散货码头大气污染源强计算中存在的问题研究

季雪元

【摘 要】梳理了散货码头大气环境影响评价中常用的源强计算方法，并对其中存在的问题进行汇总与整理。在实际中，《港口环境影响评价规范》（JTS 105-1-2011）推荐的散货码头大气污染源强计算公式存在起尘量量纲不明确、风速无修正、小时源强与总排放量计算顺序不确定、防风网作用量化方法不准确的问题；堆场装卸起尘量计算公式存在风速取值方法不规范、小时源强与总排放量计算顺序不确定的问题。为统一散货码头大气污染源强计算方法，需要《规范》编制单位出台散货码头大气污染源强计算方法的解释与说明。

【关键词】散货码头；大气污染源强；计算方法；问题

0 引言

散货码头是我国航运系统的重要组成部分。大量研究与实践表明，散货（包括煤炭、矿石等）在装卸与堆置过程中将产生大量的粉尘，若处理不当将对项目周边大气环境造成严重的污染，危害人民群众身体健康。为贯彻《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国环境影响评价法》，根据《环境影响评价技术导则 总纲》（HJ2.1-2011）和《环境影响评价技术导则 大气环境》（HJ2.2-2008），散货码头建设项目环境影响评价须针对散货码头对周边大气环境的影响进行预测分析，并提出针对性的抑尘措施，而散货码头大气污染源强计算是开展环境影响评价工作的基础。

当前散货码头大气污染源强的计算主要采用《港口环境影响评价规范》（JTS 105-1-2011）（以下简称《规范》）推荐的静态起尘与装卸起尘计算公式[1]。但在实际使用中，不同专家对该方法的理解不同，迫使环评工作者使用其他经验公式来计算大气污染源强。这导致散货码头的大气环境影响评价工作缺乏统一的技术方法，损害了环境影响评价工作的权威性。因此，为统一散货码头建设项目大气环境影响评价技术方法，需要将散货码头大气污染源强的不同计算方法进行对比，对《规范》推荐公式使用中存在的问题进行汇总与整理。

1 堆场静态起尘量计算方法

1.1 堆场静态起尘计算公式

20世纪80年代以来，国内众多学者对堆场的起尘量与风速、含水率之间的数量关系进行了回归分析，提出了一些起尘量拟合公式，如表1所示。

上述公式基于风洞试验结果进行统计分析得出，但在起尘量计算中均未考虑到堆场面积对起尘量的贡献。

然而，近年来的研究与实践表明堆场面积大小对堆场起尘量有直接的影响。北京市环境保护科学研究院提出的煤炭堆场起尘量经验公式（公式1），以及根据秦皇岛港口煤炭堆场起尘及其扩散规律研究提出的经验公式（公式2），已将堆场面积引入计算公式中，在当前煤炭码头建设项目环境影响评价工作中有所应用，而对于其他矿石类散货码头堆场静态起尘量计算的准确性还有待商榷。

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

式中：Qm——煤堆起尘量，mg/s；U——临界风速，m/s，取大于5.5m/s；S——煤堆表面积，m2；ω——空气相对湿度，取60%；w——煤物料湿度，原煤6%。

Qp=2.1K×（U-U0）3×e-1.023w×P（2）

式中：Qp——煤堆起尘量，kg/a；K——经验系数，是煤含水量的函数，取K=0.96；U——煤场平均风速，m/s；U0——煤尘的启动风速，m/s，取3.0m/s；W——煤尘表面含水率，%；P——煤场年累计堆煤量，t/a（注：给定堆煤量、煤堆几何形状等条件，即可计算出煤堆表面积）。

在当前散货码头环境影响评价工作堆场静态起尘量计算中，使用最为广泛的是《规范》推荐的煤炭、矿石起尘量计算公式（公式3、公式4）。《规范》推荐公式是在《港口建设项目环境影响评价规范》（JTJ226-97）中煤炭码头堆场起尘量计算公式（公式5）基础上修订而来，充分考虑了堆场起尘规律以及堆场面积的因素，为散货码头堆场起尘量的计算提供了统一的公式，对统一散货码头建设项目大气环境影响评价技术方法具有积极意义[1]。

Q1=0.5α（U-U0）3S（3）

U0=0.03e0.5w+3.2（4）

式中：Q1——堆场起尘量（kg）；α——货物类型起尘调节系数；U——风速（m/s），多堆堆场表面风速取单堆的89%；U0——混合粒径颗粒的起动风速（m/s）；S——堆表面积（m2）；w——含水率（%）。

Q=2.1（U-U0）3e-r1（5）

式中：Q1——煤堆起尘量（kg/t·a）；U——计算堆场起尘条件下的风速（m/s）；U0——煤尘启动风速（m/s），应根据项目煤炭品种的粉尘风洞试验资料确定；r1——与煤炭含湿量有关的系数。

与《港口建设项目环境影响评价规范》（JTJ226-97）相比，修订后堆场静态起尘公式反映了散货堆场运行中大风气象条件下，静态起尘量较大这一客观规律；堆存相同量的散货，机械化程度越高，堆垛高度越大，且堆存面积越小，起尘量也更小，其基本反映了工程实际客观规律；充分考虑了货物含水率对堆场起尘的影响；修订后的公式考虑了起尘量与堆存面积的相关性，其计算结果更准确。因此，可以认为修订后的公式更加符合工程实践中静态起尘量的客观规律[5]。

1.2 堆场静态起尘公式存在的争议

在当前散货码头环境影响评价工作堆场静态起尘量计算中，使用最为广泛的是《规范》推荐的煤炭、矿石起尘量计算公式。然而实际环境影响评价工作开展过程中，《规范》推荐的起尘量公式仍存在较大争议，主要集中于起尘量Q1的单位以及公式中各个参数的取值。

（1）Q1的量纲。《规范》推荐的起尘量公式中Q1单位是“kg”。在实际应用中，有环评工作者将此直接认为是年起尘量，即Q1单位是“kg/a”，直接将Q1除以年小时数8760hr得到以“kg/h”为单位的起尘量源强。而易海涛根据量纲推导出Q1量纲为“质量/时间”，若将S=1m2，（U-U0）3=1，α=1进行计算，那么Q1=0.5kg/s·m2，这显然远高于实际情况。基于此，他认为公式3中Q1的单位可取为g/h，但并未给出理由[6]。还有环评工作者将Q1的单位认为是kg/h或者mg/s。这导致使用者对公式3有不同的理解和修正，因此不同环评工作者对散货码头堆场静态起尘量的计算结果也存在较大差别。

（2）风速U。目前环评工作中多以10m处的风速来作为U的数值。但实际上，计算堆场静态起尘时所采用的堆场面积S为堆场顶部的面积。当堆场高度过高（>15m）或过低（<5m）时，理应采用公式6对风速U进行修正[6]。

U（Z）=U10（ln（Z/Z0）/ln（10/Z0））（6）

式中：U（Z）——高度Z处的风速（m/s）；U10——10m高处的风速（m/s）；Z0——地面的粗糙度（m）

（3）小时源强和总排放量。由于不能确定Q1的单位，因此在实际计算中有两种计算方法。其一是取各风速段的平均值，对不同风速段计算结果进行风频加权累加获得全年总排放量，再以总排放量除以8760hr，获得小时源强；另一种方法则是利用逐时风速计算小时源强，再累加计算总排放量。这两种方法需要进一步进行验证和规范，以确定更接近实际情况的计算方法。

（4）防风网的作用。在散货码头实际建设和运行过程中，一般采用建设防风网结合堆场洒水的措施进行抑尘。研究表明，在防风网掩护区域内，风速降低作用明显，防风网后形成较大区域的低风速区，这表明防风网对于堆场内的风速降低具有明显的作用，从而对抑制粉尘也具有较明显的效果。但当前对于防风网对堆场的综合遮蔽效率仍没有准确参数可供选取，这也导致较多环评报告编制过程中未对防风网的综合遮蔽效果进行评价，仅将防风网作为除尘措施，采用起尘量乘以一个除尘效率来计算建设防风网后的起尘量。这种方法忽略了不同风速下防风网的作用，高估了低风速段下防风网的作用，低估了高风速段下防风网的作用[7]。

2 堆场装卸起尘量计算方法

2.1 装卸起尘计算公式

散货码头装卸起尘量计算公式应用最多的是《规范》推荐的装卸扬尘公式（公式7）[1]。

式中：Q2——作业起尘量（kg）；β——作业方式系数，装堆（船）时，β=1，取料时，β=2；H——作业落差（m）；ω2——水分作用系数，与散货性质有关，取0.40-0.45；w0——水分作用效果的临界值，即含水率高于此值时水分作用效果增加不明显，与散货性质有关，煤炭的w0值取6%，矿石的w0值取5%；w——含水率（%）；Y——作业量（t）；ν2——作业起尘量达到最大起尘量50%时的风速（m/s）。

此外，在某些煤炭堆场还经常使用根据秦皇岛港口煤炭装卸起尘及其扩散规律研究提出的经验公式（公式8）或《港口建设项目环境影响评价规范》（JTJ226-97）中推荐公式（公式9）进行计算。

公式8与公式9是根据煤堆场的装卸起尘规律得到的，对于煤堆场以外的散货堆场的装卸起尘量计算结果准确性还有待商榷。而《规范》推荐公式7则针对煤炭、矿石等各类散货给出了调节系数。并且，《规范》修订以后相比修订以前的旧公式，综合考虑了外界风场扰动及自身下泄空气扰动对粉尘产生的影响，反映了静风条件下也有装卸粉尘产生的客观规律，更加符合散货装卸的实际工况。因此，对于散货码头建设项目装卸起尘计算中，应用《规范》推荐的公式更为适用[5]。

2.2 装卸起尘争议

在实际操作过程中，《规范》推荐的装卸起尘计算公式也存在较大争议。这些争议主要集中于公式中风速U的取值与小时源强和总排放量的计算方法。

（1）风速U的取值。在环境影响评价工作开展中风速U的取值主要有三种方式：1）取多年风速的平均值，即将多年风速的平均值代入公式直接计算全年总排放量；2）取各风速段的平均值，再对不同风速段计算结果进行风频加权累加获得全年的排放量；3）取逐时风速，即使用作业时间内的逐时风速与小时作业量进行计算，再将作业时间内的计算结果进行累加获得全年排放量。从方式1）到方式3）依次增强了风速在起尘量计算中的作用[8-9]。

（2）小时源强和总排放量。风速U取值方法不同，导致小时源强与总排放量的计算方法存在差异。以方式1）与方式2）对U进行取值计算时，通过计算年总排放量，之后将总排放量平均至作业时间为小时源强。而以方式3）对U进行取值计算，首先计算作业时间内的逐时源强，之后将作业时间内的逐时排放量累加得到年总排放量。这两种计算方法需要进一步进行分析与验证，以确定更接近实际情况的计算方法。

3 结论

当前散货码头大气污染源强主要依据《规范》推荐公式进行计算。在实际使用中，散货静态起尘公式主要存在起尘量量纲不明确、风速无修正、小时源强与总排放量计算顺序不确定、防风网作用量化方法不准确的问题；堆场装卸起尘量计算公式存在风速取值方法不规范、小时源强与总排放量计算顺序不确定的问题。这些问题使散货码头大气污染源强计算方法不统一，影响了环境影响评价工作的权威性。因此，需要《规范》编制单位出台散货码头大气污染源强计算方法的解释与说明，并进一步对散货码头大气污染源强的计算方法进行修订。

【参考文献】

[1]中华人民共和国交通运输部. JTS105-1-2011 港口建设项目环境影响评价规范[S].人民交通出版社，2011：8-9.

[2]王宝章.煤炭装卸、堆放起尘规律及煤尘扩散规律的研究[J].交通环保，1986，Z1：1-4.

[3]杨贺清.煤矿粉尘污染的风洞实验研究[J].交通环保，1986，Z1：10-12.

[4]丛晓春.露天煤场静态起尘量的实验研究[J].中国矿业大学学报，2010，39（6）：849-853.

[5]周文彬.港口建设项目环境影响评价规范》修订实施后 散货泊位大气环境评价等级及范围的探讨[C]//第三届大气环境影响评价研讨会会.南京，2014.

[6]易海涛.堆场扬尘计算和防风效率的几个问题[J].环境影响评价，2014：45-48，55.

[7]赵宏鑫，彭士涛.防风网作用下矿石堆场抑尘率计算[J].水道港口，2013，34（1）：85-88.

[8]中交二航院.镇江港高资港区华电句容煤炭储运码头工程环境影响报告书[R].2014.

[9]山东省环境保护科学研究设计院. 潍坊港中港区东作业区#20、#21 通用泊位工程[R].2015.

[责任编辑：汤静]