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，《港口環境影響評價規范》（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、風速無修正、小時源強與總排放量計算順序不確定、防風網作用量化方法不準確的問題；堆場裝卸起塵量計算公式存在風速取值方法不規范、小時源強與總排放量計算順序不確定的問題。為統一散貨碼頭大氣污染源強計算方法，需要《規范》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生大量的粉塵，若處理不當將對項目周邊大氣環境造成嚴重的污染，危害人民群眾身體健康。為貫徹《中華人民共和國環境保護法》、《中華人民共和國環境影響評價法》，根據《環境影響評價技術導則 總綱》（HJ2.1-2011）和《環境影響評價技術導則 大氣環境》（HJ2.2-2008），散貨碼頭建設項目環境影響評價須針對散貨碼頭對周邊大氣環境的影響進行預測分析，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境影響評價工作的基礎。

當前散貨碼頭大氣污染源強的計算主要采用《港口環境影響評價規范》（JTS 105-1-2011）（以下簡稱《規范》）推薦的靜態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，迫使環評工作者使用其他經驗公式來計算大氣污染源強。這導致散貨碼頭的大氣環境影響評價工作缺乏統一的技術方法，損害了環境影響評價工作的權威性。因此，為統一散貨碼頭建設項目大氣環境影響評價技術方法，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 堆場靜態起塵量計算方法

1.1 堆場靜態起塵計算公式

20世紀80年代以來，國內眾多學者對堆場的起塵量與風速、含水率之間的數量關系進行了回歸分析，提出了一些起塵量擬合公式，如表1所示。

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

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。北京市環境保護科學研究院提出的煤炭堆場起塵量經驗公式（公式1），以及根據秦皇島港口煤炭堆場起塵及其擴散規律研究提出的經驗公式（公式2），已將堆場面積引入計算公式中，在當前煤炭碼頭建設項目環境影響評價工作中有所應用，而對于其他礦石類散貨碼頭堆場靜態起塵量計算的準確性還有待商榷。

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——經驗系數，是煤含水量的函數，取K=0.96；U——煤場平均風速，m/s；U0——煤塵的啟動風速，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）。

在當前散貨碼頭環境影響評價工作堆場靜態起塵量計算中，使用最為廣泛的是《規范》推薦的煤炭、礦石起塵量計算公式（公式3、公式4）。《規范》推薦公式是在《港口建設項目環境影響評價規范》（JTJ226-97）中煤炭碼頭堆場起塵量計算公式（公式5）基礎上修訂而來，充分考慮了堆場起塵規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一的公式，對統一散貨碼頭建設項目大氣環境影響評價技術方法具有積極意義[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——貨物類型起塵調節系數；U——風速（m/s），多堆堆場表面風速取單堆的89%；U0——混合粒徑顆粒的起動風速（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速（m/s）；U0——煤塵啟動風速（m/s），應根據項目煤炭品種的粉塵風洞試驗資料確定；r1——與煤炭含濕量有關的系數。

與《港口建設項目環境影響評價規范》（JTJ226-97）相比，修訂后堆場靜態起塵公式反映了散貨堆場運行中大風氣象條件下，靜態起塵量較大這一客觀規律；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性，其計算結果更準確。因此，可以認為修訂后的公式更加符合工程實踐中靜態起塵量的客觀規律[5]。

1.2 堆場靜態起塵公式存在的爭議

在當前散貨碼頭環境影響評價工作堆場靜態起塵量計算中，使用最為廣泛的是《規范》推薦的煤炭、礦石起塵量計算公式。然而實際環境影響評價工作開展過程中，《規范》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的取值。

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

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

U（Z）=U10（ln（Z/Z0）/ln（10/Z0））（6）

式中：U（Z）——高度Z處的風速（m/s）；U10——10m高處的風速（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。其一是取各風速段的平均值，對不同風速段計算結果進行風頻加權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范，以確定更接近實際情況的計算方法。

（4）防風網的作用。在散貨碼頭實際建設和運行過程中，一般采用建設防風網結合堆場灑水的措施進行抑塵。研究表明，在防風網掩護區域內，風速降低作用明顯，防風網后形成較大區域的低風速區，這表明防風網對于堆場內的風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。但當前對于防風網對堆場的綜合遮蔽效率仍沒有準確參數可供選取，這也導致較多環評報告編制過程中未對防風網的綜合遮蔽效果進行評價，僅將防風網作為除塵措施，采用起塵量乘以一個除塵效率來計算建設防風網后的起塵量。這種方法忽略了不同風速下防風網的作用，高估了低風速段下防風網的作用，低估了高風速段下防風網的作用[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用最多的是《規范》推薦的裝卸揚塵公式（公式7）[1]。

式中：Q2——作業起塵量（kg）；β——作業方式系數，裝堆（船）時，β=1，取料時，β=2；H——作業落差（m）；ω2——水分作用系數，與散貨性質有關，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，與散貨性質有關，煤炭的w0值取6%，礦石的w0值取5%；w——含水率（%）；Y——作業量（t）；ν2——作業起塵量達到最大起塵量50%時的風速（m/s）。

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

公式8與公式9是根據煤堆場的裝卸起塵規律得到的，對于煤堆場以外的散貨堆場的裝卸起塵量計算結果準確性還有待商榷。而《規范》推薦公式7則針對煤炭、礦石等各類散貨給出了調節系數。并且，《規范》修訂以后相比修訂以前的舊公式，綜合考慮了外界風場擾動及自身下泄空氣擾動對粉塵產生的影響，反映了靜風條件下也有裝卸粉塵產生的客觀規律，更加符合散貨裝卸的實際工況。因此，對于散貨碼頭建設項目裝卸起塵計算中，應用《規范》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速U的取值與小時源強和總排放量的計算方法。

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

（2）小時源強和總排放量。風速U取值方法不同，導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，首先計算作業時間內的逐時源強，之后將作業時間內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 結論

當前散貨碼頭大氣污染源強主要依據《規范》推薦公式進行計算。在實際使用中，散貨靜態起塵公式主要存在起塵量量綱不明確、風速無修正、小時源強與總排放量計算順序不確定、防風網作用量化方法不準確的問題；堆場裝卸起塵量計算公式存在風速取值方法不規范、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一，影響了環境影響評價工作的權威性。因此，需要《規范》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。

【參考文獻】

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[9]山東省環境保護科學研究設計院. 濰坊港中港區東作業區#20、#21 通用泊位工程[R].2015.

[責任編輯：湯靜]