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随着我国汽车工业的迅猛发展和城市化进程的加快,城市中机动车尤其是家用轿车的数量急剧增加,机动车排放的尾气已成为城市空气污染的主要贡献者之一,并且这种趋势仍在不断恶化,城市交通造成的空气污染问题已成为学者、政府机构以及城市居民关注的焦点。在城市空气污染对人们健康威胁不断增大的背景下,研究城市交通对空气质量的影响,探讨不同影响因素作用下机动车排放污染物在城市中的扩散规律,是城市交通空气污染控制的内在需求,也是构建环境友好型城市的理论基础之一,具有重要的现实基础和深远意义。本文以城市中典型的交通污染热点区域为研究对象,考虑在不同气象条件、地形条件、交通管理和控制手段等因素影响下,对机动车排放污染物的分布规律进行了探索性研究。
论文在回顾城市交通空气污染相关研究成果的基础上,分析了已有研究的侧重点,比较了现有研究手段的优势和不足,提出了城市交通对空气质量影响的研究方法和思路。
在分析交通空气污染主要影响因素的基础上,阐述了各种因素对城市空气质量的作用机理。同时,将城市交通污染热点区域按照地形条件和交通管制手段分为两类,前者包括街道峡谷和城市地下隧道口,后者包括平面交叉口和收费站广场,并结合这些区域的具体特点,论文分析提炼了其各自核心影响因素,为热点区域的交通污染分析奠定了基础。
论文联合微观交通仿真和微观机动车排放模型,构建了城市交通污染排放仿真平台,计算不同交通流状况下的机动车污染物排放源强。同时,针对空气流动特性,基于计算流体力学理论,构建了城市交通污染热点区域污染物扩散的数值计算模型。将城市交通污染排放仿真平台与基于计算流体力学的数值模拟方法有机结合,构建了融合交通微观仿真——污染物排放计算——污染物扩散数值模拟于一体的城市交通污染分析方法,为研究不同影响因素作用下的城市交通污染热点区域的污染物扩散规律提供了数值分析手段。
针对城市街道峡谷和城市地下隧道口这两个受地形限制形成的交通污染热点区域,将基于VISSIM模型和CMEM模型的交通污染物排放仿真平台和基于CFD的污染物扩散数值模拟方法相结合,提出了用于受地形限制区域交通量变化对空气污染的影响分析方法,并研究给出了风速、风向、建筑物结构、车速限制、交通量等一系列因素对机动车排放污染物扩散的影响规律。
针对平面交叉口,建立了基于VisVAP模块的感应信号控制仿真模型,比较分析了交通量大小、定时控制和感应控制两种信号控制方式对平面交叉口污染物扩散的影响规律,提出了平面交叉口在不同信号控制策略下的城市交通空气污染影响分析方法。
为了充分体现收费站广场内的车辆排队特性,论文建立了基于系统动力学的收费站广场交通仿真模型,该模型考虑了车辆类型和机动车的车身长度分布,能有效克服排队论的不足,更精确模拟人工收费模式和ETC收费模式下机动车运行状态。将该模型与基于计算流体力学的污染物扩散模型相结合,分析给出了收费站广场不同交通量和不同收费模式下的污染物扩散规律,为收费站广场这类热点区域的交通空气污染提供了研究方法。
最后,论文在总结我国治理城市交通空气污染工作历程的基础上,分别从法律法规政策层面、城市交通规划层面、交通管理与控制层面考虑,构建了城市交通空气污染的控制策略体系。