洋口港污水排海工程排污口選劃研究

王心海，詹水芬，彭士濤，于 航

（交通運輸部天津水運工程科學研究所水路交通環境保護技術交通行業重點實驗室，天津 300456）

20世紀90年代至今，前人在排污口的選劃方面作了大量研究，孫長青等［1-5］通過建立拉格朗日余流數值模型和潮流污染物擴散水質模型，預測入海污染物的稀釋擴散和遷移運動，對海南等地的排污口位置進行了研究。隨著排污工程規模的擴大，其建成后是否能安全穩定的運行，目前相關研究尚少。針對現狀，在已有研究成果和工程經驗基礎上，綜合考慮環境和工程因素，對洋口港污水排海工程的排污口進行了選劃研究。

1 工程環境概況

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區域規劃、水動力條件、海岸地形特點、海域資源分布特征和水質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上，對各個方案進行相關水環境影響分析、泥沙場泥沙沖淤分析及工程技術經濟性分析等。

同時，排污口位置應保證能夠將污水輸向外海，不對沿岸養殖水域、風光旅游區產生不良影響，應遵循以下主要基本原則和約束條件［1-2］：（1）符合海洋功能區劃；（2）滿足水深不小于7 m的要求；（3）應盡可能減少對周圍海洋生態環境造成的影響；（4）有較強的水動力條件；（5）管廊附近海床穩定、沖淤幅度較?。唬?）盡可能避開航道、碼頭和港口等交通繁忙的海區。

2.2 初步方案的選取

排污口初選是進行排污口選劃的基礎，能大大減少后續研究工作量。洋口港污水排海工程排污口位置初選主要是根據排污口選取原則和方法，結合洋口港當地的區域規劃、海域功能區劃和工程環境條件，通過分析項目基礎數據和現場調查，定性地確定排污口初步選址方案。

2.3 水環境影響研究

污水排海后，受到海水的生物、化學和物理等多種作用而稀釋擴散，在較強海水稀釋擴散條件下，在很小區域內即可得到充分稀釋，對周邊的海洋環境基本不會造成污染，即使有污染，程度和范圍也都極小，由此可見水環境條件的選取極其重要，其中物理過程是最重要的因素，也是目前進行排海水環境條件選取及研究排海水環境影響的主要考慮因素，已有大量相關研究，通過建立污染物輸移擴散水質模型和拉格朗日質點追蹤模型的方法，模擬污水質點輸運的軌跡、運移擴散，預測排污對周圍海域造成的影響范圍——混合區面積和稀釋濃度，進而選出較佳的排污口位置。本文通過建立污染物輸移擴散水質模型，對洋口港污水排海后的水環境影響進行了研究，同時鑒于排海工程在離排污點一定距離處，污染物在水深方向混合基本均勻，通過建立二維平均水深對流擴散模型，以COD為例預測了污染物的稀釋擴散，二維平均水深的對流擴散模型方程如下［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方向的擴散系數；Sm為排放源。

2.4 泥沙場及泥沙沖淤研究

排污口位置的潮流泥沙場及泥沙沖淤狀況關系到排污管線是否會因泥沙運動發生塌陷斷裂及其噴口會淤塞而不能正常穩定運行。此前的排污工程離岸較近，泥沙問題不是很突出，相關研究較少，但是隨著大規模深水排污工程的建設，泥沙場及泥沙沖淤影響整個排污工程安全正常運行的問題越來越突出。

目前可以采用數值模擬和物理模型的方法，分析排污口區域泥沙場及灘槽沖淤變化，并預測工程建成后的運行狀況。鑒于洋口港污水排海工程海域泥沙環境特點，本文通過建立泥沙數學模型，并結合近年水下地形測圖，分析了其泥沙沖淤、灘槽演變規律以及排污海域泥沙環境的影響，二維泥沙數學模型方程如下［7-9］

回收的40份問卷里，36份(90%)的腦癱兒童家長伴有抑郁焦慮情緒；單純抑郁5例(12.5%)，單純焦慮1例(2.5%)。同時合并有抑郁和焦慮的家長有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方向的泥沙擴散系數；S為鉛直方向積分的水體含沙濃度；Fs為泥沙源匯函數或床面沖淤函數。

2.5 工程技術經濟分析

污水經濟排放與排污口選劃有著密切的聯系，理論上排污口離岸距離越遠、水深越大，排放效果越好，但排海管線越長，施工風險越大，造價也越高，因而實際操作時，應充分結合當地工程實際情況，綜合考慮工程的施工難度和造價，最后得出環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沙人工島附近海域（表1和圖1）。

3.2 水動力及水環境影響分析

潮流動力模擬結果表明，排污口海域為強潮海區，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散。因此，從潮流動力學條件考慮3個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，潮流動力學條件明顯強于排污口2和排污口3。

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

通過擴散模型計算，一個漲落潮周期的COD超標面積和距離見表2。由表2可知，無論是大潮還是小潮，超2類水質的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的超標面積和距離明顯小于另外2個排污口，對水環境造成的影響最小，而排污口3的最大，且相對靠近灘涂養殖區，考慮到排污對養殖區可能造成影響，不推薦采用。

表2 COD超標面積和距離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地形測圖的對比可知，爛沙洋各水道等深線變化趨勢基本相同，除頭部區域有所擺動外，平面位置總體穩定。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水深多年來一直較穩定。同時，排污口3位于南水道尾部西側海域，其上段水深基本上呈刷深之勢，對本排污工程有利?？梢?，3個排污口附近岸灘整體上穩定，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，其海洋環境論證涉及到人工島安全問題，水環境條件復雜，影響因素較多，不推薦采用。

其次，由泥沙模型計算結果可知，一方面，排污工程近期每天處理的水量僅占南水道總潮量的0.001 6%，十分有限，且沙量很小，只對工程海區附近懸沙場稍有影響，不會對爛沙洋水道水流及地形沖淤演變造成影響，也不會對地形的沖淤變化產生影響。同時，含沙量的降低對排污口附近水深的維護有利。

綜上所述，不推薦采用排污口2，優先推薦排污口1和排污口3。

3.4 工程技術經濟分析

3.4.1 路由方案

根據初選排污口位置，污水管道由污水處理廠引

出后，經一期圍墾區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，抵達排污口1；路由2，經由西太陽沙人工島下海，抵達排污口2；路由3，由管廊橋中部下海，抵達排污口3（圖1和表3）。

3.4.2 工程技術比選

根據各路由方案的工程環境，都需要經過陸域、管廊橋、海域及大堤等環境區域，其具體施工方法如下：圍墾區陸域管道埋設于綠化帶處，穿越大堤采用頂管施工，海底管道采用拖管并挖溝埋設，管廊橋管道敷設于橋梁。因此，就工程技術性而言，3個方案都是可行的。

3.4.3 工程經濟比選

根據路由工程量和施工要求，排污管線工程投資估算見表3，其中路由1、路由2和路由3的總投資分別為17 625萬元、25 873萬元和10 010萬元。由表3可知，從工程經濟而言，路由2明顯劣于其他2個方案，因此不推薦采用，路由3經濟性最好，路由1次之。

3.5 小結

綜上分析，上述排污口初步方案都能滿足海洋功能區劃和排污口設置的要求。排污口3的經濟性最好，但擴散條件差且相對靠近灘涂養殖區，排污口2投資明顯高于另外2個方案，而且水環境條件復雜，只有排污口1，擴散條件最好，遠離養殖區，且投資較少，因此，綜合考慮水動力環境條件、泥沙沖淤、工程技術經濟等因素，推薦排污口1和路由1方案。

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

4 結論

本文主要通過對洋口港污水排海工程的排污口選劃原則、初步方案選取、海域水環境影響、泥沙場泥沙沖淤及工程技術經濟性等綜合分析，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，有利于實現排污工程的環保排放。

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