（环境科学专业论文）伶仃洋河口区地表水与近岸海域水功能区衔接问题研究.pdf

a b s t r a c t i nc h i n a , t h e r ea r et w os y s t e m so fw a t e rf u n c t i o nz o n e ，w h i c hh a si t so w ns e t o f w a t e r q u a l i t ys t a n d a r d sr e s p e c t i v e l y , o n ei s ”w a t e rf u n c t i o nz o n e ”( w f z ) f o rs u r f a c e w a t e r s , a n dt h eo t h e ri s ”e n v i r o n m e n t a lf u n c t i o nz o n ei nn e a rc o a s t a ls e a w a t e r s ” o ! f z n c s ) f o rn e a rc o a s t a ls e a w a t e r s t h et r a n s i t i o nb e t w e e nt h e s et w ow a t e r f u n c t i o nz o n es y s t e m si ne s t u a r i e sh a sn e v e rb e e ns t u d i e di nc h i n a b e f o r e ，a n di nt h e p a p e r t h i sp r o b l e mi sf o rt h ef i r s tt i m et ob es t u d i e di nc h i n a l i n g d i n g y a n ge s t u a r yi s t h es t u d ya r e a , w h i c hi sh e a v i l yp o l l u t e db yo r g a n i cp o l l u t a n t sa n dn u t r i e n t s ，a n dt h e w a t e rq u a l i t yo b j e c t i v e s , i n c l u d i n gc o d m , i n o r g a n i cn i t r o g e na n da c t i v ep h o s p h a t e ， a r es t u d i e d b ya p p l y i n gt h ee c o m s e dm o d e lt h ed i s t n b u t i o n so ft h et h r e eo b j e c t i v e s m e n t i o n e da b o v ea r es i m u l a t e ds e p a r a t e l yi nt h ec o n d i t i o nt h a tt h ec o n c e n t r a t i o no f t h eu p s t r e a mi n f l o w si su pt ot h ew a t e rq u a l i t yr e q u i r e m e n tf o rw f zb o t hi nw e t s e a s o na n dd r ys e a s o n , a n dt h e nt h ed i s t r i b u t i o n so ft h et h r e eo b j e c t i v e sa r ec o m p a r e d w i t ht h ew a t e r q u a l i t yr e q u i r e m e n tf o re f z n c sr e s p e c t i v e l y t h er e s u r ss u g g e s tt h a t t h et r a n s i t i o no fc o d f r o mw f zt oe f z n c si nl i n g d i n g y a n ge s t u a r yi si nw e l l s a t i s f i e dc o n d i t i o n , e x c e p ti ne f z n c so fz h o n g s h a nc i t ya n dq i n o d a oi s l a n da n d t h a to fs h i z i y a n g , b u tt h et r a n s i t i o no fi n o r g a n i cn i t r o g e ni si nu n s a t i s f i e dc o n d i t i o n a n dw a t e r q u a l i t yi so v e rs t a n d a r di na l m o s ta l lt h ee f z n c s i nl i n g d i n g y a n ge s t u a r y e i t h e ri nw e t , s e a s o no rd r ys e a s o n , w i t ht h ec o n c e n t r a t i o nt w oo r d e r sl a r g e rt h a nt h e r e q u i r e m e n t ，a n dt h et r a n s i t i o no fa c t i v ep h o s p h a t ei ss i m i l a rt ot h a to fi n o r g a n i c n i t r o g e ne x c e p tt h ec o n c e n t r a t i o nl e s se x c e e d st h er e q u i r e m e n t f u r t h e rs i m u l a t i o ni st a k e nt of i n do u tt h eb o u n d a r yc o n c e n t r a t i o nr e q u i r e m e n t t h a tw i l ls a t i s f yt h ew a t e rq u a f i t yr e q u i r e m e n tf o re f z n c si nt h ec o n d i t i o nt h a t w i t h o u ta n dw i t hc o n s i d e r a t i o no fm i x i n gz o n e s i t sf o u n dt h a tt h eu p s t r e a mb o u n d a r y c o n c e n t r a t i o nr e q u i r e m e n to fc o d u an e e d st ob ed e c r e a s e ds l i g h t l yi no r d e rt om e e t t h ee f z n c sr e q u i r e m e n ta n dt h eu p s t r e a mb o u n d a r yc o n c e n t r a t i o no fi n o r g a n i c n i t r o g e na n dt h a to fa c t i v ep h o s p h a t en e e dt ob ed e c r e a s e dm u c hi no r d e rt om e e tt h e e f z n c sr e q u i r e m e n te i t h e ri nt h ec o n d i t i o no fw e ts e a s o no rd r ys e a s o n , w i t ho r w i t h o u tc o n s i d e r a t i o no fm i x i n gz o n e a n df o ra l lt h et h r e eo b j e c t i v e s , t h eb o u n d a r y r e q u i r e m e n t so fd r ys e a s o ni sl e s sr i g i dt h a nt h a to fw e ts e a s o n , a n dt h eb o u n d a r y r e q u i r e m e n t sw i t ht h ec o n s i d e r a t i o no fm i x i n gz o n ei sl e s sr i g i dt h a nt h a tw i t h o u t a f t e rc o m p a r i n gt h eu p s t r e a mb o u n d a r yr e q u i r e m e n tw i t ht h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t y s t a n d a r d sf o rs u r f a c ew a t e ra n dw i t ht h eo b s e r v a t i o nv a l u e s ，i no r d e rt 0m e e tt h e e f z n c sr e q u i r e m e n ti nl i n g d i n g y a n ge s t u a r y , i t ss u g g e s t e dt h a tt h eb o u n d a r y r e q u i r e m e n to ft h et h r e eo b j e c t i v e ss h o u l db ea d o p t e da sf o l l o w sf o rw e ts e a s o na n d d r ys e a s o nr e s p e c t i v e l y ：t h eb o u n d a r yr e q u i r e m e n to fc o d c o n v e r t e d i n t o p e r m a n g a n a t ei n d e xa n dw i t h o u tc o n s i d e r a t i o no fm i x i n gz o n es h o u l dh ea d o p t e d ，t h e b o u n d a r yr e q u i r e m e n to fi n o r g a n i cn i t r o g e nc o n v e r t e di n t ot o t a ln i t r o g e na n dw i t h c o n s i d e r a t i o no fm i x i n gz o n es h o u l db ea d o p t e d , a n dt h eb o u n d a r yr e q u i r e m e n to f a c t i v ep h o s p h a t ec o n v e r t e di n t ot o t a lp h o s p h o r u sa n dw i t h o u tc o n s i d e r a t i o ns h o u l db e a d o p t e d k e yw o r d s ：w a t e rf u n c t i o nz o n e ，e n v i r o n m e n t a lf u n c t i o nz o n e i nn e x l rc o a s t a l s e a w a t e r s ，t h et r a n s i t i o no fw a t e rf u n c t i o nz o n e ，w a t e rq u a l i t ys t a n d a r d ，l i n g d i n g y a n g e s t u a r y m 第1 章绪论 1 1 研究目的和意义 第1 章绪论 随着环保问题日益受到政府和人民群众的重视并为了兼顾发展需要，中央和 各地政府在近年来开展进行了水功能区划工作。水功能区划是依据国民经济发展 规划和水资源综合利用规划，结合区域水资源开发利用的现状和未来需求，科学 合理地在相应水域划定具有特定功能、满足水资源合理开发利用和保护要求并能 够发挥最佳效益的区域( 即水功能区) ；确定各水域的主导功能及功能顺序，制 定水域功能不遭破坏的水资源保护目标；通过各功能区水资源保护目标的实现， 保障水资源的可持续利用【1 1 。如广东省就不同类型水域进行的水功能区划文件 有：广东省地表水环境功能区划( 试行方案) ( 1 9 9 9 年) 、广东省近岸海域环 境功能区划( 1 9 9 9 年) 、广东省大比例尺海洋功能区划( 2 0 0 1 年) 。但是目前 的水功能区划的主要考虑因素为水域的自然属性、环境现状、水域使用地区的社 会经济发展需要和生态环境需要，对于水质要求有差异的功能区之间是否能够顺 利衔接过渡的问题的科学论证相对缺乏。在2 0 0 0 年开展的地表水功能区划中虽 然有低标准水质过渡到高标准水质的水功能过渡区的设置【1 ，甜，但是其设置过渡 区的范围一般采用5 2 0 k m 左右，带有一定的盲l ! l 性，缺乏定量的科学依据【3 4 1 ， 水质要求有差异地表水环境功能区与近岸海域水功能区间的过渡衔接论证则在 国内尚为空白。而水功能区之间的过渡衔接，是分析论证水功能区划的合理性、 可行性以及优化调整水功能区衔接等实际工作中迫切需要解决的问题。根据全 国水功能区划技术大纲( 2 0 0 0 年) 和 无机氮。而按近年的近岸海域 和海洋质量公报及多次近岸或伶仃洋海域的水质监测结果【3 1 】显示，这三种水质 项目超标程度的严重程度排序与这结果吻合：无机氮 活性磷酸盐 c o d m ，即 符合边界浓度要求程度越高的水质项目，其超标程度越轻，反之亦然。这也说明 了本文分析结果是较为合理的。而对c o d m 。和活性磷酸盐，虽然其实测值普遍 低于边界浓度要求，但是近岸或伶仃洋海域的现状水质监测结果仍会出现超标的 情况，本文笔者认为，是由于本文模拟计算结果只考虑了东四口门作为伶仃洋污 染源，而实际上除了东四口门外，伶仃洋还有其它众多污染源：一些较小的入海 河流( 如茅洲河、深圳河等) ，一些沿岸排污口( 如深圳南山污水厂等) ，沿岸的 水产养殖、水土流失等非点源污染、航运过程在海上排污、底泥释放以及大气沉 降等，另外香港区域向伶仃洋区的排污也未考虑在其中。因此，虽然c o d 胁和 活性磷酸盐的实测值均低于边界浓度要求，但是当加上其它污染源的影响后仍可 能会出现海水水质超标的情况。当然，本文使用模型对现实情况模拟的误差也可 能是原因之一。 4 4 小结 综合以上调试得的边界浓度要求及其可行性分析，对本文讨论的三种水质项 目的具体边界浓度要求建议采用如下： c o d 采用未考虑混合区的边界浓度要求，其中只有墩头基和横门断面进 一1 1 4 一 第4 章功能区水质衔接过渡方案 行了修改，转换为高锰酸盐指数值执行，得： 表4 2 3 各功能区c o d m n 达标时边界断面高锰酸盐指数水质要求( m g l ) 无机氮采用考虑混合区的边界浓度要求，狮子洋、中山与横门市间水道和横 门东水道需设立为混合区，各河流边界均需进行标准修改，考虑到地表水监测工 作的统一性和氨氮指标本身的设定意义并不在于控制氮的富营养化作用，建议在 入海河流河口区新增总氮指标进行水质监测控制，则转换为总氮指标后的边界浓 度要求为： 表4 2 3 各功能区无机氮达标时边界断面总氮水质要求( m g l ) 活性磷酸盐采用未考虑混合区的边界浓度要求，各河流边界均需进行标准修 改，则转换为总磷指标后的边界浓度要求为： 表4 2 4 各功能区活性磷酸盐达标时边界断面总磷水质要求( r a g l ) 一1 1 5 一 第4 章功能区水质衔接过渡方案 除了以上关于河流边界设定的建议外，联系研究结果，本文笔者还提出以下 三点建议： 地表水环境质量标准应新增针对河口区的总氮及总磷标准限值。 由上面需要新增河口区的总氮标准限值及总磷的河流边界浓度要求与地表 水河流的总磷标准限值相差甚远的结果，可见现行的地表水环境质量标准中 并未考虑河口总氮和总磷对近岸海域环境富营养化的影响。因此本文笔者建议在 国家环境保护局发布的地表水环境质量标准中应该像针对湖、库水体制订相 应的总氮和总磷标准值那样，增加制订针对河口区的总氮和总磷水质标准，以供 未制定地方性总氮和总磷标准的河口区使用，使得地表水与近岸海域环境功能区 之间水质能较好地衔接。 排放标准中增加总氮项目的标准值。 由于订立各种水体的水质标准要求( 包括本文的上边界河流边界的浓度要 求) 是从污染末端上对水质污染进行控制，而现实中我国目前的环境保护现状是 通过制定污水排放标准来对水质污染进行控制，只有在各污染源均达到排放标准 后水体仍不能达标时方根据功能区水质标准要求制定相应的污染物排放总量控 制，对污染源的排放进行进一步的控制。而在目前的地表水标准中虽然有设立湖、 库的总氮项目标准( 本文也提出应在河口区设立总氮标准) ，但国家环保局发布 的多个关于主要氮污染源的排放标准中，却通常只有氨氮的排放标准，而未设定 总氮排放标准，如：污染综合排放标准( g b8 9 7 8 1 9 9 6 ) 、畜禽养殖业污染物 排放标准( g b1 8 5 9 6 2 0 0 1 ) 、合成氨工业水污染物排放标准( g b1 3 4 5 8 2 0 0 1 ) 等，只有新近公布的城镇污水处理厂污染物排放标准( g b1 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中有 对总氮作出明确的排放限制。广东省地方性的排放标准广东省水污染物排放限 值标准( d b 4 4 2 6 2 0 0 1 ) 中同样也只有氨氮标准限值而无总氮标准限值。因此， 有必要尽快把总氮的排放限制添加到相应的排放标准中，从而保证实现地表水总 氮的水质控制，进而实现地表水和近岸海域环境功能区的过渡衔接。 修订近岸海域环境功能区的部分区划。 由以上的研究分析中，我们可以看到当河流边界达到地表水质要求时会在中 山和洪澳岛北部的近岸二类功能区造成超标，即使是衔接较好的c o d 也同样 出现这种情况。究其原因，除了横门流入的河水为地表i 类水质要求，而横门近 一1 1 6 第4 章功能区承质衔接过渡方案 岸设有的近岸功能区为二类海水水质要求，故水质要求跳跃程度较大外，还与该 处在水动力上属于相对滞留区有关。龙江等1 1 7 】研究指出，该处由于受大量浅滩 的阻碍作用，水体流动性较差，污染物易徘徊而浓度偏高。而现实中该处除了接 纳横门和洪奇沥带来的污染物外，还要接纳中山沿岸南支以南排污沟、下栅以北 排污沟和下栅以南排污沟带来的污染物，受纳的污染物量较大f ，2 j 。故在此处划 定近岸二类功能区是相对较难实现其水质目标的。因此建议在该处设定的近岸二 类功能区北界适当地向南移，缩小其范围，或如前文中混合区的设定那样把中山 市和横门岛之间的水道区域设为入海河流河口混合区。另由于伶仃洋沿岸的围垦 建设需要，有相当部分岸线已经有较大改变，近岸海域的各种条件：如水动力条 件，沿岸陆地用途等也随之改变，由广东省近岸环境海域1 9 9 9 年公布至今 已经历时7 年，因此，适时地更新近岸海域环境功能区划也是必须的。 一1 1 7 第5 章结论与展望 5 1 结论 1 功能区衔接现状 第5 章结论与展望 通过对c o d m 、无机氮和活性磷酸盐分别模拟计算河流地表水水质达标情 况下的近岸海域环境功能区水质达标情况，分析伶仃洋河口区的地表水与近岸海 域环境功能区的过渡衔接现状。结果得出目前c o d m 。的水质要求过渡衔接情况 较好，基本能符合近岸海域环境功能区水质要求，而无机氮和活性磷酸盐的水质 要求过渡衔接情况很差，近岸海域环境功能区水质将严重超标，尤以无机氮的超 标情况最为严重。 2 功能区衔接方案 求算得出c o d m , 、无机氮和活性磷酸盐在各类水功能区均水质达标情况下 的相应河流边界浓度要求。其中c o d m n 的边界浓度要求方案可行性大，现行地 表水水质标准基本不需要改动；而无机氮的边界浓度要求方案则需要大幅削减目 前的河流氮污染，并建议引入总氮指标作为入海河流河口的监测项目；活性磷酸 盐的边界浓度要求方案也需要进一步加强河流的磷污染控制，但改善要求相对于 无机氮而言较低。 5 2 展望 1 更精准的边界浓度要求求算 如前面4 3 2 所述，本文模拟得的河流边界浓度结果为只考虑东四门河流带 入污染情况下的边界浓度要求，但现实中除了东四门河流带入污染外还有其它众 多多污染源；同时本文应用的水质模型也较为粗糙。因此，本文的边界浓度要求 一1 1 8 第5 章结论与展望 可能偏松，现实情况中所需要的边界浓度要求可能更加严格，方能保证伶仃洋的 水质要求。所以，以后可在本文工作基础上通过更全面考虑污染源，水质模型更 精细等方面再对边界浓度要求进行更加科学的求算，订立更符合实际情况的入海 河流水质要求。 2 符合具体区域环境需求的衔接方案 由于本文得到的边界浓度要求是以符合近岸海域环境功能区的水质要求为 目标的，而实际表征有机污染的c o d 和表征营养化的无机氮及活性磷酸盐对 生态环境的影响效果是因区域具体情况而异的。当要求水质符合具体区域的环境 需求时，其要求的浓度值可能与国家统一制定的海水水质标准限值有差异，如美 国制定的水质标准便是以各具体水域的用途需求为依据制定各特定水域的水质 标准值，因此若以保证具体区域环境需求为目标，则求算得出的入海河流水质要 求也会有所改变。这工作需要在特定区域进行较详细的生态环境科学研究并制 定相应区域的特定水质标准后方可进行。而目前在国内相关工作开展有限，因此 目前这一种衔接方案难以制定，这也是本文工作以后可以改进的一个重要方面。 3 具体的陆源削减计划和措施 本文的工作结果只是得出了符合近岸海域环境功能区时的河流边界浓度要 求，以此制定具体的水质标准以作为功能区过渡衔接方案。但是如何对进入河流 的污染物加以控制以达到该河流边界浓度要求，本文笔者由于能力、时间、资料 来源等限制未进行进一步的探讨，这使得本文结果目前只能对伶仃洋的地表水和 近岸海域环境区能的衔接方案停留在探讨建议的“纸上谈兵”层次上，未能提供 具体有效的方案付诸实施。因此，在这方面的工作仍有待继续，同时鉴于目前珠 江口的污染问题，尤其是富营养化问题，其意义重大、势在必行。 一1 1 9 参考文献 参考文献 f 1 】纪强，史晓新，朱党生，等中国水功能区划的方法与实践【j 】水利规划与设 计2 0 0 2 ( 1 ) ：4 4 - 4 7 ( 2 】王超，朱党，程晓冰地表水功能区划分系统的研究【j 】河海大学学报( 自然科学 版) ，2 0 0 2 ，3 0 ( 5 ) ：7 - 1 1 【3 1 徐贵泉感潮河时水功能过渡区及水环境承载能力研究【d 】南京：河海大学，2 0 0 5 【4 1 徐贵泉，褚君达河流水功能过渡区长度的影响研究【j 】水资源保护，2 0 0 6 , 2 2 ( 4 ) ：2 4 - - 2 6 【5 1 史栾生，幸成广东省地表水水功能区水质达标评价【j 1 广东水利水 屯2 0 0 6 ( 6 ) ：5 8 - 6 0 ，8 2 t 6 】钱宏林，梁松，齐雨藻广东沿海赤潮的特点及成因研究【j 】生态科学，2 0 0 0 ，1 9 ( 3 ) ：8 1 6 用颜天，周名江，邹景忠，等香港及珠江口海域有害赤潮发生机制初步探讨【j 1 生态学 报，2 0 0 1 ，2 1 ( 1 0 ) ：1 6 3 4 - 1 6 4 1 f 8 l 刘晨关于水功能区管理的若干思考【j 1 中国水利，2 0 0 4 ( 4 ) ：1 9 2 0 1 6 【9 】赵晨，铁燕中美水环境标准法律制度比较研究对我国水污染防治法律的修订启 示【q 江西赣州：2 0 0 5 【1 0 1 孟伟，张远，郑丙辉水环境质量基准、标准与流域水污染物总量控制策略【j 】环境科 学研究，2 0 0 6 ，1 9 0 ) ：1 6 1 1 1w a t e rm a n a g e m e n tp o l o c i e s g u i d e l i n e so ft h em i n i s t r yo fe n v i r o n m e n ta n de n e r g y z o n t a d o ：1 9 9 4 1 1 2 l 胡必彬欧盟水环境标准体系f j 】环境科学研究，2 0 0 5 ，1 8 ( 1 ) ：4 5 4 8 【1 3 l 夏青水环境保护功能区划分【z 1 海洋出版社，1 9 8 9 【1 4 1 卢士强，林卫青苏州河环境整治二期工程水质影响数值模拟川长江流域资源与环 境，2 0 0 6 ，1 5 ( 2 ) ：2 2 8 - 2 3 1 f 1 5 1 徐祖信，卢士强平原感潮河网水质模型研究【j 】水动力学研究与进 展, 2 0 0 3 1 8 ( 2 ) ：1 8 2 - 1 8 8 【1 6 】逢勇，李学灵珠江三角洲河网入伶仃洋通量计算研究【j 】水利学报，2 0 0 1 ( 9 ) ：4 0 4 4 【1 7 l 龙江，李学灵陆源污染对伶仃洋水质影响的数值模拟【j 1 人民珠江，2 0 0 0 ( 1 ) ：3 5 3 7 f 1 8 】张鸿