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沙角电厂附近水域污染物分布和扩散规律的研究汪晋三曾水泉潘树荣易绍桢许贻婴一、电厂附近的水域和渔业、农业概况1水域沙角电厂面向伶仃洋的交椅湾。交椅湾位于伶仃洋的东北部，面积约72.7平方公里，平均水深3.5米，容积为2.74亿立方米。虎门水道和蕉门水道从北面和西北面流入伶仃洋，经伶仃水道(又称西槽)和矾石水道(又称东稽)出海，小部分由西向东流入交椅湾。涨潮时，潮流先从矾石水道上溯，在旗山西南汇入川鼻洋水道，然后流入虎门和蕉门，部分潮流停留在矾石水道以东滩地。交椅湾的东北部有磨碟河和茅洲河流入，属地区性小河，流经农田和村庄，带来较多的有机物质。2.渔业和农业生产伶仃洋的东岸至深圳湾是我省主要养蚝区，约有蚝田16,900多亩，其中采苗区5，610亩，生长区44，600亩，寄肥区10，000亩。从事蚝业生产有6个公社16个半蚝农大队和6个蚝业大队，养蚝人数11,000多人。每年生产鲜蚝5万担，最高年达7万担。本区养蚝已有5 0 0年历史，沙井蚝是名贵产品，盛名两广和港澳。珠江口是我省主要渔场之一，盛产各种经济鱼类。同时也是许多鱼类孵化繁殖区。从事渔业生产的单位有东莞县的新湾渔业公社、蛇口渔业协会、番禺县的莲花山和新垦公社，珠海市的香洲，湾仔、万山等公社。从事渔业生产总人数约5万人，拥有机动船和非机动船4-5千艘。近一、二十年来，由于滥捕、大面积围垦和水污染等的影响，渔产大量减少。伶仃洋两岸是河口冲积平原，俗称“沙田”地区，这些农田主要靠潮水进行灌溉，冬半年由于水质含盐度高，除咸草田外，一般不进行排灌。伶仃洋东岸靠近交椅湾的地方，约有农田5万亩，这些土地以种植水稻、甘蔗、黄麻和水草为主，冬半年依靠东引工程和附近山塘水库进行灌溉。 3东江引水工程水质情况东江引水工程是从东江下游的桥头引水，流经茶山、莞城、沙田、虎门、长安等公社在太平镇口和虎门公社的磨碟口流入虎门和交椅湾。据1981年东莞县环保办的调查资料，每年排入东江废水563万吨，污染物含有氮的化合物、氟化物、氰化物、铬、铅、酚和砷等污染物，致使东江引水工程的水质受到不同程度污染，但当流到下游的镇口附近，由于河流的自净作用，仅有氮化物、氰化物和砷还有轻微污染，水质基本还是好的。二、水域中化学物质含量和变化1水化学特征水域的水化学特征，受珠江径流和水质，河口区的潮汐、交椅湾的湾床和气象因素的综合影响。丰水期，珠江径流的影响起主导作用，水域基本为淡水所控制，咸、淡水交界(氯化物含量l界线)在伶仃洋的中南部，即交椅湾以南。水中悬浮物平均含量为127.42毫克升，比枯水期高出2.5倍，水的pH值平均为7.12，溶解氧平均含量为5.78毫克升，耗氧量平均为2.28毫克升，氯化物和硫酸盐受咸水轻微影响，平均含量分别为30.92毫克升和7.9毫克升。潮汐对水质的影响，表现在大潮汛和低潮的悬浮物，耗氧量、硫酸盐的含量和pH值都高于小潮汛和高潮，而小潮汛和高潮的溶解氧含量高于大潮汛和低潮。丰水期各种化学成分的分布有不同的特点，氯化物、硫酸盐和pH值的分布南部中部北部，而悬浮物和耗氧量的分布东滩东槽西槽(图1)。悬浮物、溶解氧垂直变化较明显，悬浮物含量底层中层上层，溶解氧含量底层上层中层。氯化物、硫酸盐和耗氧量垂直变化不明显。各种化学成分变化与流速的关系，pH值在退急和涨急时高，退平和涨平时低，溶解氧含量在涨平、涨急时高，退平和退急时低。枯水期，珠江径流小，海水侵入河口区，整个交椅湾都受咸水控制，氯化物和硫酸盐含 量很高，氯化物平均含量为10，444.68毫克升，硫酸盐平均含量为l，365.64毫克升。pH值平均为7.97，属弱碱性，由于此时珠江径流比丰水期小，带来的泥沙少，加上交椅湾枯水期风力较小，因此，悬浮物和耗氧量都较低，悬浮物平均含量为36.48毫克升，耗氧量平均为1.66毫克升。枯水期的气温较低，水中的还原性物质比较少，溶解氧含量增高，平均含量为8.30毫克升。潮汐对水化学成分的影响也很明显，大潮汛和低潮的悬浮物含量和pH值都高 于小潮汛和高潮。而小潮汛和高潮的氯化物、硫酸盐，溶解氧的含量又都大于大潮汛和低潮。枯水期各种物质分布，氯化物、硫酸盐，pH值和悬浮物都是东滩东槽西槽(图2)，而溶解氧和耗氧量则是西槽东槽东滩(图3)。氯化物、硫酸盐、悬浮物和溶解氧的含量垂直变化比较明显，前三种物质的含量都是底层中层上层，溶解氧的含量是底层上层中层。 2水中污染物质的时间、空间变化根据电厂排污和水域特点，这次水中测定污染物有石油、酚、氰化物、汞、砷、铜、铅、六价铬、锌、镍和镉。上述大部分污染物由于珠江径流量大，自净能力强，同时电厂附近水域没有大的污染源，因此，大多数污染物质的含量不高，仅石油和酚的含量由于轮船排放舱水的影响，某些测次含量较高，石油的超标率(超过地面水最高容许浓度百分比)为5.2%，酚的超标率为2.4%，其它污染物未发现超地面水最高容许浓度(表1)。若从渔业用水的水质标准来看，石油超过标准达71.4%，铜超过标准达27.3，酚和镍有少数测次超过标准，其它各项均未超过渔业用水标准。 各种污染物的分布情况：丰水期，东滩的石油、酚和铜的含量高于东槽和西槽(图4)，这与东滩是浅水区和向风面，水中悬浮物较多和污染物易在此停留等有关，因此，大部分污染物含量较高，仅有汞和氰化物的含量西槽略高于东槽和东潍。枯水期，东滩的石油、氰化物和汞的含量高于东槽和西槽，酚的含量西槽和东滩很接近，砷、铜和铅的含量则东槽和西槽高于东滩(图5)。3.底质主要污染物的分布与累积底质砷的含量较高(平均为22.69毫克公斤),各采样点含量相差颇大，最高含量与最低含量相差8倍。东滩和西槽南部含量较高，西槽北部和东槽中部含量较低。砷的累积系数最大，为16，844.2倍，系数最大区分布在东槽和东滩的北部，最小区分布在东滩的南部。 底质汞的含量也很高(平均为0.1912毫克公斤)；各采样点含量相差很大，最高与最低含量相差54倍。交椅湾的北部、东滩南部和虎门水道东测含量较高，东槽中部和西槽南部含量较低。汞的累积系数较大，为5，406.5倍，系数最大、最小分布区与汞的含量最高区、最低区相似。铜的含量较低(平均为10.27毫克公斤)，各采样点相差颇大，最高和最低含量相差接近6倍，东滩北部和西槽南部含量较高，西槽北部含量较低。铜的累积系数为24，445.9倍，最大区分布在东槽附近，最小区在西槽北部和东滩南部。酚的含量不高(平均为0.0479毫克公斤)，各采样点含量相差较大，最高和最低含量相差16倍，西槽附近含量最高，其次为东槽南部和东滩，东槽中部含量最低。酚的累积系数较低为133.9倍，最大区分布在西槽附近，最小区分布在东滩。氰化物含量也不高(平均为0.0582毫克公斤)，各采样点含量变化很大，最高与最低含量相差38倍。东滩北部、东槽和西槽含量较高，东滩的中部和南部含量较低。氰化物的累积系数为336.8倍，最大区分布在东滩北部和西槽南部，最小区分布在西槽北部。 三、电厂废水中主要污染物的扩散规律1扩散模式的选择沙角电厂附近目前没有有明显的集中的污染源，水域面积很大，我们采用现场实测的方法来研究污染物扩散情况。实测的物质是水体中内在和比较保守的成分氯化物。氯化物在调查区的变化还是明显的，枯水期南、北含量相差达951.6毫克升，水期受到珠江径流淡水的影响，南、北部含量相差47.41毫克/升。我们曾用这次实测污染物资料，对不同模式进行试算，最后我们选用盐度法，比较适合调查区的实际情况。盐度法的关系式如下： Ci=C0Sm-SiSm(qQ)tCi：排污口至一定距离后的某污染物浓度Co；各种污染物的排放浓度 Sm：河口区外的海水盐度S；：河口区内某测点的河水盐度q；污水排放量Q:河流的流量t；时间，t=LVLt排污口至某计算点的距离 V:河流的平均流速2参数数值的确定参数数值的获得，大部分来自野外实测、实验室实验和设计部门提供资料，小部分利用其它单位的调查资料。 C0：各种污染物的排放浓度，根据省环境保护研究所的实验数据(单位ppm)：Hg 6.010-5，Cd 0.018， Pb0.041,Zn 0.066，Ca O.24， Cr 0.21， Ni 0.42， As 0.039。Sm： 珠江口以外海水的盐度，丰水期为32.57克升，枯水期为3397克升(南海海洋研究所等单位，1978年。) Sm:各计算点氯化物的平均含量(表3、表4) q：废水排放量2，670吨时(省电力设计院提供) Q；交椅湾电厂附近过水断面流量(表5) V：交椅湾电厂附近过水断面流速(表6)3废水污染物扩散情况污染物的扩散，首先受到水文因素的影响，随着水文期、潮汛、潮别的不同，各种重金属的扩散速度也不同。据我们计算结果，重金属污染物的扩散速度枯水期较丰水期快，枯水期的大潮汛的涨、落潮和小潮汛的涨潮比小潮汛的落潮扩散快，丰水期的大潮汛的涨、落湖比小潮汛的涨落潮扩散快。污染物的扩散，还与各污染物排放浓度有很大关系。电厂污染物的排放浓度，以铜、镍和镉较高，虽然未超过国家排放标准，但超过渔业用水标准，其中铜超过23倍，镍超过3.2倍，镉超过0.8倍。砷和铬的排放浓度居中，未超过国家排放标准和渔业用水标准，与渔业用水标准同一数量级。铅，锌和汞的排放浓度较低，均未超过国家排放标准，而且比渔业用水标准低12位数量级。污染物的扩散程度还受电厂附近水域各污染物的背景值影响，污染物的背景值高，电厂排出的污染物的扩散，经过一定距离后就不起作用。在枯水期，铜、镉的背景值较高，有部分测次超过渔业用水标准，镍、锌和砷的背景值居中，低于渔业用水标准一位数量级，铅、铬和汞的背景值较低，一般低于渔业用水标准二位数量级或未检出。在丰水期，砷和铜的背景值低于渔业用水标准一位数量级，汞的背景值更低，低于渔业用水标准二位数量级。综合上述情况，由于交椅湾水域广阔，流量大，水域中污染物背景值(铜例外)不高，电厂废水排出的重金属污染物浓度也不高，大部分污染物的浓度在国家排放标准和渔业用水标准以下，不致造成污染。仅有铜、镍和镉的排放浓度高于渔业用水标准，铜的排放浓度需要经过25-30分钟(400740)的扩散，浓度下降二位数量级，才达到渔业用水标准以下，同时，铜的背景值较高，预计可能造成局部的污染。镍的浓度经过6-8分钟(101-183米)的扩散，才达到渔业用水标准以下，预计将造成小面积的污染。镉的浓度经过1.6分钟(27-42米)的扩散，可达到渔业用水标准以下，预计将造成小面积的污染。 四、电厂温排水扩散的估算1. 模式的选择我们选用美IEdiager和Polk的公式(auderbilt，1969)AAm=0.168(ScSD)-SA=在指定的升温度数的等温线所包围的表面积0.168常数Sc=指定的升温度数单位F。 SD=温排水的升温度数单位F。Am=43/3W2Qp3DyQr2dW=水域的宽度Qp=温排水排放量单位ft3/SQr=河流流量单位同上d=水深单位ftDy(Brooks，1959)为横向扩散 Dy=9.410-4W4/3单位ft2/S2参数数值的确定Sp(广东省电力设计院，1981)8电厂进出水最大温差Sc=2 W=4.500m(不计泥滩的交椅湾水面宽度)Qp=50立方米秒(广东省电力设计院，1981) d=4米(交椅湾断面的平均水深)Qr见表7：我们选择升温2的界限(超过此温度会给水生生物带来比较明显的影响)，计算出丰、枯水期大、小潮的涨，落潮温排水扩散面积(表8)。 温排水影响的面积变化在1.34-5.79平方公里之间，大潮汛影响面积较小，小潮汛影响面积较大，特别是丰水期的小潮汛的落潮和涨潮以及枯叶水期小潮汛的落潮，温排水影响面积都在5平方公里以上。沙角电厂附近水域，丰水期表层平均水温为29.5(图6)，变化范围为27.2-32.1，日平均水温(垂线平均值)为29.830.3，最高水温32.1。枯水期表层平均水温为16.1，变化范围14.9-17.4，日平均水温(垂线平均值)为16.7，最低水温为14.9。根据水域水温特点和温排水的影响面积，可以预料，秋、冬和春季的水温不高，对水生生物影响不大，夏季水温比较高，电厂温排水进入水域后，可以引起局部范围内一些鱼类的逥避或死亡(当水温超过了鱼类最适水温的1-3时，将出现逥避现象。美国环境保护局编，中国建筑工业出版社，1981年。)五、结语1. 沙角电厂附近水域的水质，现阶段基本上是好的。污染物中的石油和挥发酚在局部采样点和一些测试中，有超过地面水最高容许浓度现象，而重金属目前含量还比较低，均未超过地面水最高容许浓度(铜、镉、镍一些测次超过渔业用水标准)，说明电厂附近水域，可以承受一定量的污染物。但是也应该看到，目前水域中各种重金属是不同的，其中铜、镍、镉、铅和锌的含量较高，汞、砷和六价铬含量较低，电厂灰场排出的废水又含有各种不同浓度的重金属，其中以铜、镍、镉的浓度较高。所以必须从全面和长远的角度来考虑重金属的污染问题，因此，建议电厂灰场废水的排放应建立管理制度，经常进行水质监测，排放废水时应符合标准，以免造成污染。 2根据污染物扩散计算结果，预计铜将造成局部污染，镍和镉将造成小面积污染。其它各种污染物的排放浓度均在渔业用水标准以下，不会造成污染。设计中的灰场的东界与蚝场寄肥区仅隔十几米宽的磨碟口出水道。因此，我们认为灰场排污口选择在灰场的西南部比较合适，可以避免或