随着社会的进步,城市的快速发展,汽车保有量保持着上升趋势,产生的尾气污染日益严重,不仅影响着城市空气环境质量,还对人体造成了危害,尤其是易感人群[1,2,3]。20世纪末,汽车排放的尾气污染物(如CO,NOx等)在大部分城市已经渐渐取代了由煤炭燃烧所引起的污染[4,5],交叉口是交通网的重要节点,也是问题的严重地方,道路不合理造成了道路拥堵,使得交通污染越来越严重。同济大学副教授张兰芳、方守恩[6]研究了公路平面交叉口合理间距研究,从宏观角度建议了亟待改善的道路网络,在实现城市道路网系统结构的一体化进行了初步探索。本文通过对城市道路交叉口的交通量分析,计算对比了绿灯排放源强和红灯排放源强,提出气体污染的时空特性。
辰昌路与龙门道位于天津市交通繁荣地段,该交叉口为典型的信号控制“十”字交叉口,临近地铁站,交通流量相对较大,早晚上下班高峰期交通延误较为严重。该路段交叉口处,辰昌路为双向十车道,龙门道为双向八车道。
根据实际调查辰昌路与龙门道交口的车流量分布,调查时间定为早高峰7:30至9:00,晚高峰17:00至19:00两个时间段之间,对调查结果进行数据分析。
目前污染物扩散规律模型按照交通流量以及排放因子进行污染源强度的计算,滤除在交通灯调控下造成车辆减速等系列动作所产生的空气的污染情况表现出的种种空间不均匀性。
按照车流走向以及车道所具备的功能而言,充分对不同路段在多控制信号下得污染空间不均匀状况进行考量,完成对单个路段单元进行留个子片段的划分行为。不同子片段具备多条车道,且这些片段中中承载的道路功能存在高度的一致性。要对交通信号控制所产生的片段污染情况进行分析,则将按照相应强度进行红绿污染源的排放类。
绿灯排放源定义为子片段中车辆在绿灯情况下,车辆在单位小时时间内所排放出的污染物的质量问题。其中需要注意的绿灯显示时间同有效率时间是不完全对等的,因此在数据处理的环节中应当扣除车辆的发动时间,车辆在有效绿灯时间内以正常速度行驶,计算绿灯排放源强如式(1)。
其中q的计算如式(2):
以NOx的排放作为研究对象,在浙江工业大学郭幸运[7]的研究中表明,综合行驶排放因子为0.51g/Km,怠速排放率为3.32mg/s,经过计算在一个信号周期的绿灯排放源强值为180261.81mg/h。
红灯排放源定义为子片段车道内承载的车辆在黄灯或者红灯情况下,单位小时内汽车所释放出的污染物的总质量。红灯信号周期则是指在交通灯控制的周期中,除去绿灯的所有时间周期。在该周期中,同样还需考虑到交通路口的作用,例如红灯急刹车等动作。
假定机动车所排出的污染物同减速、加速、匀速这三个环节排污情况的综合,对子片段在单位小时内的排污强度进行计算。
同绿灯周期不同,在红灯周期中不同道路中机动车所产生的污染物同路段单元位置情况存在很大的关联性。如果单元所处的位置临近停车线,那么在处于怠速情况下车辆所产生的排放量相对加速状态下产生的污染物水平较低;而单元临近队伍的末尾的情况下,则排放出的污染物情况与之前的状态相反。按照车流的方向将交通路口进行四条道路连接(A1A2,A2A1,B1B2,B2B1)划分,将不同路段单元所涉及的道路界面视为道路单元的端点,而这些端点同起点之间的位置关系定义为起点距离D,详见图1所示。
当完成对距离D的长度参数确定之后,排放总量同队伍的长度信息、加速度值、时间以及停靠位置存在一定的关系。当端点在排队长度范围内(见图 2),即起点落在 b 区,车辆经历怠速停车后加速行驶,加速累积扩散排放量等于加速排放率、排队车辆数与加速时间三者的乘积。
减速累积扩散排放量近似看作与加速累积扩散排放量相同,此处不再赘述。 怠速累积扩散排放量计算方法与加速累积扩散排放量计算方法类似,等于怠速排放率、排队车辆数、平均怠速时间三者的乘积。平均怠速时间近似认为是红灯时间,用式(5)表示怠速累积扩散排放量。
经过计算在一个信号周期的NOx的红灯排放源强值为270392.72mg/h。
通过对城市道路交叉口交通量的调查,结合交叉口处车辆的行驶特征,分别对绿灯排放源强和红灯排放源强进行了探讨,并以汽车尾气NOx作为研究对象,对排放源强进行了计算。由计算的结果看出,红绿灯的控制时间对污染物的排放有着一定程度的影响,红灯排放源强超过绿灯排放源强的一倍之多,所以通过控制好红绿灯变化的时间值,可以较好的减少汽车尾气的排放量,增加空气的洁净程度。
摘要：为了研究汽车尾气排放和时空特性情况,以城市道路交叉口处汽车排放物NOx为例,分别计算出绿灯排放源强和红灯排放源强,通过对二者的对比分析可知,红灯排放源强是绿灯排放源强的一倍之多,所以红绿灯的变换时间对汽车尾气排放量有着重要的影响。
关键词：环境工程,尾气污染,时空特性,排放源强
[1] 曲洋.汽车排气污染现状及防治对策探析[J].节能与环保,2019(02):84-85.
[2] 兰新荣.防治大气污染做好生态环境保护探究[J].现代园艺,2018(20):175.
[3] 李玉柱.我国汽车尾气污染状况及其控制对策分析[J].南方农机,2018,49(17):138+140.
[4] 郭海燕,杨正文.汽车尾气的危害及其净化方法概述[J].中外企业家,2018(28):140.
[5] 中国国际经济技术交流中心,中国城市空气污染控制[M].北京:中国科学技术出版社,2001.
[6] 张兰芳,方守恩.公路平面交叉口合理间距研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版).2008,4(02).
[7] 郭幸运.基于IVE模型的城市交叉口机动车尾气排放与扩散特征研究[D].浙江:浙江工业大学,2016.
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