瀕海排污區(qū)納污能力核定設(shè)計(jì)水文條件研究

馬少杰，李 茜，符云琳，程乾坤，方 皓，劉 舸

（1.廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院，廣東廣州 510655；2.佛山市水體新型污染物防治工程技術(shù)研究中心，廣東佛山 528216）

1 研究范圍

研究范圍主要為廣東黃茅海東部區(qū)域，上游河流邊界至銀洲湖官?zèng)_水位站，雞啼門水道上的雞啼門大橋處，虎跳門水道西炮臺(tái)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)國控監(jiān)測點(diǎn)位GD0411處，上游河道計(jì)算流量，海域范圍計(jì)算潮位。控制點(diǎn)見圖1。

圖1 研究范圍及水文計(jì)算點(diǎn)位分布圖

2 水文參數(shù)與計(jì)算情景

2.1 大范圍外海模型

大范圍外海模型上邊界為西江高要、北江石角、東江博羅、流溪河及潭江上游，考慮到老鴉崗和石咀在潮流界內(nèi)，故模擬過程將其流量邊界各上延35 km，外海下邊界設(shè)置在100 m 等深線處，計(jì)算范圍采用三角形非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分。

2.2 設(shè)計(jì)水文條件

水環(huán)境容量計(jì)算時(shí)往往選取不利水文條件，若水文條件太苛刻則容量計(jì)算結(jié)果會(huì)很小，在現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下難以實(shí)施。河口一般綜合考慮上游河道來水和潮差的綜合影響，對(duì)于上游河道來水則為90%保證率最枯月流量（低水位）或近10年最枯月平均流量，對(duì)于潮汐影響則考慮保證率為10%、50%和90%潮差，近岸海域的潮位邊界一般選用不利潮差對(duì)應(yīng)的歷史實(shí)測潮位過程或人工構(gòu)造潮型作為設(shè)計(jì)水文條件。

綜合研究區(qū)域特點(diǎn)與管理需求，此研究設(shè)定四個(gè)計(jì)算情景，具體如下：情景一，上游入海河道典型豐水過程疊加海域10%頻率大潮差；情景二，上游入海河道典型平水過程疊加海域10%頻率大潮差；情景三，上游入海河道典型枯水過程疊加海域50%頻率中潮差；情景四，上游入海河道典型枯水過程疊加海域90%頻率小潮差。

3 水環(huán)境容量計(jì)算

3.1 計(jì)算方法與主要計(jì)算參數(shù)

3.1.1 計(jì)算方法

目前海域環(huán)境容量計(jì)算主要有整體海域水質(zhì)控制法、水質(zhì)控制點(diǎn)法和排污區(qū)允許范圍控制法三大類。此研究采用以排污區(qū)允許范圍為控制原則，利用數(shù)值模型進(jìn)行試算，計(jì)算范圍采用非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格邊長在700～1 000 m，靠近岸邊海域根據(jù)模型計(jì)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。

3.1.2 規(guī)劃排污區(qū)確定

排污區(qū)主要基于現(xiàn)狀直排口和規(guī)劃直排口設(shè)置，除1#排放口（位于高欄港口航運(yùn)區(qū)）和2#排放口（位于雞啼門保留區(qū)）外，其他直排口和規(guī)劃排污口均位于上述排污口附近或依托排放。因此，按1#和2#兩個(gè)排污區(qū)進(jìn)行計(jì)算。

3.1.3 排污混合區(qū)設(shè)置

排污混合區(qū)指污水排放口附近的允許超標(biāo)區(qū)域，目標(biāo)海域較為開闊，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和區(qū)域管理實(shí)際，此研究排污混合區(qū)的范圍確定為Aa≤3 km2。

3.2 鉛環(huán)境容量計(jì)算

3.2.1 計(jì)算情景

此研究設(shè)計(jì)水文邊界條件共設(shè)置四種情景，上游入海河道考慮豐、平、枯水過程，外海邊界考慮10%、50%、90%潮差；設(shè)計(jì)水質(zhì)邊界條件根據(jù)水質(zhì)現(xiàn)狀監(jiān)測和水質(zhì)目標(biāo)限值進(jìn)行確定。各情景水文水質(zhì)邊界條件見表1。

表1 水文水質(zhì)邊界條件表

3.2.2 計(jì)算結(jié)果與討論

經(jīng)計(jì)算，1#排污區(qū)各情景的鉛環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果為1 088.51～1 224.51 kg/a，2#排污區(qū)各情景的計(jì)算結(jié)果為80.01～140.82 kg/a，情景一至情景四計(jì)算結(jié)果逐次變小。各情景鉛環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 鉛環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果表

從情景一和情景二計(jì)算結(jié)果對(duì)比來看，在10%大潮差工況下1#排污區(qū)平水過程比豐水過程環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果小2.46%，2#排污區(qū)平水過程比豐水過程環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果小10.94%，說明靠近河口的B 排污區(qū)環(huán)境容量計(jì)對(duì)受入海河流豐枯影響較大，遠(yuǎn)離河口海域相對(duì)較開闊的1#排污區(qū)，受河海河流豐枯影響相對(duì)較小。從情景三和情景四計(jì)算結(jié)果對(duì)比來看，在入海河流枯水過程工況下，1#排污區(qū)小潮差比中潮差環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果小8.31%，2#排污區(qū)小潮差比中潮差環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果小31.51%，河口區(qū)受潮差情況影響大可能與局部環(huán)流或統(tǒng)計(jì)小潮差結(jié)果更小有關(guān)，后續(xù)研究中需要進(jìn)一步分析可能的影響參數(shù)并做敏感性分析。為避免水文參數(shù)不確定性對(duì)水環(huán)境安全的影響，一般設(shè)置各排污區(qū)允許分配排污量時(shí)會(huì)保留10%～20%的富余度，即各排污口可利用允許排污量取計(jì)算環(huán)境容量的80%～90%。

4 結(jié)語

總體來說目標(biāo)區(qū)域潮差對(duì)計(jì)算結(jié)果影響大于入海河流流量變化，排污區(qū)附近河流徑流量越小、距河口越遠(yuǎn)受入海河流豐枯影響越小受潮差影響越大。相比之下，入海河道枯水過程（90%頻率）疊加外海90%小潮差情景最為不利，較計(jì)算結(jié)果最大情景入海河道豐水過程（10%頻率）疊加10%大潮差小14.41%。因受水文地理特征等因素影響，不同水文情景容量結(jié)算結(jié)果往往差別較大，在日常工作中是否選用入海河流徑流過程和潮差雙不利情景的疊加進(jìn)行計(jì)算值得商榷，應(yīng)結(jié)合區(qū)域管理需要合理確定，可根據(jù)水域功能、敏感目標(biāo)分布與區(qū)域發(fā)展定位適當(dāng)取舍。因此，近岸海域水環(huán)境容量計(jì)算時(shí)可將不利潮型作為重點(diǎn)研究對(duì)象，結(jié)合規(guī)劃排污區(qū)實(shí)際和管理需要適當(dāng)考慮入海河流水文參數(shù)，綜合確定設(shè)計(jì)水文條件。