李 茜，程乾坤，方 皓，符云琳

（廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院 環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655）

引言

近岸海域有著豐富的漁業(yè)、礦產(chǎn)、水、旅游等資源，是維系著濱海城市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障，是重要的資源地[1]。隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的激增，使得近岸海域的污染日趨嚴(yán)重，近岸海域海洋環(huán)境容量已成為濱海地區(qū)區(qū)域發(fā)展的重要制約因素之一[2-4]。高欄港經(jīng)濟(jì)區(qū)位于珠海市西南端，珠江雞啼門至虎跳門出海口之間，由高欄、南水兩個半島和荷包、大杧等海島及黃茅海東部沿岸陸域和海域組成。高欄港經(jīng)濟(jì)區(qū)是依托華南沿海主樞紐港高欄港而設(shè)立的經(jīng)濟(jì)功能區(qū)，2012年3月，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，升級為國家級經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)。本研究通過MIKE 21軟件建立的水動力與污染物輸運數(shù)學(xué)模型計算了六種不同水文條件下化學(xué)需氧量（COD）的總?cè)萘?，為制定水污染總量控制方案和實施水環(huán)境目標(biāo)管理等提供科學(xué)支撐。

1 區(qū)域概況

1.1 海洋水文概況

黃茅海是位于珠江口西部的喇叭狀河口灣，崖門和虎跳門交匯于灣頂，上通潭江和西江，灣口由一系列島嶼（含大杧、荷包、高欄等島嶼）形成屏障，通過島嶼間的峽口和南海相通，是水道泄洪、納潮的主要通道[5-6]。黃茅海河口的潮汐為不正規(guī)半日潮，其潮性系數(shù)在荷包島為1.35，一天內(nèi)有兩次漲落潮過程，而且潮高不等顯著[7]。由于受喇叭型地形收縮的影響以及上游徑流的頂托作用，進(jìn)入黃茅海的潮波發(fā)生變形，由灣口至灣頂，漲潮歷時沿程縮短，落潮歷時沿程增加，潮差呈灣頂附近最大，在上、下游逐漸趨減的分布狀況。崖門口-黃茅海-高欄列島一帶海區(qū)海流是潮流、徑流和沿岸流的共同流。這一帶屬于強潮弱徑流海區(qū)，高欄、荷包的外側(cè)有一股常年偏西南向的沿岸流。潮流基本上為往復(fù)流。

1.2 入河排污口概化

入河排污口概化時，若多個入河排污口相隔距離較近時，可將多個入河排污口視作一個集中獨立入河排污口。據(jù)調(diào)查，高欄港經(jīng)濟(jì)區(qū)污染物入海排放口全部為沿岸排放，其中一個位于雞啼門保留區(qū)，其余均位于高欄港口航運區(qū)，距離相近。結(jié)合相關(guān)規(guī)劃及排污口概化原則，本次研究的入河排污口最終概化為2個，分別位于雞啼門保留區(qū)和高欄港口航運區(qū)，詳見圖2。

2 水環(huán)境數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建

2.1 模型介紹

模型軟件采用丹麥水資源及水環(huán)境研究所（DHI）開發(fā)的MIKE 21軟件，MIKE軟件是目前世界上領(lǐng)先的、經(jīng)過實際工程驗證最多的、被水資源研究人員廣泛認(rèn)同的優(yōu)秀軟件[8]。模型的相關(guān)方程介紹請參看文獻(xiàn)［9］。

2.2 計算范圍

本次模型計算范圍，上游河流邊界至雞啼門水道上的雞啼門大橋處，虎跳門水道西炮臺水位站，崖門水道官沖水位站；外海東邊界至三灶潮位站；外海西邊界至大襟島以西鵝頭咀；外海向南至海水水質(zhì)國控/省控監(jiān)測點位處。模型網(wǎng)格示意見圖1，網(wǎng)格邊長在700～1 000 m，靠近岸邊海域根據(jù)模型計算需要予以細(xì)化，局部細(xì)化區(qū)域網(wǎng)格邊長在100～300 m，共8 279個計算網(wǎng)格，4 453個計算節(jié)點。

圖1 模型網(wǎng)格劃分示意圖

圖2 水文(T）和水質(zhì)(W）監(jiān)測站點

圖3 水文、水質(zhì)驗證

圖4 COD水環(huán)境容量計算結(jié)果

2.3 模型參數(shù)率定

（1）水動力模型參數(shù)率定。利用小潮期和大潮期補充監(jiān)測點位實測流速、流向以及高欄島潮位站實測值對模型進(jìn)行率定，率定得出大曼寧系數(shù)取值為60-200m1/3/S，水平渦粘性系數(shù)取為0.28。從率定結(jié)果來看，計算流速與實測流速相差一般不超過30%，計算流向與實測流向相差一般不超過90°，計算潮位與實測潮位相差一般不大于0.1 m，總體上來說，計算海流可以代表高欄港經(jīng)濟(jì)區(qū)近岸海域?qū)嶋H海流場。

（2）水質(zhì)模型參數(shù)率定。利用小潮期和大潮期補充監(jiān)測點位實測水質(zhì)，率定得出COD的降解系數(shù)取為0.057 d-1。從率定結(jié)果來看，小潮期各點COD誤差在4.5%～22.9%之間，大潮期各點COD誤差在1.9%～24.5%之間，大小潮期各點誤差基本符合相關(guān)模擬技術(shù)規(guī)范的精度要求。

3 環(huán)境容量估算

3.1 計算方案

本次研究在考慮入海河道豐、平、枯水過程以及外海邊界大、中、小潮差的基礎(chǔ)上，共設(shè)計了六種設(shè)計水文條件，詳見表1。

表1 六種設(shè)計水文條件

3.2 計算結(jié)果

在上文選取的六種設(shè)計水文條件下，情景1至情景4水文條件下計算的COD總?cè)萘糠謩e為413.6 t、403.7 t、390.3 t、387.3 t，情景5和情景6水文條件下計算的COD總?cè)萘糠謩e為234.9 t、193.6 t。

分析計算結(jié)果可知，情景1至情景4水文條件下計算的COD總?cè)萘枯^為接近，情景5至情景6水文條件下計算的COD總?cè)萘枯^為接近，情景1至情景4水文條件下計算的COD總?cè)萘匡@著大于情景5至情景6水文條件下計算的COD總?cè)萘?。由此可見，外海邊界潮位?shù)據(jù)對計算結(jié)果影響較大。

情景1至情景6水文條件下計算的COD總?cè)萘看笮椋呵榫?＞情景2＞情景3＞情景4＞情景5＞情景6。由此可見，上游邊界豐水期計算的環(huán)境容量最大，枯水期計算的環(huán)境容量最小，外海邊界大潮差條件下計算的環(huán)境容量最大，其次為中潮差條件下，再次為小潮差條件下，利用調(diào)和常數(shù)計算的潮位作為外海邊界條件下，計算的環(huán)境容量最小。

4 結(jié)果與討論

（1）利用MIKE 21軟件的HD、AD模塊構(gòu)建珠海高欄港經(jīng)濟(jì)區(qū)近岸海域水環(huán)境數(shù)學(xué)模型，并對模型進(jìn)行率定，率定結(jié)果表明各測點的水文、水質(zhì)計算值與實測值吻合良好，該模型可用于模擬 該區(qū)域的水文水質(zhì)變化過程。

（2）運用構(gòu)建的水環(huán)境數(shù)學(xué)模型模擬了六種不同水文條件下COD總的環(huán)境容量，結(jié)果表明情景1至情景4水文條件下計算結(jié)果較為接近，情景5至情景6水文條件下計算結(jié)果較為接近，情景1至情景4水文條件下計算結(jié)果顯著大于情景5至情景6水文條件下計算結(jié)果，由此可見，外海邊界潮位數(shù)據(jù)對計算結(jié)果影響較大。

情景1至情景6水文條件下計算的COD總?cè)萘看笮椋呵榫?＞情景2＞情景3＞情景4＞情景5＞情景6。由此可見，上游邊界豐水期計算的環(huán)境容量最大，枯水期計算的環(huán)境容量最小，外海邊界大潮差條件下計算的環(huán)境容量最大，其次為中潮差條件下，再次為小潮差條件下，利用調(diào)和常數(shù)計算的潮位作為外海邊界條件下，計算的環(huán)境容量最小。