蘭冬東,梁 斌,馬明輝,于春艷,鮑晨光,許 妍

(國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心 大連 116023)

海洋環(huán)境容量分析在規(guī)劃環(huán)境影響評價(jià)中的應(yīng)用*

蘭冬東,梁 斌,馬明輝,于春艷,鮑晨光,許 妍

(國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心 大連 116023)

海洋環(huán)境容量是沿海城市區(qū)域發(fā)展的重要約束條件之一,根據(jù)規(guī)劃環(huán)境影響評價(jià)的特點(diǎn),在計(jì)算近岸海域匯流區(qū)域內(nèi)污染物排放總量的基礎(chǔ)上,預(yù)測規(guī)劃年污染物排?？偭?從而制定陸源污染物排海總量控制措施和目標(biāo),優(yōu)化調(diào)整規(guī)劃方案,海洋環(huán)境容量的大小與海域特征和海水水質(zhì)目標(biāo)有關(guān)。文章以大連灣為例,在潮流場數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,計(jì)算了大連灣受納水體水質(zhì)對排放源的響應(yīng)關(guān)系,結(jié)合混合區(qū)的確定,計(jì)算了主要污染物COD、無機(jī)氮和活性磷酸鹽的最大允許排放量,為各個(gè)排污口排放的不同污染物制定相應(yīng)的排放與削減量提供依據(jù)。

海洋環(huán)境容量;規(guī)劃環(huán)境影響評價(jià);大連灣

1 海洋環(huán)境容量的概念

環(huán)境容量的概念最早出現(xiàn)于1838年,1986年聯(lián)合國海洋污染專家小組(GESAMP)正式定義了這一概念:環(huán)境容量是環(huán)境的特性,在不造成環(huán)境不可承受的影響的前提下,環(huán)境所能容納某物質(zhì)的能力[1]。目前我國把環(huán)境容量定義為:一定水體環(huán)境在規(guī)定的環(huán)境目標(biāo)下所能容納的污染物量[2]。

海洋環(huán)境容量可定義為:為維持某一海域的特定生態(tài)環(huán)境功能所要求的海水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),在一定時(shí)間內(nèi)所允許的環(huán)境污染物最大入海量[3]。它與海水的自凈能力有關(guān),是自凈能力綜合表現(xiàn)的定量描述。海洋環(huán)境容量的大小主要取決于以下兩個(gè)因素:一是海域本身具備的條件,如海域環(huán)境空間的大小、位置、潮流、自凈能力等自然條件及生物的種群特征、污染物的理化特性等,客觀條件的差異決定了不同地帶的海域?qū)ξ廴疚镉胁煌膬艋芰?二是人們對特定海域環(huán)境功能的規(guī)定,如確定某一區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量應(yīng)該達(dá)到何種標(biāo)準(zhǔn)。

2 研究方法

2.1 納污水域水質(zhì)對污染源輸入的響應(yīng)特性

海區(qū)的水質(zhì)狀況是由于多種環(huán)境影響因子相互作用的結(jié)果。這些因素主要包括:排污口的位置和排放強(qiáng)度、海域的自凈能力 (主要為物理自凈能力)等。這些影響因素構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的相互作用系統(tǒng),即海域水質(zhì)對污染源的響應(yīng)系統(tǒng)[4]。一般來說,在海區(qū)環(huán)境動(dòng)力條件不變的情況下,海域水質(zhì)對污染源強(qiáng)的響應(yīng)是相對固定的,處于一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。根據(jù)質(zhì)量守恒原理,可以確定控制這一系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表示:

式中:ρ為污染物的濃度,mg/L;v→為深度平均流速,m/s;H為水深,m;D為擴(kuò)散系數(shù), m2/s;S為源函數(shù)。

2.2 響應(yīng)系數(shù)

由輸運(yùn)方程的性質(zhì)可知,在環(huán)境動(dòng)力條件不變的條件下,海域的水質(zhì)僅取決于排放源的性質(zhì) (源點(diǎn)的位置、強(qiáng)度及化學(xué)組成等)。也就是說,平衡濃度場是海洋水體對于源的響應(yīng),這種響應(yīng)關(guān)系是線性的[5],即有

式中:Si為第i個(gè)點(diǎn)源的排放強(qiáng)度;ρi為在第i個(gè)點(diǎn)源單獨(dú)作用下所形成的平衡濃度值,Pi為與第i個(gè)點(diǎn)源有關(guān)的系數(shù)。則有

2.3 分擔(dān)率

分擔(dān)率是指各污染源的影響在海區(qū)總體污染影響中所占的份額 (百分率),表明某個(gè)污染源對水體污染所作的貢獻(xiàn)程度,同一污染源對不同區(qū)域的分擔(dān)率不同,不同污染源對同一區(qū)域的分擔(dān)率也不同[5]。

在多個(gè)污染源共同作用的情況下,水體中某特定控制點(diǎn)的濃度為各個(gè)污染源單獨(dú)作用所形成的濃度之和,即

式中:n為源點(diǎn)個(gè)數(shù)。

式中:Ri為第i個(gè)點(diǎn)源對總濃度的貢獻(xiàn)百分比,即污染責(zé)任分擔(dān)率。

2.4 水質(zhì)目標(biāo)和混合區(qū)

根據(jù)海洋環(huán)境功能區(qū)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)確定水質(zhì)目標(biāo),水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參照 《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[6]。

排污混合區(qū)一般是指污水排放口附近不滿足受納水體功能所要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的空間區(qū)域,即環(huán)境管理中認(rèn)可的污水排放口附近的允許超標(biāo)區(qū)。實(shí)際上排污混合區(qū)可以認(rèn)為是達(dá)到環(huán)境管理規(guī)定的稀釋度所需要的空間[7]。《污水海洋處置工程污染控制標(biāo)準(zhǔn)》[8]對混合區(qū)范圍的計(jì)算方法作出了一般規(guī)定。在混合區(qū)的邊緣線上,污染物濃度應(yīng)等于水質(zhì)控制目標(biāo)規(guī)定的值,在混合區(qū)邊界以外,污染物濃度應(yīng)不大于水質(zhì)控制目標(biāo)值。

2.5 允許排放量計(jì)算

允許排放量定義為在滿足一定的水質(zhì)目標(biāo)要求的條件下,各個(gè)排污口允許排海的某種污染物質(zhì)的最大限值[9]。在水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、海區(qū)動(dòng)力條件和沿岸排污口布局確定的條件下,允許排放量的數(shù)值也是確定的,根據(jù)現(xiàn)狀排污量可推算出各排污口排污的超量,進(jìn)而確定削減量。

3 案例研究

3.1 區(qū)域概況

大連灣是大連市的主要依托海域。大連市的工農(nóng)業(yè)、海洋漁業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、濱海旅游業(yè)等海洋產(chǎn)業(yè)無一不與海洋環(huán)境密切相關(guān)。隨著改革開放的深入和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,城市規(guī)模日益擴(kuò)大,人口數(shù)量不斷增長,在生產(chǎn)和生活過程中所產(chǎn)生的廢棄物,尤其是大量的工業(yè)及城市生活污水,絕大部分最終直接或間接地進(jìn)入大連灣及其毗鄰海域。大連灣海域由于多年來的工業(yè)廢水和生活污水污染,水質(zhì)較差,多項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)超過海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)中的主要污染物為無機(jī)氮、活性磷酸鹽和石油類等?？傮w上,大連灣海域以無機(jī)氮污染最為嚴(yán)重,呈逐年上升趨勢,活性磷酸鹽略有升高,石油類變化不明顯。

3.2 大連灣海域環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果

對于大連灣海域,主要根據(jù)海洋環(huán)境功能區(qū)劃來確定水質(zhì)目標(biāo),大連灣海域基本上處在4類環(huán)境功能區(qū)的劃定范圍內(nèi),各指標(biāo)的限值為: COD≤5mg/L;無機(jī)氮≤0.50mg/L;活性磷酸鹽≤0.045mg/L。大連灣沿岸的排放口較多,對每個(gè)排污口都按前面的公式單獨(dú)計(jì)算混合區(qū)比較繁瑣,也沒有必要。我們?nèi)』旌蠀^(qū)面積的下限值,求其等效半徑,然后將混合區(qū)的半徑統(tǒng)一確定為300m。這一數(shù)值小于各排污口混合區(qū)等效半徑的最小值,從環(huán)保的角度講,偏于安全。在剔除非污染性質(zhì)的排放口前提下,目前大連灣共有42個(gè)排污口。為了便于進(jìn)行數(shù)模計(jì)算,對位置較貼近的排放口進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喜?合并后得到18個(gè)排放口。分擔(dān)率計(jì)算結(jié)果顯示,在排放口混合區(qū)附近,分擔(dān)率的值一般在80%～90%的范圍內(nèi),每個(gè)排放口對周圍海區(qū)的污染責(zé)任可占約80%～90%。也就是說,在混合區(qū)邊緣上,由本地排放口所施加的影響約占80%～90%,其余10%～20%的影響為其他排放口共同作用的結(jié)果。

大連灣COD和活性磷酸鹽的本底值和允許濃度增量見表1,大連灣無機(jī)氮嚴(yán)重超標(biāo),已無排放容量可言,在總量控制中應(yīng)采取嚴(yán)格的削減措施。為了提供定量的依據(jù),我們就目前排放口的分布,對無機(jī)氮的總?cè)萘窟M(jìn)行計(jì)算。在本底濃度為零的條件下,按4類環(huán)境功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)作為約束條件,推算各排放口的允許排放量。這樣求出的結(jié)果實(shí)際上是一種極限情況,可以作為無機(jī)氮削減決策的參考,各項(xiàng)控制指標(biāo)允許排放量見表2。

表1 各排放口COD和活性磷酸鹽的本底值和允許濃度增量 mg/L

表2 大連灣各排放口允許排放量和削減量 t/a

續(xù)表

4 結(jié)論與對策建議

在計(jì)算響應(yīng)系數(shù)場和分擔(dān)率場的基礎(chǔ)上,根據(jù)大連灣海域環(huán)境功能區(qū)劃所確定的水質(zhì)目標(biāo),計(jì)算了各個(gè)點(diǎn)源及控制單元的污染物的環(huán)境容量 (即允許排放量)。大連灣海域環(huán)境容量為:COD13217t/a、無機(jī)氮1808t/a、活性磷酸鹽136t/a,大連灣內(nèi)無機(jī)氮排放量大大超過海域的環(huán)境自凈能力,水質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)重,在規(guī)劃年應(yīng)采取嚴(yán)格的削減措施。COD和活性磷酸鹽則可以根據(jù)各排污口的允許排放量,制定合理的入海污染物總量控制對策及相應(yīng)的陸源污染總量控制目標(biāo)。

大連灣排污口分布不盡合理,而且這些排污口集中了大連市絕大多數(shù)的城市污水和工業(yè)廢水,排放量大,而且接納這些污水海域的水體流動(dòng)性較差、水深很淺、環(huán)境自凈能力很弱,在沿岸排放入海的污染物很難被稀釋輸運(yùn)擴(kuò)散,因而水體污染嚴(yán)重,削減量很大。對于城市生活污水的排污口應(yīng)加快城市污水處理廠及其配套管網(wǎng)建設(shè),實(shí)行集中處理、深海排放,并改進(jìn)處理工藝,減少污染物的入海量。若要進(jìn)一步削減無機(jī)氮排放負(fù)荷,使其滿足環(huán)境容量要求,則應(yīng)采取控制人口和產(chǎn)業(yè)規(guī)模、提高污水除氮效率、提高主城區(qū)再生水回用比例、截流處理后污水等多種手段,解決規(guī)劃年大連灣水體污染問題。

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國家海洋局青年海洋科學(xué)基金項(xiàng)目(2012714);海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201005014).