道路扩散模式在城市交通规划中的应用.doc

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1、道路扩散模式在城市交通规划中的应用孔茜，傅立新*通讯作者：傅立新，清华大学环境科学与工程系，100084e-mail:fuchen@mail.tsinghua.edu.cn，王海鲲（清华大学环境科学与工程系，北京100084）摘要：随着经济增长和城市发展，机动车排放对城市大气环境污染日益严重。大气扩散模式在模拟污染物在大气中的扩散规律方面得到了广泛的应用。本文在调研现有大气扩散模式的基础上，选取CALINE4和OSPM模式分别对规划道路两侧机动车污染物扩散进行城市尺度和街道峡谷微尺度的模拟，总结了与道路相关的不同参数对污染物浓度分布的影响规律，为减少规划道

2、路两侧的机动车污染物浓度提供了科学依据。本研究的主要成果包括：（1）对CALINE4和OSPM扩散模式的各项参数进行了敏感度分析，找出显著影响污染物浓度计算值的参数，并在研究中有针对性地加强对这些输入参数的研究，保证了模型计算的准确性。道路源排放强度，风速对两种模式的影响都较大，另外OSPM模式对道路宽度和风向也较为敏感。（2）采用已有监测数据对CALINE4和OSPM扩散模式进行验证，实测值与模拟值比例在[0.5，2.0]区间的比例分别为100%和96%。结果表明：CALINE4和OSPM扩散模式的模拟结果均与实测数据的趋势一致，证明模式能够模拟城市道路

3、污染物浓度分布。（3）应用CALINE4模式对北京市不同类型的规划道路两侧的污染物浓度进行了模拟，模拟结果反映了规划道路的大体污染情况，NO2超标情况明显。（4）应用OSPM扩散模式研究了不同物理参数对道路峡谷中机动车污染物扩散的影响，结果表明：其他条件一定时，对于不同宽度的道路，道路边CO的浓度均会随建筑物高度的增加而增加，但变化的幅度逐渐降低，CO浓度在建筑物高度变化上存在极值。曲线可根据高宽比H/W和走势分为三段，每一部分特点不同；其他条件一定时，对于不同建筑物高度的道路，道路边CO的浓度均会道路宽度的增加而减小。但变化的幅度逐渐降低，CO浓度在道路

4、宽度变化上也存在极值。建筑物高度在中间范围时（30-60m），道路宽度对道路两侧污染物浓度的影响较大；机动车不同车速对道路边污染物的浓度分布影响很大。对于CO，其道路边浓度随着道路平均车速的增大而减少。当道路平均车速超过40km/h，车速再增加对道路两旁的CO浓度影响不大。进一步应用上述方法及规律，对城市街道两侧污染的控制具有重要的实际意义。关键词：交通规划扩散模拟CALINE4OSPM道路扩散模式在城市交通规划中的应用近年来，随着我国机动车保有量的持续增长，机动车污染物排放总量持续攀升，对城市大气环境污染日益严重。机动车排放已经成为我国城市大气污染的一个

5、主要来源。以北京市为例，机动车的排放在北京市的大气污染物中占了很大份额，并且随着机动车保有量的逐年增长，其分担率也呈现出上升的趋势。在1995年，机动车排放占到了北京市一氧化碳总排放的76%，氮氧化物的45.2%；而到了1998年，则占到了一氧化碳总排放的82.7%和氮氧化物的47.9%。[1]更有相关研究表明，2003年机动车对CO和NOx的排放分担率分别达到了85%和46%。机动车尾气污染物在大气中传输，在这个过程中会扩散和稀释。由交通造成的空气污染具有时间及空间变化[2]。研究城市街道中各种气象场特征，湍流场特征，从而进一步研究机动车尾气扩散规律并对

6、扩散状况进行准确模拟具有重要的科研价值和实践意义，可为城市公路建设、车流量控制、街道大气污染的监测、评价与防治提供科学依据。而大气扩散模型是模拟污染物在大气中扩散规律的有效方法。[3]目前，世界各国环保部门推荐应用于污染浓度预测的模式大多属于高斯扩散模式。在我国，CALINE模型和OSPM模型等都得到了广泛的应用（可加入几篇关于这些应用的文献）。但是现有研究基本上是应用扩散模式对已有道路两侧的机动车污染进行预测及评价，利用扩散模式指导规划道路建设的研究有待进一步深入。另外，参数对道路污染的影响规律还需要进一步研究总结。本文基于实际调查获得的北京市道路车流量

7、、气象条件和空气质量监测值，以CO为例，应用CALINE4及OSPM开展上述研究。1.扩散模式介绍1.1CALINE4扩散模式CALINE系列模式是美国环保署推荐使用的一种法规应用级线源模型。与其他模式相比较，CALINE系列模式有适应面广、模式简单易操作等优点。CALINE4是CALINE模式系列的最后一个版本,它基于高斯扩散方程,应用混合层的概念描述道路上方污染物的扩散。CALINE模型原理及核心计算公式在许多文献有所描述[4]。其主要计算公式如下：Q为线源污染物排放源强（mg/m×s）；u为风速（m/s）；sy和sz为横向和垂向扩散参数（m）；h为线

8、源排放高度（m）；N为线源总数；WTj为源强权重因子；L为混合层高