矸石山風蝕揚塵起塵風速確定研究

劉寶平

(平頂山市綜合利用環境保護研究所，河南平頂山467099)

空氣中的可吸入顆粒物和細顆粒物是煤炭型城市空氣污染的特征污染物。煤炭型城市周邊普遍存在大大小小的矸石山。矸石山風化產生的揚塵是煤炭型城市大氣顆粒物的一個重要來源。矸石山風蝕揚塵的排放量受氣象因素影響很大，矸石山起塵風速對矸石山揚塵量有決定性作用。本文通過實測和模式推導，對確定特定地區矸石山起塵風速進行研究，找出了一條可行的矸石山起塵風速確定途徑，為確定矸石山風蝕揚塵基礎排放量和定量核算風蝕揚塵排放量提供依據。

1 矸石山風蝕揚塵實際監測結果及排放強度推算結果

為研究矸石山風蝕揚塵量的實際排放情況，對典型矸石山在不同風速下的排塵量(總懸浮顆粒物)進行了實際監測。按照《煤炭工業污染物排放標準》(GB 20426－2006)、《大氣污染物無組織排放監測技術導則》(HJ/T 55－2000)和《環境空氣 總懸浮顆粒物的測定 重量法》(GB/T 15432－1995)中的有關規定，在監測現場，即時記錄了風向、風速、氣溫、氣壓、濕度、低云量、高云量等原始參數，在矸石山主導風向的上風向、矸石山邊界、下風向及下風向兩側分別設點，同時監測不同風速下的總懸浮顆粒物濃度。具體監測結果見表1。

根據《環境影響評價導則—大氣環境》(HJ/T 2.2－93)中公布的顆粒物體源擴散模式:

式中:CP為地面濃度，mg/m3;

Q為單位時間排塵量，mg/s;

a為塵粒子的地面反射系數，其取值見表2;

u為風速，m/s;

He為排塵有效高度;

σy、σz為體源在y和Z方向的邊長;

X為下風向距離;

Y為水平面軸向垂直距離;

ay為體源在Y在方向的長度;

aZ為體源在Z在方向的高度;

a1為橫向擴散參數回歸指數;

a2為鉛直擴散參數回歸指數;

r1為橫向擴散參數回歸系數;

r2為鉛直擴散參數回歸系數;

Vg為粒子沉降速度，

式中，d、ρ分別為塵粒子的直徑和密度;

g為重力加速度;

μ為空氣動力粘性系數。

表1 矸石山風動起塵研究監測結果 mg/m3

表2 地面反射系數取值表

利用矸石山揚塵實際監測濃度，對顆粒物體源擴散模式進行逆推算，得出矸石山單位時間的揚塵排放強度。推算結果見表3。

表3 平頂山地區特征矸石山揚塵排放強度 mg/s

續表3

根據表3數據，繪制不同粒徑、不同風速下矸石山的排塵強度曲線圖，見圖1。

圖1 不同粒徑不同風速檔排塵強度曲線

由表3和圖1可知，在五個級別的粒徑中，所有計算結果都表明矸石揚塵隨著風速的增大揚塵量也隨之增大。

2 矸石山揚塵起塵風速分析

根據不同粒徑在不同風速檔排塵強度的推算數據及曲線圖，用PV表示推算排塵強度，利用公式ΔP=PVn+1－PVn計算不同粒徑、不同風速檔之間的排塵差異，利用公式ΔP/PVn計算其占上一檔風速下排塵強度的百分數，具體見表4。

表4 不同粒徑各風速檔排塵強度相對變化表

由表4可知:不同粒徑的排放強度在不同風速段之間變化規律一致。在＜1.5 m/s與1.5～2.0 m/s風速檔的對比中，百分數變化較大，根據實際情況研究認為其產生的原因是起始風速檔較小引起的。4～5 m/s風速檔在所有粒徑的對比中，百分數達到最高，結合數據做百分數變化曲線，見圖2。由圖2可看出:各粒徑在4.0～5.0 m/s風速檔百分數均在峰值。綜上所述，平頂山地區矸石起塵風速位于4～5 m/s風速檔中。

對比現場監測數據，4～5 m/s風速檔監測有三個風速值:4.11 m/s、4.69 m/s、4.81 m/s。由現場監測值可知:當風速在4.81m/s時此風速檔內揚塵量最大，確定平頂山地區矸石起塵風速應在4.81 m/s。

3 結束語

利用實測和模式推導手段，確定特定地區矸石山起塵風速是一條行之有效的科學途徑。矸石起塵風速的確定，為進一步確定一個地區矸石山風蝕揚塵基礎排放量提供了重要技術依據，是定量核算風蝕揚塵排放量的基礎參數。

圖2 不同風速檔ΔP/PVn百分數變化變化圖

［1］ 國家環境保護總局環境工程評估中心.環境影響評價技術方法［M］.北京:中國環境科學出版社，2007.

［2］ GB20426－2006.煤炭工業污染物排放標準［S］.

［3］ HJ/T55－2000.大氣污染物無組織排放監測技術導則［S］.

［4］ GB－T15432－1995.環境空氣 總懸浮顆粒物的測定 重量法［S］.

［5］ 馮淼.煤塵實測濃度與風洞模擬的對比分析［J］.山西氣象，1998(2):33－35.