基于海洋环境容量的入海排污口选址优化研究*

2022-11-23黄华坚周劲风侯雪鹏黄锐雄

环境污染与防治 2022年11期

黄华坚周劲风# 李岚侯雪鹏黄锐雄

(1.中山大学环境科学与工程学院，广东广州 510275；2.广东中科环境科技发展有限公司，广东广州 510275；3.华南师范大学环境学院，广东广州 510006)

海湾是连接陆地和海洋的纽带，是承载自然变化与人类活动的最重要区域之一。由于海湾地理环境相对封闭，水体交换和自净能力较差，随着沿海地区社会经济快速发展，陆域污染源对海湾生态环境产生较大的影响[1-5]。根据《2020年中国海洋生态环境状况公报》，我国已实施监测的8个海湾生态系统中7个呈亚健康状态，1个呈不健康状态。海湾生态环境质量下降与入海河流、直排海污染源均有密切关系[6-9]。

根据《海洋环境保护法》第30条，入海排污口位置的选择应当符合海洋功能区划、海水动力条件和有关规定；禁止在海洋自然保护区、重要渔业水域、海滨风景名胜区和其他需要特别保护的区域新建排污口；有条件的地区，应当将排污口深海设置，实行离岸排放。另外，国家、各地方也相继出台了入海排污口有关管理办法。总体来讲，目前我国已高度重视入海排污口的监督管理，但相关法律法规及规定还比较宏观，属于一般性、方向性的指引，未形成详细的技术规范。

目前，入海排污口选址研究中，主要针对特定的排污工程采用数值模型模拟，并以水质目标、纳污海域影响范围等为评价依据，从而确定最优的排污口位置。NGUYEN等[10]采用MIKE21模型评估越南岘港市岘港湾3种水道出口方案，最终确定污水排放最佳方式为朝相反方向重建导流墙。KIM等[11]采用EFDC模型模拟了12个排水口场景，结果表明海底的离岸延伸排水口比海面的岸上排水口能更有效地降低海滩上污染物的浓度。LIU等[12]采用三维水动力和水质模型对基隆港和邻近海域海洋排水系统的最佳排水位置进行比选研究，建议选择和平岛东北部的位置。

为全面评估入海排污口选址的科学性，相关研究逐渐向多指标评估发展。LI等[13]以一座工业废水处理厂为例，构建了包含2个类别、5个子类别和9个指标的排污口选址评价指标体系。WANG等[14]考虑了海洋环境容量和污水对海洋环境敏感区的影响，构建了区域排污口评价方法。石红等[15]从水域纳污适宜性和排污口工程建设可行性两方面构建入海排污口选址的生态适宜性评价指标体系。

目前基于数值模型法的特定工程排污口选址研究缺乏对纳污海域的整体性评估，忽略了环境风险、工程经济以及对海洋环境敏感区的影响等重要因素；多指标评估法考虑了不同方面因素的影响，但存在指标过于复杂，针对性不强等问题。针对现有研究的不足，以纳污海域环境容量为前提，以我国海洋环境保护法律法规、政策文件为主要依据，构建入海排污口选址评价指标体系，使入海排污口选址更有操作性。

1 方法与数据

1.1 评价指标

1.1.1 生态环境指标

(1) 环境容量

海洋环境容量的大小与纳污海域水文条件、水质目标、污染物理化特性等因素有关，入海排污口建设工程需充分考虑纳污海域现有以及规划入海排污情况，以环境容量为基础，科学地开展排污口选址，以实现海域整体水环境质量持续好转。本研究环境容量指标采用环境容量利用率进行评价，即按工程排放的主要污染物排放量与所选站位环境容量的占比的最大值进行等级分配，参考文献[14]确定环境容量利用率的分级。

(2) 入海方式

根据《海洋环境保护法》，在有条件的地区，应当将排污口深海设置，实行离岸排放。根据《污水海洋处置工程污染控制标准》(GB 18486—2001)，扩散器起点离低潮线应至少达200.0 m。因此本研究入海方式评价指标分为离岸排放和岸边排放。

(3) 对海洋功能区的影响程度

根据《海洋环境保护法》，设置陆源污染物深海离岸排放排污口，应当根据海洋功能区划、海水动力条件等有关情况确定。本研究海洋功能区的影响程度指标采用工程排放的主要污染物对海洋功能区最大增值浓度占标率的最大值进行评价，参考文献[14]确定本研究海洋功能区影响程度的分级。

(4) 对海洋环境敏感区的影响程度

《海洋环境保护法》明确指出，在海洋自然保护区、重要渔业水域、海滨风景名胜区和其他需要特别保护的区域，不得新建排污口。入海排污口选址应尽量远离海洋环境敏感区，降低对海洋环境敏感区的影响程度。本研究海洋环境敏感区的影响程度指标采用工程排放的主要污染物对海洋环境敏感区最大增值浓度占标率的最大值进行评价，参考《近岸海域生态环境质量评价技术导则》(征求意见稿)中近岸海域生态环境质量变化评价，确定本研究海洋环境敏感区影响程度的分级。

1.1.2 环境风险指标

(1) 海底冲淤强度

海床稳定性对海底管线工程的安全性有较大程度的影响，在强背景冲淤海域，可能造成海底管线的出露、悬空、破损和变形等。本研究选取海底冲淤强度作为海床稳定性的评价指标，参考文献[16]确定本研究海底冲淤强度的分级。

(2) 海洋开发利用情况

根据《铺设海底电缆管道管理规定实施办法》，入海排污口在选择位置以及管道路由时，应尽量避免穿越海底设施和其他海洋开发区。凡需在海底电缆、管道路由两侧各3 704.0 m(港内为两侧各100.0 m)范围内从事可能危及海底电缆、管道安全和使用效能的作业的，应事先与所有者协商并报经主管机关批准。根据《航道法》，新建、改建、扩建跨越、穿越航道的桥梁、隧道、管道、缆线等建筑物、构筑物，应当符合航道通航要求。禁止在航道和航道保护范围内倾倒砂石、泥土、垃圾以及其他废弃物。本研究将排污管道与海洋开发利用活动的位置关系作为评价指标。

1.1.3 工程经济指标

本研究采用入海管道敷设长度作为工程经济的评价指标。翟雅男[17]对全国入海排污口，尤其是广东、辽宁、江苏、浙江、广西和海南等省份进行了详细调研，根据统计结果，离岸距离在1 000.0 m以内的排污口数量约占40%，5 000.0 m以内的排污口数量约占67%。参考以上统计情况，确定本研究入海管道敷设长度的分级。

1.2 评分标准

在符合相关法律法规以及海洋功能区划的前提下，根据上述评价指标进行等级划分和赋值，分别为较适宜、适宜、基本适宜和不适宜，对应分值分别为4.0、3.0、2.0、1.0分，详见表1。

表1 入海排污口选址评价指标评分标准Table 1 Criteria of the evaluation index for the site selection of marine outfalls

1.3 权重确定

采用层次分析法确定指标权重，并邀请行业专家对各层次评价指标的重要性进行判断。经计算及检验，最终得到各指标的权重，详见图1。

图1 入海排污口选址评价指标及其权重Fig.1 Evaluation indexes and their weights for the site selection of marine outfalls

2 应用实例

2.1 工程概况

某石化工业污水处理厂位于广东珠海经济技术开发区，拟采用排海方式处理尾水，污水处理厂处理规模为9.0×104m3/d，回用3.5×104m3/d，尾水排放规模为5.5×104m3/d。主要污染物为化学需氧量、石油类、氨氮、总磷和总氮等，排放许可限值分别为40.0、1.0、5.0、0.5、15.0 mg/L。根据污水处理厂建设位置，结合工程周边海水水质状况、水动力扩散条件、功能区划以及海域开发利用情况进行排污口位置初选，确定了3个初选点位，具体见图2和表2。

图2 污水处理厂入海排污口初选点位位置Fig.2 Preliminary sites of marine outfalls of the sewage treatment plant

表2 入海排污口初选点位空间信息Table 2 Spatial information of preliminary sites of marine outfalls

2.2 排污口选址评价

采用Mike21 FM模型对研究海域进行模拟，基于计算范围内常规水位站(高栏站)和3个水文测点的实测数据进行模型验证。在构建海洋水环境模型的基础上，根据研究海域海洋功能区划、现有与规划入海排污口设置、养殖水域滩涂规划等情况，共设置了25个入海排污口(见图3)以及262个水质控制点。依据分区达标法采用线性规划模型求解研究海域的海洋环境容量。

图3 模拟范围与入海排污口设置Fig.3 Simulation range and setting of marine outfalls

经环境容量计算、海洋功能区与海洋环境敏感区影响预测以及其他评价指标计算，得到3个初选点位评分值，详见表3。

表3 入海排污口初选点位评分结果Table 3 Scores for preliminary sites of marine outfalls

2.3 结果分析

经对比分析，牛龙咀东南(3#)环境容量最小，对海洋环境敏感区水质影响程度最大；南迳湾防波堤(2#)由于防波堤的阻隔作用，附近出现水流旋涡，污染物不容易扩散，形成高污染浓度带，对排污口所在海洋功能区水质影响程度最大，并且入海管道敷设距离最长；荷包岛码头(1#)环境容量最大，对海洋环境敏感区水质影响最小。3个入海排污口初选点位评分分别为4.0、3.7、3.4分，从环境/经济费用效益角度来看，荷包岛码头(1#)>南迳湾防波堤(2#)>牛龙咀东南(3#)。