基于使用场地的自下而上的工程机械排放清单编制方法与流程

本发明涉及一种基于工程机械使用场地的自下而上的高分辨率工程机械排放清单编制方法。

背景技术：

近年来，我国灰霾污染频发，大气污染问题备受关注。移动源作为大气污染的重要来源之一，其对城市大气污染排放的贡献愈发显著。随着我国经济的快速发展和基础设施的不断完善，越来越多的工程机械投入市场参与工程建设，相应地其污染排放问题日益突出。根据《中国工程机械工业年鉴(2017.09)》，截止到2016年底，我国工程机械保有量达到672～728万台。工程机械相比于道路机动车，更多地以柴油作为燃料，往往使用大功率柴油发动机，其排放标准较低，尾气控制措施不够完善。这使得工程机械单位使用量的污染物排放量较高，特别是nox和pm2.5。除一次污染物外，工程机械排放的nox和vocs等前体物还是造成大气灰霾、光化学烟雾污染的重要原因。工程机械的使用场所往往处于人口密集的城市内部，其污染物排放对人群健康有直接威胁。为解决城市复合型大气污染物问题，解析工程机械污染物排放特征和时空分布规律，摸清排放底数，同时为模型模拟提供更为可靠的输入数据，建立工程机械排放清单具有重要意义。

目前工程机械排放清单的时间分辨率一般为一年，计算通常基于统计数据中工程机械保有量、燃油使用量或机械总动力，以区域、城市为空间尺度进行，按照面源进行处理，采用自上而下的方式进行污染物排放的空间分配。近年来，还有一些学者开展相关研究对工地、港口、工厂等处的工程机械进行活动水平抽样调查，目的在于获取燃油消耗、机械额定功率、技术分布等信息，提高传统清单编制方法的准确性。但是对于传统的清单编制方法，目前只能在总量上反应区域或城市的工程机械排放水平。受工程机械管理体系尚不完善的影响，国内城市工程机械相关的各类统计数据普遍存在获取困难的情况，这使得清单编制存在活动水平不清的问题。另外，传统方法将工程机械作为面源处理，同时缺乏时间分布信息的收集和获取，这使得传统工程机械清单存在时空分辨率不高的问题，难以反映时间与季节对工程机械排放情况的影响，不能真实体现工程机械使用场地近似点源的排放特征，其精度对于支撑空气质量模型输入和服务大气污染控制决策也显出不足。

技术实现要素：

为解决上述现有工程机械排放清单编制方法中存在的问题，本发明目的在于提供一种通过基于工程机械使用场地的活动水平调查获取活动水平进而建立自下而上的工程机械排放清单的编制方法。本方法不涉及无直接污染物排放的纯电动工程机械。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于使用场地的自下而上的工程机械排放清单编制方法，具体步骤如下：

(1)在清单覆盖区域内，逐个收集各类使用场地工程机械的活动水平数据；

(2)通过针对工程机械的抽样调查获取包括本地机械类型、使用年限和排放标准、额定功率、工作时间、燃料类型和用量数据在内的数据统计规律，补充可能缺失的基于工程机械使用场地的活动水平数据；

(3)根据不同使用场地实际情况、可获取数据的类型、活动水平的准确程度，灵活选择工程机械净功、燃料消耗、行驶里程作为活动水平；

(4)通过资料收集或本地化测试获取对应不同活动水平类型的排放因子，建立排放因子数据库，同时获取包括气温和燃料含硫量在内的信息进行排放因子的本地化修正；

(5)以工程机械使用场地为基本计算单元，通过基于工程机械使用场地的工程机械排放量的计算方法，计算清单覆盖区域内所有工程机械使用场地内使用的不同类型、不同燃料、不同排放标准、不同功率段的工程机械在不同月份某种污染物排放量，编制基于工程机械使用场地的自下而上的工程机械排放清单；其中：基于工程机械使用场地的工程机械排放量的计算公式如式(i)和式(ii)所示；

除so2外污染物计算公式：

eo为清单覆盖区域内全年工程机械除so2外第o种污染物的排放总量；

ai,j,k,l,m,n为第i个工地中使用第k种燃料符合第l种排放标准的额定功率处于第m功率段的第j种机械在第n个月的活动水平；

efj,k,l,m,o为使用第k种燃料符合第l种排放标准的额定功率处于第m功率段的第j种机械的第o种污染物的排放因子；

kj,k,l,m,o为第k种燃料符合第l种排放标准的额定功率处于第m功率段的第j种机械的第o种污染物的综合修正系数，即温度、湿度、海拔等排放因子修正系数；

so2计算公式：

eso2为清单覆盖区域内全年工程机械so2排放总量；

fi,j,k,l,m,n为第i个工地中符合第l种排放标准的额定功率处于第m功率段的第j种机械在第n个月的第k种燃料消耗量；

si,j,k,l,m为第i个工地中符合第l种排放标准的额定功率处于第m功率段的第j种机械所用燃料的含硫量。

本发明中，步骤(2)中，机械类型包括挖掘机、推土机、装载机、叉车、压路机、摊铺机、平地机以及其它挖掘、铲运、起重、路面、岩凿、桩工、掘进、市政、混凝土、港作、地勤、采矿机械和专用车辆。

本发明中，步骤(2)中，功率段包括<10kw、10-19kw、19-37kw、37-56kw、56-75kw、75-130kw、130-560kw、560-900kw、>900kw。

本发明中，步骤(2)中，燃料类型包括汽油、柴油、天然气、液化气和其它燃料。

本发明中，步骤(2)中，除so2外的污染物包括co、nox、vocs、pm2.5、pm10、bc和oc等。

本发明中，步骤(4)中，资料主要包括：自环保部颁布的非道路机械排放清单编制指南、《城市大气污染源清单编制手册》以及国内外相关文献。排放因子的修正则主要考虑气温、燃料含硫量的影响，相关参数通过统计资料获取。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.基于使用场地进行活动水平获取，以工程机械的使用场地为排放计算基本单元，采用自下而上的计算方法，统计所有使用场所工程机械的排放，能够回避城市工程机械保有量统计不准确的问题，活动水平的精细程度和排放量计算的准确性要高于传统方法编制的排放清单，更能反映工程机械实际排放情况。

2.直接计算不同使用场所的工程机械的排放，能够以点源方式呈现工程机械排放的空间分布情况，获取到的工程机械排放清单的空间分辨率高于传统方法编制的工程机械排放清单。根据不同使用场地不同时间的作业情况计算得到的排放清单，时间分辨率为月份，高于传统方法编制的工程机械排放清单，能够反映季节对工程机械排放的影响，相比以往方法，其排放计算精度和时空分辨率大为提高。

3.本发明能够获取不同使用场地，包括各类施工工地(建筑、拆迁、道路、河道、水利、桥梁、园林绿化和其他市政工程)、机场、港口码头、火车场站、物流装卸集散地以及工厂等处使用的工程机械在调查年度内各月份分燃料类型(汽油、柴油、天然气、液化气、其它燃料)、分功率段(<10kw、10-19kw、19-37kw、37-56kw、56-75kw、75-130kw、130-560kw、560-900kw、>900kw)、分排放标准(国0、国i、国ii、国iii)的活动水平信息；能够计算不同类型工程机械的大气污染物排放，包括挖掘机、推土机、装载机、叉车、压路机、摊铺机、平地机以及其它挖掘、铲运、起重、路面、岩凿、桩工、掘进、市政、混凝土、港作、地勤、采矿机械和专用车辆等；能够计算不同污染物的排放，包括so2、co、nox、vocs、pm2.5、pm10、bc、oc等主要大气污染物；能够用于编制清单覆盖范围内不同类型的所有工程机械使用场所工程机械的排放清单；能够以点源方式处理工程机械排放，空间分辨率能够精确到使用场地；能够以月为时间精度，能够反应季节对工程机械排放的影响；能够用于编制区县、城市乃至区域和全国尺度的工程机械排放清单。

附图说明

图1基于使用场地的工程机械高时空分辨率排放清单编制方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

实施例中，一种基于使用场地的自下而上的工程机械排放清单编制方法，具体步骤如下：

首先，通过基于工程机械使用场地的活动水平调查收集各类使用场地工程机械的活动水平数据。再通过针对各类机械的抽查或普查获取本地工程机械的各项数据分布规律，补充完善基于工程机械使用场地的活动水平数据。然后，通过资料收集或本地化测试方式完成排放因子库建立和排放因子修正。最后，使用式(i)和式(ii)计算基于工程机械使用场地的工程机械排放量，编制基于工程机械使用场地的自下而上的城市尺度的高分辨率工程机械排放清单。

本发明基于使用场地的工程机械活动水平调查主要采取问卷调查方式。针对不同使用场地特点，本发明设计有针对不同使用场地的工程机械活动水平调查问卷。每种问卷对应一类工程机械使用场地，一个工程机械使用场地使用一份问卷进行调查。

在调查准备阶段，由于工程机械使用场地种类和数量繁多，且管理归口不同，调查对象主要通过从不同主管部门处获取的统计信息确定。来自不同部门统计数据经整合汇总后做并集处理，形成各类工程机械使用场地的调查列表。

开展调查时，依据调查列表对所有工程机械使用场地使用相应问卷进行逐个调查。问卷由了解使用场地工程机械情况的人员在专业调查员的指导下填写并及时检查和修正调查问卷中信息缺失、填写错误、数据不合理等问题。

基于使用场地的工程机械活动水平调查，主要获取使用场地的识别参数，主要包括名称、地址、经纬度等；使用场地概况，主要包括使用场地的类型和规模、工程机械作业内容和工作量、施工阶段以及施工进度和周期等信息；工程机械的活动水平信息，主要包括各类工程机械在不同月份、不同工作阶段和工作内容中的使用数量、总动力、工作时间、燃料消耗信息等，还应尽可能收集使用场地内每台工程机械的排放标准、尾气处理设施、燃料类型、年内分月份的燃料消耗量和工作小时数、单位时间燃料消耗量、额定功率、负载因子等详细信息。

由于不同地区和不同工程机械使用场地对于工程机械的登记和管理存在很大的差异，部分使用场地管理较为松散，信息登记不规范、不全面、不完整，加之工程机械的使用存在很大流动性，这使得部分使用场地工程机械活动水平的获取和调查存在很大困难，调查中部分甚至关键信息会有缺失和遗漏。因此，本发明同时引入和开展工程机械各类数据分布规律的调查。

工程机械各类数据分布规律调查，采取问卷调查方式。本发明设计有针对单台工程机械的活动水平调查问卷，其调查对象为各类工程机械，每份问卷对应一台工程机械。

开展调查时，选取一定数量的各类工程机械(即抽查)或选取市内所有工程机械(即普查)作为调查对象，在调查员的指导下，由工程机械所有者填写。工程机械所有者包括：各类拥有或管理较多数量工程机械的部门或企事业单位以及个人等。

针对单台工程机械的活动水平调查问卷，主要获取工程机械类型、厂牌型号、燃料类型、年度分月燃料用量和工作时间、单位时间燃料消耗、额定功率、使用年限和排放标准、尾气处理装置、负载因子和机械在调查年度内的主要工作地点和作业内容等信息。

工程机械各类数据分布规律调查，目的在于获取各类工程机械的详细信息，用以总结城市内工程机械的类型、使用年限和排放标准、功率段、工作时间、燃料类型和用量等的分布情况，通过汇总分析形成适用于调查区域的数据分布规律，补充基于工程机械使用场地的工程机械活动水平调查中可能缺失的数据。

将两种调查方法相结合，可以有效地形成完整可靠的基于工程机械使用场地的以点源方式呈现的、以月为时间分辨率的高精度活动水平信息，用于排放量计算。