基于海洋環境容量的入海排污口選址優化研究*

黃華堅 周勁風# 李 嵐 侯雪鵬 黃銳雄

(1.中山大學環境科學與工程學院，廣東 廣州 510275；2.廣東中科環境科技發展有限公司，廣東 廣州 510275；3.華南師范大學環境學院，廣東 廣州 510006)

海灣是連接陸地和海洋的紐帶，是承載自然變化與人類活動的最重要區域之一。由于海灣地理環境相對封閉，水體交換和自凈能力較差，隨著沿海地區社會經濟快速發展，陸域污染源對海灣生態環境產生較大的影響[1-5]。根據《2020年中國海洋生態環境狀況公報》，我國已實施監測的8個海灣生態系統中7個呈亞健康狀態，1個呈不健康狀態。海灣生態環境質量下降與入海河流、直排海污染源均有密切關系[6-9]。

根據《海洋環境保護法》第30條，入海排污口位置的選擇應當符合海洋功能區劃、海水動力條件和有關規定；禁止在海洋自然保護區、重要漁業水域、海濱風景名勝區和其他需要特別保護的區域新建排污口；有條件的地區，應當將排污口深海設置，實行離岸排放。另外，國家、各地方也相繼出臺了入海排污口有關管理辦法。總體來講，目前我國已高度重視入海排污口的監督管理，但相關法律法規及規定還比較宏觀，屬于一般性、方向性的指引，未形成詳細的技術規范。

目前，入海排污口選址研究中，主要針對特定的排污工程采用數值模型模擬，并以水質目標、納污海域影響范圍等為評價依據，從而確定最優的排污口位置。NGUYEN等[10]采用MIKE21模型評估越南峴港市峴港灣3種水道出口方案，最終確定污水排放最佳方式為朝相反方向重建導流墻。KIM等[11]采用EFDC模型模擬了12個排水口場景，結果表明海底的離岸延伸排水口比海面的岸上排水口能更有效地降低海灘上污染物的濃度。LIU等[12]采用三維水動力和水質模型對基隆港和鄰近海域海洋排水系統的最佳排水位置進行比選研究，建議選擇和平島東北部的位置。

為全面評估入海排污口選址的科學性，相關研究逐漸向多指標評估發展。LI等[13]以一座工業廢水處理廠為例，構建了包含2個類別、5個子類別和9個指標的排污口選址評價指標體系。WANG等[14]考慮了海洋環境容量和污水對海洋環境敏感區的影響，構建了區域排污口評價方法。石紅等[15]從水域納污適宜性和排污口工程建設可行性兩方面構建入海排污口選址的生態適宜性評價指標體系。

目前基于數值模型法的特定工程排污口選址研究缺乏對納污海域的整體性評估，忽略了環境風險、工程經濟以及對海洋環境敏感區的影響等重要因素；多指標評估法考慮了不同方面因素的影響，但存在指標過于復雜，針對性不強等問題。針對現有研究的不足，以納污海域環境容量為前提，以我國海洋環境保護法律法規、政策文件為主要依據，構建入海排污口選址評價指標體系，使入海排污口選址更有操作性。

1 方法與數據

1.1 評價指標

1.1.1 生態環境指標

(1) 環境容量

海洋環境容量的大小與納污海域水文條件、水質目標、污染物理化特性等因素有關，入海排污口建設工程需充分考慮納污海域現有以及規劃入海排污情況，以環境容量為基礎，科學地開展排污口選址，以實現海域整體水環境質量持續好轉。本研究環境容量指標采用環境容量利用率進行評價，即按工程排放的主要污染物排放量與所選站位環境容量的占比的最大值進行等級分配，參考文獻[14]確定環境容量利用率的分級。

(2) 入海方式

根據《海洋環境保護法》，在有條件的地區，應當將排污口深海設置，實行離岸排放。根據《污水海洋處置工程污染控制標準》(GB 18486—2001)，擴散器起點離低潮線應至少達200.0 m。因此本研究入海方式評價指標分為離岸排放和岸邊排放。

(3) 對海洋功能區的影響程度

根據《海洋環境保護法》，設置陸源污染物深海離岸排放排污口，應當根據海洋功能區劃、海水動力條件等有關情況確定。本研究海洋功能區的影響程度指標采用工程排放的主要污染物對海洋功能區最大增值濃度占標率的最大值進行評價，參考文獻[14]確定本研究海洋功能區影響程度的分級。

(4) 對海洋環境敏感區的影響程度

《海洋環境保護法》明確指出，在海洋自然保護區、重要漁業水域、海濱風景名勝區和其他需要特別保護的區域，不得新建排污口。入海排污口選址應盡量遠離海洋環境敏感區，降低對海洋環境敏感區的影響程度。本研究海洋環境敏感區的影響程度指標采用工程排放的主要污染物對海洋環境敏感區最大增值濃度占標率的最大值進行評價，參考《近岸海域生態環境質量評價技術導則》(征求意見稿)中近岸海域生態環境質量變化評價，確定本研究海洋環境敏感區影響程度的分級。

1.1.2 環境風險指標

(1) 海底沖淤強度

海床穩定性對海底管線工程的安全性有較大程度的影響，在強背景沖淤海域，可能造成海底管線的出露、懸空、破損和變形等。本研究選取海底沖淤強度作為海床穩定性的評價指標，參考文獻[16]確定本研究海底沖淤強度的分級。

(2) 海洋開發利用情況

根據《鋪設海底電纜管道管理規定實施辦法》，入海排污口在選擇位置以及管道路由時，應盡量避免穿越海底設施和其他海洋開發區。凡需在海底電纜、管道路由兩側各3 704.0 m(港內為兩側各100.0 m)范圍內從事可能危及海底電纜、管道安全和使用效能的作業的，應事先與所有者協商并報經主管機關批準。根據《航道法》，新建、改建、擴建跨越、穿越航道的橋梁、隧道、管道、纜線等建筑物、構筑物，應當符合航道通航要求。禁止在航道和航道保護范圍內傾倒砂石、泥土、垃圾以及其他廢棄物。本研究將排污管道與海洋開發利用活動的位置關系作為評價指標。

1.1.3 工程經濟指標

本研究采用入海管道敷設長度作為工程經濟的評價指標。翟雅男[17]對全國入海排污口，尤其是廣東、遼寧、江蘇、浙江、廣西和海南等省份進行了詳細調研，根據統計結果，離岸距離在1 000.0 m以內的排污口數量約占40%，5 000.0 m以內的排污口數量約占67%。參考以上統計情況，確定本研究入海管道敷設長度的分級。

1.2 評分標準

在符合相關法律法規以及海洋功能區劃的前提下，根據上述評價指標進行等級劃分和賦值，分別為較適宜、適宜、基本適宜和不適宜，對應分值分別為4.0、3.0、2.0、1.0分，詳見表1。

表1 入海排污口選址評價指標評分標準Table 1 Criteria of the evaluation index for the site selection of marine outfalls

1.3 權重確定

采用層次分析法確定指標權重，并邀請行業專家對各層次評價指標的重要性進行判斷。經計算及檢驗，最終得到各指標的權重，詳見圖1。

圖1 入海排污口選址評價指標及其權重Fig.1 Evaluation indexes and their weights for the site selection of marine outfalls

2 應用實例

2.1 工程概況

某石化工業污水處理廠位于廣東珠海經濟技術開發區，擬采用排海方式處理尾水，污水處理廠處理規模為9.0×104m3/d，回用3.5×104m3/d，尾水排放規模為5.5×104m3/d。主要污染物為化學需氧量、石油類、氨氮、總磷和總氮等，排放許可限值分別為40.0、1.0、5.0、0.5、15.0 mg/L。根據污水處理廠建設位置，結合工程周邊海水水質狀況、水動力擴散條件、功能區劃以及海域開發利用情況進行排污口位置初選，確定了3個初選點位，具體見圖2和表2。

圖2 污水處理廠入海排污口初選點位位置Fig.2 Preliminary sites of marine outfalls of the sewage treatment plant

表2 入海排污口初選點位空間信息Table 2 Spatial information of preliminary sites of marine outfalls

2.2 排污口選址評價

采用Mike21 FM模型對研究海域進行模擬，基于計算范圍內常規水位站(高欄站)和3個水文測點的實測數據進行模型驗證。在構建海洋水環境模型的基礎上，根據研究海域海洋功能區劃、現有與規劃入海排污口設置、養殖水域灘涂規劃等情況，共設置了25個入海排污口(見圖3)以及262個水質控制點。依據分區達標法采用線性規劃模型求解研究海域的海洋環境容量。

圖3 模擬范圍與入海排污口設置Fig.3 Simulation range and setting of marine outfalls

經環境容量計算、海洋功能區與海洋環境敏感區影響預測以及其他評價指標計算，得到3個初選點位評分值，詳見表3。

表3 入海排污口初選點位評分結果Table 3 Scores for preliminary sites of marine outfalls

2.3 結果分析

經對比分析，牛龍咀東南(3#)環境容量最小，對海洋環境敏感區水質影響程度最大；南逕灣防波堤(2#)由于防波堤的阻隔作用，附近出現水流旋渦，污染物不容易擴散，形成高污染濃度帶，對排污口所在海洋功能區水質影響程度最大，并且入海管道敷設距離最長；荷包島碼頭(1#)環境容量最大，對海洋環境敏感區水質影響最小。3個入海排污口初選點位評分分別為4.0、3.7、3.4分，從環境/經濟費用效益角度來看，荷包島碼頭(1#)>南逕灣防波堤(2#)>牛龍咀東南(3#)。

3 結論與展望

(1) 構建了入海排污口選址評價指標體系，并以珠海市某石化工業污水處理廠為例，對3個入海排污口初選點位從環境/經濟費用效益角度做了優化選擇，最終確定荷包島碼頭(1#)為最優點位。

(2) 該研究首先考慮了納污海域環境容量，以整體環境容量最優化為前提，同時在設置評價指標時緊密結合了我國海洋環境保護法律法規、政策文件，使入海排污口選址有關規定更有操作性，為政府相關部門加強和規范入海排污口監督管理提供技術支撐。

(3) 該研究尚存在一定的不足之處，工程技術方面的指標相對簡化，今后的研究在有更多數據資料支撐的前提下應增加更合理的指標。另外，該研究尚缺乏對不同海洋功能區及海洋環境敏感區影響進行量化的經濟分析，未把環境影響的經濟量化結果納入優化比選中。