易海濤

堆場揚塵源強與風速分布有關，也與堆場防塵措施有關，在JTS105-1-2011《港口建設項目環(huán)境影響評價規(guī)范》中（以下簡稱《規(guī)范》）有具體規(guī)定。但這個規(guī)范還不夠細致全面，環(huán)評人員對規(guī)范的理解也不盡相同，導致在實際工作中對揚塵總量的確定偏差較大、在模式預測和衛(wèi)生防護距離計算中對源強值的確定不甚合理、對不同防風抑塵措施的抑塵效率也取值不準。本文結合風速分布的統(tǒng)計規(guī)律和一些環(huán)評實例，對不同防風措施的抑塵效率進行了比較分析，嘗試性地提出了堆場揚塵總量的計算方法，還有待進一步驗證。

1 《規(guī)范》中源強公式的問題

JTS105-1-2011《港口建設項目環(huán)境影響評價規(guī)范》中,對堆場靜態(tài)和作業(yè)揚塵采用下面的公式計算[1]：

式中，Q1：堆場靜態(tài)起塵量（kg） ；

α： 貨物類型起塵調節(jié)系數，取值0.6～1.6， 見《規(guī)范》中表4.3.3；

U：風速（m/s） ，多堆堆場表面風速取單堆的89 % ；

U0：混合粒徑顆粒的揚塵起動風速（m/s）；

S：堆表面積（m2）；

U2：作業(yè)起塵量（kg）；

H ： 作業(yè)落差（m） ；

上述公式在應用中存在如下問題：

（1） Q1的量綱

Q1∝α(U-U0)3，來源于國內外大量的風洞試驗結果[2]，公式中U和U0分別反映了風力特性和物料特性對揚塵的影響，參數α是一個包含多種因素影響的模糊系數，包括堆型、物料特性、量綱平衡等，由風洞試驗來確定， Q1的量綱應該是“質量/時間”，假設S=1 m2，(U-U0)3=1，α=1，那么Q1=0.5 kg/s·m2， 或者0.5 kg/s·m2，與實際情況相較，數值過大。在實際工作中，有人視 Q1原式的單位為（mg/s），然后將計算結果×10-6，相差了10-6倍；也有人取為 （kg/h），再除以8 760。公式量綱有誤會導致使用者有不同的理解和修正，使得計算的源強沒有可比性，這需要發(fā)布單位有一個糾錯說明。本文在計算中取式（1.1）的量綱為（g/h）。

（2）參數V2的取值

《規(guī)范》中V2為作業(yè)起塵量達到最大起塵量50 % 時的風速（m/s）。按式（1.3），當 時，起塵量最大，當(V2-U)=0時，起塵量為最大起塵量的50 %， 故V2有無窮解，即可以隨意取值，直接影響Q2的計算結果。本文取V2=16。

（3）風速U的取值

由式 （1.2）可知，堆料最小起塵風速U0為3.2 m/s。對一些粒徑非常細小、比重很輕的物料，需要通過風洞試驗來確定U0值。因為揚塵是啟動于風的陣性，陣性一般維持約2 min，所以這里使用2 min平均風速更好，約等于實際風蝕潛勢時間的半衰期。

另外，公式中的S雖為堆料表面積，但實際工作中，都只考慮堆的頂面面積，故此，實際計算時，風速也就應該取堆頂面高處的風速，和U0的高度是一致的。因此當堆料高度過低（低于5 m）或者過高（15 m）時， 就應該考慮風速隨高度的變化了。在近地層，這個變化服從對數率：

因此，揚塵高度Z處的風速與10 m高處的風速關系為：

式中：Z0為地面粗糙度（m），Z0越小，風速隨高度增加越慢。

如要考慮側面揚塵，就必須將堆面分區(qū)，這會使得源強計算變得非常復雜[3,4]。

（4）大氣評價等級的確定

確定大氣評價等級時，《規(guī)范》規(guī)定 “排放量和風速相關的污染物宜按多年平均風速計算污染源強”，這個規(guī)定大有問題，因為一般煤炭和礦粉堆場的揚塵啟動風速都在4 m/s以上，在絕大多數地區(qū)的平均風速情況下，這時是計算不出來揚塵的。

2 小時源強確定和總排放量問題

（1） 堆場靜態(tài)揚塵的源強

本文設定Q1的單位為（g/h），于是模式計算中小時揚塵量應為：

全年揚塵總量可表示為：

式中，N為風速分組數；

（2） 堆場裝卸揚塵的源強

式（1.3）中潛在假定作業(yè)的最大揚塵量是作業(yè)量的1/1 000，然后對其進行落差H、物料含水率w0和風速U影響的修正，這也是一個經驗公式，量綱應由參數α、β來修正，于是小時揚塵總量為：

全年揚塵總量為：

假定作業(yè)時間的風速樣本分布與全年風速樣本分布相似， 那么可以有：

式中，y為小時平均作業(yè)量（t）；

T為全年作業(yè)時數， Y=y×T。源強與風速有關，但并不是每個小時都作業(yè)且時間點是可變的，故預測模式中不能每個小時都有源強，這樣會高估日均和年均濃度。建議模式計算中小時源強按下式確定：

亦即先計算每一個小時的源強，然后隨機保留T小時，其余小時不論風速大小源強直接為零。

（3） 確定評價等級

評價等級計算中的源強是指小時源強，定時排放時，它可以來源于年總排放量的小時均值，由于堆場揚塵與風速有關，所以小時源強是變化的，這時候采用98 %保證率下風速（表1示例）的源強來確定評價等級是比較合理的，這相當于每年有175 h、每月有0.6 d是處在大風之下的。由于碼頭堆場面積都很大，用估算模式計算時，通常Pmax＞80 %，D10＜5 km，所以一般都會落在二級評價等級之內。

（4） 計算衛(wèi)生防護距離

同樣，衛(wèi)生防護距離的計算中，源強取值也應當為98 %保證率下風速的源強， 然后依據《制定地方大氣污染排放標準的技術方法》（GB/T 3840-91）來計算。

3 堆場防塵措施的效率問題

（1） 風速分布的數學描述

風速概率分布可以依據大量原始風速觀測的統(tǒng)計得出，研究表明，其分布概率可以用數學函數韋伯分布來很好地描述[5]，相關系數在0.95以上。

風速的概率密度函數可以用下式描述：

那么累積概率密度函數為：

各風速段概率為：

基于以上分析，受到影響的箱源規(guī)?？赡苓_到300萬TEU，初步判斷，占2017年我國沿海港口美國航線吞吐量比重約13%，占國際航線吞吐總量的3%。但考慮到中方的反制手段，以及貿易沖突加劇的可能性，影響還有可能繼續(xù)擴大。從具體港口情況看，美國航線主要集中在深圳、上海、寧波舟山、青島、廈門等五港。結合各港目前航線結構，初步評估各港可能的受沖擊程度。

注意如果對式（3.4）采用數值求和代替積分，須Δu≤0.01，才能確保在高風速段得到合理的結果。

式中c為尺度參數， 以速度為量綱，k 為形狀參數，無因次量。用統(tǒng)計回歸可以求得參數c，k 。近似地[6]，有：

這里 為觀測期Tm時間長度（總小時數）內的平均風速，Vmax為T時期內的最大風速。

根據上面的公式，表1給出四地風速分布情況。

（2） 灑水和防風措施的抑塵效率分析

堆場采取的最常見最有效的防塵措施是灑水,而圍護方式則有防風網、封閉條倉/半封閉條倉和筒倉等。各種抑塵措施的效率只能通過實測或風洞試驗的測試來綜合判定，實測表明[7]，一般取防風網的風速減低效果為1/3強，封閉和半封閉（頂部開條形口）條倉內風速平均降低約50 %[8]，然后再取堆間風速影響系數0.89，這樣累計下來，平均抑塵效率是多少呢？

a.堆場靜態(tài)揚塵、含水率從3.2 %增加到7 %的抑塵效率應該是：

b.堆場靜態(tài)揚塵、含水率從3.2 %增加到7 %且風速減低的抑塵效率是：

c.對于裝卸揚塵、當含水率從3.2 %增加到7 %時，其抑塵效率是：

d.對于裝卸揚塵、當含水率從3.2 %增加到7 %時且風速減低的抑塵效率是：

式（3.7）和式（3.9）中，對于多堆堆場，η=0.89；對于多堆且采用防風抑塵網的堆場η=0.89×2/3；對于多堆且采用半封閉料倉的堆場η=0.89×0.5。

（3） 各項抑塵措施的效率比較

依據上述式（3.1）到式（3.9），計算了沿海六個地點堆場灑水、防風措施的效率，見表2。

從表2 中不難看出：

a.由于堆場灑水和多堆堆間風速的降低，靜態(tài)揚塵抑塵效率平均達到了60 %以上,裝卸揚塵的抑塵效率平均達到了80 %以上。而灑水是很有保證的措施。

表1 用韋伯分布計算的風速概率分布

b.國內碼頭環(huán)評時多取防風網使下風向風速降低1/3[9]，這時候防風網聯同灑水一起的抑塵效率，對于靜態(tài)揚塵來說達到了95 %以上，對于裝卸揚塵來說，達到了85 %以上。

c.進一步，改防風網為半封閉/封閉料倉（通風、消防問題由設計解決，這里不討論），倉內風速降低到環(huán)境風速的50 %，這時候同灑水一起的抑塵效率，對于靜態(tài)揚塵來說達到了99 %以上，對于裝卸揚塵來說，達到了90 %以上。相比防風網，抑塵效率分別提高了5 %左右。

d.通過前面對源強計算公式和各種抑塵措施效率的分析， 已經可以對堆場靜態(tài)和裝卸揚塵的年排放量進行粗略估計了，見表3。

表2 堆場灑水、防風措施的抑塵效率比較

表3 堆場揚塵量的簡單估算例子

4 采用防風抑塵網還是封閉料倉問題

從表2 的比較來看，堆場抑塵措施由防風網改為封閉料倉，抑塵效率可提高5 %左右，將靜態(tài)揚塵量減少約4/5，將裝卸揚塵量減少約1/3。由于各地風速特性不一，上述揚塵減少的絕對量可以相差很大，對于低風速地區(qū)，可能不足10 t/a。而對于一個吞吐量20 M t/a以上的堆場來說，由防風網改為封閉料倉的投資需增加2億～3億元，于是自然會問，有必要嗎？這個問題很難肯定地回答。

（1） 堆場靜態(tài)揚塵量與 成正比，若計算的多年平均揚塵量減少不足10 t/a，則可以考慮不設置封閉料倉而僅設置防風抑塵網,所在地高風速的比例越大，堆場由防風網改為封閉料倉的意義就越大，這需要對k的值有比較準確的估計，建議至少應取30年統(tǒng)計的平均風速和最大風速采用式（3.6）、式（3.4）和式（3.5）去估算。

不同地域風速資料的k1值可以在0.5～100之間，相差達2個數量級，大部分地區(qū)在20～40之間，取 k1≈30；而k2的值在不同地域的變化要小得多，在0.03～0.08之間，取k2≈0.05；取堆料中的TSP含量為P，灑水防風措施的抑塵總效率為F，那么，對于一個面積為S、年裝卸量為Y萬噸的堆場，其靜態(tài)起塵量可以粗略估計為：

裝卸作業(yè)起塵總量可以粗略估計為：

簡單估算的例子見表3。

（2）堆場的前述各項防塵措施只有在理想的情況下才能達到應有的抑塵效率。實際工作中未必能夠完全做到。如：

a.始終保持規(guī)定的含水率；

b.網高1.5倍時對下風向15倍距離內的堆場抑塵效率達到70 %也有疑問；

c.《規(guī)范》中對于多堆堆場，風速取原值的89 %，這是一個很大的削減，可使計算的揚塵量減少30 %以上。實際上因為計算揚塵時只考慮了堆頂面的揚塵，而沒有考慮側面的揚塵，如果各堆高度一樣，這種風速削減的估計可能偏大了；

d.始終保持裝卸的落差在1 m以內;

e.揚塵計算公式難以考慮堆料側面的揚塵，也沒有考慮堆料擾動頻率對揚塵的影響。堆面越新，越易產生揚塵；

f.揚塵計算公式也難以考慮持續(xù)揚塵需要的風速大小。揚塵啟動風速是堆料從靜止到揚起的推動風速，它需要克服堆料顆粒之間的靜摩擦力，一旦堆料開始揚塵，能夠繼續(xù)揚塵的風速會比啟動風速低得多。目前還沒有什么公式能描述這一變化過程，也沒有多少風洞試驗去模擬。

g.其他環(huán)境管理上的問題。

綜合上述考慮，當采用封閉堆場（或者半封閉，頂部開條形窄口）時，上述因素對揚塵的影響就很小了，它可以保證在任何情況下，堆場倉內揚塵都能得到有效控制，從這個意義上講，大多數地區(qū)都應該采用封閉堆場。

[1]中華人民共和國交通運輸部.JTS105-1-2011 港口建設項目環(huán)境影響評價規(guī)范[S].人民交通出版社, 2011: 8-9.

[2]顧兆林.風揚粉塵[M].北京:科學出版社, 2007: 19-69.

[3]V.S.EPA.Industrial Wind Erosion[K].Compliation of Air Pollution Emission Factors, 2008.

[4]劉玉峰, 叢曉春, 張旭.露天堆場揚塵量分布的計算[J].環(huán)境污染與防治, 2006, 28(2): 146-148.

[5]屠其璞.用韋伯分布估計風速頻率分布的方法[J].氣象教育與科技1980(4): 19-24.

[6]易海濤.氣象資料在環(huán)境影響評價中的意義和作用[J].環(huán)境工程, 2011,29(6): 115-119.

[7]賀建平, 宋旗躍, 郭雁蕓, 等.擋風抑塵網抑塵防風效果分析[J].山西科技, 2007(3): 137-138.

[8]錦州港專業(yè)化煤炭碼頭工程（變更）環(huán)境影響報告書[R].2013.

[9]鎮(zhèn)江港高資港區(qū)華電句容煤炭儲運碼頭環(huán)境影響報告書[R].2014.