入海排污口選址研究進(jìn)展

黎煒，丁志斌，陸耀烽

（陸軍工程大學(xué)，南京210007）

1 引言

近岸海域的污染主要來(lái)自入海排污口及河流，因?yàn)楹Ｑ笏臈l件不同，污染物排放到不同的海域后，對(duì)海洋產(chǎn)生的污染也是不同的。因此，入海排污口的選址會(huì)對(duì)海洋環(huán)境造成重要影響[1]。

2 入海排污口選址現(xiàn)狀

2.1 概述

20世紀(jì)30年代，入海排污口選址相關(guān)理論得到了重視和發(fā)展，開(kāi)始向深海設(shè)置離岸排污口，預(yù)處理污水通過(guò)擴(kuò)散器與海水混合，從而達(dá)到自凈的目的，然后通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算稀釋度確定排污口位置[2]。20世紀(jì)80年代開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，建模成為研究排污口選址的重要方法。

2.2 國(guó)外現(xiàn)狀

目前，國(guó)外大多釆用離岸排放，例如，美國(guó)西部岸線建有250處離岸排放口[3]；最大的海底排污口之一——巴西ODSRV處理系統(tǒng)，污水通過(guò)2.35km的管道，排放至27m水深處[4]；新加坡的排海污水必須經(jīng)過(guò)二級(jí)處理，且水深達(dá)到20m以上，標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格。

2.3 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代中期，我國(guó)開(kāi)始進(jìn)行排污口選址方面的研究[5]。但是，現(xiàn)有的先進(jìn)排污技術(shù)應(yīng)用非常少，離岸排污工程僅在少數(shù)發(fā)達(dá)城市采用，一些不發(fā)達(dá)地區(qū)選擇直排入海，大量排污口的選址未按照相關(guān)規(guī)定和海洋功能區(qū)劃的要求進(jìn)行宣傳，且沒(méi)有考慮到海洋水動(dòng)力、海洋環(huán)境承載力和生態(tài)敏感性等特點(diǎn)[6]。導(dǎo)致許多排污口設(shè)置不合理，有的遷移擴(kuò)散效果不佳，有的距離敏感點(diǎn)太近，正常排放情況下已經(jīng)對(duì)鄰近海域造成污染，在事故工況下，更會(huì)造成嚴(yán)重的危害。

國(guó)家對(duì)近岸海域污染愈發(fā)重視，生態(tài)環(huán)境部在2018年底通過(guò)了《渤海綜合治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動(dòng)計(jì)劃》，計(jì)劃通過(guò)3年的綜合治理完成非法和不合理入海排污口的清理工作，進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)管。但是現(xiàn)階段，統(tǒng)一的排污口管理和選劃規(guī)范尚未形成，嚴(yán)重影響了污水排海工程技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

3 入海排污口選址研究方法

3.1 水動(dòng)力模型法

3.1.1 概述

以各類海洋水動(dòng)力模型為基礎(chǔ)，耦合水質(zhì)模型、拉格朗日質(zhì)點(diǎn)追蹤模型等數(shù)值模型對(duì)排污口進(jìn)行評(píng)價(jià)，選取最優(yōu)排污口。

3.1.2 國(guó)外相關(guān)研究

因?yàn)橹饕欧欧绞讲煌瑖?guó)外研究以污染物稀釋度作為主要參考指標(biāo)。Morelissen R W將遠(yuǎn)區(qū)Delft3D和近區(qū)CORMIX動(dòng)態(tài)藕合，模擬排口近區(qū)與遠(yuǎn)區(qū)的稀釋度條件；Azimi[7]通過(guò)CORMIX2和VISJET模型進(jìn)行稀釋度模擬；Hunt[8]通過(guò)EFDC模型研究了污染物場(chǎng)近和遠(yuǎn)場(chǎng)的分散情況；Muhammetoglu[9]通過(guò)Plumes-UM3模型研究了排污口的遠(yuǎn)場(chǎng)合近場(chǎng)污水稀釋度，對(duì)排污口進(jìn)行了評(píng)價(jià)；Li[10]等將循環(huán)水質(zhì)模型和排污羽流模型耦合，對(duì)排污口附近的稀釋度進(jìn)行了預(yù)測(cè)；Roth[11]采用HYCOM模型研究高排放海底排污口的污染影響。

3.1.3 國(guó)內(nèi)相關(guān)研究

國(guó)內(nèi)主要根據(jù)模型計(jì)算污染物遷移擴(kuò)散范圍，結(jié)合工程造價(jià)、生態(tài)敏感區(qū)等要素，選劃最優(yōu)排污口。

孫英蘭[12]等在青島東部沿海采用了平流—擴(kuò)散輸運(yùn)模型，耦合質(zhì)點(diǎn)追蹤模型模擬污染物擴(kuò)散情況，優(yōu)選排污口位置；尹毅[13]、孫英蘭[14]、王心海[15]對(duì)近岸海域建立了潮流水動(dòng)力模型，以COD為污染指標(biāo)，模擬排污口對(duì)海域的影響，最后，通過(guò)經(jīng)濟(jì)分析，得出最優(yōu)選址方案；王學(xué)昌[16]采用了物質(zhì)輸運(yùn)方程，對(duì)近岸和2種不同距離的深海排放進(jìn)行了污染物擴(kuò)散模擬；樊喬銘和丁志斌[17]利用EFDC模型模擬某港口周邊海域3種主要污染物遷移擴(kuò)散規(guī)律和污染范圍，綜合評(píng)價(jià)3組預(yù)選方案，確定了最優(yōu)排污口位置。

3.1.4 適用性分析

水動(dòng)力模型法主要針對(duì)特定的排海工程進(jìn)行污染物擴(kuò)散模擬，能夠很好地模擬污染物的遷移擴(kuò)散規(guī)律，常采取單一或多種污染物因子進(jìn)行評(píng)價(jià)，具有很強(qiáng)的針對(duì)性，但不能從科學(xué)的角度對(duì)整個(gè)海域中最優(yōu)排放口進(jìn)行研究。

3.2 通用指標(biāo)體系法

3.2.1 概述

為了更科學(xué)全面地選劃排污口，研究人員構(gòu)建了通用指標(biāo)體系，涉及的評(píng)價(jià)因子很廣，涵蓋了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境、自然條件等方面，利用多目標(biāo)決策方法與運(yùn)籌學(xué)，結(jié)合各類優(yōu)化算法評(píng)價(jià)各因子的權(quán)重，在全海域?qū)ε盼劭谶M(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[18]。

3.2.2 研究進(jìn)展

萬(wàn)珊珊[19]等構(gòu)建了綜合評(píng)價(jià)體系，利用基于群體的增量學(xué)習(xí)算法，通過(guò)乘子法進(jìn)行優(yōu)化，解決了實(shí)際工程選址問(wèn)題。汪晨等以多目標(biāo)決策理論模型為基礎(chǔ)，建立了開(kāi)敞海域離岸排污口選劃指標(biāo)體系和選劃決策模型。石紅構(gòu)建了排污口選址的生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，根據(jù)生態(tài)適宜性指標(biāo)體系對(duì)排污口進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。何山構(gòu)建了排污口選址適宜性的綜合評(píng)價(jià)體系，采用有序二元對(duì)比法，根據(jù)模糊比較結(jié)果對(duì)3處預(yù)選排放口進(jìn)行了評(píng)價(jià)。翟雅男對(duì)生態(tài)適宜性分析法、灰色決策法、p-中值方法和二級(jí)無(wú)產(chǎn)量約束選址模型4種排污口比選方法進(jìn)行了對(duì)比，同時(shí)，對(duì)后2種模型方法進(jìn)行了改進(jìn)，使其更適用于排污口選址。Li Y[20]制作了多目標(biāo)決策工具，基于層次分析法，加權(quán)適用性分析和灰色關(guān)聯(lián)分析選取了最優(yōu)選址方案。

3.2.3 適用性分析

通用指標(biāo)體系法相較于評(píng)價(jià)指標(biāo)較少的水動(dòng)力模型法，能夠更加全面地對(duì)排污口進(jìn)行評(píng)價(jià)，這是入海排污口選址的研究趨勢(shì)，也是規(guī)范化排污口選址的必然選擇，但是也存在一些不足：（1）權(quán)重算法具有差異性。在各影響因子的權(quán)重計(jì)算中，層次分析法和有序二元對(duì)比法結(jié)果不能完全吻合，在綜合評(píng)價(jià)時(shí)可能造成最終選址方案不同。（2）指標(biāo)不夠細(xì)化。例如，生態(tài)指標(biāo)參照物過(guò)多，不用區(qū)域環(huán)境采用的參照物也各不相同，導(dǎo)致評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同。（3）評(píng)價(jià)體系過(guò)于復(fù)雜。各指標(biāo)的數(shù)據(jù)獲取以及量化的工作巨大，沒(méi)有根據(jù)各地區(qū)的實(shí)際情況采用更加適用的評(píng)價(jià)體系。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，近岸海域入海排污口不合理設(shè)置問(wèn)題依舊突出，對(duì)我國(guó)沿海水環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外入海排污口選址現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，同時(shí)，對(duì)研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

水動(dòng)力模型法的使用較為普遍，能夠很好地研究污染物的遷移擴(kuò)散規(guī)律，但評(píng)價(jià)不夠全面；通用指標(biāo)體系法能更加科學(xué)全面地對(duì)排污口進(jìn)行選址，但方法和規(guī)范尚未健全。針對(duì)排污口研究現(xiàn)狀，提出以下3點(diǎn)展望：

1）水動(dòng)力模型法和通用指標(biāo)體系法的深入結(jié)合使用有待研究。如何將模擬值和污染預(yù)測(cè)值作為重要指標(biāo)以合適的權(quán)重納入通用指標(biāo)體系。

2）影響因子的權(quán)重算法和多目標(biāo)決策算法需要進(jìn)一步對(duì)比研究，找到最優(yōu)算法并進(jìn)行規(guī)范，指導(dǎo)入海排污口選址工作。

3）通用指標(biāo)體系的分級(jí)制和不同的適用范圍值得研究。我國(guó)沿海城市眾多，考慮到經(jīng)濟(jì)和環(huán)境狀況的不同，對(duì)排污口評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)和要求也不同，需要因地制宜采用不同標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)體系。