广元市房建施工扬尘排放清单研究

2022-03-08范武波陈军辉唐斌雁冯小琼骆丽红

四川环境 2022年1期

范武波,陈军辉,唐斌雁,冯小琼,骆丽红

(1.四川省生态环境科学研究院,成都 610041；2.四川大学,成都 610207)

前言

建筑施工扬尘是城市扬尘的主要来源之一，不仅严重影响人体健康，而且大大降低了大气能见度，对大气环境和人类活动都产生了较为不利的影响[1～3]。近年来，四川省相继发布了《四川省建筑工程扬尘污染防治技术导则》[4]《四川省建筑施工场地扬尘排放标准》[5]等文件，对控制全省扬尘排放具有重要指导监督作用。建筑扬尘排放清单是评估扬尘排放量的重要指标，也是开展建筑扬尘污染防控的科学基础，通过建立研究区域内高时空分辨率的施工扬尘排放清单，不仅可以识别该区域内施工扬尘排放的重点区域及重点时段，还能掌握施工扬尘对大气污染的贡献率，为开展施工扬尘污染防控提供数据支撑[6～8]。

通常，学者采用自下而上的排放因子法来建立施工扬尘排放清单[9～15]，其中扬尘排放因子等关键参数多是参考《扬尘源颗粒物排放清单编制技术指南》[16]，这种方法也得到了广泛应用，如薛亦峰[17]等采用排放因子法建立了北京市2008～2015年的施工扬尘排放清单，结果表明2015年北京市施工扬尘排放的TSP、PM10和PM2.5分别为14.41、7.06和1.47万t；肖晗[18]等采用两套不同的实测排放因子建立了2017年西安市的建筑扬尘排放清单，PM10的排放量约为6.8～10.8万t，PM2.5约为1.4～2.2万t；杨杨[19]等采用实测排放因子估算了2012年珠三角地区建筑施工扬尘排放量约为3.52万t。实际上，建筑扬尘排放量与当地的施工状况、抑尘措施等密切相关，只有对研究区域内建筑工地的施工工况、抑尘措施及控制效率等参数进行实地调研，才能建立更准确的排放清单。

广元作为川北门户在近几年得到了快速发展，城市规模不断扩大，随之而来的施工扬尘排放问题也日趋明显，尤其是当地风速相对较大[20]，较易起尘，但尚未见到与之相关的研究报道。本研究采用排放因子法估算了2010～2019年广元市房屋建筑施工扬尘排放量，探讨了近年来的变化趋势，分析了2019年广元市施工扬尘的时间和空间分布特征，并选取市区某典型工地进行扩散特征模拟，以期为广元市施工扬尘防治提供数据支撑。

1 数据与研究方法

1.1 排放清单建立方法

本研究参考生态环境部发布的《扬尘源颗粒物排放清单编制指南(试行)》[16]中提供的总体估算方法来计算广元市扬尘排放量，计算公式为：

Wi=Ei×A×T

(1)

Ei=2.69×10-4×(1-η)

(2)

式中：Wi为施工扬尘源中PMi的总排放量，t/a；Ei为整个施工工地PMi的平均排放系数，t/(m2·月)；A为施工区域面积，m2；T为工地的施工月份数，一般按施工天数/30计算；η为污染控制技术对扬尘的去除效率，%，多种措施同时开展的，取控制效率最大值。实际上，该公式适用于总体估算整个建筑施工区域的排放总量，PM10和PM2.5排放量可根据施工积尘的粒径分布情况估算获得，参考粒径系数为：PM10为0.49、PM2.5为0.1。

1.2 数据来源

本研究采用查阅统计年鉴[21]、走访调研、企业填报、部门提供等方式获取2010-2019年间广元市建筑施工区域面积、控制措施对扬尘的去除效率等数据，分别如表1和表2所示。

表1 2010～2019年广元市房建施工面积Tab.1 Housing construction area in Guangyuan from 2010 to 2019 (104m2)

表2 施工扬尘控制措施及效率Tab.2 Construction dust control measures and efficiency (%)

通过实际调研可知，不同季节采用的抑尘措施略有变化，其中春夏季节多采用围挡、洒水、喷雾、清扫等，秋冬季节多采用防尘网、洒水等措施，而道路硬化等措施则极少采用。根据每个季节采取的控制措施及公式(2)计算得到广元市春、夏、秋、冬四个季节施工扬尘的平均排放因子，结果如表3所示。其中，2015年起对扬尘排放管控较严格，其排放因子略有降低，本研究在平均排放因子的基础上降低5%作为2015年以后的排放因子。

表3 广元市不同季节施工扬尘平均排放因子Tab.3 Average emission factors of construction dust in different seasons in Guangyuan

1.3 空间分布

研究采用 ArcGIS 将2019年广元市房建施工扬尘的排放量进行3km×3km分配，其空间分配系数主要来自于房建工地的地理位置分布情况。

1.4 典型工地扩散特征模拟

采用CALPUFF模型对2019年广元市某工地施工扬尘PM2.5的扩散特征进行模拟。CALPUFF包含气象模块(CALMET)、扩散模块(CALPUFF)和后处理模块(CALPOST)3部分，适用于几十米到几百公里的污染扩散模拟，是我国推荐的大气环境影响评价的法规模型之一，在行业内得到了广泛应用[22～26]。本文以广元市利州区某土方作业阶段的工地为例进行施工扬尘扩散模拟研究，图1为本研究的模拟区域，网格数为52×36，精度为0.1km，模拟时段为2019年1，4，7，10月。

本次模拟所需要的常规地面气象观测资料通过广元市利州区气象站提供，距离模拟工地直线距离2.30km，探空气象资料由WRF模式提供(参数设置见表4)，模拟网格精度为1km×1km，其结果经CALWRF处理后输出为3d.dat用于CALMET.

ABCD区域为研究工地所在位置，建筑工地西南角B和东北角D的地理坐标分为别(32°27′33.84″N,105°51′7.20″E)和(32°27′49.68″N,105°51′28.80″E)，模拟区域左下角和右上角的地理坐标分别为(32°26′40.27″N,105°49′37.52″E)和(32°28′34.46″N,105°52′55.27″E) 图1 广元市模拟实验工地Fig.1 The simulation experiment site in Guangyuan

研究区域的地形数据为航天飞机雷达地形测绘任务(SRTM)的90m分辨率的数字地面高程，土地利用数据为美国地质勘探局(USGS)，精度为1 000m。

表4 WRF模式参数设置Tab.4 Parameter settings of WRF

模拟区域扬尘排放强度依据公式(1)和(2)计算，根据对该工地的现场调查，年施工时间约为268d，施工扬尘控制效率约为38%，获取排放源强约为1.49×10-4t/(m2·a)。

2 结果与讨论

2.1 排放清单

图2展示了2010～2019年间广元市房建施工扬尘PM10和PM2.5的排放量。整体看来，十年间广元市房建施工扬尘排放量逐渐增加，年均增长率达到9.80%。其中，2010～2016年间增势明显，PM10和PM2.5分别从830.25t和192.99t增加到1948.35t和452.90t，年均增长率达到15.28%；2016～2019年PM10和PM2.5的排放量逐步趋于稳定，分别在1925.90～2120.50t和447.68～492.91t之间波动。

图2 广元市房建施工扬尘排放清单Fig.2 Construction dust emission inventory of Guangyuan

从季节变化特征来看，春季排放的PM10和PM2.5最高，其次为冬季和秋季，夏季排放量最小。以2019年为例，春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～12月)、冬季(12月、1月、2月)排放的PM10分别为572.12、415.02、436.48、502.28t，排放的PM2.5分别为129.92、99.12、101.07和117.58t。这可能是由于春季、冬季等时段洒水、清扫等抑尘措施执行率低，导致排放量较高；秋季和夏季等时段雨水相对较多，尤其是夏季洒水频率较高，控制措施较为严格，抑制了扬尘的排放。

2.2 空间分布特征

本研究采用ArcGIS对2019年广元市房建施工排放量进行3km×3km分配，结果如图3所示。从图中可以看出，广元市房建施工扬尘排放的PM10主要集中在利州区中部、青川县中西部、剑阁县中部和北部，而朝天区、昭化区、旺苍县及苍溪县的排放量相对较低，分布也较零散，PM10最大排放强度超过1.54t/km2，最小排放量则低于0.13t/km2。PM2.5的空间分布特征与PM10存在一定差异，主要分布在利州区中部、青川县中部、剑阁县中部和北部、旺苍县南部以及苍溪县的西南部，而朝天区、昭化区等排放量相对较小，PM2.5最大排放强度超过0.34t/km2，最小排放量则低于0.03t/km2。

图3 2019年广元市房建施工扬尘排放清单Fig.3 Construction dust emission inventory of Guangyuan in 2019

据四川省统计年鉴[21]显示，2018年末广元市三区四县的城镇化率(城镇人口/常住人口)分别为：利州区72.05%，昭化区36.21%，朝天区37.75%，旺苍县42.41%，青川县36.17%，剑阁县40.03%，苍溪县37.11%，房地产开发投资额分别为：利州区625 669万元，昭化区11 873万元，朝天区11 691万元，旺苍县29 077万元，青川县12 077万元，剑阁县51 212万元，苍溪县107 334万元。综合对比扬尘排放空间分布可以发现，在城镇化率和房地产开发投资额较高的利州区、剑阁县、苍溪县等地扬尘排放则较严重。这说明，城镇化率、房地产开发投资等是影响广元市房建扬尘排放的重要因素，当地在开展房建施工扬尘污染防治时应重点考虑利州区、剑阁县、苍溪县等地。

2.3 排放特征模拟结果

图4是基于CALPUFF模拟的2019年该工地1，4，7，10月的月均浓度扩散结果，鉴于模拟边界处施工扬尘浓度太低，因此选取扩散浓度大于2×10-5mg/m3的部分进行作图。从图中可以看出，4个季节的模拟结果都呈现出向东南方向扩散的趋势，这与广元市的风场具有较大关系。广元地处四川北部，常年盛行西北风，从而导致4个月的建筑扬尘月均模拟结果都向东南方向扩散。另外从图中还可以看出，4个月的扬尘浓度模拟高值均出现在工地中心附近，浓度约为0.001 3mg/m3，在下风向距离中心点600m左右降至0.000 3mg/m3，而其他方位上则大约在300～400m左右降至0.000 3mg/m3，这说明施工场地排放的扬尘对周围约600m范围内的污染影响更突出，该研究结果与课题组前期对成都市新都区某工地开展的模拟结果[27]较为一致。因此，建议当地有关部门在开展扬尘污染防治时候，应当在房建工地周边600m范围内的区域实施更为严格的管控措施，从而降低对周边大气环境的影响。