機(jī)動車交通政策的環(huán)境影響評價技術(shù)研究

機(jī)動車交通政策的環(huán)境影響評價技術(shù)研究 【摘要】機(jī)動車排放在城市污染排放總量的比重越來越高，城市決策者越來越需要從環(huán)境的 角度來考慮機(jī)動車交通政策，而目前缺乏一套系統(tǒng)的機(jī)動車交通政策環(huán)境評價技術(shù)方法。本 文從機(jī)動車交通政策的類型、環(huán)境影響評價的要求出發(fā)，研究了環(huán)境影響評價的技術(shù)流程、 數(shù)據(jù)對接技術(shù)和實現(xiàn)平臺，并以上海的評價工作為例，介紹了技術(shù)路徑和可實現(xiàn)的功能。 【關(guān)鍵詞】機(jī)動車；交通政策；環(huán)境影響評價；模型 1、機(jī)動車交通政策環(huán)境影響評價的現(xiàn)實要求 1.1 機(jī)動車排放對大氣環(huán)境污染的貢獻(xiàn)度持續(xù)提高 機(jī)動車是城市大氣污染的重要來源。以上海為例，根據(jù)環(huán)境相關(guān)科研單位的研究結(jié)果顯 示[1]，機(jī)動車分別占到上海市NOx、CO、VOC、PM2.5 等污染物排放總量的21%、30%、11% 和25%。由于機(jī)動車排放主要集中在交通密集的中心城區(qū)，中心城區(qū)機(jī)動車排放分別占上 述四類污染物排放總量的79%、77%、25%和60%，是城市大氣環(huán)境污染的主要來源。 由于我國正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，各類工業(yè)節(jié)能減排措施也在不斷跟進(jìn)，而由于機(jī)動化 進(jìn)程的加快帶來了道路交通排放持續(xù)上升。在一些大城市，工業(yè)污染排放的比重呈現(xiàn)下降趨 勢，機(jī)動車排放比重趨于提高。以上海為例，機(jī)動車NOx 排放比重由2007年的18%增加到 2011年的21%，4年提升3個百分點。同時，相比于工業(yè)排放，機(jī)動車尾氣排放屬于更加貼 近地面，屬于低空排放，對城市的空氣質(zhì)量和市民健康具有更加直接的影響。 1.2 改善大氣環(huán)境成為機(jī)動車交通政策的重要出發(fā)點 目前，我國的環(huán)境影響評價制度多年來以項目作為環(huán)評對象，對于交通系統(tǒng)，主要是交 通設(shè)施建設(shè)項目的環(huán)境影響評價，包括規(guī)劃階段和建設(shè)兩個階段。而歐美等發(fā)達(dá)國家，環(huán)境 影響評價制度（EIA，EnvironmentImpactAssessment）只是將項目作為評價內(nèi)容的一個 小部分，更重要的對象是政府出臺的各類法律、規(guī)劃和政策。以美國為例[2]，美國的《國家 環(huán)境政策法》要求，對嚴(yán)重影響人類環(huán)境質(zhì)量的政府行動，必須準(zhǔn)備一份詳細(xì)的環(huán)境影響分 析報告。 隨著管理部門和社會對環(huán)境關(guān)注程度的加深，近年來，越來越多城市的交通政策，特別 是機(jī)動車交通政策，如道路限行、黃標(biāo)車限行、機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)提升、小客車管控等，更多 地從環(huán)境的角度，而不僅僅是解決交通問題的角度來考慮。環(huán)境改善效果已經(jīng)成為機(jī)動車交 通政策的重要評價方面。 1.3 機(jī)動車交通政策的環(huán)境影響評價方法尚不完善 從一些相關(guān)的研究成果來看，目前我國對于機(jī)動車交通政策的環(huán)境影響研究定性研究較 多，定量研究相對較少。在定量研究中，多是運用宏觀排放因子和機(jī)動車周轉(zhuǎn)量的乘積進(jìn)行 1 測算，得到主要污染物或者碳排放的總量?？傮w來看，這樣的評價方法存在如下一些問題。 （1）評價指標(biāo)需要深化。目前的測算指標(biāo)多是區(qū)域（城市）的污染物排放總量，而決 策既要關(guān)注污染的排放量，更關(guān)注對環(huán)境的影響，即污染物在空氣中濃度情況。因此需要延 伸目前的評價流程，從污染物排放量計算延伸到污染物濃度的計算，深化環(huán)境影響的評價指 標(biāo)。 （2）評價尺度需要細(xì)化。目前的評價指標(biāo)（污染物排放量）的尺度多為一個尺度較大 的區(qū)域（或城市），空間尺度過于宏觀，而污染物濃度的計算需要在小尺度區(qū)域（甚至是路 段）的污染物排放量的基礎(chǔ)上才能開展。同時，很多決策過程也關(guān)心特定區(qū)域的環(huán)境影響。 （3）評價方法需要科學(xué)化。目前采用宏觀排放因子的計算方法，沒有涉及車輛技術(shù)、 道路管理、車流特征、環(huán)境情況等因素的影響，而這些因素對污染物排放量和大氣質(zhì)量影 響很大，也是很多政策方案的內(nèi)容。因此必須使得算法涉及的因素更加多樣，評價方法更 加科學(xué)。 2、評價的內(nèi)容和深度 2.1 評價的內(nèi)容 本文所稱的機(jī)動車交通政策，按照政策實施著力點來分，可以分為交通總量控制類、道 路運行調(diào)控類和車輛技術(shù)管理類，不同類型的政策對于評價的功能要求有所差異化，具體如 表1所示。 表1機(jī)動車交通政策類型和環(huán)境評價要求政策類型政策著力點政策示例評估功能要求交通總量控制道路交通的車輛擁擠收費可評價的影響因素至少應(yīng)包括交通小客車購買限制控制類總量規(guī)模。尾號限行流總量、時空分布變化、運行狀態(tài)?！缆愤\行通過道路交通管理措高污染車限行可評價的影響因素至少應(yīng)包括機(jī)動貨車夜運政策施，調(diào)節(jié)道路上的車匝道調(diào)控、單向交通等車流的車輛結(jié)構(gòu)、時空分布和運行調(diào)控類輛構(gòu)成和運行狀態(tài)。交通組織優(yōu)化狀態(tài)?！囕v技術(shù)通過對車輛的技術(shù)要黃標(biāo)車淘汰可評價的影響因素至少應(yīng)包括道路求，改變車輛的污染車輛環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)提升交通流的車隊組成、車輛的技術(shù)狀管理類排放技術(shù)性能，降低鼓勵新能源車發(fā)展況等。單車能耗… 2.2 評價的深度要求 （1）車況和車種的細(xì)分。機(jī)動車類型的細(xì)化要求一般需要根據(jù)機(jī)動車管理政策的內(nèi)容 和評價要求而定。城市機(jī)動車管理政策涉及到道路交通管理部門和環(huán)境保護(hù)管理部門，道路 交通管理部門主要采取的道路運行調(diào)控類政策，政策調(diào)控按照車型和用途劃分，一般分為摩 托車、小客車、大客車、小貨車和大貨車；同時對于小客車中的出租車，大客車中的公交車 和大貨車中的集卡車又可能有專門的運行調(diào)控管理政策。而環(huán)境保護(hù)管理部門對于車輛的管 理措施針對車輛環(huán)保要求，其對于車輛的管理政策內(nèi)容除了車型和用途外，還涉及油品類型 和排放標(biāo)準(zhǔn)，按照油品大類分為柴油車和汽油車；按照排放標(biāo)準(zhǔn)又可以分為國零（達(dá)不到國 2 一排放標(biāo)準(zhǔn)的車輛）、國到國五等六類排放標(biāo)準(zhǔn)的車輛。果按照車型、用途、排放標(biāo)準(zhǔn) 和油品等進(jìn)行交叉細(xì)化，動車可能要細(xì)化到數(shù)百種，但在際中，可根據(jù)具體的策內(nèi)容 和評價要求進(jìn)行簡化。 （2）污染物種類。動車尾氣中含有上百種不同的化物，將每項化合物都納入評價 指標(biāo)不太現(xiàn)實。一般需要算的污染物有CO2（二氧化碳）、 （一氧化碳）、 （顆粒物， 主要為PM2.5）、NOx（氧化物）和VOC（可揮發(fā)性有機(jī)物，主要為碳?xì)浠衔铮┢渲? CO2并不是狹義上的污物，但作為尾氣的主體，同時低碳通的研究對象，一般入計 算。這些排放總量已經(jīng)包含了機(jī)動車尾氣總質(zhì)量絕大多部分且污染物的種類也與國家新 的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)指標(biāo)要求結(jié)合。 （3）指標(biāo)深度。評的深度可以分為兩個層次，一是染物的排放量的評價，二是空 氣質(zhì)量（污染物濃度）評，其中污染物的排放量評價是空質(zhì)量評價的基礎(chǔ)和前提。評價 的深度要求視具體情況而定。一般來說，如果政策的影響范是局部性影響程度小，多 評價污染物排放量變化即可，但如果部分措施對部地區(qū)的氣質(zhì)量影響很大，也可以開展 具體地區(qū)的污染物濃度變化評價，如機(jī)動車禁行道路兩側(cè)空氣質(zhì)量影響評價等。如果政 策是全局性的，影響面較大，應(yīng)開展空氣質(zhì)量的評價，如開中心城區(qū)機(jī)動車尾號行措施 的空氣質(zhì)量影響評價等。 圖1評價要求與難的對應(yīng)關(guān)系 （4）空間尺度?？臻g尺度的計算需要根據(jù)實的評價要而定，空氣的尺度要越細(xì)， 對數(shù)據(jù)的要求就越高，流程就越復(fù)雜難度就越大；反之則度越小?？臻g尺度的要求和指 標(biāo)的深度在很大程度上決定了評價的難度系數(shù)。具體如圖1示。 3、評價技術(shù)流程 3.1 總體技術(shù)路線 對機(jī)動車交通政策的環(huán)境影響評價，需要大的交通數(shù)和技術(shù)支撐。按照技路線來 看，可以分為三個階段。是機(jī)動車交通流量的計算，需要靠交通模型，在該階段，可以 設(shè)置方式結(jié)構(gòu)調(diào)整類政策機(jī)動車總量管理類、機(jī)動車運行控類等不同政策的方案。二是 污染物排放量的計算，需要依靠排放模型，在該階段，可以過相關(guān)參數(shù)，設(shè)置車輛管理類 3。在模型銜接上，于交通模型的輸出是排放模型的入，因此排放模型的入要求[3]。在模型銜接上，于交通模型的輸出是排放模型的入，因此排放模型的入要求[3] 方案（如新車排放標(biāo)準(zhǔn)提升）等。三是污染物濃的測算，要依靠擴(kuò)散模型，該階段可以 設(shè)置不同氣象方案，如極天氣下的污染物濃度況。如果算的指標(biāo)深度要求僅僅到污染 物排放量，則只需前兩個階段。 圖2評價的技術(shù)流程 由于對于空間的尺度和數(shù)據(jù)的精細(xì)化水平的要求不同，通模型、排放模型和散模型 可以在不同的層面進(jìn)行計算。表2分為宏觀、中觀和微觀等個層面描述三類模型情況。 表2不同層面模型的作用交通模型排放型擴(kuò)散模型宏觀通過測算集計，得到基于區(qū)域的基于區(qū)域的觀排放因-機(jī)動車運交通參數(shù)（如分車種的子，可增加部調(diào)整系數(shù)車公里等）中觀運用交通求模型，得到全路網(wǎng)的基于車隊運工況的排城市污染物擴(kuò)模型路段交流量和運行特征參數(shù)放模型微觀運用道路通仿真模型，模擬并得基于單車行狀態(tài)的物街道污染物擴(kuò)模型到單車的運行狀況理模型 在宏觀層面，由于交模型和排放模型的計算結(jié)果往往整個城市的交通量和染排放 量，由于數(shù)據(jù)對應(yīng)的空間尺度過大，難以開展擴(kuò)散模型。在觀層面，由于可以得到具體分 路段的機(jī)動車流量和污染排放量，可以運用擴(kuò)散型，模擬城不同區(qū)域的污染物濃度情況。 在微觀層面，交通模型可模擬單車的運行狀況，排放模型以計算每輛車的排放況，通 過集計，也可以得到路段污染排放情況，擴(kuò)散模型可以模機(jī)動車污染物在街道擴(kuò)散模 式。具體在那個層面開展評價，需要根據(jù)具體的評價需要而定。 為了對排放的技術(shù)路線進(jìn)行細(xì)化分析，以下中觀層面評價為例描述各階段的流程 以及在不同階段可以設(shè)置的方案類型。具體如圖3所示。 3.2 評價模型的初步建立 由于交通模型、排放型和擴(kuò)散模型均有專的文獻(xiàn)進(jìn)介紹和分析，機(jī)動車通政策 需要一個模型體系。本文的重點是論述三類模型的選擇和銜技術(shù)。 3.2.1 交通模型與排放模的銜接 交通模型和排放模型是兩套在不同行業(yè)工作者研究的數(shù)模型，長期以來，交模型一 般由交通專業(yè)人員所熟悉，而排放模型主要為環(huán)境專業(yè)人員熟悉。對于單項的研較多， 而對于兩者的銜接研究較少。交通模型和排放?？梢栽谌暧^、中觀和微觀等面進(jìn)行 銜接 決定了交通模型的輸出。 4駛狀態(tài)參數(shù) 駛狀態(tài)參數(shù) 微觀路交 逐秒單車行秒排放模型 單車逐宏觀秒排放 排放 秒排放的 通仿模型宏觀排放因子 觀交通參數(shù) 圖3道路評價的技術(shù)流程 在宏觀層面，排放模多為宏觀排放因子的，也可增加干調(diào)整系數(shù)以增強(qiáng)算法的適用 性。其對于交通模型（有候甚至都不需要模型）的輸出要求宏觀的交通參數(shù)（如車?yán)铮? 這種方法計算算法相對簡單，可根據(jù)有限的若干個參數(shù)和指標(biāo)，計算出區(qū)域的交通放量， 其排放結(jié)果難以細(xì)化。可于沒有道路交通模型撐下的區(qū)機(jī)動車交通排放清單算，雖 然該算法相對簡單，科學(xué)不足，但算法的適用面廣，尤其在有少量數(shù)據(jù)可獲得的況下， 運用宏觀模型可獲得較好的應(yīng)用，一般用于排放總量測算如國家環(huán)保部對于全機(jī)動車 污染排放考核的算法就是采用該類模型進(jìn)行計算。 數(shù)據(jù)的時 空分辨率 基于單車的逐 可模擬逐物理模型微觀模型基于車隊的路道路車隊行于運行工況段排放模型路段車駛狀態(tài)數(shù)據(jù)綜交通模型中中觀隊排放排放模型的路交通模型模型基于區(qū)域的宏區(qū)域區(qū)域道路交通流數(shù)據(jù)觀排放因子 模型 放模型 排放量 交通模型 圖4交通模型和排放型的數(shù)據(jù)對接 5 在中觀層面，排放模型計算對象為道路路段上的車隊，一般采用代用函數(shù)（如平均車速， VSP等）描述道路交通運行工況，建立機(jī)動車車隊污染物排放量與機(jī)動車運行工況、環(huán)境、 油品、機(jī)動車技術(shù)等各類參數(shù)的關(guān)系，可計算得到一段時間內(nèi)路段上車隊的排放量，該類的 排放模型較多，如美國的MOBIL和IVE，歐洲的EMFAC等等。交通模型為排放模型提供 分路段的機(jī)動車流量數(shù)據(jù)和行駛代用函數(shù)（如平均車速等），一般采用交通需求模型，如傳 統(tǒng)的“四階段”模型，最終結(jié)果可以得到道路交通流數(shù)據(jù)。 在微觀層面，排放模型是根據(jù)機(jī)動車的瞬時運行工況，計算單車的瞬時排放狀況，對單 車的數(shù)據(jù)要求很細(xì)，如CMEM模型。這類算法對交通模型要求較高，需要道路交通仿真模 型的支持，能夠得到每輛車的瞬時車速和加速度等特征數(shù)據(jù)。由于建立市域性的道路交通仿 真模型的可能性較小，因此微觀排放模型主要用于部分道路的交通排放的模擬。 3.2.2排放模型與擴(kuò)散模型的銜接 排放模型為擴(kuò)散模型提供污染源的分布及量的數(shù)據(jù)。按照分布特征，污染源可以分為點 源、線源、面源和體源。機(jī)動車污染歸為線源，但在擴(kuò)散模型實際運算中，即可以按照路段 作為污染源的輸入，也可以按照片區(qū)或者地帶進(jìn)行集計。 在宏觀層面，由于宏觀計算量往往一個城市的污染物排放總量，數(shù)據(jù)細(xì)致程度不能到達(dá) 擴(kuò)散模型的要求，一般不開展污染物濃度計算。 在中觀層面，排放模型在空間細(xì)致程度一般可以細(xì)致到路段，但對于擴(kuò)散模型來說，除 了要求排放量的空間細(xì)分，還需要開展時間的細(xì)分，一般至少要細(xì)化到每個小時。如果交通 需求模型無法細(xì)分時段道路交通需求，則在排放計算時，至少根據(jù)交流的時段系數(shù)，對污染 物排放量進(jìn)行分時段的細(xì)化。 在微觀層面，排放模型可以為擴(kuò)散模型提供在空間和時間上足夠細(xì)分的污染物排放數(shù)據(jù)。 但如果擴(kuò)散模型需要按照峽谷模式進(jìn)行擴(kuò)散計算，則還需要城市三維數(shù)據(jù)，以了解周邊建筑 的高程。 3.3 評價模型的軟件平臺整合 交通模型、排放模型和擴(kuò)散模型均有相關(guān)軟件作為技術(shù)平臺，前項模型軟件的輸出可作 為后項模型軟件的輸入。如交通模型的軟件平臺有TransCAD、EMME、Cube、TransModeler、 Vissum等軟件平臺，排放模型有Mobile、IVE、EMFAC、CMEM、MOVES等軟件平臺， 擴(kuò)散模型有ADMS、MM5\CMAQ等軟件平臺。但如果采用多個平臺進(jìn)行計算，數(shù)據(jù)需要多 次導(dǎo)入和導(dǎo)出，增加流程的復(fù)雜度，且不同的軟件之間數(shù)據(jù)的格式要求存在差異，難以提高 效率。因此必須將各類技術(shù)平臺進(jìn)行整合，提高運算效率。 由于擴(kuò)散模型的軟件平臺和交通模型的軟件平臺差異很大，難以整合在一起。而排放模 型既可以整合到交通模型中，也可以整合到擴(kuò)散模型中。整合方法有兩種，一是利用軟件平 臺的自身模塊功能，如交通軟件TransCAD已經(jīng)將Mobile作為模塊整合進(jìn)來，擴(kuò)散軟件 ADMS也已經(jīng)可以將機(jī)動車流量作為輸入，直接計算污染源和排放需求。這種整合方法的 優(yōu)點是操作簡便，但相關(guān)參數(shù)難以本地化，計算結(jié)果的科學(xué)性存在一定的問題。二是對軟件 6 進(jìn)行二次開發(fā)，將算法和相關(guān)參數(shù)直接寫入，優(yōu)點是參數(shù)可以本地化，算法的適用性和科學(xué) 性相對較好，缺點是需要重新編程，實現(xiàn)難度相對較大。 4、評價技術(shù)的實現(xiàn)和應(yīng)用前景 以上海的實踐為例，講述評價技術(shù)的實現(xiàn)。上海市已經(jīng)構(gòu)建了從交通模型到排放模型， 再到擴(kuò)散模型的技術(shù)流程。 交通模型的構(gòu)建。上海市構(gòu)建了上海市綜合交通模型體系[4]，采用經(jīng)典的“四階段”交 通需求模型可以得到中觀層面評價所需要的每條路段的分車種道路交通流量，對中觀層面的 數(shù)據(jù)進(jìn)行集計，也可以得到宏觀層面的交通參數(shù)。對于微觀仿真模型，受數(shù)據(jù)面采集的限制， 主要建立了全市高架道路交通仿真模型。 排放模型的構(gòu)建。上海城市綜合交通規(guī)劃研究所通過長期和環(huán)境研究機(jī)構(gòu)合作，對排放 模型的IVE算法進(jìn)行了本地化，本地化的參數(shù)包括排放因子、運行工況（VSP）、環(huán)境參數(shù) （溫度、濕度）、油品情況。并通過車輛管理所獲得的數(shù)據(jù)，對道路機(jī)動車的車輛構(gòu)成進(jìn)行 了細(xì)化，并應(yīng)用GISDK語言對交通軟件TransCAD進(jìn)行了二次開發(fā)，將排放模型整合到了 交通模型中。圖5為計算后的污染物排放量并進(jìn)行了網(wǎng)格化處理。 圖5全市排放模型的網(wǎng)格化處理（以氮氧化物為例） 擴(kuò)散模型的構(gòu)建。上海市主要與環(huán)境相關(guān)研究部門配合，將排放的數(shù)據(jù)結(jié)果導(dǎo)出成GIS 文件，并在ADMS和MM5/CMAQ等擴(kuò)散模型軟件平臺上實現(xiàn)污染物濃度的計算，環(huán)境研 究部門掌握的氣象數(shù)據(jù)和其他污染源的數(shù)據(jù)也加入運算。 總的應(yīng)用前景歸納如下： （1）道路交通排放的測算。定期收集的道路交通流狀況、機(jī)動車技術(shù)特征、油品質(zhì)量 等相關(guān)數(shù)據(jù)，更新交通模型和排放模型的參數(shù)，計算得到道路交通污染物的排放量和碳排放 量，并可以獲得細(xì)化數(shù)據(jù)，如分車種、分區(qū)域、分道路的分污染物排放量情況。 （2）政策方案的減排效果評價。通過在