洋浦经济开发区近岸海域海洋环境容量的研究

2014-04-08翟大顺孙海燕

河南农业大学学报 2014年3期

翟大顺，张坤，孙海燕

(1．湖南农业大学生物科学技术学院，湖南长沙 410126；2．海南洋浦经济开发区环境监测站，海南儋州 578101)

近岸海域海洋环境容量是涉及到滨海地区可持续发展的重大问题，近岸海域有着丰富的渔业、矿产、水、旅游等资源，是维系着滨海地区社会经济发展的重要保障，是重要的资源地[1,2].同时由于受到人类活动、潮汐、对流等多个因素影响，其环境问题具有多维的复杂性.因此,近岸海域海洋环境容量是滨海地区社会发展与科学研究的关键.水质评价能够确定出近岸海域的水质薄弱点,在此基础上进一步研究水环境纳污能力，定量的确定区域污染物允许排放量，是水环境管理的技术基础[3,4].当前,水环境容量多是通过确定机理参数代入污染物水动力或扩散方程模拟水质状态，可以较精确模拟污染物迁移转化过程，从而给滨海地区城市建设和工业发展规划提供有力的数据参数[5～7].洋浦经济开发区是国务院1992年批准设立的享受保税区政策的国家级开发区.2007年又批准在开发区内设立海南洋浦保税港区.现有面积30 km2，规划面积120 km2.现在洋浦经济开发区(以下简称洋浦)的开发、建设条件日臻完善，重大项目引进、基础设施和环境建设卓有成效，大型临港工业基地的总体构架初步形成.随着金海浆纸、海南炼化、石油储备及大乙烯项目在洋浦建设，给洋浦的开发建设和工业经济带来了突飞猛进，但同时也给洋浦尤其是洋浦近岸海域带来了前所未有的环境压力.本研究通过二维污染物对流扩散方程计算出洋浦近岸海域海洋环境容量，从而测算出洋浦工业经济的发展和污染物的排放对周边近岸海域海洋环境的影响并设计了2套污水排海方案以确保洋浦经济开发区整体规划对近岸海域海水水质影响降至最低，从而长期有效的可持续性发展.

1 洋浦近岸海域海洋水文概况

洋浦海区的潮汐类型为正规日潮，平均涨潮历时12.2 h，落潮历时9.6 h；最高高潮位(洋浦海基准面)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.该海区的潮流性质为不正规半日潮流和不正规日潮流，整个海域涨落潮时存在差异，低潮时洋浦以西开阔海域已经转流，开始涨潮，但以东海域仍处于落潮阶段；新英湾口附近最大流速40 cm·s-1，其它海域流速较小；涨潮中间时，开阔海域潮流速度加大，方向由南向西北，洋浦以东海域，海水涌向新英湾，高潮时流速较小，落潮中间时流速加大，开阔海域方向由北向南，新英湾海水流向外海；在新英湾口内外两侧各存在1个逆时针余流涡，在小铲附近也有余流涡，最大余流速度10 cm·s-1；洋浦海域平均水温27～27.5 ℃.

2 海洋环境容量的计算方法

2.1分析因子

在充分考虑国家水污染物总量控制指标和洋浦规划区实际特征污染物，本研究选择了COD、氨氮和石油类对近岸海域水环境容量[8]进行分析.近岸海域COD、氨氮和石油类的允许排放量与水动力条件、水质保护目标、本底值和排污口位置有关.拟议规划排污口及附近海域水质要求为海水3类标准.根据排污口现状调查和周边点位监测结果，COD海域环境本底最高为0.83 mg·L-1，氨氮本底最高为0.04 mg·L-1，石油类本底最高为0.049 mg·L-1.排放口海域COD、氨氮低于1类海水水质标准，因此对污染物COD、氨氮来说，海域还有环境容量.石油类略低于2类水质标准，因此执行海水4类标准情况下，海域有一定的环境容量.

2.2水污染物来源

拟议规划实施后洋浦经济开发区污水及污染物排放情况见表1.

2.3情景设置

根据规划，做着拟对以下2种排污海情景进行模拟预测.(1)金海浆纸污水通过金海浆纸污水处理厂处理后通过金海浆纸现有排污管排海，排污口离岸距离为1.5 km；规划区其它污水通过处理达标后利用海南炼化排污管排海，排污口离岸1.7 km.(2)在海南炼化现有排污管道南侧150 m左右新建开发区公共排污管道，规划区污水经过各污水处理厂处理后，所有污水均通过新建排污管道排海，新建开发区公共排污管道中心排放口离岸约2.5 km.

2.4水质环境计算参数及方法

计算参数[9～11]选取如下：(1)排放点海域环境本底调查监测结果；(2)排放点海域混合区边界上控制值：混合区边缘按4类标准控制值；(3)混合区包络线的范围控制在面积3.0 km2的海域.

根据以上的计算方法、要求、限制性条件及参数等，对排污口进行反问题模拟求解.规划海域具体水动力条件及采取的计算模型如下：

二维垂向平均潮流水动力模型

水动力基本控制方程：

(1)

(2)

表1 远期(2030年)洋浦规划区污水及污染物排放

(3)

二维扩散方程：

(4)

初始条件：计算开始时刻海域污染物浓度为零.

由于只计算污染物排放产生的增值浓度，因此，开边界的浓度取零.即水边界的边界条件：

污染物扩散模拟计算区域为小区域，网格与流场相同.小区空间计算区域采用三角型进行网格剖分，规划附近区域局部加密，最大网格1 111 m，最小网格57 m，共10 922个网格单元，时间差分由一阶欧拉显式求解，计算网格布置见图1.

图1 小区水流条件计算网格布置

3 最大允许排放量估算

3.1情景1水环境容量计算结果

采用情景1计算规划排放点(两排放管)纳污海域的最大允许排放量和相应的超标混合区限制见表2.由表2可知，在采取金海浆纸和海南炼化2个排污口排放水污染物条件下，规划排放口CODMn最大允许排放量为58 844 t·a-1；氨氮最大允许排放量为6 076 t·a-1；石油类污染物最大允许排放量为4 276 t·a-1.

表2 情景1排放口海域最大允许排放量

3.2情景2水环境容量计算结果

采用情景2计算规划排放点(排污管中心离岸2.5 km)纳污海域的最大允许排放量和相应的超标混合区限制见表3.由表3可知，在采用规划开发区公共排污管排放水污染物条件下(排污管中心离岸2.5 km)，规划排放口CODMn最大允许排放量为90 668 t·a-1；氨氮最大允许排放量为7 132 t·a-1；石油类污染物最大允许排放量为5 565 t·a-1.

表3 情景2排放口海域最大允许排放量

由上述2种情景计算结果表明，由于情景2污水排放口离岸较远，水体扩散能力较强，排污口最大允许水污染物排放量较大.

综上所述，情景2排污口最大允许水污染物排放量大于情景1.

4 规划实施污染物排放预测

根据规划，洋浦经济开发区石油化工产业基地中远期将形成2 000万t炼油、300万t乙烯、150万t丙烯、100万t对二甲苯为龙头，炼油、烯烃、芳烃产业链完整的石化产业体系；林浆纸一体化将形成300万t制浆和400万t造纸产业基地；另外还要建设30万t和20万t修船坞各1座；同时发展新型旅游装备制造和旅游商品加工，重点发展海上游艇、轻型水上飞机、房车、越野和户外运动装备、潜水设备等旅游装备制造业等.根据规划和相关产业排污系数的测算，洋浦经济开发区石油化工产业基地、林浆纸一体化产业基地，临港装备制造业产业基地、综合保税港区和东部生活区的年主要水污染物排放见表4.

表4 洋浦经济开发区评价目标年主要水污染物排放统计

5 水质环境影响预测结果与评价

采用上述污染物模式模拟预测2种情景下远期(2030年)规划污水扩散情况，评价海域污染物增量和污染物浓度统计结果见表5～表7.COD、氨氮、石油类包络线见图2～图4.

表5 COD增量环境影响统计

表6 氨氮增量环境影响统计

表7 远期石油类增量环境影响统计

图2 COD增量包络线浓度场

图3 远期氨氮增量包络线浓度场

图4 远期石油类增量包络线浓度场

由模拟结果可知，污染物排放以后主要随海流涨落往东北-西南方向扩散，高浓度增量集中在排污口附近.表5～表7的计算结果表明，洋浦经济开发区规划实施后，规划区内产生的COD、氨氮和石油类污染物采取上述2种情景排放对周围海域水环境影响均较小，其环境影响主要限制在排污口附近，近期和远期在排入混合区以外海域，COD、氨氮和石油类污染物均能达到Ⅲ类海域水质[12]要求，对排污混合区以外海域水环境影响较小.

另外，通过比较2种情景，情景2的排污口离岸最远，水动力条件最有利于污染物扩散，故污染物扩散范围和影响程度最小.

6 结论

1)COD环境容量分析 . 根据计算结果，在给定排污方案条件下，洋浦开发区CODMn的最大允许排放量为：情景1为58 844 t·a-1；情景2为90 668 t·a-1.据预测， 2030年(远期)洋浦经济开发区CODcr排放量为14 021.99 t·a-1.以洋浦经济开发区污水排放方案最不利情况下考虑(情景1)，规划海域CODMn最大允许排放量为58 844 t·a-1，以CODMn∶CODcr为1∶3来考虑，则洋浦经济开发区2030年排放的COD分别占COD最大允许排放量7.94%，说明洋浦海域COD的环境容量较大，拟议规划实施后排放的COD未超出开发区COD最大允许排放量.

2)氨氮环境容量分析 . 根据计算结果，在给定排污方案条件下，洋浦开发区氨氮的最大允许排放量为：情景1为6 076 t·a-1；情景2为7 132 t·a-1.据预测， 2030年(远期)洋浦经济开发区氨氮排放量为1 143.04 t·a-1.以洋浦经济开发区污水排放方案最不利情况下考虑(情景1)，规划海域氨氮最大允许排放量为6 076 t·a-1，则洋浦经济开发区2030年排放的氨氮分别占氨氮最大允许排放量18.81%，说明洋浦海域氨氮的环境容量较大，拟议规划实施后排放的氨氮未超出开发区氨氮最大允许排放量.

3)石油类环境容量分析. 根据计算结果，在给定排污方案条件下，洋浦开发区石油类的最大允许排放量为：情景1为4 276 t·a-1；情景2为5 565 t·a-1.据预测， 2030年(远期)洋浦经济开发区石油类排放量为75.3 t·a-1.以洋浦经济开发区污水排放方案最不利情况下考虑(情景1)，规划海域石油类最大允许排放量为4 276 t·a-1，则洋浦经济开发区2030年排放的石油类分别占石油类最大允许排放量的1.76%，说明洋浦海域石油类环境容量较大，拟议规划实施后排放的石油类污染物未超出开发区石油类最大允许排放量.

综上所述，拟议规划海域水环境容量较大，洋浦经济开发区规划实施后，规划区排放的COD、氨氮和石油类污染物均未超过最大允许排放量，且COD和石油类污染物占最大允许排放量比值较低.

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