魏　欣，　寇英卫，　柏育材

(中海环境科技(上海)股份有限公司，上海 200135)

上海越江隧道机动车尾气污染物排放特征

魏欣，寇英卫，柏育材

(中海环境科技(上海)股份有限公司，上海 200135)

摘要:为得到真实道路交通状态下城市越江隧道机动车尾气污染物排放的特征，选取上海市两条典型小型车越江隧道(上中路隧道和延安东路隧道)进行机动车尾气污染物(CO,NOx)、PM10浓度以及隧道内的风量、交通量和车速等的实时监测，并根据实测数据对隧道风塔和峒口污染物排放的特征进行计算和分析。测试结果表明：上中路隧道和延安东路隧道的实测排放因子低于车流排放因子估算值，实际通过这两条隧道的大、中型车辆的总体排放水平可能低于利用环保部所提供方法得到的估算值。

关键词:尾气污染物；排放；上海；隧道

0引言

隧道废气是由汽车尾气和空气混合而成的一种大气污染物，隧道风塔是用来排放隧道内废气的设施，可缓解隧道废气从隧道洞口排放所带来的空气污染，目前被广泛用于国内外的城市隧道。但是，隧道风塔废气中主要污染物的浓度高于环境空气质量标准，且排放量较大，因此必然会对周围环境产生一定的污染。虽然这种污染总体上被认为范围较小，影响程度较低，但是隧道地处城市区域，周边相关群体对该状况的反响往往比较强烈，投诉较多。

所谓隧道风塔排放废气是指通过隧道内的通风设施将隧道内的混合气体通过风塔排放出来。风塔废气所含的主要污染物与汽车尾气相同，主要是CO，NOx，颗粒物及THC等。由于隧道内的交通量、车型、通行情况、通风工况等是不断变化，使得隧道风塔废气源强的不确定性较大。针对废气源强的确定问题，国内已开展很多监测研究：邓顺熙等[1]在成渝高速公路龙泉山隧道内对进入隧道的汽车排出污染物(CO，THC，NOx)开展了监测；邓顺熙等[2]在西安城市交通隧道内设置了3个空气监测点，对通过隧道的机动车排放的气体形成的污染物进行了监测；胡伟等[3]在南京城市隧道开展了机动车PM10排放因子的监测研究。此外，还有很多研究[4-7]通过模型和实测等方法来确定城市道路上机动车尾气污染物排放因子。风塔废气排放源强是风塔设计和风塔废气排放环境影响评价的关键因素。2005年环保部机动车研究中心推出了《在用车综合排放因子》，用于估算环境影响评价中机动车尾气排放源强。该方法目前已被广泛应用于环评工作中，但有关其估算的风塔废气源强与实际隧道风塔源强的一致性的实证研究还比较缺乏。

对此，选择上海典型的小型车越江隧道开展污染物CO和NOx排放监测。以此研究，比较道路实测源强与运用环保部提供的方法估算的源强的一致性，为大气环境影响评价的机动车排放源强的确定提供依据。

1监测方案

1.1监测地点

上海市目前已建成的越江隧道有13条，根据各条隧道的现状流量水平和监测条件，选择车流量较大的延安东路隧道和上中路隧道作为研究对象。这两条隧道都是以小型车为主，全天禁止货车通行。此外，延安东路隧道位于市中心，由南北两条隧道组成，每条隧道各为单向双车道，其设计车速为40 km/h，现状车流量高达9万veh/d，高峰小时流量达到设计流量的2倍以上，昼间长时间拥堵、车速缓慢，没有显著的交通量潮汐波动；上中路隧道位于中心城区较南端，是中环线的越江通道，为双层双向8车道的城市快速路越江隧道，其设计车速为80 km/h，现状车流量约为7万veh/d，现状交通量潮汐波动较大，可涵盖小流量隧道的情况。

对此，选择延安东路隧道南线(以下简称延安东路隧道)以及上中路隧道北线下层(以下简称上中路隧道)开展监测，测试对象均采用射流风机诱导纵向通风的排风方式。

1.2监测方案

上中路隧道的监测于2011-11-30/2012-01-05进行，共采集到37天的有效数据；延安东路隧道的监测于2012-04-06/2012-05-12进行，共获得37天的有效检测数据。

采用两套42i型化学发光NO-NO2-NOx分析仪、EC9830B型CO分析仪和FH62C14β射线颗粒物连续监测仪，在隧道风塔的风机房内和隧道出峒口处同时开展污染物浓度监测。污染物浓度数据采集频率为每5 min获取一组数据，每天24 h连续监测。

采用KANOMAX多通道热线风速仪和Agilent风速自动采集器分别采集隧道内和风塔内的风速数据。风速数据采集频率为每2 min获取一组数据，每天24 h连续监测。每条隧道连续采集2周的风速数据，用于检验校正，隧道内风量计算结果。风塔内的风速数据各采样2次，每次采样1 h，用于校正轴流风机实际功率与额定功率之间的差异。

1.3监测过程的质量控制

表1　污染物监测仪器平行比对试验结果

所有仪器均采用标气(样)校准，可满足真实反应污染物浓度的需求。对两套污染物监测仪器进行平行对比试验，即将仪器安装在同一采样口，通过实时监测数据考察仪器间的测量平行性。经过近2个月(2010-12-20/2011-02-14)的实验室比对试验，得到表1所示的仪器设备的比对结果。由表1可知，2台NOx试仪和2台CO测试仪的相关系数分别为0.999 3和0.997 2，平均相对偏差分别为2.7%和3.5%，均<5%，可认为两套设备的平行性和相关性都能满足测试要求。

2监测结果与讨论

2.1监测期间交通状况

上中路隧道的日交通量在1.5万~2万veh/d，其中:工作日平均交通量约为1.8万veh/d，呈现出明显的潮汐特征，日均小时交通量约为770 veh/h，早高峰峰值平均为1 280 veh/h，晚高峰峰值平均为1 420 veh/h;休息日交通量约为1.53万veh/d,昼间交通量相对平稳，高峰时段约为9:00~19:00，日均小时交通量约为630 veh/h，早高峰峰值平均为1 000 veh/h，晚高峰峰值平均为1 100 veh/h(见图2(a))。

(a) 上中路隧道

(b) 延安东路隧道

延安东路隧道工作日平均交通量约为4.9万veh/d，在7:00~23:00基本保持稳定，日均小时交通量约为2 050 veh/h，而7:00~23:00交通量均值约为2 750 veh/h。休息日交通约为4.45万veh/h,高峰时段约为12:00~23:00，日均小时交通量约为1 850 veh/h，高峰流量平均为2 600 veh/h。

上中路隧道以中、小型车为主，占95.8%~99.7%，其中，小型车通行比例在76.3%~90.0%变化，中型车通行比例在9.4%~19.5%变化；大型车通行比例较小，约在0.3%~4.2%变化。延安东路隧道的小型车通行比例基本稳定约为98.0%，中型车和大型车的通行比例约各占1%。

上中路隧道监测期间车辆行驶基本通畅，日平均时速为70 km/h，晚高峰通行速度略低，工作日通行最慢时约为52 km/h，体息日通行最慢时约为64 km/h(见图3(a))。延安东路隧道交通高峰时段(工作日7:00~23:00，休息日12:00~23:00)车辆行驶缓慢，平均车速低于20 km/h；其余时段平均通行车速为40~50 km/h(见图3(b))。

(a) 上中路隧道

(b) 延安路隧道

2.2废气污染物平均排放浓度

实测得到的两条隧道风道内的污染物浓度低于峒口处排放浓度(见表2)。轴流风机开启时段内，风道内污染物浓度都低于峒口处污染物浓度：上中路隧道风道内CO浓度约为峒口的80%，而PM和NOx的浓度分别仅为峒口的48%和25%；延安东路隧道风道内CO浓度约为峒口的51%，而PM和NOx的浓度分别仅为峒口的39%和40%。

实测的去风塔的污染物浓度大大低于峒口处的污染物浓度，主要原因在于:

(1) 轴流风机开启时，隧道内大量废气从风塔排出(上中路隧道38%~46%，延安东路隧道33%~57%)，峒口处的风量大大减少，同时从风塔风道至峒口段的机动车尾气污染物都经由峒口排出，因此造成峒口污染物浓度高于风塔内污染物浓度。

(2) 隧道内流场和浓度场的不均匀性也可能有一定的影响。

表2　废气污染物昼间小时平均排放浓度　mg/m3

对于采用纵向通风的隧道，射流风机刚启动时，其向前喷出的气体推动力较大，故在风机前方形成正压区。由于前方气体沿隧道流动的阻力较大，很难以足够大的速度向前流动，因此可能导致部分气体沿隧道下部向后流动形成回流，从而在风机下方形成漩涡。风机运行稳定后，风机下漩涡的长度加长，最终将气体从隧道上游峒口吸入、从下游峒口推出，形成稳定的定向流动[8]。隧道内风速的分布是不均匀的,在射流风机的作用下，隧道上部靠近风机区域的风速大于底部，同时隧道内横向风速也表现为射流风机附近高、风速随着横向距离的增大而减小的特征[9]。隧道内的废气污染物排放后在活塞风或射流风机的作用下沿纵向方向往峒口输送，由于底部有持续的尾气污染物排放，因此隧道底部污染物浓度往往高于隧道上部。气流流经风塔抽风口时，位于侧墙(上中路隧道)或顶部(延安东路隧道)的抽风口附近区域的污染物浓度总体低于隧道底部的污染物浓度，隧道底部的污染物在活塞风的带动下可能更易被输送至峒口。

2.3废气排放源强

将上中路隧道和延安东路隧道废气污染物的排放因子实测值与基于环保部方法得到的车流平均排放因子估算值进行比较(见表3)。基于环保部方法估算时，采用上海市2010年登记在册的执行不同排放标准的车辆比例。由于实测的颗粒物来源包括尾气排放和扬尘，与环保部公布的尾气颗粒物指标含义不一致，因此不对这两种颗粒物排放因子进行比较。表4列出了基于环保部方法的上海市全市车辆的平均排放因子。

由于上中路隧道和延安东路隧道通行的车辆均以小车为主，因此其排放因子实测值接近全市小车排放因子估算值。实测的两条隧道CO排放因子为全市小车CO排放因子的63%~82%，为全市中车CO排放因子的70%~83%，同时比全市大车CO排放因子低60%~69%。实测的两条隧道NOx排放因子为全市小车NOx排放因子的104%~162%，为全市中车NOx排放因子的7%~11%，为全市大车排放因子的3%~5%。

表3　隧道实测排放因子和估算排放因子

表4　上海市车辆尾气污染物排放因子(环保部方法)

上中路隧道和延安东路隧道实测的CO排放因子低于车流排放因子估算值，分别约为估算值的74%和81%。由上述分析可知，两条隧道实测CO排放因子小于上海市各类车辆排放因子的估算值，由此造成了表3中实测值和估算值的差异。由于环保部排放因子是综合考虑各类行驶工况而确定的综合排放因子，而实测隧道内交通比较畅通，因此实测CO排放水平略低于环保部的综合排放因子是合理的。

上中路隧道实测NOx排放因子约为估算值的48%，延安东路隧道通畅时段的实测NOx排放因子与估算值相近。由两条隧道估算值的差异可知，大、中型车辆比例对NOx排放因子估算值的影响较大。由于环

保部方法中，大、中型车辆的单车排放水平远高于小型车辆，因此上中路隧道NOx排放因子估算值大大高于实测值；相应地，延安东路隧道大中型车辆的比例较小，因而其排放因子估算与实测值更为接近。由此也反映出实际通过这两条隧道的大、中型车辆的总体排放水平低于运用环保部方法得到的估算值。

3结语

(1) 隧道风道内的污染物浓度低于峒口处的污染物浓度，可能是风道与峒口之间的尾气排放及隧道内流场和浓度场分布不均匀等原因造成的；

(2) 上中路隧道和延安东路隧道的实测CO排放因子低于车流排放因子估算值，分别约为估算值的74%和81%；

(3) 上中路隧道实测NOx排放因子约为估算值的48%，延安东路隧道通畅时段的实测NOx排放因子与估算值相近，实际通过这两条隧道的大、中型车辆的总体排放水平可能低于运用环保部方法得到的估算值。

参考文献：

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[3]胡伟，钟秦. 隧道实验测定南京市机动车PM10排放因子[J]. 环境工程学报， 2009,3(10)：1852-1855.

[4]朱春，张旭，Lidia M.机动车细微颗粒物及气体污染物排放的隧道实测研究[J].环境污染与防治, 2010(5): 19-25.

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[9]Wang Feng, Wang Mingnian, Wang Qingyuan. Numerical Study of Effects of Deflected Angles of Jet Fans on the Normal Ventilation in a Curved Tunnel[J]. Tunneling and Underground Space Technology, 2012,31(9): 80-85.

张秀凤(1972—)，女，辽宁盖县人，教授，硕士生导师， 主要研究方向为船舶操纵与运动控制。

中图分类号：X831

文献标志码：B

收稿日期：2015-07-01 2015-05-05

作者简介：李磊(1987—)，男，江苏人，助理工程师，主要从事船舶设计和生产原理工作。 徐东星(1989—)，男，安徽亳州人，硕士，主要研究方向为航海动态仿真与控制。

文章编号：1674-5949(2015)03-025-04 1674-5949(2015)03-015-05

基金项目：交通部应用基础研究项目(2014329225370)；海洋公益性行业科研专项经费项目(201505017-4)

Typical Characteristics of Motor Vehicle Pollutant
Emission in River-crossing Tunnels of Shanghai

WeiXin，KouYingwei,BaiYucai

(China Shipping Environment Technology (Shanghai) Co.,Ltd, Shanghai 200135, China)

Abstract:Two typical crossing-river tunnels, the Shangzhong Road Tunnel and the East Yanang Road Tunnel, are monitored to collect data, which covers the concentrations of CO, NOx, and PM10 as well as tunnel airflow, traffic volume and speed. The characteristics of the pollutant emission at the tunnel ventilation towers and the tunnel entrances are calculated and analyzed according to the measured data. The research concludes that the measured emission factors of the two tunnels are lower than the estimated traffic emission factors and the method recommended by ministry of environment protection may give conservative results if it is used to estimate the overall emission from large and medium-sized vehicles through the tunnels.

Key words:exhaust pollutants; emission; shanghai; tunnel