渤海環(huán)境容量研究問題探討

張學(xué)輝

（河北省地礦局第四水文工程地質(zhì)大隊(duì) 滄州市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站 滄州市 061000）

渤海為遼東半島、華北平原和山東半島所環(huán)抱，是我國唯一半封閉內(nèi)海，僅有南北寬約57海里的渤海海峽與黃海相通。渤海海岸線長3 784 km，面積7.8×104km2，平均水深18 m，有黃河、海河、遼河等40 條大小河流入海。近些年來環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，已經(jīng)成為繼珠江三角洲、長江三角洲之后我國經(jīng)濟(jì)的“第三極”。與此同時(shí)，環(huán)渤海地區(qū)大力推進(jìn)沿海地區(qū)的生產(chǎn)力布局，加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展：天津?yàn)I海新區(qū)納入國家總體戰(zhàn)略發(fā)展布局，山東則開發(fā)利用海洋資源，培育海洋優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，打造山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)，河北省沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃也上升為國家戰(zhàn)略，唐山曹妃甸新區(qū)及滄州渤海新區(qū)正在如火如荼地建設(shè)中。

當(dāng)前，渤海海洋環(huán)境污染嚴(yán)重，海洋資源和環(huán)境的承載力遭受嚴(yán)重的破壞，這將嚴(yán)重制約環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展（王軍等，2006）。紀(jì)建悅等運(yùn)用主成分分析對(duì)渤海灣海洋環(huán)境綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用物理學(xué)中的容量耦合系數(shù)模型，計(jì)算環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)和渤海海洋環(huán)境之間的耦合度，結(jié)果表明兩系統(tǒng)基本上處于拮抗時(shí)期，環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入快速發(fā)展同時(shí)，渤海海洋環(huán)境承載力下降，不能完全消化吸納經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的影響（紀(jì)建悅等，2012）。

在此背景下，為提高對(duì)渤海海洋環(huán)境保護(hù)工作的認(rèn)識(shí)，尋求改善渤海海洋環(huán)境的技術(shù)手段和政策措施，以渤海海洋環(huán)境容量研究成果為基礎(chǔ)，探討如何充分利用該研究方法，提升海洋管理水平，同時(shí)也為改善渤海海洋環(huán)境，促進(jìn)沿海經(jīng)濟(jì)與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展提供借鑒。

1 概念及研究方法

1.1 概念

海洋環(huán)境容量是指為維持某一海域的特定生態(tài)環(huán)境功能所要求的海水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在一定時(shí)間內(nèi)所允許的環(huán)境污染物最大入海量。它與海水的自凈能力有關(guān)，是自凈能力綜合表現(xiàn)的定量描述。

海洋環(huán)境容量的大小主要取決于以下2 個(gè)因素：一是海域本身具備的條件，如海域環(huán)境空間的大小、位置、潮流、自凈能力等自然條件及生物的種群特征、污染物的理化特性等，客觀條件的差異決定了不同地帶的海域?qū)ξ廴疚镉胁煌膬艋芰?；二是人們?duì)特定海域環(huán)境功能的規(guī)定，如確定某一區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量應(yīng)該達(dá)到何種標(biāo)準(zhǔn)（張永良等，1991）。

1.2 研究方法

20 世紀(jì)80年代至今，國內(nèi)外諸多學(xué)者相繼開展了對(duì)近岸海域環(huán)境容量的研究，早期主要關(guān)注沿海漁業(yè)應(yīng)用，隨著監(jiān)測(cè)、調(diào)查資料的日益豐富和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的不斷改進(jìn)，海洋環(huán)境容量經(jīng)歷了從定性描述到定量計(jì)算的發(fā)展階段（王曉瑋等，2012）。主要的計(jì)算方法有：模型試算法、均勻混合法、分擔(dān)率法、最優(yōu)化法、地統(tǒng)計(jì)學(xué)與GIS 方法（朱靜等，2009）。

2 渤海海洋環(huán)境容量研究

海洋環(huán)境容量研究最繁盛的時(shí)期應(yīng)該在2000年以后，主要集中在一些小型的海灣，如大連灣、遼東灣、渤海灣、萊州灣、膠州灣等，最早開始研究污染物輸運(yùn)模型。污染物輸運(yùn)模型與潮流模型是環(huán)境容量研究的基礎(chǔ)手段，在此基礎(chǔ)上，環(huán)境容量研究得到了發(fā)展。渤海海洋環(huán)境容量研究主要以中國海洋大學(xué)王修林教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)工作較多（王修林等，2006）。海洋環(huán)境容量研究主要側(cè)重化學(xué)需氧量（COD）、氮、磷、石油烴、重金屬等化學(xué)污染指標(biāo)。

2.1 氮與磷的環(huán)境容量

2012年，渤海近岸海域海水污染程度有所增加，渤海劣4 類水質(zhì)海域面積也顯著增大。受7月京津冀地區(qū)強(qiáng)降水影響，渤海8月劣4 類水質(zhì)海域面積約為13 080 km2，主要超標(biāo)物質(zhì)為無機(jī)氮、活性磷酸鹽和化學(xué)需氧量（國家海洋局北海分局，2013）。

丁東生采用箱式模型，對(duì)渤海無機(jī)氮、活性磷酸鹽的環(huán)境容量進(jìn)行研究，在國家功能區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)條件下，渤海氮（氨氮）和磷的環(huán)境容量分別約為93×104t/a 和13×104t/a（丁東生，2012）。2012年，渤海沿岸主要江河攜帶入海的氨氮總量為2.59×104t，總磷0.49×104t（國家海洋局北海分局，2013）。從陸源污染物排海角度，氨氮和總磷的排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其環(huán)境容量，與當(dāng)前渤海無機(jī)氮、活性磷酸鹽污染嚴(yán)重的事實(shí)存在差異。

2.2 COD 與石油烴環(huán)境容量

郭良波等通過對(duì)箱式模型（即均勻混合法）、分擔(dān)率法以及最優(yōu)化法比較，采用最優(yōu)化法計(jì)算了渤海COD 與石油烴的環(huán)境容量。限于資料，在計(jì)算過程中背景濃度取為0，計(jì)算渤海全海域在I~IV 類水質(zhì)條件下的環(huán)境容量。計(jì)算結(jié)果為：渤海在I~IV 類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下的COD 環(huán)境容量分別為36.59×104t/a、54.88×104t/a、73.13×104t/a和91.45×104t/a；石油烴環(huán)境容量分別為2.82×104t/a、16.86×104t/a 和28.17×104t/a（郭良波等，2007）。

2012年，渤海沿岸主要江河徑流攜帶入海的化學(xué)需氧量（CODCr）總量為109×104t，入?？偭空既牒Ｎ廴疚锟偭康?6%（國家海洋局北海分局，2013）。與計(jì)算結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，江河徑流攜帶入海的COD 總量已遠(yuǎn)高于渤海IV 類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下的環(huán)境容量，渤海當(dāng)前的污染程度應(yīng)非常嚴(yán)重。但是，渤海整個(gè)海域COD 在5、8月未出現(xiàn)嚴(yán)重污染區(qū)域，在10月份僅在萊州灣西側(cè)COD 污染程度較重，污染區(qū)域主要分布在黃河口附近（國家海洋局北海分局，2013）。丁東生采用箱式模型計(jì)算了渤海COD 的環(huán)境容量，在國家功能區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)條件下，渤海COD 環(huán)境容量約為980×104t/a（丁東生，2012），遠(yuǎn)高于最優(yōu)化法在IV 類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下的計(jì)算結(jié)果（郭良波等，2007），同時(shí)也高于2012年監(jiān)測(cè)的渤海主要江河徑流攜帶入?？偭俊Ｏ啾榷裕涫侥Ｐ偷挠?jì)算結(jié)果可靠性方面要優(yōu)于最優(yōu)化法。

受康菲19-3 溢油事故的影響，在渤海中部海域仍有小面積的石油污染區(qū)域，陸源排污對(duì)渤海的石油類污染影響較小。2012年監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)的石油類主要江河攜帶入海量為1.17 萬t（國家海洋局北海分局，2013），尚不足計(jì)算結(jié)果I~II 類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下環(huán)境容量的1/2（郭良波等，2007）。

2.3 其他海域環(huán)境容量研究

萊州灣作為渤海三大灣之一，其水動(dòng)力較強(qiáng)、面積較大，污染程度也較嚴(yán)重。虞蘭蘭通過建立一個(gè)基于PIC（Particle-In-Cell）粒子追蹤方法的N-P-Z-D（營養(yǎng)鹽-浮游植物-浮游動(dòng)物-碎屑）生態(tài)模式，采用最優(yōu)化法計(jì)算了萊州灣的氮、磷的環(huán)境容量。研究結(jié)果表明，21 世紀(jì)初萊州灣的營養(yǎng)鹽環(huán)境容量，使用非線性規(guī)劃法，在保持DIP 排放現(xiàn)狀不變的情況下，萊州灣DIN年環(huán)境容量為21843t/a，剩余年環(huán)境容量為-8264t/a，需要減少點(diǎn)源DIN 的排放量；在保持DIN 排放現(xiàn)狀不變的情況下，萊州灣DIP年環(huán)境容量為1 794 t/a，剩余年環(huán)境容量達(dá)1 485 t/a，可繼續(xù)容納部分DIP 的排放（虞蘭蘭，2012）。該計(jì)算結(jié)果較為客觀，與2012年萊州灣主要污染物為無機(jī)氮的監(jiān)測(cè)結(jié)果基本相符。

3 討 論

根據(jù)對(duì)渤海環(huán)境容量研究成果，結(jié)合2012年北海區(qū)海洋環(huán)境公報(bào)數(shù)據(jù)，比較發(fā)現(xiàn)，環(huán)境容量研究在陸源污染物排?？偭靠刂浦笜?biāo)的設(shè)置、海洋環(huán)境保護(hù)相關(guān)措施的制定方面提供了有力的技術(shù)支撐，但模型計(jì)算中的數(shù)據(jù)來源，方法的選擇、基礎(chǔ)參數(shù)的篩選等影響計(jì)算結(jié)果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)受人為影響較大，與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果存在差異。

環(huán)境容量研究是海洋環(huán)境保護(hù)工作的一種重要技術(shù)手段，尤其針對(duì)污染較為嚴(yán)重的半封閉海域，日常的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作僅能為海洋行政主管部門提供海洋環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，唯有通過有效的控制污染物的排放才能進(jìn)一步遏制環(huán)境的惡化。污染物總量控制是在環(huán)境容量明確的基礎(chǔ)上采取的管理手段。建議環(huán)境容量研究應(yīng)不斷完善計(jì)算模型，以沿海各行政區(qū)管轄海域?yàn)橹饕繕?biāo)海域，仍以氮、磷、COD 為主要計(jì)算參數(shù)，以相當(dāng)長時(shí)間序列的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算渤海近岸海域的環(huán)境容量，核算各行政區(qū)的污染物排?？偭恐笜?biāo)，為準(zhǔn)確地量化陸源污染物排放、保護(hù)并改善渤海海洋環(huán)境質(zhì)量做好技術(shù)支持，為管理部門決策提供技術(shù)指導(dǎo)。

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