王心海，詹水芬，彭士濤，于 航

（交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所水路交通環(huán)境保護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456）

20世紀(jì)90年代至今，前人在排污口的選劃方面作了大量研究，孫長(zhǎng)青等［1-5］通過(guò)建立拉格朗日余流數(shù)值模型和潮流污染物擴(kuò)散水質(zhì)模型，預(yù)測(cè)入海污染物的稀釋擴(kuò)散和遷移運(yùn)動(dòng)，對(duì)海南等地的排污口位置進(jìn)行了研究。隨著排污工程規(guī)模的擴(kuò)大，其建成后是否能安全穩(wěn)定的運(yùn)行，目前相關(guān)研究尚少。針對(duì)現(xiàn)狀，在已有研究成果和工程經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，綜合考慮環(huán)境和工程因素，對(duì)洋口港污水排海工程的排污口進(jìn)行了選劃研究。

1 工程環(huán)境概況

擬建南通市洋口港污水排海工程位于南通市如東縣洋口港西太陽(yáng)沙人工島周邊海域。洋口港位于黃沙洋主槽與爛沙洋深槽匯合處。西太陽(yáng)沙人工島位于爛沙洋水道西部。

2 排污口選劃

2.1 排污口選取的方法及原則

先定性后定量的選取是目前污水排海工程排污口選劃常用的方法。定性選取主要是根據(jù)區(qū)域規(guī)劃、水動(dòng)力條件、海岸地形特點(diǎn)、海域資源分布特征和水質(zhì)條件等提出排污口位置的初步方案；定量選取則是在初步方案的基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行相關(guān)水環(huán)境影響分析、泥沙場(chǎng)泥沙沖淤分析及工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析等。

同時(shí)，排污口位置應(yīng)保證能夠?qū)⑽鬯斚蛲夂?，不?duì)沿岸養(yǎng)殖水域、風(fēng)光旅游區(qū)產(chǎn)生不良影響，應(yīng)遵循以下主要基本原則和約束條件［1-2］：（1）符合海洋功能區(qū)劃；（2）滿足水深不小于7 m的要求；（3）應(yīng)盡可能減少對(duì)周?chē)Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境造成的影響；（4）有較強(qiáng)的水動(dòng)力條件；（5）管廊附近海床穩(wěn)定、沖淤幅度較??；（6）盡可能避開(kāi)航道、碼頭和港口等交通繁忙的海區(qū)。

2.2 初步方案的選取

排污口初選是進(jìn)行排污口選劃的基礎(chǔ)，能大大減少后續(xù)研究工作量。洋口港污水排海工程排污口位置初選主要是根據(jù)排污口選取原則和方法，結(jié)合洋口港當(dāng)?shù)氐膮^(qū)域規(guī)劃、海域功能區(qū)劃和工程環(huán)境條件，通過(guò)分析項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，定性地確定排污口初步選址方案。

2.3 水環(huán)境影響研究

污水排海后，受到海水的生物、化學(xué)和物理等多種作用而稀釋擴(kuò)散，在較強(qiáng)海水稀釋擴(kuò)散條件下，在很小區(qū)域內(nèi)即可得到充分稀釋?zhuān)瑢?duì)周邊的海洋環(huán)境基本不會(huì)造成污染，即使有污染，程度和范圍也都極小，由此可見(jiàn)水環(huán)境條件的選取極其重要，其中物理過(guò)程是最重要的因素，也是目前進(jìn)行排海水環(huán)境條件選取及研究排海水環(huán)境影響的主要考慮因素，已有大量相關(guān)研究，通過(guò)建立污染物輸移擴(kuò)散水質(zhì)模型和拉格朗日質(zhì)點(diǎn)追蹤模型的方法，模擬污水質(zhì)點(diǎn)輸運(yùn)的軌跡、運(yùn)移擴(kuò)散，預(yù)測(cè)排污對(duì)周?chē)Ｓ蛟斐傻挠绊懛秶旌蠀^(qū)面積和稀釋濃度，進(jìn)而選出較佳的排污口位置。本文通過(guò)建立污染物輸移擴(kuò)散水質(zhì)模型，對(duì)洋口港污水排海后的水環(huán)境影響進(jìn)行了研究，同時(shí)鑒于排海工程在離排污點(diǎn)一定距離處，污染物在水深方向混合基本均勻，通過(guò)建立二維平均水深對(duì)流擴(kuò)散模型，以COD為例預(yù)測(cè)了污染物的稀釋擴(kuò)散，二維平均水深的對(duì)流擴(kuò)散模型方程如下［6］

式中：C為沿水深平均濃度；H為水深；u、v分別為x、y方向流速；Kx、Ky為x、y方向的擴(kuò)散系數(shù)；Sm為排放源。

2.4 泥沙場(chǎng)及泥沙沖淤研究

排污口位置的潮流泥沙場(chǎng)及泥沙沖淤狀況關(guān)系到排污管線是否會(huì)因泥沙運(yùn)動(dòng)發(fā)生塌陷斷裂及其噴口會(huì)淤塞而不能正常穩(wěn)定運(yùn)行。此前的排污工程離岸較近，泥沙問(wèn)題不是很突出，相關(guān)研究較少，但是隨著大規(guī)模深水排污工程的建設(shè)，泥沙場(chǎng)及泥沙沖淤影響整個(gè)排污工程安全正常運(yùn)行的問(wèn)題越來(lái)越突出。

目前可以采用數(shù)值模擬和物理模型的方法，分析排污口區(qū)域泥沙場(chǎng)及灘槽沖淤變化，并預(yù)測(cè)工程建成后的運(yùn)行狀況。鑒于洋口港污水排海工程海域泥沙環(huán)境特點(diǎn)，本文通過(guò)建立泥沙數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合近年水下地形測(cè)圖，分析了其泥沙沖淤、灘槽演變規(guī)律以及排污海域泥沙環(huán)境的影響，二維泥沙數(shù)學(xué)模型方程如下［7-9］

回收的40份問(wèn)卷里，36份(90%)的腦癱兒童家長(zhǎng)伴有抑郁焦慮情緒；單純抑郁5例(12.5%)，單純焦慮1例(2.5%)。同時(shí)合并有抑郁和焦慮的家長(zhǎng)有31例(77.5%)。

式中：u、v分別為x、y方向的流速；h為海底到靜止海面的距離；ζ為自靜止海面向上的海面起伏距離；Dx、Dy分別為x、y方向的泥沙擴(kuò)散系數(shù)；S為鉛直方向積分的水體含沙濃度；Fs為泥沙源匯函數(shù)或床面沖淤函數(shù)。

2.5 工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

污水經(jīng)濟(jì)排放與排污口選劃有著密切的聯(lián)系，理論上排污口離岸距離越遠(yuǎn)、水深越大，排放效果越好，但排海管線越長(zhǎng)，施工風(fēng)險(xiǎn)越大，造價(jià)也越高，因而實(shí)際操作時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ虒?shí)際情況，綜合考慮工程的施工難度和造價(jià)，最后得出環(huán)境效果和工程效益最大的方案。

3 綜合分析

3.1 排污口初選方案

排污口位置初步方案擬選在西太陽(yáng)沙人工島附近海域（表1和圖1）。

3.2 水動(dòng)力及水環(huán)境影響分析

潮流動(dòng)力模擬結(jié)果表明，排污口海域?yàn)閺?qiáng)潮海區(qū)，平均漲潮流速介于0.98～1.03 m/s，落潮介于0.79～1.07 m/s，最大流速可達(dá)2.43 m/s，且總落量大于總漲量，全潮潮量為正，利于污染物向外海擴(kuò)散。因此，從潮流動(dòng)力學(xué)條件考慮3個(gè)排污口方案都是可行的。但是排污口1的平均流速為1.1 m/s，排污口2為0.9 m/s，排污口3為0.85 m/s，排污口1的平均流速最大，潮流動(dòng)力學(xué)條件明顯強(qiáng)于排污口2和排污口3。

表1 排污口初選方案Tab.1 Preliminary scheme of sewage outfall

通過(guò)擴(kuò)散模型計(jì)算，一個(gè)漲落潮周期的COD超標(biāo)面積和距離見(jiàn)表2。由表2可知，無(wú)論是大潮還是小潮，超2類(lèi)水質(zhì)的COD影響面積和距離均不大，相比而言，小潮的影響范圍明顯大于大潮影響范圍。其中，排污口1的超標(biāo)面積和距離明顯小于另外2個(gè)排污口，對(duì)水環(huán)境造成的影響最小，而排污口3的最大，且相對(duì)靠近灘涂養(yǎng)殖區(qū)，考慮到排污對(duì)養(yǎng)殖區(qū)可能造成影響，不推薦采用。

表2 COD超標(biāo)面積和距離Tab.2 Exceeding standard area and distance of COD

綜上所述，推薦采用排污口1，排污口2次之，不推薦采用排污口3。

3.3 泥沙場(chǎng)及泥沙沖淤分析

由洋口港海域的1994年1：100 000和2003年1：75 000地形測(cè)圖的對(duì)比可知，爛沙洋各水道等深線變化趨勢(shì)基本相同，除頭部區(qū)域有所擺動(dòng)外，平面位置總體穩(wěn)定。其中，排污口1和排污口2所處的爛沙洋北水道和中水道有所淤積，平均淤積厚度為0.30 m，但兩水道水面寬闊，水深較大，擬定排污口位置的-9.0 m水深多年來(lái)一直較穩(wěn)定。同時(shí)，排污口3位于南水道尾部西側(cè)海域，其上段水深基本上呈刷深之勢(shì)，對(duì)本排污工程有利。可見(jiàn)，3個(gè)排污口附近岸灘整體上穩(wěn)定，都是可行的。但是由于排污口2處于爛沙洋北、中、南3條水道交匯處，其海洋環(huán)境論證涉及到人工島安全問(wèn)題，水環(huán)境條件復(fù)雜，影響因素較多，不推薦采用。

其次，由泥沙模型計(jì)算結(jié)果可知，一方面，排污工程近期每天處理的水量?jī)H占南水道總潮量的0.001 6%，十分有限，且沙量很小，只對(duì)工程海區(qū)附近懸沙場(chǎng)稍有影響，不會(huì)對(duì)爛沙洋水道水流及地形沖淤演變?cè)斐捎绊?，也不?huì)對(duì)地形的沖淤變化產(chǎn)生影響。同時(shí)，含沙量的降低對(duì)排污口附近水深的維護(hù)有利。

綜上所述，不推薦采用排污口2，優(yōu)先推薦排污口1和排污口3。

3.4 工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

3.4.1 路由方案

根據(jù)初選排污口位置，污水管道由污水處理廠引

出后，經(jīng)一期圍墾區(qū)陸域及其與人工島連接的管廊橋，其后路由考慮如下：路由1，由管廊橋尾部下海，抵達(dá)排污口1；路由2，經(jīng)由西太陽(yáng)沙人工島下海，抵達(dá)排污口2；路由3，由管廊橋中部下海，抵達(dá)排污口3（圖1和表3）。

3.4.2 工程技術(shù)比選

根據(jù)各路由方案的工程環(huán)境，都需要經(jīng)過(guò)陸域、管廊橋、海域及大堤等環(huán)境區(qū)域，其具體施工方法如下：圍墾區(qū)陸域管道埋設(shè)于綠化帶處，穿越大堤采用頂管施工，海底管道采用拖管并挖溝埋設(shè)，管廊橋管道敷設(shè)于橋梁。因此，就工程技術(shù)性而言，3個(gè)方案都是可行的。

3.4.3 工程經(jīng)濟(jì)比選

根據(jù)路由工程量和施工要求，排污管線工程投資估算見(jiàn)表3，其中路由1、路由2和路由3的總投資分別為17 625萬(wàn)元、25 873萬(wàn)元和10 010萬(wàn)元。由表3可知，從工程經(jīng)濟(jì)而言，路由2明顯劣于其他2個(gè)方案，因此不推薦采用，路由3經(jīng)濟(jì)性最好，路由1次之。

3.5 小結(jié)

綜上分析，上述排污口初步方案都能滿足海洋功能區(qū)劃和排污口設(shè)置的要求。排污口3的經(jīng)濟(jì)性最好，但擴(kuò)散條件差且相對(duì)靠近灘涂養(yǎng)殖區(qū)，排污口2投資明顯高于另外2個(gè)方案，而且水環(huán)境條件復(fù)雜，只有排污口1，擴(kuò)散條件最好，遠(yuǎn)離養(yǎng)殖區(qū)，且投資較少，因此，綜合考慮水動(dòng)力環(huán)境條件、泥沙沖淤、工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)等因素，推薦排污口1和路由1方案。

表3 排污管線路由長(zhǎng)度及工程投資Tab.3 Length and project investment of pipeline

4 結(jié)論

本文主要通過(guò)對(duì)洋口港污水排海工程的排污口選劃原則、初步方案選取、海域水環(huán)境影響、泥沙場(chǎng)泥沙沖淤及工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等綜合分析，確定了洋口港污水排海工程的最佳排污口位置，這種綜合考慮各種影響因素的選劃方法，有利于實(shí)現(xiàn)排污工程的環(huán)保排放。

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