考慮碳排放的公路交通通道選線方案優化
--以河北樂亭為例

賀 娟,劉志明

(1.天津大學建筑設計規劃研究總院有限公司,天津 300072;2.天津市濱海新區規劃編制研究中心,天津 300451)

0 引 言

樂亭縣位于河北省唐山市沿海地區,唐山港京唐港區位于樂亭縣域南側,港區東側緊鄰樂亭開發區,港區西南側緊鄰唐山國際旅游島(唐山市唯一的旅游休閑用海區),疏港交通、旅游交通、港區與開發區交通、縣域內部交通均由一套公路交通體系承擔。

生態環境部發布的《中國移動源環境管理年報(2020)》[1]顯示,2019年全國機動車(包括汽車、低速汽車、摩托車)污染物排放量主要是一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、顆粒物(PM),其中汽車四項污染物的排放量占比均超過90%,各類型汽車污染物排放量的分擔率見圖1,從圖中也可看出小型客車在CO和HC排放中占比最大,重型貨車在NOx、PM排放中占比最大。

圖1 2019年全國各類型汽車污染物排放占比情況(資料來源:數據摘自《中國移動源環境管理年報(2020)》)

根據生態環境部公布的《中國移動源環境管理年報(2020)》,全國31個省份污染物排放量排名中,河北省機動車污染物排放量排名(按全國各地從大到小排名):一氧化碳(CO)為第4位;碳氫化合物(HC)為第4位;氮氧化物(NOx)為第2位;顆粒物(PM)為第2位。不論是從減碳還是霧霾治理上河北省面臨的壓力均較大。

根據交通運輸部發布的2010-2020年交通運輸行業發展統計公報和全國港口貨物、集裝箱吞吐量統計數據,近十年全國普通國道年平均日行駛量和唐山港貨物吞吐量一直處于增長階段(見圖2、圖3);新能源車還未普及的情況下未來唐山市樂亭縣的公路交通量和碳排放將持續增長。

圖2 2010-2020年全國普通國道年平均日行駛量(數據來源:摘自2010-2019年交通運輸行業統計公報,交通運輸部發布)

圖3 2010-2020年唐山港貨物吞吐量(資料來源:摘自2010-2020年12月份全國港口貨物、集裝箱吞吐量,交通運輸部發布)

以樂亭縣與高速出入口相連接的3條國省道為重點分析對象,通過對現狀公路車流組成、車型分布、汽車污染物排放特征等進行分析,探討從降低碳排放的角度重新思考干線公路功能定位和交通組織,構建低碳綠色的沿海地區客貨交通網絡。

1 公路運輸碳排放影響因素

影響公路運輸碳排放的因素可分為外部因素和內部因素,外部因素主要包括環境因素、道路因素等,內部因素包括車輛因素、燃料因素[2]。本次重點是研究公路通道規劃和交通組織,因此主要考慮道路因素的影響,包括道路流量、行車速度、行駛里程三方面,具體見表1。

表1 公路運輸碳排放影響因素

2 樂亭縣公路通道交通特征

2.1 樂亭縣綜合交通體系現狀情況

(1)運輸結構不合理,鋼鐵企業南遷帶來發展機遇與挑戰。

從近幾年的交通運輸量來看,傳統的公路運輸量占有絕對的市場分額;鐵路運輸量占有的比重很小,灤港鐵路承擔京唐港疏港貨運功能,灤港線平均利用率37%,運能尚有較大富余;現狀無客運鐵路,主要依托唐山站;民航運輸量則微乎其微。未來隨著唐山鋼鐵企業向樂亭開發區的搬遷,集疏港鐵路貨運對鐵路的依賴性更高,鐵路運輸和民航運輸潛力有待繼續挖掘和合理開發利用,需進一步優化貨運結構,加快實現“公轉鐵”。

(2)公路網分布不均衡、縣鄉公路等級偏低。

高等級公路集中在樂亭沿海區域,唐港高速以東公路網密度較低;公路網總里程在市域內處于中上水平,但縣鄉公路網整體等級偏低(三級及以下公路通車里程占總公路通車里程的81.86%),已不適應樂亭的經濟發展和日益增長的交通需求,制約了農村經濟的發展。

(3)對外公路與城市道路功能不明確,公路與城市道路銜接有待優化。

G509是京唐港與唐山市、天津市及北京市的重要聯系通道,現狀從樂亭城區北側、西側通過向南接京唐港,未來隨著城市空間發展,城區南段兩側用地將以城市建設用地為主,需進一步向南遷移;S261等靠近城區段的公路隨著城市發展將逐步以城市交通功能為主。

(4)城區與樂亭開發區缺乏直達客運通道。

城區與開發區直線距離僅20 km,現狀需經由G509、唐港高速公路到達,二者均為港口集疏運通道?？拓涢L期混行,存在較大的安全隱患。

綜上所述,本次公路網的規劃除了考慮路網通達性之外,嘗試從低碳出發,側重于與鐵路、與港口、與城市道路的銜接優化,考慮到唐山國際旅游島客流以節假日為主,本次選擇了2021年4月份(包含清明小長假)3條國省道交通流量數據進行統計分析。

2.2 交通量及車型分布特征

2021年4月份3條公路交通流量,從時間分布上看,節假日流量高于工作日,小長假流量高于周末,國道G509特大型貨車在4月上旬流量較大,下旬流量處于較穩定狀態;從車流量空間分布上看,64%車流量集中在國道上,兩條省道車流量分布較均衡(17.87%、18.12%);從不同車型的交通量占比上看,占比最高的三類車型分別為特大貨車(44%)、中小客車(32.29%)、小型貨車(10.42%);從不同車型在三條公路上的空間分布看,特大貨車90%分布在國道上,小型貨車46%分布在國道,中型和大型貨車62%～64%分布在國道,中小客車分布較為分散,三條公路占比均在30%以上。

2.3 污染物排放特征

綜合考慮IPCC 2006中基于行駛里程的碳排放計算公式,本次主要選取保有量法核算交通碳排放[3],見公式(1)。

(1)

式中:P為排放量,t;n表示不同車型,個;q表示各類型交通保有量,pcu;t表示年均行駛里程,km;he表示測算車型的百公里能耗,L/100 km;e表示單位能耗排放因子,g/L。

根據《中國移動源環境管理年報(2020)》中的統計數據,在假設樂亭縣不同車型年均行駛里程與全國一致的情況下,根據4月份途徑樂亭縣3條國省道的交通量可計算得到該月份樂亭縣不同車型的污染物排放情況。對3條干線公路不同車型污染物排放情況進行對比分析,國道小型貨車、特大貨車、中小客車排放最高,省道小型貨車、中小客車污染排放最大。四種污染物中CO排放在3條公路中均占比最大,且國道各類污染物排放量均遠大于省道,如圖4～圖7和表2所示。

表2 2021年4月份三條公路污染物排放量占比情況 單位:%

圖4 國道G509不同車型污染物排放情況

圖5 SL26樂北線不同車型污染物排放情況

圖6 S323青樂線不同車型污染物排放情況

圖7 4月份3條公路污染物排放情況對比

3 公路通道減碳措施

綜上所述,為減少碳排放,從公路通道構建上看,應從減少公路流量、提高車速、減少行駛里程三方面著手。

3.1 減少公路流量

從需求端著手,考慮到樂亭沿海流量由集疏港交通、旅游交通、臨港通勤交通三部分構成,其中特大貨車主要為集疏港服務,要縮減集疏港公路交通量,則勢必要提高鐵路分擔率,因此單純從減少公路流量角度入手困難較大,需要構建聯合運輸體系,發揮運輸方式組合的整體優勢,需更加注重鐵路貨運樞紐與港區的直達交通聯絡。

3.2 提高車速

從供給端入手,車輛行駛速度的主要影響因素包括駕駛員、車輛、公路和交通條件四方面,這里主要從路面等級、交通組成上考慮,車輛行駛速度會隨著路面等級由低級向高級逐漸增加,因路況不良而引起的車速降低會比其他因素引起的車速降低更為嚴重,不同車輛混合行駛時,彼此互相干擾大,會導致平均車速降低,交通流中大型車的增加也會導致平均車速的降低。本次重點從提升公路等級、客貨分流、減少國省道交叉口瓶頸路段入手。

3.3 減少行駛里程

從供給端入手是規劃階段需要著力入手的地方,在通道布局中優先考慮污染最大的國道,即國道的布置宜與港口集疏運通道快速銜接;為盡量減少中小客車的行駛里程,旅游交通應直達國際旅游島,通勤交通應為城區與產業區的聯系提供最短路徑,更好地引導出行行為。

4 公路交通組織優化方案

4.1 公鐵銜接

樂亭縣域內預留3條鐵路通道:環渤海城際、唐曹高速東延線(規劃)、灤港鐵路(現狀)和范各莊至柏莊線鐵路(規劃)。環渤海城際通道在海港開發區設置一處客運站點,灤港、范各莊至柏莊線鐵路為疏港貨運鐵路,與唐山市鐵路貨運環線相連接;唐曹鐵路東延線(規劃)為客貨兼備鐵路,是唐山市中心城區與曹妃甸區客貨運重要通道,為樂亭沿海與曹妃甸港區提供鐵路貨運通道的同時,可為海港開發區與唐山市區提供快速客運通道。唐曹鐵路向西直達曹妃甸港區,建議將唐曹鐵路貨運站設置在疏港通道西側,與既有鐵路貨運站分散設置,鐵路場站與港口作為貨運樞紐節點,通過均布分散的布設可有效引導交通流的分布,實現交通供給資源效益最大化。

4.2 公路交通組織

未來樂亭公路網將形成3條高速、兩條國道、4條省道的網絡格局。3條高速公路分別為沿海高速、唐港高速、赤港高速,兩條國道分別為G509老線、G509繞城線(第二通道)、沿海公路G228,4條省 道分別為樂北公路SL26、濱海大道、S323、S203,6條國省道中只有G509繞城線是規劃年新增線路。

在交通組織中,首先需要明確污染物排放最大的國道線路,國道有3種可供選擇的路線方案,路線1(途經SL26樂北線)、路線2(現狀G509)、路線3(新規劃繞城線)的長度分別為56、43、51 km。在車流量不變的情況下,路線1長度最長,路線3比路線2長度增加了18%,同樣也將增加18%的碳排放,而且到達港口需要經過多個交叉口。綜上所述,對各條公路的功能進行重新定位,建議路線2仍作為國道G509路線,為疏港一級公路通道,其中海港開發區段調整為高架路段,減少交叉口提高車速 ;路線3繞城線南至樂亭開發區,為通勤二級公路通道;路線1南接京唐港疏港通道,為疏港一級公路通道;另有一條路線南接唐山國際旅游島,為旅游二級公路通道。疏港通道以貨運功能為主,旅游及通勤通道以客運功能為主。

5 結 語

以國省道干線公路為重點研究對象,從不同車型的污染物排放出發,探討沿海干線公路交通流的車型組成特征、污染物排放特征,以河北省唐山市樂亭縣為例分析了“碳達峰與碳中和目標”下臨港地區公路運輸組織優化方案。過去九年交通運輸領域碳排放年均增速都在5%以上,而與交通碳排放相關的研究更多地集中于排放量的測算、排放的比較等方面,本次從公路規劃及交通組織角度出發的研究可為國省道等干線公路體系綠色發展提供新的思路。