散貨碼頭大氣污染源強計算中存在的問題研究

季雪元

【摘 要】梳理了散貨碼頭大氣環(huán)境影響評價中常用的源強計算方法，并對其中存在的問題進行匯總與整理。在實際中，《港口環(huán)境影響評價規(guī)范》（JTS 105-1-2011）推薦的散貨碼頭大氣污染源強計算公式存在起塵量量綱不明確、風(fēng)速無修正、小時源強與總排放量計算順序不確定、防風(fēng)網(wǎng)作用量化方法不準(zhǔn)確的問題；堆場裝卸起塵量計算公式存在風(fēng)速取值方法不規(guī)范、小時源強與總排放量計算順序不確定的問題。為統(tǒng)一散貨碼頭大氣污染源強計算方法，需要《規(guī)范》編制單位出臺散貨碼頭大氣污染源強計算方法的解釋與說明。

【關(guān)鍵詞】散貨碼頭；大氣污染源強；計算方法；問題

0 引言

散貨碼頭是我國航運系統(tǒng)的重要組成部分。大量研究與實踐表明，散貨（包括煤炭、礦石等）在裝卸與堆置過程中將產(chǎn)生大量的粉塵，若處理不當(dāng)將對項目周邊大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，危害人民群眾身體健康。為貫徹《中華人民共和國環(huán)境保護法》、《中華人民共和國環(huán)境影響評價法》，根據(jù)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 總綱》（HJ2.1-2011）和《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ2.2-2008），散貨碼頭建設(shè)項目環(huán)境影響評價須針對散貨碼頭對周邊大氣環(huán)境的影響進行預(yù)測分析，并提出針對性的抑塵措施，而散貨碼頭大氣污染源強計算是開展環(huán)境影響評價工作的基礎(chǔ)。

當(dāng)前散貨碼頭大氣污染源強的計算主要采用《港口環(huán)境影響評價規(guī)范》（JTS 105-1-2011）（以下簡稱《規(guī)范》）推薦的靜態(tài)起塵與裝卸起塵計算公式[1]。但在實際使用中，不同專家對該方法的理解不同，迫使環(huán)評工作者使用其他經(jīng)驗公式來計算大氣污染源強。這導(dǎo)致散貨碼頭的大氣環(huán)境影響評價工作缺乏統(tǒng)一的技術(shù)方法，損害了環(huán)境影響評價工作的權(quán)威性。因此，為統(tǒng)一散貨碼頭建設(shè)項目大氣環(huán)境影響評價技術(shù)方法，需要將散貨碼頭大氣污染源強的不同計算方法進行對比，對《規(guī)范》推薦公式使用中存在的問題進行匯總與整理。

1 堆場靜態(tài)起塵量計算方法

1.1 堆場靜態(tài)起塵計算公式

20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)眾多學(xué)者對堆場的起塵量與風(fēng)速、含水率之間的數(shù)量關(guān)系進行了回歸分析，提出了一些起塵量擬合公式，如表1所示。

上述公式基于風(fēng)洞試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析得出，但在起塵量計算中均未考慮到堆場面積對起塵量的貢獻(xiàn)。

然而，近年來的研究與實踐表明堆場面積大小對堆場起塵量有直接的影響。北京市環(huán)境保護科學(xué)研究院提出的煤炭堆場起塵量經(jīng)驗公式（公式1），以及根據(jù)秦皇島港口煤炭堆場起塵及其擴散規(guī)律研究提出的經(jīng)驗公式（公式2），已將堆場面積引入計算公式中，在當(dāng)前煤炭碼頭建設(shè)項目環(huán)境影響評價工作中有所應(yīng)用，而對于其他礦石類散貨碼頭堆場靜態(tài)起塵量計算的準(zhǔn)確性還有待商榷。

Qm=11.7U2.45×S0.345×e-0.5ω×e-0.55（w-0.07）（1）

式中：Qm——煤堆起塵量，mg/s；U——臨界風(fēng)速，m/s，取大于5.5m/s；S——煤堆表面積，m2；ω——空氣相對濕度，取60%；w——煤物料濕度，原煤6%。

Qp=2.1K×（U-U0）3×e-1.023w×P（2）

式中：Qp——煤堆起塵量，kg/a；K——經(jīng)驗系數(shù)，是煤含水量的函數(shù)，取K=0.96；U——煤場平均風(fēng)速，m/s；U0——煤塵的啟動風(fēng)速，m/s，取3.0m/s；W——煤塵表面含水率，%；P——煤場年累計堆煤量，t/a（注：給定堆煤量、煤堆幾何形狀等條件，即可計算出煤堆表面積）。

在當(dāng)前散貨碼頭環(huán)境影響評價工作堆場靜態(tài)起塵量計算中，使用最為廣泛的是《規(guī)范》推薦的煤炭、礦石起塵量計算公式（公式3、公式4）?！兑?guī)范》推薦公式是在《港口建設(shè)項目環(huán)境影響評價規(guī)范》（JTJ226-97）中煤炭碼頭堆場起塵量計算公式（公式5）基礎(chǔ)上修訂而來，充分考慮了堆場起塵規(guī)律以及堆場面積的因素，為散貨碼頭堆場起塵量的計算提供了統(tǒng)一的公式，對統(tǒng)一散貨碼頭建設(shè)項目大氣環(huán)境影響評價技術(shù)方法具有積極意義[1]。

Q1=0.5α（U-U0）3S（3）

U0=0.03e0.5w+3.2（4）

式中：Q1——堆場起塵量（kg）；α——貨物類型起塵調(diào)節(jié)系數(shù)；U——風(fēng)速（m/s），多堆堆場表面風(fēng)速取單堆的89%；U0——混合粒徑顆粒的起動風(fēng)速（m/s）；S——堆表面積（m2）；w——含水率（%）。

Q=2.1（U-U0）3e-r1（5）

式中：Q1——煤堆起塵量（kg/t·a）；U——計算堆場起塵條件下的風(fēng)速（m/s）；U0——煤塵啟動風(fēng)速（m/s），應(yīng)根據(jù)項目煤炭品種的粉塵風(fēng)洞試驗資料確定；r1——與煤炭含濕量有關(guān)的系數(shù)。

與《港口建設(shè)項目環(huán)境影響評價規(guī)范》（JTJ226-97）相比，修訂后堆場靜態(tài)起塵公式反映了散貨堆場運行中大風(fēng)氣象條件下，靜態(tài)起塵量較大這一客觀規(guī)律；堆存相同量的散貨，機械化程度越高，堆垛高度越大，且堆存面積越小，起塵量也更小，其基本反映了工程實際客觀規(guī)律；充分考慮了貨物含水率對堆場起塵的影響；修訂后的公式考慮了起塵量與堆存面積的相關(guān)性，其計算結(jié)果更準(zhǔn)確。因此，可以認(rèn)為修訂后的公式更加符合工程實踐中靜態(tài)起塵量的客觀規(guī)律[5]。

1.2 堆場靜態(tài)起塵公式存在的爭議

在當(dāng)前散貨碼頭環(huán)境影響評價工作堆場靜態(tài)起塵量計算中，使用最為廣泛的是《規(guī)范》推薦的煤炭、礦石起塵量計算公式。然而實際環(huán)境影響評價工作開展過程中，《規(guī)范》推薦的起塵量公式仍存在較大爭議，主要集中于起塵量Q1的單位以及公式中各個參數(shù)的取值。

（1）Q1的量綱?！兑?guī)范》推薦的起塵量公式中Q1單位是“kg”。在實際應(yīng)用中，有環(huán)評工作者將此直接認(rèn)為是年起塵量，即Q1單位是“kg/a”，直接將Q1除以年小時數(shù)8760hr得到以“kg/h”為單位的起塵量源強。而易海濤根據(jù)量綱推導(dǎo)出Q1量綱為“質(zhì)量/時間”，若將S=1m2，（U-U0）3=1，α=1進行計算，那么Q1=0.5kg/s·m2，這顯然遠(yuǎn)高于實際情況。基于此，他認(rèn)為公式3中Q1的單位可取為g/h，但并未給出理由[6]。還有環(huán)評工作者將Q1的單位認(rèn)為是kg/h或者mg/s。這導(dǎo)致使用者對公式3有不同的理解和修正，因此不同環(huán)評工作者對散貨碼頭堆場靜態(tài)起塵量的計算結(jié)果也存在較大差別。

（2）風(fēng)速U。目前環(huán)評工作中多以10m處的風(fēng)速來作為U的數(shù)值。但實際上，計算堆場靜態(tài)起塵時所采用的堆場面積S為堆場頂部的面積。當(dāng)堆場高度過高（>15m）或過低（<5m）時，理應(yīng)采用公式6對風(fēng)速U進行修正[6]。

U（Z）=U10（ln（Z/Z0）/ln（10/Z0））（6）

式中：U（Z）——高度Z處的風(fēng)速（m/s）；U10——10m高處的風(fēng)速（m/s）；Z0——地面的粗糙度（m）

（3）小時源強和總排放量。由于不能確定Q1的單位，因此在實際計算中有兩種計算方法。其一是取各風(fēng)速段的平均值，對不同風(fēng)速段計算結(jié)果進行風(fēng)頻加權(quán)累加獲得全年總排放量，再以總排放量除以8760hr，獲得小時源強；另一種方法則是利用逐時風(fēng)速計算小時源強，再累加計算總排放量。這兩種方法需要進一步進行驗證和規(guī)范，以確定更接近實際情況的計算方法。

（4）防風(fēng)網(wǎng)的作用。在散貨碼頭實際建設(shè)和運行過程中，一般采用建設(shè)防風(fēng)網(wǎng)結(jié)合堆場灑水的措施進行抑塵。研究表明，在防風(fēng)網(wǎng)掩護區(qū)域內(nèi)，風(fēng)速降低作用明顯，防風(fēng)網(wǎng)后形成較大區(qū)域的低風(fēng)速區(qū)，這表明防風(fēng)網(wǎng)對于堆場內(nèi)的風(fēng)速降低具有明顯的作用，從而對抑制粉塵也具有較明顯的效果。但當(dāng)前對于防風(fēng)網(wǎng)對堆場的綜合遮蔽效率仍沒有準(zhǔn)確參數(shù)可供選取，這也導(dǎo)致較多環(huán)評報告編制過程中未對防風(fēng)網(wǎng)的綜合遮蔽效果進行評價，僅將防風(fēng)網(wǎng)作為除塵措施，采用起塵量乘以一個除塵效率來計算建設(shè)防風(fēng)網(wǎng)后的起塵量。這種方法忽略了不同風(fēng)速下防風(fēng)網(wǎng)的作用，高估了低風(fēng)速段下防風(fēng)網(wǎng)的作用，低估了高風(fēng)速段下防風(fēng)網(wǎng)的作用[7]。

2 堆場裝卸起塵量計算方法

2.1 裝卸起塵計算公式

散貨碼頭裝卸起塵量計算公式應(yīng)用最多的是《規(guī)范》推薦的裝卸揚塵公式（公式7）[1]。

式中：Q2——作業(yè)起塵量（kg）；β——作業(yè)方式系數(shù)，裝堆（船）時，β=1，取料時，β=2；H——作業(yè)落差（m）；ω2——水分作用系數(shù)，與散貨性質(zhì)有關(guān)，取0.40-0.45；w0——水分作用效果的臨界值，即含水率高于此值時水分作用效果增加不明顯，與散貨性質(zhì)有關(guān)，煤炭的w0值取6%，礦石的w0值取5%；w——含水率（%）；Y——作業(yè)量（t）；ν2——作業(yè)起塵量達(dá)到最大起塵量50%時的風(fēng)速（m/s）。

此外，在某些煤炭堆場還經(jīng)常使用根據(jù)秦皇島港口煤炭裝卸起塵及其擴散規(guī)律研究提出的經(jīng)驗公式（公式8）或《港口建設(shè)項目環(huán)境影響評價規(guī)范》（JTJ226-97）中推薦公式（公式9）進行計算。

公式8與公式9是根據(jù)煤堆場的裝卸起塵規(guī)律得到的，對于煤堆場以外的散貨堆場的裝卸起塵量計算結(jié)果準(zhǔn)確性還有待商榷。而《規(guī)范》推薦公式7則針對煤炭、礦石等各類散貨給出了調(diào)節(jié)系數(shù)。并且，《規(guī)范》修訂以后相比修訂以前的舊公式，綜合考慮了外界風(fēng)場擾動及自身下泄空氣擾動對粉塵產(chǎn)生的影響，反映了靜風(fēng)條件下也有裝卸粉塵產(chǎn)生的客觀規(guī)律，更加符合散貨裝卸的實際工況。因此，對于散貨碼頭建設(shè)項目裝卸起塵計算中，應(yīng)用《規(guī)范》推薦的公式更為適用[5]。

2.2 裝卸起塵爭議

在實際操作過程中，《規(guī)范》推薦的裝卸起塵計算公式也存在較大爭議。這些爭議主要集中于公式中風(fēng)速U的取值與小時源強和總排放量的計算方法。

（1）風(fēng)速U的取值。在環(huán)境影響評價工作開展中風(fēng)速U的取值主要有三種方式：1）取多年風(fēng)速的平均值，即將多年風(fēng)速的平均值代入公式直接計算全年總排放量；2）取各風(fēng)速段的平均值，再對不同風(fēng)速段計算結(jié)果進行風(fēng)頻加權(quán)累加獲得全年的排放量；3）取逐時風(fēng)速，即使用作業(yè)時間內(nèi)的逐時風(fēng)速與小時作業(yè)量進行計算，再將作業(yè)時間內(nèi)的計算結(jié)果進行累加獲得全年排放量。從方式1）到方式3）依次增強了風(fēng)速在起塵量計算中的作用[8-9]。

（2）小時源強和總排放量。風(fēng)速U取值方法不同，導(dǎo)致小時源強與總排放量的計算方法存在差異。以方式1）與方式2）對U進行取值計算時，通過計算年總排放量，之后將總排放量平均至作業(yè)時間為小時源強。而以方式3）對U進行取值計算，首先計算作業(yè)時間內(nèi)的逐時源強，之后將作業(yè)時間內(nèi)的逐時排放量累加得到年總排放量。這兩種計算方法需要進一步進行分析與驗證，以確定更接近實際情況的計算方法。

3 結(jié)論

當(dāng)前散貨碼頭大氣污染源強主要依據(jù)《規(guī)范》推薦公式進行計算。在實際使用中，散貨靜態(tài)起塵公式主要存在起塵量量綱不明確、風(fēng)速無修正、小時源強與總排放量計算順序不確定、防風(fēng)網(wǎng)作用量化方法不準(zhǔn)確的問題；堆場裝卸起塵量計算公式存在風(fēng)速取值方法不規(guī)范、小時源強與總排放量計算順序不確定的問題。這些問題使散貨碼頭大氣污染源強計算方法不統(tǒng)一，影響了環(huán)境影響評價工作的權(quán)威性。因此，需要《規(guī)范》編制單位出臺散貨碼頭大氣污染源強計算方法的解釋與說明，并進一步對散貨碼頭大氣污染源強的計算方法進行修訂。

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[責(zé)任編輯：湯靜]