一种结构化交叉路口机动车尾气扩散评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及环境预测技术领域，特别是涉及一种三面是建筑物一面是街头公园的 结构化十字交叉路口附近区域机动车尾气污染物扩散的评估方法。
【背景技术】
[0002] 机动车尾气中含有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、微粒及光化学烟雾等多种对 人体有害的污染物，是城市大气污染的主要来源之一。道路交叉口是城市中汽车尾气排放 污染最为严重的地段，一方面是因为城市交叉口是车流的集散交汇处，交通信号灯打断平 稳行驶的交通流而造成额外的加速、减速等行驶工况，车辆经常在路口停车等候造成怠速 行驶，比普通路段排放更多的尾气污染物；另一方面，交叉口处行人因等待信号灯，在污染 物中暴露平均时间比普通路段更长，从而容易受到更严重的危害。
[0003] 特别是当城市道路交叉口附近街道两侧有高大建筑物时，交叉口形成十字形街道 峡谷结构，当城市边界层风向与街道峡谷走向夹角较大时，街谷内形成环流漩涡，污染物被 限制在街道峡谷内部，难以向周围扩散，造成城市局部空气质量很差，严重影响周围住户及 行人的健康安全。因此，越来越多的研究者开始关注交叉口机动车排放与扩散对周围环境 空气质量的影响。围绕这一目标，国内外研究者开发了许多微观机动车尾气扩散模型，比较 著名的有美国的CALINE系列模型（CALINE4、CAL3QHC等）、丹麦的OSPM模型等，但这些模 型大都有其特定的应用场合，如CALINE系列模式针对开阔地形，OSPM模式针对峡谷街道地 形。对于峡谷型十字交叉口，目前还没有一种较理想的机动车尾气扩散模型。
[0004] 杭州市目前有许多新建区存在一种结构化的十字形交叉路口，这种交叉路口三面 有建筑物，另一面是街头公园。这种结构化十字交叉口周围同时存在建筑物和开阔空地，车 流的尾气排放和排放后的扩散情况比一般的十字交叉口更为复杂。本发明以使用较多的线 源高斯模型和峡谷街道机动车尾气扩散模式OSPM模式为基础，提供了一种针对上述结构 化十字交叉路口尾气扩散的评估方法，该方法充分考虑了实际分向对结构化十字路口污染 物迀移扩散规律的影响，具有较强的针对性和实际可操作性。本发明对复杂街区布局在风 作用下的污染物扩散的机理和规律进行了探讨研究，对准确分析机动车尾气实际污染状 况和改善城市居民的生活环境有重要意义。
【发明内容】
[0005] 本发明要克服现有技术的不足，提供一种三面建筑物一面街头公园的结构化十字 交叉路口机动车尾气扩散评估方法，该方法具有较强的实际可操作性。具体方案如下：
[0006] 将城市交叉口的尾气污染物浓度C看作是上风向污染物排放线源产生浓度和污 染物背景浓度值Cb在交叉口区域的累积。根据风向与交叉口地形的相对位置，调整各线源 的扩散类型和污染物浓度的累积方式。对于两边都有建筑物的路口，假设污染物在沿街道 风的作用下，呈层流迀移到交叉口内部。对于一面是建筑物一面是街头公园的路口，当建 筑物位于上风向时，将街道视为开阔地形；当街头公园位于上风向时，则将街道视为峡谷地 形。此时，污染物在沿街道方向的迀移，在层流迀移的基础上乘以一个地形修正系数α，以 修正公园对流场的影响，该修正系数与街道建筑物高度以及街头公园的长度和宽度有关。 在交叉口一个信号周期内，各路口车流通过线源与排队虚拟线源会交替存在，最终的接受 点污染物浓度根据两种线源存在时间的加权平均得到。
[0007] 该方法具体包括以下步骤：
[0008] 1.根据车流通过路段的车流量、各车型比例、排放因子等参数计算路段线源排放 源强（附图1中的线源2和4);
[0009] 2.根据车流排队路段的车流到达率、交通信号绿信比、车道饱和流率、各车型比 例、排放因子等参数，参考交叉口尾气扩散模式CAL3QHC模式，将排队路段的怠速排放转化 为虚拟线源源强（附图1中的线源1和3);
[0010] 3.以交叉口中心为原点，建立坐标系（如附图2所示），计算交叉口区域内任意的 接受点M(x，y，ζ)分别在路口 A、B、C、D内高度值为ζ的平面上对应的浓度分量值CA、CB、Cc、 CD。其中Ca为路口 A内，距虚拟线源1距离为L i处的污染物浓度；C ^为C路口内，距虚拟线 源3距离为L3处的污染物浓度；C B、Cd分别为B和D路口内，距线源2和4的距离分别为L 2 和L4处污染物浓度的叠加。具体使用的浓度计算模式由下文给出。
[0011] 4.由交叉口内接受点上风向的两段街道峡谷浓度和风向角Θ计算接受点处污染 物浓度C。以交叉口中心为原点，建立交叉口平面坐标系（如附图2所示）。则有：
[0012] 当0°〈Θ〈90°时，接受点M处污染物浓度为虚拟线源1在路口 A内污染物的层 流迀移以及通过线源2、4在接受点处产生污染物浓度的叠加，其中线源1产生的污染物浓 度Ca，使用峡谷街道扩散模型OSPM模型计算得到；线源2、4产生污染物浓度C b由线源高斯 模型计算得到。此时，
[0013]
[0014] 当90°〈 Θ〈180°时，接受点M处污染物浓度为通过线源2、4在路口 B内产生污 染物以及线源3在路口 C内污染物紊流迀移浓度的累积，其中线源2、4产生的污染物浓度 q:，线源3产生的污染物浓度C；:，均使用峡谷街道扩散模型OSPM模型计算获得。并分别引 入地形修正系数a i、α 2来修正假设污染物在路口 B、C内层流迀移引起的误差，a i、α 2的 取值分别与路口 B、C建筑物的高度、道路的宽度以及公园的长度和宽度相关。此时，
[0015]
[0016] 当180°〈Θ〈270°时，接受点M处的污染物浓度为线源3在接受点处产生浓度以 及线源2、4在路口 D内产生污染物的层流迀移浓度值的叠加，其中线源3在接受点出产生 浓度值(^使用线源高斯模式计算得到；线源2、4在路口 D内产生浓度值C D使用峡谷街道扩 散模型OSPM模式计算得到。贝IJ:
[0017]
[0018] 当270°〈Θ〈360°时，接受点M处的污染物浓度为线源1在路口 A内产生浓度值 (；以及线源2、4在路口 D内产生污染物浓度C D的层流迀移浓度值的累积，此时C JP C D的 计算方法同上。则
[0019]
[0020] 当Θ = 〇°、90°、270°、360°时，接受点M处污染物浓度分别为Ca、Cb、Cc、C d4+ 算方法同上。
[0021] 5.在交叉口一个信号周期内，各路口车流通过线源与排队虚拟线源会交替存在， 但估算方法基本不变，只需进行一定参数替换。设一个周期T内，路口车流排队虚拟线源 的存在时间为h，排队期间估算浓度值为C 1，正常通过期间估算浓度值为C2,则接受点M处 的浓度在该周期内的污染物浓度值C为
[0022]
[0023] 本发明的优点是：能够对三面建筑物一面街头公园的结构化十字交叉路口机动车 尾气扩散进行评估，操作性强。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明的结构化十字交叉路口示意图
[0025] 图2为本发明的十字交叉路口坐标系示意图
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和实例对本发明进一步说明。
[0027] 1.根据路口 B、D的车流量、各车型比例、排放因子等具体参数计算车流通过线源 2、4的排放源强（图1中的线源2和4);
[0028] 2.根据路口 A、C车流排队路段的车流到达率、交通信号绿信比、车道饱和流率、各 车型比例、排