翟大順， 張 坤， 孫海燕

(1．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410126；2．海南洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，海南 儋州 578101)

近岸海域海洋環(huán)境容量是涉及到濱海地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重大問題，近岸海域有著豐富的漁業(yè)、礦產(chǎn)、水、旅游等資源，是維系著濱海地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障，是重要的資源地[1,2].同時由于受到人類活動、潮汐、對流等多個因素影響，其環(huán)境問題具有多維的復(fù)雜性.因此,近岸海域海洋環(huán)境容量是濱海地區(qū)社會發(fā)展與科學(xué)研究的關(guān)鍵.水質(zhì)評價(jià)能夠確定出近岸海域的水質(zhì)薄弱點(diǎn),在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究水環(huán)境納污能力，定量的確定區(qū)域污染物允許排放量，是水環(huán)境管理的技術(shù)基礎(chǔ)[3,4].當(dāng)前,水環(huán)境容量多是通過確定機(jī)理參數(shù)代入污染物水動力或擴(kuò)散方程模擬水質(zhì)狀態(tài)，可以較精確模擬污染物遷移轉(zhuǎn)化過程，從而給濱海地區(qū)城市建設(shè)和工業(yè)發(fā)展規(guī)劃提供有力的數(shù)據(jù)參數(shù)[5～7].洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)是國務(wù)院1992年批準(zhǔn)設(shè)立的享受保稅區(qū)政策的國家級開發(fā)區(qū).2007年又批準(zhǔn)在開發(fā)區(qū)內(nèi)設(shè)立海南洋浦保稅港區(qū).現(xiàn)有面積30 km2，規(guī)劃面積120 km2.現(xiàn)在洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(以下簡稱洋浦)的開發(fā)、建設(shè)條件日臻完善，重大項(xiàng)目引進(jìn)、基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境建設(shè)卓有成效，大型臨港工業(yè)基地的總體構(gòu)架初步形成.隨著金海漿紙、海南煉化、石油儲備及大乙烯項(xiàng)目在洋浦建設(shè)，給洋浦的開發(fā)建設(shè)和工業(yè)經(jīng)濟(jì)帶來了突飛猛進(jìn)，但同時也給洋浦尤其是洋浦近岸海域帶來了前所未有的環(huán)境壓力.本研究通過二維污染物對流擴(kuò)散方程計(jì)算出洋浦近岸海域海洋環(huán)境容量，從而測算出洋浦工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和污染物的排放對周邊近岸海域海洋環(huán)境的影響并設(shè)計(jì)了2套污水排海方案以確保洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)整體規(guī)劃對近岸海域海水水質(zhì)影響降至最低，從而長期有效的可持續(xù)性發(fā)展.

1 洋浦近岸海域海洋水文概況

洋浦海區(qū)的潮汐類型為正規(guī)日潮，平均漲潮歷時12.2 h，落潮歷時9.6 h；最高高潮位(洋浦?；鶞?zhǔn)面)4.06 m(1976年)，最低低潮位0.24 m(1976年)，平均潮位1.9 m，最大潮差3.60 m，平均潮差1.80 m.該海區(qū)的潮流性質(zhì)為不正規(guī)半日潮流和不正規(guī)日潮流，整個海域漲落潮時存在差異，低潮時洋浦以西開闊海域已經(jīng)轉(zhuǎn)流，開始漲潮，但以東海域仍處于落潮階段；新英灣口附近最大流速40 cm·s-1，其它海域流速較小；漲潮中間時，開闊海域潮流速度加大，方向由南向西北，洋浦以東海域，海水涌向新英灣，高潮時流速較小，落潮中間時流速加大，開闊海域方向由北向南，新英灣海水流向外海；在新英灣口內(nèi)外兩側(cè)各存在1個逆時針余流渦，在小鏟附近也有余流渦，最大余流速度10 cm·s-1；洋浦海域平均水溫27～27.5 ℃.

2 海洋環(huán)境容量的計(jì)算方法

2.1分析因子

在充分考慮國家水污染物總量控制指標(biāo)和洋浦規(guī)劃區(qū)實(shí)際特征污染物，本研究選擇了COD、氨氮和石油類對近岸海域水環(huán)境容量[8]進(jìn)行分析.近岸海域COD、氨氮和石油類的允許排放量與水動力條件、水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)、本底值和排污口位置有關(guān).擬議規(guī)劃排污口及附近海域水質(zhì)要求為海水3類標(biāo)準(zhǔn).根據(jù)排污口現(xiàn)狀調(diào)查和周邊點(diǎn)位監(jiān)測結(jié)果，COD海域環(huán)境本底最高為0.83 mg·L-1，氨氮本底最高為0.04 mg·L-1，石油類本底最高為0.049 mg·L-1.排放口海域COD、氨氮低于1類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，因此對污染物COD、氨氮來說，海域還有環(huán)境容量.石油類略低于2類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，因此執(zhí)行海水4類標(biāo)準(zhǔn)情況下，海域有一定的環(huán)境容量.

2.2水污染物來源

擬議規(guī)劃實(shí)施后洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水及污染物排放情況見表1.

2.3情景設(shè)置

根據(jù)規(guī)劃，做著擬對以下2種排污海情景進(jìn)行模擬預(yù)測.(1)金海漿紙污水通過金海漿紙污水處理廠處理后通過金海漿紙現(xiàn)有排污管排海，排污口離岸距離為1.5 km；規(guī)劃區(qū)其它污水通過處理達(dá)標(biāo)后利用海南煉化排污管排海，排污口離岸1.7 km.(2)在海南煉化現(xiàn)有排污管道南側(cè)150 m左右新建開發(fā)區(qū)公共排污管道，規(guī)劃區(qū)污水經(jīng)過各污水處理廠處理后，所有污水均通過新建排污管道排海，新建開發(fā)區(qū)公共排污管道中心排放口離岸約2.5 km.

2.4水質(zhì)環(huán)境計(jì)算參數(shù)及方法

計(jì)算參數(shù)[9～11]選取如下：(1)排放點(diǎn)海域環(huán)境本底調(diào)查監(jiān)測結(jié)果；(2)排放點(diǎn)海域混合區(qū)邊界上控制值：混合區(qū)邊緣按4類標(biāo)準(zhǔn)控制值；(3)混合區(qū)包絡(luò)線的范圍控制在面積3.0 km2的海域.

根據(jù)以上的計(jì)算方法、要求、限制性條件及參數(shù)等，對排污口進(jìn)行反問題模擬求解.規(guī)劃海域具體水動力條件及采取的計(jì)算模型如下：

二維垂向平均潮流水動力模型

水動力基本控制方程：

(1)

(2)

表1 遠(yuǎn)期(2030年)洋浦規(guī)劃區(qū)污水及污染物排放

(3)

二維擴(kuò)散方程：

(4)

初始條件：計(jì)算開始時刻海域污染物濃度為零.

由于只計(jì)算污染物排放產(chǎn)生的增值濃度，因此，開邊界的濃度取零.即水邊界的邊界條件：

污染物擴(kuò)散模擬計(jì)算區(qū)域?yàn)樾^(qū)域，網(wǎng)格與流場相同.小區(qū)空間計(jì)算區(qū)域采用三角型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，規(guī)劃附近區(qū)域局部加密，最大網(wǎng)格1 111 m，最小網(wǎng)格57 m，共10 922個網(wǎng)格單元，時間差分由一階歐拉顯式求解，計(jì)算網(wǎng)格布置見圖1.

圖1 小區(qū)水流條件計(jì)算網(wǎng)格布置

3 最大允許排放量估算

3.1情景1水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果

采用情景1計(jì)算規(guī)劃排放點(diǎn)(兩排放管)納污海域的最大允許排放量和相應(yīng)的超標(biāo)混合區(qū)限制見表2.由表2可知，在采取金海漿紙和海南煉化2個排污口排放水污染物條件下，規(guī)劃排放口CODMn最大允許排放量為58 844 t·a-1；氨氮最大允許排放量為6 076 t·a-1；石油類污染物最大允許排放量為4 276 t·a-1.

表2 情景1排放口海域最大允許排放量

3.2情景2水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果

采用情景2計(jì)算規(guī)劃排放點(diǎn)(排污管中心離岸2.5 km)納污海域的最大允許排放量和相應(yīng)的超標(biāo)混合區(qū)限制見表3.由表3可知，在采用規(guī)劃開發(fā)區(qū)公共排污管排放水污染物條件下(排污管中心離岸2.5 km)，規(guī)劃排放口CODMn最大允許排放量為90 668 t·a-1；氨氮最大允許排放量為7 132 t·a-1；石油類污染物最大允許排放量為5 565 t·a-1.

表3 情景2排放口海域最大允許排放量

由上述2種情景計(jì)算結(jié)果表明，由于情景2污水排放口離岸較遠(yuǎn)，水體擴(kuò)散能力較強(qiáng)，排污口最大允許水污染物排放量較大.

綜上所述，情景2排污口最大允許水污染物排放量大于情景1.

4 規(guī)劃實(shí)施污染物排放預(yù)測

根據(jù)規(guī)劃，洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)石油化工產(chǎn)業(yè)基地中遠(yuǎn)期將形成2 000萬t煉油、300萬t乙烯、150萬t丙烯、100萬t對二甲苯為龍頭，煉油、烯烴、芳烴產(chǎn)業(yè)鏈完整的石化產(chǎn)業(yè)體系；林漿紙一體化將形成300萬t制漿和400萬t造紙產(chǎn)業(yè)基地；另外還要建設(shè)30萬t和20萬t修船塢各1座；同時發(fā)展新型旅游裝備制造和旅游商品加工，重點(diǎn)發(fā)展海上游艇、輕型水上飛機(jī)、房車、越野和戶外運(yùn)動裝備、潛水設(shè)備等旅游裝備制造業(yè)等.根據(jù)規(guī)劃和相關(guān)產(chǎn)業(yè)排污系數(shù)的測算，洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)石油化工產(chǎn)業(yè)基地、林漿紙一體化產(chǎn)業(yè)基地，臨港裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)基地、綜合保稅港區(qū)和東部生活區(qū)的年主要水污染物排放見表4.

表4 洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)評價(jià)目標(biāo)年主要水污染物排放統(tǒng)計(jì)

5 水質(zhì)環(huán)境影響預(yù)測結(jié)果與評價(jià)

采用上述污染物模式模擬預(yù)測2種情景下遠(yuǎn)期(2030年)規(guī)劃污水?dāng)U散情況，評價(jià)海域污染物增量和污染物濃度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5～表7.COD、氨氮、石油類包絡(luò)線見圖2～圖4.

表5 COD增量環(huán)境影響統(tǒng)計(jì)

表6 氨氮增量環(huán)境影響統(tǒng)計(jì)

表7 遠(yuǎn)期石油類增量環(huán)境影響統(tǒng)計(jì)

圖2 COD增量包絡(luò)線濃度場

圖3 遠(yuǎn)期氨氮增量包絡(luò)線濃度場

圖4 遠(yuǎn)期石油類增量包絡(luò)線濃度場

由模擬結(jié)果可知，污染物排放以后主要隨海流漲落往東北-西南方向擴(kuò)散，高濃度增量集中在排污口附近.表5～表7的計(jì)算結(jié)果表明，洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)規(guī)劃實(shí)施后，規(guī)劃區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的COD、氨氮和石油類污染物采取上述2種情景排放對周圍海域水環(huán)境影響均較小，其環(huán)境影響主要限制在排污口附近，近期和遠(yuǎn)期在排入混合區(qū)以外海域，COD、氨氮和石油類污染物均能達(dá)到Ⅲ類海域水質(zhì)[12]要求，對排污混合區(qū)以外海域水環(huán)境影響較小.

另外，通過比較2種情景，情景2的排污口離岸最遠(yuǎn)，水動力條件最有利于污染物擴(kuò)散，故污染物擴(kuò)散范圍和影響程度最小.

6 結(jié)論

1)COD環(huán)境容量分析 . 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在給定排污方案條件下，洋浦開發(fā)區(qū)CODMn的最大允許排放量為：情景1為58 844 t·a-1；情景2為90 668 t·a-1.據(jù)預(yù)測， 2030年(遠(yuǎn)期)洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)CODcr排放量為14 021.99 t·a-1.以洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水排放方案最不利情況下考慮(情景1)，規(guī)劃海域CODMn最大允許排放量為58 844 t·a-1，以CODMn∶CODcr為1∶3來考慮，則洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)2030年排放的COD分別占COD最大允許排放量7.94%，說明洋浦海域COD的環(huán)境容量較大，擬議規(guī)劃實(shí)施后排放的COD未超出開發(fā)區(qū)COD最大允許排放量.

2)氨氮環(huán)境容量分析 . 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在給定排污方案條件下，洋浦開發(fā)區(qū)氨氮的最大允許排放量為：情景1為6 076 t·a-1；情景2為7 132 t·a-1.據(jù)預(yù)測， 2030年(遠(yuǎn)期)洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)氨氮排放量為1 143.04 t·a-1.以洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水排放方案最不利情況下考慮(情景1)，規(guī)劃海域氨氮最大允許排放量為6 076 t·a-1，則洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)2030年排放的氨氮分別占氨氮最大允許排放量18.81%，說明洋浦海域氨氮的環(huán)境容量較大，擬議規(guī)劃實(shí)施后排放的氨氮未超出開發(fā)區(qū)氨氮最大允許排放量.

3)石油類環(huán)境容量分析. 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在給定排污方案條件下，洋浦開發(fā)區(qū)石油類的最大允許排放量為：情景1為4 276 t·a-1；情景2為5 565 t·a-1.據(jù)預(yù)測， 2030年(遠(yuǎn)期)洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)石油類排放量為75.3 t·a-1.以洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水排放方案最不利情況下考慮(情景1)，規(guī)劃海域石油類最大允許排放量為4 276 t·a-1，則洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)2030年排放的石油類分別占石油類最大允許排放量的1.76%，說明洋浦海域石油類環(huán)境容量較大，擬議規(guī)劃實(shí)施后排放的石油類污染物未超出開發(fā)區(qū)石油類最大允許排放量.

綜上所述，擬議規(guī)劃海域水環(huán)境容量較大，洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)規(guī)劃實(shí)施后，規(guī)劃區(qū)排放的COD、氨氮和石油類污染物均未超過最大允許排放量，且COD和石油類污染物占最大允許排放量比值較低.

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