珠江口深圳海域总氮陆源入海污染负荷与水环境容量分析_杨青云.pdf
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1、第 卷第 期 年 月环境生态学.珠江口深圳海域总氮陆源入海污染负荷与水环境容量分析杨青云,李敏华,相景昌,肖何欣,吴国乐(广东智环创新环境科技有限公司,广东 广州;深圳市源清环境技术服务有限公司,广东 深圳)摘要:总氮是珠江口近岸海域总量控制的主要污染物,通过实测法评估了珠江口海域深圳侧总氮入海排放总量,结合珠江口近岸海域水质目标,运用分区达标控制法对总氮环境容量进行计算,基于陆海统筹考虑,分配了研究范围内各行政区域总氮削减量。结果表明,年珠江口海域深圳侧总氮入海排放总量为 .,其中,入海河流排放量为 .,输入占比为.,入海排污口排放量为 .,输入占比为.。总氮需要削减 .,削减比例为,其中福
2、永街道需要削减 .,西乡街道需要削减 .,沙井街道需要削减 .,茅洲河需要削减.。研究结果对有效改善珠江口近岸海域环境质量具有重要参考价值。关键词:珠江口;陆源入海污染;水环境容量;总氮削减中图分类号:文献标识码:文章编号:(),(,;,),(),:,.,.,.,.,.,.,.:;收稿日期:作者简介:杨青云(),女,河南周口人,硕士,工程师,研究方向为环境影响评价与环境信息化,:。珠江口海域是一个复合型区域化的海洋生态系统,因其特殊的地理位置和在经济发展中的重要地位,其环境状况倍受关注。随着珠江三角洲经济的迅速发展,各种来源的污染物通过地表径流、沿岸直接排放和大气干湿沉降等方式进入珠江口海域,
3、使得海域的环境问题愈发突出,尤其以水环境污染最为明显,。根据近几年发布的中国海洋生态环境状况公报,珠江口海域仍是中国近岸海域污染最严重的区域之一。入海污染物总量控制是珠江口生态环境质量改善的首要任务,“十四五”海洋生态环境保护规划提出明确沿海城市及上游省市入海河流的治理责任,因地制宜推动拓展总氮等入海污染物排放总量控制范围。把总量控制作为推动污染减排、改善海洋环境质量的重要手段,对解决海洋环境问题、实现海洋生态环境质量总体改善、促进经济和社会可持续发展具有十分重要的意义。准确核算陆源入海污染物数量,解析海域水质超标状况是陆源入海污染物总量控制的基础,。目前,用于计算入海污染物通量的方法主要有三
4、类:环 境 生 态 学第 期断面实测法、直接估算法以及间接估算法,断面实测法适用于监测数据较全、监测周期较长、监测频率较大的区域;直接估算法主要运用统计数据分析的方法,该方法通过输出系数法进行非点源排放量核算,适用于各系数确定或者容易获取参考值的区域;间接估算法基于机理模型,适用于比较难以测定和控制的非点源,可通过非点源污染模型对流域污染物负荷进行模拟估算。周增荣、杨永俊等及张鹏等通过实测法分别对九龙江厦门湾、辽河口及湛江湾的污染物入海通量进行了估算与研究;许自舟等和刘汉霖等根据直接估算法估算了天津市氮、磷的入海通量;张皓天等和王晓利等通过间接估算法开展了流域污染模拟。珠江口深圳海域陆源入海污
5、染物主要通过入海河流和入海排污口汇入近岸海域,因此采用实测法估算总氮入海排放量。海洋环境容量对入海污染物的总量控制研究,有着不可或缺的作用。目前比较常用的海洋污染物环境容量计算方法主要有模型试算法、均匀混合法、水动力交换法、分区达标控制法、地统计学和 的方法、浓度场分担率法等。分区达标法延续了分担率法的线性迭加和分担率(贡献度)的思想,将管理中的规划求解方法引入到容量计算中,综合考虑了最优排污布局和最大排放量,被广泛应用到目前环境容量的研究中。基于珠江口深圳海域的自然属性和环境特征,包括受纳水域的水体特征、水环境质量要求以及水体对不同污染物的自净能力等,运用分区达标控制法计算氮、磷的剩余环境容
6、量,初步提出主要污染物总量控制思路,实现入海污染物排放的总量和纳污的环境容量相一致的目标。研究区域与方法.研究区域概况珠江口深圳海域位于深圳西面,北起茅洲河口南至内伶仃以南的珠江口东侧海区,海岸平直,河涌纵横,自茅洲河口至前海湾 等深线以内的浅海区约 ,滩涂面积约 .。流域面积大于 的入海河流仅 条,即茅洲河,面积为.。珠江口深圳侧的大部分陆源污染物主要通过茅洲河、沙福河、福永河等 条入海河流和固戍水质净化厂、南山水质净化厂和蛇口水质净化厂等 个入海排污口排入珠江口。根据陆源入海污染物的输移路径,入海河流和入海排污口是陆源入海污染物的主要通道。把珠江口流域、河口以及珠江口近岸海域作为一个有机整
7、体,首先确定海域研究范围,再“以海定陆”确定陆域范围,海域范围参考深圳市海洋环境状况公报的海域边界进行划定,陆域范围涉及通过河流、入海排污口直接和间接向研究海域排放污染物的光明区、宝安区和南山区,具体范围详见图。图 研究区域地理位置及研究范围 .数据采集与处理陆源入海污染物排放数据来自现场监测,针对入海河流,采集河流入海口处监测断面的水质和水量数据,水质数据每月采集 次,采集时间为 年 月,水量数据为年径流量,对于通过水质净化厂进行补水的入海河流,计算年径流量时也考虑了水质净化厂的补水量,入海排污口现场监测时,仅考虑现场调研时排水量较大且稳定的排污口,水质采集数据为每季度 次,水量采集数据为季
8、度排放量。水质调查样品的采集、保存和测定严格按照地表水和污水监测技术规范()的要求执行。总氮分析方法采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法,测定下限为.,方法来自水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(),监测点位详见图。计算环境容量时模型计算范围内涉及的陆地岸线边界和水下地形数据,由中国人民解放军海军司令部航海保证部出版的最新海图提供,对入海河流上游径流量以 保证率下的最枯月径流量进行赋值,模型的外海边界采用美国俄勒冈州立大学开 年杨青云等:珠江口深圳海域总氮陆源入海污染负荷与水环境容量分析图 珠江口入海河流和入海排污口调查点位示意图 ,发的()全球潮汐同化数据,以 个分潮(、)的潮汐
9、数据驱动水动力模型。模型中的外海温盐边界条件及初场采用全球同化的 数据,其空间分辨率.,时间分辨率为 个月,而太阳短波辐射、云量、海表温度、湿度、大气压等气象条件 则 采 用 美 国 国 家 环 境 预 报 中 心(,)发布的气象数据(空间分辨率.,时间分辨率为 )。.计算方法.入海排放量在基础调查的基础上,利用实测入海河流断面、入海排污口的水质数据和收集的流量数据,以及收集到的水质净化厂尾水水质、水量数据,核算珠江口深圳海域主要入海污染物总氮的排放总量,计算方法如以下公式所示。入海河流 ()式中,入海河流为入海河流总氮入海量;为与计量单位有关的换算系数;为河流数量;为第 条河流的年平均浓度;
10、为第 条河流的年均径流量。入海排污口 ()式中,入海排污口为入海排污口总氮入海量;为与计量单位有关的换算系数;为入海排污口数量;为第 个排污口第 季度的水质监测浓度;为第 个排污口第 季度的排放量。排放总量 入海河流 入海排污口()式中,排放总量为从陆域流入到海洋中的总氮总量;入海河流为入海河流总氮入海量;入海排污口为入海环 境 生 态 学第 期排污口总氮入海量。.水环境容量通过分区达标控制法计算主要入海污染物环境容量,该法引进贡献度系数将容量问题定义为线性规划问题,使各类功能区在达到所对应的环境标准的前提下各排放口污染物允许排放量之和最大,实现对各排放口允许排放量的优化求解。分区达标法的最大
11、允许排污量问题可表述为:在选取一组控制点的指标污染物浓度不超过其各自所对应的环境标准值的前提下,求各个排污口污染物排放量总和的最大值,数学表达式如下所示:目标函数:()约束条件:(,)(,)()式中,为研究海域区域所有排口的污染负荷排放总量;为 个排口的排放负荷量;为水质控制点编号;为水质控制点的数目;为排口编号;为排口数目;为第 个排口的单位负荷量对第 个水质控制点的污染贡献度系数;为水质控制点处的污染物背景浓度;为第 个水质控制点处的环境标准值。珠江口海域的水质控制点个数为 个,其中,一类水质控制点为 个,二类水质控制点 个,三类水质控制点 个,四类水质控制点为 个,各类水质控制点的分布如
12、图 所示。图 珠江口深圳海域水质控制点分布图 ()环境容量关系各类环境容量之间的相互关系可以用公式,其中,最大允许排放量通过模型计算所得,可用环境容量即为陆源入海污染物实际排放量,安全余量采用的计算方法主要依据美国环保署建议确定的简单的显式计算方法,预留背景环境容量的 为安全余量的取值。安全余量 最大允许排放量 ()可用环境容量 最大允许排放量 安全余量()剩余环境容量 可用环境容量 污染物排放量()()管控单元划分根据珠江口海域入海河流水系特征及汇水区域,结合各行政区、街道的行政界线,将珠江口深圳海域沿岸陆域分为 个管控单元,各管控单元划分情况如图 和表 所示。图 珠江口海域深圳侧管控单元划
13、分图 表 珠江口海域深圳侧管控单元划分表 管控单元覆盖入海排口管辖街道茅洲河单元茅洲河沙井单元德丰围涌、石围涌、下涌、沙涌、和二涌沙井街道福永单元沙福河、塘尾涌、玻璃围涌、坳颈涌、灶下涌、福永河福海街道航城单元机场外排洪渠、新涌航城街道西乡单元铁岗水库排洪渠、南昌涌、固戍涌、固戍水质净化厂、共乐涌、西乡大道分流渠、西乡河西乡街道 年杨青云等:珠江口深圳海域总氮陆源入海污染负荷与水环境容量分析续续表表管控单元覆盖入海排口管辖街道新安单元新圳河、双界河新安街道前海单元桂庙渠、铲湾渠、南山水质净化厂、蛇口水质净化厂前海管理局、南山街道、招商街道 结果与讨论.总氮污染负荷分析表 为 年珠江口海域深圳侧
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