楊 柳，徐洪磊

（交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院環(huán)境資源所，北京 100028）

港口內(nèi)各類污染源的顆粒物排放是港口城市大氣顆粒物污染的重要來源之一［1—3］。對我國港口大氣顆粒物污染的研究顯示，2006年天津港運(yùn)輸船舶進(jìn)出港和在港期間可吸入顆粒物（PM10）排放量約為190t［4］；2006年珠江三角洲船舶活動(dòng)的PM10排放量約為2 281.5t，占非道路移動(dòng)源排放總量的50.5%［5］；2007年香港遠(yuǎn)洋船舶的PM10排放量約為1 035t，占香港PM10排放總量的16%［6］；2010年上海港船舶進(jìn)出港和在港期間排放的細(xì)顆粒物（PM2.5）約為3 700t，占上海市PM2.5排放總量的5.3%［1］。目前我國50%以上港口貨物吞吐量由分布在京津冀、長三角、珠三角等大氣顆粒物重污染區(qū)域的港口完成［7］，因此控制港口PM2.5排放對開展重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治具有重要的意義。

規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)是預(yù)測港口污染物排放影響、指導(dǎo)污染防治工作的有效手段。依據(jù)《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ 2.2—2008），在《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）實(shí)施后PM2.5應(yīng)作為一種常規(guī)污染物納入大氣環(huán)境影響評價(jià)。截至2013年底，我國25個(gè)沿海主要港口中有23個(gè)、28個(gè)內(nèi)河主要港口中有22個(gè)已經(jīng)開始實(shí)施新的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，2016年新標(biāo)準(zhǔn)將在全國實(shí)施。可見，從大氣污染防治工作需要和環(huán)境評價(jià)法規(guī)要求來看，當(dāng)前港口總體規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境評價(jià)必須對營運(yùn)期PM2.5污染排放及其影響進(jìn)行分析、預(yù)測和說明。然而國內(nèi)尚沒有對港口營運(yùn)期各類作業(yè)活動(dòng)PM2.5排放特征進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測，受到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匱乏、工作經(jīng)驗(yàn)不足等因素影響，目前港口營運(yùn)期PM2.5環(huán)境影響評價(jià)尚處于起步階段，存在著許多亟待解決的問題。鑒于此，本文在參考國內(nèi)外港口大氣顆粒物污染防治研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國港口總體規(guī)劃及建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)的工作要求，探索了港口營運(yùn)期PM2.5環(huán)境影響評價(jià)的技術(shù)要點(diǎn)和方法，以期為我國港口總體規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)的順利開展提供經(jīng)驗(yàn)和建議。

1 港口PM2.5排放分析

1.1 港口PM2.5排放源調(diào)查

根據(jù)我國沿海和內(nèi)河典型港口調(diào)研，港口營運(yùn)期一次顆粒物排放源可分為兩類，即揚(yáng)塵和燃油尾氣顆粒物。前者包括散貨堆場揚(yáng)塵、裝卸作業(yè)過程中揚(yáng)塵和港內(nèi)道路揚(yáng)塵等；后者包括運(yùn)輸船舶進(jìn)出港及在港期間主機(jī)、輔機(jī)和鍋爐尾氣排放，港口機(jī)械設(shè)備發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放，港內(nèi)工作船發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放以及集疏運(yùn)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放等。隨著我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的修訂，港口環(huán)境影響評價(jià)中表征大氣顆粒物污染狀況的評價(jià)因子由TSP（總懸浮顆粒物）、PM10變更為PM10和PM2.5，因此本文按照《港口建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)規(guī)范》（JTS 105-1—2011）的要求，并參照國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)對各種顆粒物排放源的粒徑分布情況進(jìn)行分析。

揚(yáng)塵顆粒物的粒徑分布與散貨種類及散貨顆粒粒徑有關(guān)［8］。一般煤場堆煤中30μm 以下粒子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.275%［9］，相應(yīng)煤場碼頭環(huán)境空氣中PM10占TSP質(zhì)量濃度的82%，而粒徑小于2μm的僅占48%［10］；糧食立筒庫中的糧食伴生粉塵粒度主要在70μm 以下，其中小于5μm 的粉塵在總粉塵量中約占6.33%，5～15μm 的粉塵在總粉塵量中約占22.91%［11］。這些研究表明，在揚(yáng)塵顆粒物的粒徑分布中PM10所占比例顯著高于PM2.5，因此應(yīng)以PM10作為港口揚(yáng)塵顆粒物污染的主要評價(jià)因子。由于粒徑小于2.5μm 的揚(yáng)塵粒子在PM10環(huán)境影響評價(jià)中已經(jīng)有所反映，因此在PM2.5環(huán)境影響評價(jià)中可不作為重點(diǎn)研究內(nèi)容。

港口范圍內(nèi)燃油尾氣顆粒物的來源較為復(fù)雜，目前我國港口環(huán)境評價(jià)對這部分顆粒物的關(guān)注極少。美國國家環(huán)保署（EPA）對2000年以來美國23個(gè)港口污染物排放清單的核算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)港口內(nèi)海船／深水船舶、貨物裝卸設(shè)備、港內(nèi)工作船、重型卡車和火車機(jī)車的顆粒物排放的平均分擔(dān)率分別為51%、18%、14%、12%和5%［12］。美 國圣佩德羅灣港區(qū)（洛杉磯港和長灘港）的相關(guān)研究顯示，遠(yuǎn)洋輪船、貨物裝卸設(shè)備、港內(nèi)工作船、重型卡車和火車機(jī)車對港區(qū)內(nèi)柴油顆粒物排放的分擔(dān)率分別為59%、14%、11%、10%和6%［13］。國際上對船舶發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣顆粒物粒徑分布研究較少，部分研究顯示：船舶正常航行時(shí)，主機(jī)尾氣中PM2.5占PM10濃度（質(zhì)量濃度，下同）的比例平均為72%，輔機(jī)尾氣中PM2.5占PM10濃度的比例平均為76%［14］；船舶進(jìn)出港時(shí)，輔機(jī)尾氣中PM2.5約占PM10濃度的78%和總顆粒物濃度的70%［15］。在大型港口機(jī)械設(shè)備尾氣中PM2.5比例更高，達(dá)到PM10濃度的96%和總顆粒物濃度的77%［16］。重型卡車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中PM2.5占總顆粒物濃度的比例則高達(dá)80%～95%［17］。因此，將港口范圍內(nèi)船舶、港口機(jī)械、集疏運(yùn)車輛等燃油顆粒物排放作為PM2.5環(huán)境影響評價(jià)的主要污染源，既符合其粒徑分布規(guī)律，也便于與PM10環(huán)境影響評價(jià)區(qū)別開來，可全面且有所側(cè)重地覆蓋港口內(nèi)各類大氣顆粒物污染排放源。

1.2 港口PM2.5排放量計(jì)算方法

參考國外港口污染物排放清單編制方法［12，18］，結(jié)合我國部分船舶大氣污染物排放研究案例，并根據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)的可獲得性，將港口內(nèi)船舶、機(jī)械和車輛的PM2.5排放量采用“自下而上”的計(jì)算方法，其基本原理可表示為

式中：E 為PM2.5的排放量（g）；MCR 為發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率（kW）；t為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間（h）；EF 為對應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的PM2.5排放因子［g／（kW·h）］。

1.2.1 運(yùn)輸船舶PM2.5排放量計(jì)算

運(yùn)輸船舶在港口范圍內(nèi)的活動(dòng)較為復(fù)雜，可大致分為航道巡航、進(jìn)出港、裝卸和停泊等4種工況。不同工況下船舶主機(jī)、輔機(jī)和鍋爐的運(yùn)行狀況不同，需要分別進(jìn)行尾氣排放量計(jì)算，具體計(jì)算方法詳見文獻(xiàn)［1］，計(jì)算所需的各項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及其來源列于表1。

表1 運(yùn)輸船舶PM2.5排放量計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及其來源Table 1 Data for the estimation of PM2.5emission from transport vessels

受到研究條件限制，目前國內(nèi)尚未對海運(yùn)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)PM2.5排放因子進(jìn)行系統(tǒng)測定，表2 列出了美國國家環(huán)保署（EPA）2009年發(fā)布的海運(yùn)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)PM2.5排放因子［12］。我國海運(yùn)船舶建造技術(shù)水平與國外差異不大，盡管在油品質(zhì)量、船舶管理等方面存在一定區(qū)別，但在環(huán)境評價(jià)階段仍可參照表2進(jìn)行海運(yùn)船舶PM2.5排放量估算。

我國內(nèi)河船舶的尾氣污染物控制技術(shù)與國外相比較為落后，其PM2.5排放因子可參考國內(nèi)研究者在京杭運(yùn)河上測得的數(shù)據(jù)（見表3），該研究顯示內(nèi)河船舶發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣顆粒物的粒徑均在2.5μm 以下［19］。

1.2.2 機(jī)械設(shè)備排放量計(jì)量

港口機(jī)械主要包括碼頭牽引車、吊車、叉車、起重機(jī)、裝載機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等裝卸設(shè)備。在建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境評價(jià)階段，可依據(jù)項(xiàng)目的工程可行性研究報(bào)告獲取碼頭裝卸工藝和裝卸設(shè)備的詳細(xì)資料；在港口總體規(guī)劃環(huán)境評價(jià)階段，港口機(jī)械設(shè)備的配備情況尚不明確，可采用類比分析法并參考同類同等規(guī)模已建港口的情況進(jìn)行估算；裝卸設(shè)備的年均使用時(shí)間與港口貨物吞吐量有關(guān)，需通過對港口主管部門的調(diào)研確定。但應(yīng)注意的是，港口機(jī)械設(shè)備的燃料使用情況，如使用LNG 或電力設(shè)備不應(yīng)納入源強(qiáng)計(jì)算。

表2 海運(yùn)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)PM2.5排放因子［12］Table 2 PM2.5emission factors for ocean-going vessel engines［12］

表3 內(nèi)河船舶發(fā)動(dòng)機(jī)PM2.5排放因子［19］Table 3 PM2.5emission factors for inland vessel engines［19］

國內(nèi)研究測得輪式裝載機(jī)PM 排放因子約為1.48g／kg-fuel，顯著高于國外同類機(jī)械［20］。在沒有實(shí)測數(shù)據(jù)的情況下，可以采用《非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測量方法（中國Ⅰ、Ⅱ階段）》（GB 20891—2007）中規(guī)定的顆粒物排放限值（見表4）代替港口機(jī)械排放因子。

1.2.3 工作船舶排放量計(jì)算

港口內(nèi)的工作船舶包括拖船、頂推船、渡船、挖泥船等。對于現(xiàn)狀港區(qū)，工作船舶的保有量和活動(dòng)情況可通過港口主管部門獲得；對于規(guī)劃港區(qū)，可以通過同類同等規(guī)模現(xiàn)狀港區(qū)的對比得到。美國EPA 的工作船舶發(fā)動(dòng)機(jī)PM2.5排放因子見表5［21］。由于工作船舶活動(dòng)水平與運(yùn)輸船舶的航次有關(guān)，在港口環(huán)境評價(jià)中若無法通過調(diào)研或類比分析獲得相關(guān)資料，可按照運(yùn)輸船舶PM2.5排放量的一定百分比大致估算工作船舶PM2.5的排放量。參考美國EPA 相關(guān)報(bào)告，工作船舶PM2.5排放量約為運(yùn)輸船舶的20%～30%［12］。

表4 非道路移動(dòng)機(jī)械柴油機(jī)尾氣PM 排放限值Table 4 Limits for PM from diesel engine exhaust of non-road mobile machinery

表5 港口內(nèi)工作船舶PM2.5排放因子Table 5 PM2.5emission factors for harbor vessel engines

1.2.4 集疏運(yùn)車輛排放量計(jì)算

港口集疏運(yùn)車輛包括重型卡車和火車機(jī)車。目前我國港口陸上集疏運(yùn)方式以公路運(yùn)輸為主，如武漢港規(guī)劃公路集疏運(yùn)量為鐵路的9倍，棗莊港規(guī)劃公路集疏運(yùn)量為鐵路的11倍，因此在環(huán)境評價(jià)中應(yīng)以公路集疏運(yùn)的重型卡車尾氣排放為重點(diǎn)。我國出臺(tái)了《車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車排氣污染物排放限值及測量方法（中國Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段）》（GB 17691—2005），也開展了多項(xiàng)重型卡車尾氣PM2.5排放研 究［22—27］，得到的 重型卡 車尾氣PM2.5排放限值和排放因子詳見表6和表7。

表6 重型卡車尾氣PM2.5排放限值Table 6 Limits for PM2.5from heavy duty truck exhaust

表7 重型卡車尾氣PM2.5排放因子Table 7 PM2.5emission factors for heavy duty truck exhaust

在環(huán)境評價(jià)中，通過公路集疏運(yùn)量、單車載重量、港內(nèi)道路長度等可以推算出重型卡車在評價(jià)范圍內(nèi)的年行駛里程，因此使用單位行駛里程的排放因子數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算較為便捷。在這種情況下，重型卡車尾氣PM2.5排放量的計(jì)算公式如下：

式中：M 為重型卡車年行駛里程（km）；EFM為單位行駛里程的PM2.5排放因子（g／km）。

2 港口PM2.5環(huán)境影響預(yù)測

一項(xiàng)在紐約市開展的研究認(rèn)為船舶排放對Elizabeth 港周邊大氣PM2.5濃度的貢獻(xiàn)約為4.8%［2］。俄勒岡西北部頻繁的船舶活動(dòng)也被認(rèn)為對該州西南部地區(qū)大氣PM2.5濃度有所貢獻(xiàn)［28］。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，船舶一次排放對香港環(huán)境空氣PM2.5濃度的分擔(dān)率約為19%，由船舶排放生成的二次PM2.5對環(huán)境濃度的貢獻(xiàn)約為6%［3］。基于顆粒物遷移擴(kuò)散規(guī)律的濃度預(yù)測是評價(jià)港口各類PM2.5排放對周邊環(huán)境影響的基礎(chǔ)。在PM2.5環(huán)境影響預(yù)測中，氣象觀測資料調(diào)查與分析、地形數(shù)據(jù)收集、預(yù)測情景設(shè)定、計(jì)算點(diǎn)選取等步驟與PM10環(huán)境影響預(yù)測相同，在此僅對預(yù)測模式選取和污染源計(jì)算清單進(jìn)行討論。

2.1 預(yù)測模式的選取

《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ 2.2—2008）推薦的港口PM2.5環(huán)境影響預(yù)測模式包括AEROMODE 模 式、ADMS 模式和CALPUFF 模式，其適用條件和數(shù)據(jù)要求見表8［29-31］。

《港口建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)規(guī)范》（JTS 105-1—2011）規(guī)定，評價(jià)的陸域范圍應(yīng)包括港區(qū)和配套建設(shè)的疏港公路、鐵路專用線及環(huán)境保護(hù)目標(biāo)。根據(jù)《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ 2.2—2008），港區(qū)內(nèi)各排放源的大氣環(huán)境影響評價(jià)最大范圍為以排放源為中心，半徑25km 的圓形區(qū)域或邊長50km 的矩形區(qū)域；疏港公路、鐵路專用線的評價(jià)范圍為線源中心兩側(cè)各200m。從實(shí)際評價(jià)工作需要和港口規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)際情況來看，PM2.5環(huán)境影響的評價(jià)范圍多小于50km，在此范圍內(nèi)PM2.5排放源的主要類型包括線源和面源，其中線源（如船舶、集疏運(yùn)車輛等）的排放量顯著高于面源。因此，ADMS模式對于港口營運(yùn)期的PM2.5環(huán)境影響預(yù)測較為適用。

表8 預(yù)測模式的一般適用條件和數(shù)據(jù)要求Table 8 Applicability of recommended models

2.2 污染源計(jì)算清單

2.2.1 面源排放速率的計(jì)算

多數(shù)裝有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的港口機(jī)械在作業(yè)期間并不固定在某一點(diǎn)位，而是根據(jù)貨物裝船和卸船需要在碼頭前沿移動(dòng)，其尾氣管排放高度通常低于15 m。按照《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ 2.2—2008），此類在一定區(qū)域范圍內(nèi)以低矮密集的方式自地面或近地面的高度排放污染物的源應(yīng)屬于面源，可按照無組織排放進(jìn)行環(huán)境影響評價(jià)。該面源的幾何尺寸為碼頭前沿區(qū)域的設(shè)計(jì)尺寸，由面源源強(qiáng)和面源幾何尺寸可按下式計(jì)算面源的排放速率：

式中：vE為港口機(jī)械面源排放速率［g／（m2·s）］；MCRi為第i種機(jī)械設(shè)備的額定功率（kW）；EFi為第i 種機(jī)械設(shè)備的PM2.5排放因子［g／（kW·h）］；mi為第i種機(jī)械設(shè)備的數(shù)量；A 為碼頭前沿區(qū)域面積（m2）；n為港口機(jī)械種類。

按照式（3）計(jì)算得到碼頭前沿區(qū)域全部機(jī)械滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的排放速率，符合環(huán)境影響評價(jià)要求。

船舶在裝卸作業(yè)及港內(nèi)停泊期間，輔機(jī)和鍋爐產(chǎn)生的排放均發(fā)生在碼頭前沿水域，可按照無組織排放面源進(jìn)行處理。該面源的幾何尺寸為碼頭前沿水域的設(shè)計(jì)尺寸，船舶在碼頭前沿水域的面源排放速率可按下式計(jì)算：

式中：vH為船舶在碼頭前沿水域的面源排放速率［g／（m2·s）］；MCRa為船舶輔機(jī)的額定功率（kW）；EFa為船舶輔機(jī)的PM2.5排放因子［g／（kW·h）］；MCRb為船舶鍋爐的額定功率（kW）；EFb為船舶鍋爐的PM2.5排放因子［g／（kW·h）］；n 為碼頭泊位數(shù)；A 為碼頭前沿區(qū)域的面積（m2）。

在環(huán)境影響評價(jià)中可采用運(yùn)輸船舶中輔機(jī)功率最大的船型為代表船型，按照式（4）計(jì)算得到全部泊位均有船舶作業(yè)時(shí)碼頭前沿水域的面源排放速率，符合環(huán)境影響評價(jià)要求。

2.2.2 線源排放速率的計(jì)算

各類船舶在航道內(nèi)的尾氣排放和重型卡車在疏港公路上的尾氣排放符合《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境》（HJ 2.2—2008）中“污染物由移動(dòng)源構(gòu)成線狀排放”的定義，應(yīng)屬于線源。重型卡車尾氣PM2.5排放速率的計(jì)算方法詳見導(dǎo)則及文獻(xiàn)［32］，船舶航行的線源排放速率的計(jì)算公式如下：

式中：vC為船舶航行的線源排放速率［g／（m·s）］；MCRp為船舶主機(jī)的額定功率（kW）；EFp為船舶主機(jī)的PM2.5排放因子［g／（kW·h）］；F 為航道內(nèi)的船舶流量（艘／h）；v 為船舶在航道內(nèi)航行的平均速度（km／h）。

在環(huán)境影響評價(jià)中可采用運(yùn)輸船舶中主機(jī)功率最大的船型為代表船型，按照式（5）計(jì)算得到船舶主機(jī)滿負(fù)荷工作情況下的排放速率，符合環(huán)境評價(jià)要求。

3 結(jié)論

港口營運(yùn)期PM2.5污染的排放源包括運(yùn)輸船舶尾氣、工作船舶尾氣、港口機(jī)械尾氣、集疏運(yùn)車輛尾氣、散貨堆場揚(yáng)塵、裝卸過程揚(yáng)塵和道路揚(yáng)塵。根據(jù)不同排放源的顆粒物粒徑分布特征，運(yùn)輸船舶、工作船舶、港口機(jī)械和集疏運(yùn)車輛的尾氣排放應(yīng)作為港口營運(yùn)期PM2.5環(huán)境影響評價(jià)的重點(diǎn)內(nèi)容。本文在參考國外港口排放清單編制方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研給出了各類污染源的PM2.5排放因子，建立了“自下而上”的港口營運(yùn)期PM2.5排放量估算方法，并根據(jù)我國港口規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境評價(jià)工作經(jīng)驗(yàn)，選取ADMS模式作為港口營運(yùn)期PM2.5環(huán)境影響預(yù)測的模式，從而建立了各類污染源排放速率的計(jì)算方法。

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