多国家都不同程度地采用了这些法规 和标准。对于不同的国家和地区，由于经济基础、社会状况等具体条件不同，适 宜的排放法规也不尽相同。若排放法规过于严格，会导致初投资和运行费用急剧 增加；若法规过去宽松则失去了建立法规保护环境的意义。 美国的废气排放限制标准是从c o 、h c 标准开始的。对轻型车( 轿车货车) 的c o h c n o x 的排放限制以2 0 世纪8 0 年代前期为一个阶段，从1 9 8 2 年开始 制定柴油机废气排放中的微粒标准，以及相应的强制执行办法。随着1 9 9 0 年的 大气污染防治法的修订，制定了新的第一阶段( t i e r1 ) 限制标准( 1 9 9 4 - - , 2 0 0 3 ) ， 第二阶段( t i e r2 ) 限制标准( 2 0 0 3 以后) 。 美国轻型汽油排气污染物标准如表1 1 所示，美国重型车排气污染物标准如 表1 2 所示。 表1 1 美国轻型汽车排气污染物标准 ( 单位：g k m ) 年代年 c oh c n o x曲轴箱排放 蒸发排放 - 1 9 6 89 0 01 5 o6 2 0 03 7 1 9 7 03 4 04 14 10 o3 7 1 9 7 22 8 o3 o4 10 03 7 1 9 7 3 - 1 9 7 42 8 03 03 0o o3 0 1 9 7 5 19 7 6 1 5 o1 5 3 1 o 03 0 1 9 7 71 5 o1 52 00 o3 o 1 9 7 8 - 1 9 7 9 1 5 o1 5 2 00 0 2 o 1 9 8 07 0o 4 12 00 02 0 1 9 8 l3 40 4 l1 o0 02 0 1 9 9 和1 9 9 63 40 2 5o 40 02 0 2 0 0 41 7 0 1 2 50 2 0 02 0 2 长安大学硕士学位论文 表1 2 美国重型车排气污染物标准 l 单位：g ，( b h p h ) 1 年代燃料 c ot h c n o xp m 柴油 1 5 51 3 5 oo 2 5 1 9 9 l 汽油l h d v 1 4 4 1 15 o 汽油m h d v 3 7 11 95 o 1 9 9 4 柴油1 5 51 35 0o 1 0 1 9 9 8 柴油 1 5 51 34 00 0 5 2 0 0 41 5 51 32 00 1 0 由欧洲1 2 个国家所组成的欧共体联盟制定欧洲统一的排放规则 ( e e c e c e ) 。在欧盟国家，自1 9 9 3 年以来( 第一阶段) ，新车的尾气排放标准 大大提高了，规定所有购买的新车都必须安装催化转换装置。从1 9 9 6 年起( 第 二阶段) ，对汽油发动车辆的尾气排放限值又做了进一步下调；相对于1 9 9 3 年的 水平，c o 减少3 0 ，h c + n o x 减少5 6 。欧盟这一法令适用于1 9 9 6 年起的所 以新车型和1 9 9 7 年起的全部新车，从而汽车尾气标准与1 9 9 4 年美国联邦排放标 准大体一致。欧盟于2 0 0 0 年( 第三阶段) 进一步下调汽车尾气排放限值，采用 改进的清洁发动机技术和清洁燃料技术，从而生产出排放量达到超低水平的汽 车。 欧洲轿车排放标准如表1 3 所示，欧洲重型车排放标准如表1 4 所示。 表1 3 欧洲轿车排放标准 实施阶段实施年燃料类型 c oh c n o xh c + n o x p m 备注 2 7 2 0 9 70 1 4型式认证 e u r o l1 9 9 2 7 0 1 8 一致性检查 汽油 2 20 5 e u r 0 21 9 9 6 1 柴油 1 oo 7o 0 8 汽油2 1 3 o 2 0 o 1 50 2 e u r 0 32 0 0 0 柴油 0 6 4o 5 00 4o 0 8 e u r 0 4 2 0 0 5 1 o o0 1 0o 0 8 表1 4 欧洲重型车排放标准 ( 单位：g ( k w h ) ) 第一章绪论 标准实施年 c oh c n o x p m e c e 4 9 0l1 9 9 01 3 22 61 5 8 0 6 8 ( ! 多5 k w ) e u r 0 1 1 9 9 34 91 2 39 0 0 4 0 ( 8 5 k w ) e u r 0 2 1 9 9 64 01 17 0o 1 5 e u r 0 31 9 9 9 2 1 1 5 4 5 )0 6 6 ( 0 7 8 ) 5 o 0 1 0 ( 0 1 6 ) e u r 0 4 2 0 0 5 1 5 ( 4 o ) o 2 53 5 0 0 2 ( 0 0 3 ) e u r 0 52 0 0 8 1 5 ( 4 o ) 0 0 2 ( o 0 3 ) 2 0 0 0 2 ( 0 0 3 ) 附注：为对柴油发动机的要求 为对传统柴油发动机+ 氧化催化器的要求 为对具有颗粒物捕集器n o x 催化器的柴油发动机的要求，同时也是对重型汽油发 动机的要求 日本对机动车尾气是从1 9 6 6 年开始起步的，基本上是效仿美国的控制历程。 前期限值比较松，但后来居上。1 9 7 8 年制定了世界上最严格的限制汽油机轿车 废气排放标准，要求c o 、h c 、n o x 分别比控制前降低9 5 、9 6 和9 2 ， 并一直沿用至今。 为了控制机动车的n o x 尾气污染，日本还于1 9 9 2 年制定了制定区域机动 车排放氮氧化物总量控制特别措施法。该排放法规是在全国范围内强制执行的。 根据日本的控制目标，2 0 0 2 年n o x 排放水平在1 9 7 8 年限值的基础上又降低5 0 ， 达到美国的同期水平。 1 2 3 机动车排放控制技术的发展历程 根据研究发现，汽油车产生的污染物主要通过3 个渠道进入大气，9 8 以上 的c o 和n o x 、6 0 以上的h c 经过尾气排放到大气；约有2 0 , - - 2 5 的h c 、 1 - - - 2 的c o 和n o x 经过曲轴箱通气孔泄漏；约有15 , - 2 0 的h c 是通过汽油 箱和汽化器蒸发进入大气。 几十年来，世界各国的汽车制造商开发了很多针对各排放途径的控制技术， 以适应日益严格的机动车排放控制标准。 对曲轴箱排放的控制一般通过安装漏气回流管，把从曲轴箱中渗漏的气体循 环到发动机的空气进口，使之在汽缸中燃烧掉，称之为正曲轴箱通风( p c v ) 。 对蒸发排放的控制建立在机械结构变化的基础上，分为蒸汽回收法和吸附再 生法。所谓蒸汽回收法，即把曲轴箱作为油箱和汽化器蒸汽的贮罐，发动机启动 时再送到空气进气系统；而吸附再生法，则是用活性炭罐收集h c 蒸汽并保留蒸 4 长安大学硕士学位论文 汽一直到被送回进气管进行燃烧。 尾气排放控制的方法基本有以下三类。 ( 1 ) 改进操作 调节空燃比和调节燃烧时间。由空燃比与污染物排放的关系可见，轻微的贫 燃比可使h c 和c o 的生成减到最小，而n o x 在贫燃或很富的空燃比下排放最 少。如图1 1 所示。 n o x l o - 6 浓_ 一_ 稀 3 0 0 0 1 0 0 0 空燃比 污 染 3 0 0 物 鼍排 2 0 0 圣出 生量 1 0 0 图1 1 空燃比和机动车污染物排放间的关系 ( 2 ) 改进发动机的设计 在固定的空燃比下推迟点火时间，使爆发燃烧的最高燃气气温降低，可减少 n o x 的生成，；排气系统采用废气再循环系统( e g r ) ，将可燃成分少的废气以一 定比例再送回到燃烧室，加入到新的可燃混合气中，在不增加过量氧的情况下， 稀释空气燃料混合物，以降低燃烧的最高温度，引起n o x 生成减少；电子控制 燃油喷射系统代替化油器系统，可精确控制发动机燃油喷射的时间和数量，实现 动力性、燃油经济性和排放性能的最佳协调。 ( 3 ) 尾气后处理 机动车尾气后处理控制技术是在机动车排放法规逐年严格化的要求下发展 起来的。2 0 多年来，机动车污染控制技术已经经历了3 个阶段，即机内控制阶 段氧化催化阶段和三元催化阶段。2 0 世纪7 0 年代催化型化油器开始应用；2 0 世纪8 0 年代催化型化油器、车载计算机系统、氧感应装置得到发展；目前，发 达国家对汽油车一般采用三元催化转化装置，以铂、钯、铑等贵金属作催化剂， 5 m 8 6 4 2 第一章绪论 该装置使c o 、h c 和n o x 还原成n 2 ，然后再把剩余的c o 和h c 氧化成c 0 2 和 h 2o ，消除污染效果十分明显，并且催化转化率达9 0 以上。电子控制系统和三 元催化系统可对发动机工作过程和排气进行有效控制，是机内和机外净化方法的 有机结合【引。 1 2 4 机动车污染控制管理系统 经过多年的研究和实践，美国、日本、欧洲已形成了比较完善的汽车污染控 制体系，建立了一系列完整的与技术与管理相配套的制度。 美国清洁空气法要求联邦环保局对汽车生产厂家的任何新车或新车发动 机进行检测，经检测合格，联邦环保局对生产厂家颁布合格证书，证书有效期不 超过1 年。除新型车型认证和合格性检测制度外，还建立了操作性极强的在用车 检查维护( i m ) 体系，如美国规定当地登记的汽车必须每年接受一次排气检查， 不合格者停止使用，除非经修理达到排气标准。美国清洁空气法规定召回制 度，如果联邦环保局发现一定数量的机动车在使用期内正常使用时违反排放标 准，必须立即将此情况通知有关生产厂家、零售商和买主，并要求厂家提供一份 补救计划；更换排放部件的费用超过汽车零售价的2 则由厂家负责。e e c 也有 对持久性的要求，这样就使得制造商有足够的能动性保证排放系统的持久，使机 动车在整个生命周期中提供良好的性能。这样不仅促进汽车工业技术进步。并切 实有效地控制了机动车排气污染。 另外，欧美国家十分重视包括道路建设以增加交通容量，建设地铁轻轨等 以改变交通方式以及实行公交优先，交叉路口渠化，停车限制等以加强已有道路 有效使用的综合交通工程措施，从而实现机动车尾气减排的目的。 1 3 国内机动车污染控制 1 3 1国内机动车污染现状 中国汽车保有量逐年大幅增加从1 9 9 0 年的5 5 1 4 万辆增加2 0 0 3 年的2 4 1 2 万辆，年均增长1 2 0 6 2 0 0 4 年达2 7 4 7 万辆，预计2 0 1 0 年为5 7 0 0 万辆，2 0 2 0 年为1 3 1 0 0 万辆。汽车燃油消费逐年大幅增加从1 9 9 0 年的2 4 3 0 万吨增加到2 0 0 3 年的6 0 5 0 万吨，年均增长7 8 6 ，如果按照这个增长速度，预计到2 0 1 0 年和2 0 2 0 年，我国汽车汽柴燃油消费量将分别达到1 1 2 亿吨和2 7 2 亿吨以上，相当于2 0 0 0 6 长安大学硕士学位论文 年国内汽车燃油消费的2 2 5 倍和5 4 4 倍。汽车燃油效率低、浪费严重2 0 0 3 年我 国汽车单车年均耗油2 5 吨，比美国的1 9 吨、德国1 2 吨、日本1 0 7 吨分别高 出3 1 6 、1 0 8 3 、1 3 3 6 ，按目前全国汽车保有量计算，与美国、德国、日本 相比，每年将多消耗燃油1 4 4 7 、3 1 3 6 、和3 4 4 9 万吨。2 0 0 4 年我国石油净进口量 达到1 4 亿吨，对外依存度为4 5 ，汽车燃油消费占国内燃油消费总的比例，从 2 0 0 0 年的3 8 7 提高到2 0 0 3 年的4 2 7 预计到2 0 1 0 年和2 0 2 0 年汽车燃油消费 分别需要2 5 9 亿吨和5 9 5 亿吨左右【5 】。 机动车污染排放量呈上升趋势。汽车尾气排放的一氧化碳、氮氧化物和碳氢 化合物等有毒气体已经成为城市的第一空气污染源，主要城市大气污染物中机动 车排放分担率都呈上升趋势2 0 0 4 年全国机动车污染物呈增加趋势，碳氢化合物、 一氧化碳和氮氧化物排放量已分别达到8 3 6 1 、3 6 3 9 8 和5 4 9 2 万吨。单车排放 量普遍高于工业化国家。由于交通堵塞，造成机动车燃油消耗比正常时高出1 2 ， 北京市一些主要道路在交通高峰时平均车速仅为1 1 公里，乌鲁木齐也仅为 1 6 2 0 公里，车速越慢，耗油越高，污染越严重城市光化学污染问题日益突出机 动车排放的n o x 和挥发性有机物在大气中进一步发生光化学反应，形成淡兰色 的烟雾，这些烟雾直接刺激人的呼吸系统，并对心血管等系统造成损害。汽车尾 气中颗粒排放量大污染危害严重。目前大多数城市空气质量不达标，主要原因是 颗粒物超标严重，特别是细颗粒物；机动车排放颗粒物占2 0 3 0 左右，机动车 排放的细颗粒物恰处于人们的呼吸带，可以到达肺的深部，对人体危害最大。城 市中臭氧的浓度和超标频率也呈增加趋势，引发更多的城市环境问题。按目前排 放水平测算，到2 0 1 0 年，c o 排放量增加两倍多；n o x 也将增加近2 倍，大中城 市机动车污染综合分担率将上升到7 9 左右。我国大约有2 5 的车况差、油耗 高的各类应报废的汽车仍在使用。如上海6 3 万辆小型面包车中，车龄超过6 年 的占7 0 以上，南京民用汽车中8 0 以上应报废未报废还在使用【4 1 。 1 3 2 国内机动车排放标准 我国汽车排放标准控制始于2 0 世纪8 0 年代初。8 0 年代末，我国的轻型汽 车、重型柴油车和摩托车的排放控制移植了欧洲的排放标准体系。1 9 9 3 年，我 国发布了七项汽车排放标准。分别为g b l 4 7 6 1 1 9 3 轻型汽车排气污染物限值 及测试方法、g b l 4 7 6 1 2 _ _ 9 3 车用汽油机排气污染物排放标准、 7 第一章绪论 g b l 4 7 6 1 3 9 3 汽油车燃油蒸发污染物控制标准、g b l 4 7 6 1 扯- 9 3 汽车曲轴 箱污染物排放标准、g b l 4 7 6 1 5 _ 9 3 汽油车怠速污染物排放标准、 g b l 4 7 6 1 乳_ 9 3 柴油车自由加速烟度排放标准、g b l 4 7 6 1 7 - - 9 3 汽车柴油机 全负荷排放标准。1 9 9 9 年，我国又正式发布了四项汽车排放国家标准 g b l 4 7 6 1 一1 9 9 9g b l l 7 6 9 1 一1 9 9 9g b 3 8 4 7 一1 9 9 9g m w 6 9 2 - - 1 9 9 9 于2 0 0 0 年1 月1 日起实施。此时我国新车排放达到欧洲9 0 年代初期水平。2 0 0 1 年，国家颁 布实施相当于欧i 标准的g b l 8 3 5 2 1 _ 0 0 1 轻型汽车污染物排放限值及测量方 法( i ) 于2 0 0 1 年4 月1 6 日起实施。同时还发布了相当于欧i i 标准的 g b18 3 5 2 2 2 0 0l 轻型汽车污染物排放限值及测量方法( i i ) 于2 0 0 4 年7 月1 日起全国实施，这标志着我国的标准体系已逐步走上国际化正规化道路。国家于 2 0 0 2 年1 1 月2 7 日颁布了g b l 4 7 6 2 - - 2 0 0 2 车用点燃式发动机及装用点燃式发 动机汽车污染物排放限值及测量方法，从2 0 0 3 年1 月1 日起实施。在用车2 0 0 5 排放标准g b l 8 2 8 5 - - 2 0 0 5 点燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法( 双 怠速法及简易工况法) 和g b 3 8 4 7 - - 2 0 0 5 车用压燃式发动机汽车排气烟度排 放限值及测量方法两项国家标准。2 0 0 5 年5 月3 0 号，国家环境保护总局与国 家质量监督检验检疫总局联合发布了g b l8 3 5 2 3 _ 0 0 5 轻型汽车污染物排放限 值及测量方法( 中国i i i 阶段) 规定第1 i i 阶段，第1 v 阶段分别于2 0 0 7 年7 月1 日，2 0 1 0 年7 月1 日执行，相当于欧i i i 欧i v 排放法规水平【1 3 】。 1 4 课题研究的主要内容和思路 ( 1 ) 同过查阅资料和分析对比，对西安机动车污染物排放现状进行了初步 的研究。 ( 2 ) 基于城市交通大气环境容量的理论，根据箱体模式建立了相关计算模 式。 ( 3 ) 对城市交通大气环境承载力的量化方法进行研究，建立了相关数学模 式。在此基础上，对不同排放标准下西安市最大机动车保有量进行了预测。 ( 4 ) 为了应对日益严峻的机动车尾气排放污染，针对西安市现状，提出合 理的控制对策。 8 望；东以零河和灞塬山地为界，与渭南市相接。 气候地貌：西安属东亚温暖带大陆性季风气候，冷热干湿四季分明，春季 温暖、干燥；夏季湿热；秋季凉爽、多雨；冬季干冷。年平均气温6 4 一1 3 4 ， 年平均降水量5 3 7 5 1 0 2 8 4 毫米，年平均相对湿度7 0 3 ，全年日照时数 1 9 8 3 4 。五2 6 7 3 小时；西安平均海拔4 0 0 _ _ 4 5 0 米，南部多山，北部为平原，地 势东南高，西北与西南低，其中平原面积4 3 6 7 4 万公顷，占全市总土地面积的 4 3 7 ；境内河流众多。 行政区划：西安东西最长约2 0 4 千米，南北最宽1 1 6 千米，总面积1 0 1 0 8 平 方千米，下辖新城区、碑林区、莲湖区、灞桥区、未央区、雁塔区、阎良区临 潼区、长安区、蓝田县、周至县、户县、高陵县9 区4 县。 人口民族；到2 0 0 3 年末，全市户籍人口已达到7 1 6 6 万，西安总人口中， 汉族约占9 8 8 2 ，少数民族合占1 1 8 ，主要少数民族有回、满、蒙【2 1 1 。 2 1 2能源结构和能源消费 西安市的电力、热力、原油加工、液化石油气的生产已具备了一定的规模和 实力，天然气供应呈现迅猛增长的势头，但能源结构仍然是煤炭占主导地位。全 市规模以上工业企业二次能源生产量总体增长，热力、液化石油气生产、原油加 工大幅度增长。西安市一次能源构成及消耗量中煤炭占7 5 以上。由于能源结构 的调整及产业结构的变化，煤炭消费量所占比例呈下降趋势，由于机动车保有量 的快速增长，从而油产品消费量在总耗能中所占比例增长较快。 9 第二二章西安市机动车污染物排放现状 2 2 西安市环境空气质量研究 从西安市空气监测站历年的观测值可知，西安市主城区环境空气质量首要污 染物是可吸入颗粒物，其次是二氧化硫污染。由于地理区位的原因，西安大气中 以黄土物质为主的自然飘尘和降尘影响较为明显，可吸入颗粒物的控制比较复杂 而困难。这些年，西安一直以二氧化硫作为控制的重点。严格控制大型污染企业 的二氧化硫排放，着重改造现有供热设施，加强对燃用煤的监管。大气中二氧化 硫的浓度基本呈逐年下降趋势。随着城市经济不断发展，机动车保有量迅猛增长， 其尾气排放的污染物增长很快。从各监测站的n 0 2 的年均值可以看出，机动车 排放污染对市区的污染逐年攀升。本论文通过对2 0 0 3 年- 2 0 0 9 年的s 0 2 和n 0 2 的监测值变化分析来对西安市环境空气质量作初步的研究。 2 2 1西安市环境空气质量历史变化特征 经国家环境监测总站认证，根据当时的实际情况，西安市选择了5 个位置作 为环境空气自动监测站。分别为1 号点西安高压开关厂( 西郊工业区) 、2 号点 兴庆小区( 居民区) 、3 号点纺织城( 东郊工业区) 、4 号点小寨( 商业区) 、5 号点草滩( 清洁对照点) 总体来说，西安市环境空气自动监测点在建立初期基 本反映了西安市城区空气质量的基本特征。随着经济发展，城区范围逐步向外扩 展，各监测站所代表的功能区特征已大大削弱了，尚需增设新的站点位置才能比 较客观地反映全市空气质量。本论文主要研究的是主城区的空气质量，所以这5 个监测站所监测的大气污染物浓度仍具有代表性。 1 0 长安大学硕士学位论文 图2 1 西安市空气自动监测站位置示意图( 2 0 0 7 年以前) 为了研究西安市空气质量的变化趋势，我选择了各自动监测站所监测的s t h 和n 0 2 。本论文分析的数据为各功能区监测站年均值浓度，时间跨度从2 0 0 3 年 到2 0 0 7 年，数据基本上反映了西安市区近年来空气质量的时间演变规律。 第二章西安市机动车污染物排放现状 图2 2 工业区空气质量年均值变化 监测结果分析：高压开关厂位于莲湖区，该区集中了较多的工业企业。从图 2 2 中可以s 0 2 年浓度均值基本在国家2 级标准以下其变化规律同兴庆小区监测 点。0 3 0 5 下降幅度较大。较0 3 年，s 0 2 年浓度降低了3 0 。n 0 2 年浓度均值都 在国家2 级标准以下。0 4 年起，n 0 2 浓度逐年上升。 图2 3 居民区空气质量年均值变化 监测结果分析：兴庆小区监测点位位于西安碑林区，其附近有大量的居民区， 西安交通大学，兴庆公园。从图2 3 中可以看出，s 0 2 年浓度均值低于国家2 级 图2 4 工业居民混合区空气质量年均值变化 监测结果分析：纺织城监测点位于灞桥区。该区离市中心较远，区内有大量 的纺织企业。从图2 4 中可以s 0 2 年浓度均值基本在国家2 级标准以下其变化规 律同兴庆小区监测点。n 0 2 年浓度均值都在国家2 级标准以下。从0 4 年起，n 0 2 浓度逐年上升。 图2 5 交通区空气质量年均值变化 监测结果分析：小寨监测点位于雁塔区，其地处繁华的商业中心。从图2 5 中可以看出s 0 2 年浓度均值基本在国家2 级标准以下，只有2 0 0 5 年( 0 0 6 3 m g m 3 ) 高于国家2 级标准其变化规律同一样。n 0 2 年浓度均值都在国家2 级标准以下。 1 3 第二章西安市机动车污染物排放现状 从变化曲线可以看出，n 0 2 浓度稳中有升。0 6 年同0 3 年相比n 0 2 浓度增长了 3 4 7 。 图2 6 清洁区空气质量年均值变化 监测结果分析：草滩位于西安北郊，离市区较远。本地没较大污染源。从图 2 6 中可以看出，该点的s 0 2 浓度一直呈现上升趋势，与其他监测点下降现象不 一致。n 0 2 年均值变化也大体同s 0 2 。从2 0 0 3 年的0 0 1 5 m g m 3 上升到2 0 0 7 年 的0 0 3 3 m g m 3 ，4 年问n 0 2 浓度增加了1 倍多。虽然各年的监测值比国家2 级标 准低不少，但其逐步上升的趋势不容乐观。由于西安市行政中心的北迁，势必会 带动城市北郊的发展。这样的话。该点作为清洁区对照点显然不合适，应该选择 新的对照点。 将所有检测站的年平均数据平均得到市区年均值数值，按时间作图，得到西 安市s 0 2 和n 0 2 的7 年来年均值的变化，见图2 7 。从图中可以看出，西安市区 的s 0 2 浓度在2 0 0 3 - 2 0 0 9 年间有所波动。2 0 0 3 年到2 0 0 5 年逐年下降，在2 0 0 6 年又有所回升，随后三年又逐年下降，降至较低的水平。西安市区的n 0 2 的总 体呈上升趋势，且在0 9 年达到历年最高的年浓度均值0 0 4 6 m g m 3 。 1 4 长安大学硕士学