洋口港污水排海工程排污口选划研究

王心海，詹水芬，彭士涛，于 航

（交通运输部天津水运工程科学研究所水路交通环境保护技术交通行业重点实验室，天津 300456）

20世纪90年代至今，前人在排污口的选划方面作了大量研究，孙长青等［1-5］通过建立拉格朗日余流数值模型和潮流污染物扩散水质模型，预测入海污染物的稀释扩散和迁移运动，对海南等地的排污口位置进行了研究。随着排污工程规模的扩大，其建成后是否能安全稳定的运行，目前相关研究尚少。针对现状，在已有研究成果和工程经验基础上，综合考虑环境和工程因素，对洋口港污水排海工程的排污口进行了选划研究。

1 工程环境概况

拟建南通市洋口港污水排海工程位于南通市如东县洋口港西太阳沙人工岛周边海域。洋口港位于黄沙洋主槽与烂沙洋深槽汇合处。西太阳沙人工岛位于烂沙洋水道西部。

2 排污口选划

2.1 排污口选取的方法及原则

先定性后定量的选取是目前污水排海工程排污口选划常用的方法。定性选取主要是根据区域规划、水动力条件、海岸地形特点、海域资源分布特征和水质条件等提出排污口位置的初步方案；定量选取则是在初步方案的基础上，对各个方案进行相关水环境影响分析、泥沙场泥沙冲淤分析及工程技术经济性分析等。

同时，排污口位置应保证能够将污水输向外海，不对沿岸养殖水域、风光旅游区产生不良影响，应遵循以下主要基本原则和约束条件［1-2］：（1）符合海洋功能区划；（2）满足水深不小于7 m的要求；（3）应尽可能减少对周围海洋生态环境造成的影响；（4）有较强的水动力条件；（5）管廊附近海床稳定、冲淤幅度较小；（6）尽可能避开航道、码头和港口等交通繁忙的海区。

2.2 初步方案的选取

排污口初选是进行排污口选划的基础，能大大减少后续研究工作量。洋口港污水排海工程排污口位置初选主要是根据排污口选取原则和方法，结合洋口港当地的区域规划、海域功能区划和工程环境条件，通过分析项目基础数据和现场调查，定性地确定排污口初步选址方案。

2.3 水环境影响研究

污水排海后，受到海水的生物、化学和物理等多种作用而稀释扩散，在较强海水稀释扩散条件下，在很小区域内即可得到充分稀释，对周边的海洋环境基本不会造成污染，即使有污染，程度和范围也都极小，由此可见水环境条件的选取极其重要，其中物理过程是最重要的因素，也是目前进行排海水环境条件选取及研究排海水环境影响的主要考虑因素，已有大量相关研究，通过建立污染物输移扩散水质模型和拉格朗日质点追踪模型的方法，模拟污水质点输运的轨迹、运移扩散，预测排污对周围海域造成的影响范围——混合区面积和稀释浓度，进而选出较佳的排污口位置。本文通过建立污染物输移扩散水质模型，对洋口港污水排海后的水环境影响进行了研究，同时鉴于排海工程在离排污点一定距离处，污染物在水深方向混合基本均匀，通过建立二维平均水深对流扩散模型，以COD为例预测了污染物的稀释扩散，二维平均水深的对流扩散模型方程如下［6］

式中：C为沿水深平均浓度；H为水深；u、v分别为x、y方向流速；Kx、Ky为x、y方向的扩散系数；Sm为排放源。

2.4 泥沙场及泥沙冲淤研究

排污口位置的潮流泥沙场及泥沙冲淤状况关系到排污管线是否会因泥沙运动发生塌陷断裂及其喷口会淤塞而不能正常稳定运行。此前的排污工程离岸较近，泥沙问题不是很突出，相关研究较少，但是随着大规模深水排污工程的建设，泥沙场及泥沙冲淤影响整个排污工程安全正常运行的问题越来越突出。

目前可以采用数值模拟和物理模型的方法，分析排污口区域泥沙场及滩槽冲淤变化，并预测工程建成后的运行状况。鉴于洋口港污水排海工程海域泥沙环境特点，本文通过建立泥沙数学模型，并结合近年水下地形测图，分析了其泥沙冲淤、滩槽演变规律以及排污海域泥沙环境的影响，二维泥沙数学模型方程如下［7-9］

回收的40份问卷里，36份(90%)的脑瘫儿童家长伴有抑郁焦虑情绪；单纯抑郁5例(12.5%)，单纯焦虑1例(2.5%)。同时合并有抑郁和焦虑的家长有31例(77.5%)。

式中：u、v分别为x、y方向的流速；h为海底到静止海面的距离；ζ为自静止海面向上的海面起伏距离；Dx、Dy分别为x、y方向的泥沙扩散系数；S为铅直方向积分的水体含沙浓度；Fs为泥沙源汇函数或床面冲淤函数。

2.5 工程技术经济分析

污水经济排放与排污口选划有着密切的联系，理论上排污口离岸距离越远、水深越大，排放效果越好，但排海管线越长，施工风险越大，造价也越高，因而实际操作时，应充分结合当地工程实际情况，综合考虑工程的施工难度和造价，最后得出环境效果和工程效益最大的方案。

3 综合分析

3.1 排污口初选方案

排污口位置初步方案拟选在西太阳沙人工岛附近海域（表1和图1）。

3.2 水动力及水环境影响分析

潮流动力模拟结果表明，排污口海域为强潮海区，平均涨潮流速介于0.98～1.03 m/s，落潮介于0.79～1.07 m/s，最大流速可达2.43 m/s，且总落量大于总涨量，全潮潮量为正，利于污染物向外海扩散。因此，从潮流动力学条件考虑3个排污口方案都是可行的。但是排污口1的平均流速为1.1 m/s，排污口2为0.9 m/s，排污口3为0.85 m/s，排污口1的平均流速最大，潮流动力学条件明显强于排污口2和排污口3。

表1 排污口初选方案Tab.1 Preliminary scheme of sewage outfall

通过扩散模型计算，一个涨落潮周期的COD超标面积和距离见表2。由表2可知，无论是大潮还是小潮，超2类水质的COD影响面积和距离均不大，相比而言，小潮的影响范围明显大于大潮影响范围。其中，排污口1的超标面积和距离明显小于另外2个排污口，对水环境造成的影响最小，而排污口3的最大，且相对靠近滩涂养殖区，考虑到排污对养殖区可能造成影响，不推荐采用。

表2 COD超标面积和距离Tab.2 Exceeding standard area and distance of COD

综上所述，推荐采用排污口1，排污口2次之，不推荐采用排污口3。

3.3 泥沙场及泥沙冲淤分析

由洋口港海域的1994年1：100 000和2003年1：75 000地形测图的对比可知，烂沙洋各水道等深线变化趋势基本相同，除头部区域有所摆动外，平面位置总体稳定。其中，排污口1和排污口2所处的烂沙洋北水道和中水道有所淤积，平均淤积厚度为0.30 m，但两水道水面宽阔，水深较大，拟定排污口位置的-9.0 m水深多年来一直较稳定。同时，排污口3位于南水道尾部西侧海域，其上段水深基本上呈刷深之势，对本排污工程有利。可见，3个排污口附近岸滩整体上稳定，都是可行的。但是由于排污口2处于烂沙洋北、中、南3条水道交汇处，其海洋环境论证涉及到人工岛安全问题，水环境条件复杂，影响因素较多，不推荐采用。

其次，由泥沙模型计算结果可知，一方面，排污工程近期每天处理的水量仅占南水道总潮量的0.001 6%，十分有限，且沙量很小，只对工程海区附近悬沙场稍有影响，不会对烂沙洋水道水流及地形冲淤演变造成影响，也不会对地形的冲淤变化产生影响。同时，含沙量的降低对排污口附近水深的维护有利。

综上所述，不推荐采用排污口2，优先推荐排污口1和排污口3。

3.4 工程技术经济分析

3.4.1 路由方案

根据初选排污口位置，污水管道由污水处理厂引

出后，经一期围垦区陆域及其与人工岛连接的管廊桥，其后路由考虑如下：路由1，由管廊桥尾部下海，抵达排污口1；路由2，经由西太阳沙人工岛下海，抵达排污口2；路由3，由管廊桥中部下海，抵达排污口3（图1和表3）。

3.4.2 工程技术比选

根据各路由方案的工程环境，都需要经过陆域、管廊桥、海域及大堤等环境区域，其具体施工方法如下：围垦区陆域管道埋设于绿化带处，穿越大堤采用顶管施工，海底管道采用拖管并挖沟埋设，管廊桥管道敷设于桥梁。因此，就工程技术性而言，3个方案都是可行的。

3.4.3 工程经济比选

根据路由工程量和施工要求，排污管线工程投资估算见表3，其中路由1、路由2和路由3的总投资分别为17 625万元、25 873万元和10 010万元。由表3可知，从工程经济而言，路由2明显劣于其他2个方案，因此不推荐采用，路由3经济性最好，路由1次之。

3.5 小结

综上分析，上述排污口初步方案都能满足海洋功能区划和排污口设置的要求。排污口3的经济性最好，但扩散条件差且相对靠近滩涂养殖区，排污口2投资明显高于另外2个方案，而且水环境条件复杂，只有排污口1，扩散条件最好，远离养殖区，且投资较少，因此，综合考虑水动力环境条件、泥沙冲淤、工程技术经济等因素，推荐排污口1和路由1方案。

表3 排污管线路由长度及工程投资Tab.3 Length and project investment of pipeline

4 结论

本文主要通过对洋口港污水排海工程的排污口选划原则、初步方案选取、海域水环境影响、泥沙场泥沙冲淤及工程技术经济性等综合分析，确定了洋口港污水排海工程的最佳排污口位置，这种综合考虑各种影响因素的选划方法，有利于实现排污工程的环保排放。

［1］张永良，阎鸿邦，韦鹤平，等.污水海洋处置技术指南［M］.北京：中国环境科学出版社，1996.

［2］夏青.污水海洋处置工程设计理论与方法［M］.北京：中国环境科学出版社，1996.

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［9］杨树森，李孟国，韩西军，等.南通市洋口港经济开发区一期污水处理排海工程潮流场、悬沙场数模及泥沙冲淤分析计算研究［R］.天津：交通运输部天津水运工程科学研究所，2010.