港灣海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站位布設(shè)方法研究
——以象山港為例

黃秀清，陳琴，姚炎明，蔡燕紅

（1.上海東海海洋工程勘察設(shè)計(jì)研究院，上海200137；2.浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江杭州310058；3.國(guó)家海洋局寧波海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江寧波315012）

港灣海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站位布設(shè)方法研究
——以象山港為例

黃秀清1，陳琴2，姚炎明2，蔡燕紅3*

（1.上海東海海洋工程勘察設(shè)計(jì)研究院，上海200137；2.浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江杭州310058；3.國(guó)家海洋局寧波海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江寧波315012）

本文在水質(zhì)污染物擴(kuò)散模擬的基礎(chǔ)上結(jié)合港灣生物、水質(zhì)、水團(tuán)、水動(dòng)力等分區(qū)特征，確定港灣監(jiān)測(cè)代表單元，結(jié)合質(zhì)心點(diǎn)計(jì)算方法，建立港灣海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站位優(yōu)化布局方法，并在象山港進(jìn)行示范。結(jié)果表明：（1）象山港作為典型半封閉港灣，水交換能力較差，水團(tuán)分布相對(duì)均勻，根據(jù)無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽水質(zhì)模擬結(jié)果及港灣生態(tài)分布特征，象山港分成9個(gè)區(qū)，各區(qū)內(nèi)主要水質(zhì)指標(biāo)及生物生態(tài)特征基本一致。（2）采用質(zhì)心點(diǎn)計(jì)算方法，在象山港9個(gè)區(qū)及區(qū)間（分界線）共設(shè)置16個(gè)代表性站位，各站位可作為象山港落潮時(shí)無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽、溫、鹽、生物等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)站位；（3）站位優(yōu)化驗(yàn)證結(jié)果表明，優(yōu)化前后2組數(shù)據(jù)之間無(wú)顯著性差異，說(shuō)明優(yōu)化后的16個(gè)監(jiān)測(cè)站位能較好地代表象山港海域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，其所表征的監(jiān)測(cè)信息量與現(xiàn)有監(jiān)測(cè)站位的信息量等效。

象山港；監(jiān)測(cè)站位；布設(shè)

黃秀清，陳琴，姚炎明，等.港灣海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站位布設(shè)方法研究——以象山港為例［J］.海洋學(xué)報(bào)，2015，37（1）：158—170，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.01.016

Huang Xiuqing，Chen Qin，Yao Yanming，et al.The setting method of harbour marine environment monitoring station——Acase study in Xiangshan Bay［J］.Haiyang Xuebao，2015，37（1）：158—170，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.01.016

1　引言

港灣作為典型海洋生態(tài)系統(tǒng)處于陸地與海洋之交的樞紐地帶，其生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，在水動(dòng)力等自然條件作用下，受海洋開發(fā)活動(dòng)及外來(lái)污染影響尤為突出，多年來(lái)，為了掌握海洋生態(tài)環(huán)境的變化，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站位、指標(biāo)、頻率不斷增加，如浙江省象山港，從20世紀(jì)80年代至今，監(jiān)測(cè)站位從5個(gè)增加到40余個(gè)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)從10項(xiàng)增加到30余項(xiàng)，監(jiān)測(cè)頻率也從每年1次增加到4次，但是仍無(wú)法科學(xué)描述象山港海洋環(huán)境狀況，而監(jiān)測(cè)站位設(shè)置成為能否相對(duì)準(zhǔn)確地反映海洋環(huán)境狀況的關(guān)鍵因素之一。多年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)監(jiān)測(cè)站位布局優(yōu)化方法進(jìn)行了探索，林慶華和李濤采用指數(shù)法、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別法和貼近度法等模式對(duì)深圳近岸海域監(jiān)測(cè)站位進(jìn)行聚類分級(jí)和再優(yōu)化［1］，蔡建堤利用Matlab和Lingo數(shù)學(xué)軟件，采用二次背包模型對(duì)監(jiān)測(cè)站位進(jìn)行優(yōu)化［2］，葉璐等采用克里金法和專家評(píng)判法對(duì)珠江口水質(zhì)監(jiān)測(cè)站位進(jìn)行優(yōu)化［3］；ACWI對(duì)美國(guó)國(guó)家水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)［4］，王寵等分析美國(guó)地表水站位設(shè)計(jì)方法是在傳統(tǒng)的判斷點(diǎn)位設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加概率統(tǒng)計(jì)點(diǎn)位設(shè)計(jì)方法［5］，而Truj illo-ventura利用目標(biāo)的空間覆蓋率、超標(biāo)、數(shù)據(jù)有效性和加權(quán)方法來(lái)建立模型，尋找合適的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)［6］，Sarigiannis和Saisana等提出利用衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)行多目標(biāo)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的方法［7］。上述方法基本采用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行站位布局，站位的生態(tài)環(huán)境代表性考慮的較少。而前期象山港的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站位都是在調(diào)查站位的基礎(chǔ)上增加監(jiān)測(cè)站位。本文根據(jù)水質(zhì)模擬結(jié)果，在生態(tài)分區(qū)的基礎(chǔ)上確定監(jiān)測(cè)的代表性單元，建立各區(qū)質(zhì)心點(diǎn)計(jì)算方法，在常態(tài)化監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上優(yōu)化站位，建立基于水動(dòng)力、水質(zhì)、生態(tài)分布特征的港灣海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站位優(yōu)化布局方法，確定各單元的監(jiān)測(cè)位置，使有限的站位獲取盡可能全面的監(jiān)測(cè)信息，以分析主要生態(tài)污染特征參數(shù)的長(zhǎng)周期變化。

象山港位于寧波市東南部，地理坐標(biāo)在29°24′～29°48′N，121°25′～122°03′E之間，界于穿山半島與象山半島之間，是一個(gè)呈NE-SW走向的狹長(zhǎng)形海灣［8—9］，北、西、南三面環(huán)陸，東面朝海，口門外有六橫、梅山等眾多島嶼為屏障。港區(qū)口門寬約20 k m，縱深60 k m，海域總面積563 k m2（其中灘涂面積171 k m2），岸線曲折，海底地形復(fù)雜，平均水深8～10 m，中段最深47 m，形成兩端淺、中間凹陷的舟狀盆谷。港區(qū)屬不正規(guī)半日潮，多年平均潮差3.1 m，最大潮差5.6 m以上；象山港有浮游植物159種，浮游動(dòng)物64種，底棲生物205種，潮間帶生物190種，游泳動(dòng)物210種，生物多樣性豐度較大，有大小島嶼共65個(gè)以及西滬港、鐵港和黃墩港3個(gè)港中之港。象山港其東南通過(guò)牛鼻水道與大目洋相通，東北通過(guò)佛渡水道與舟山海域毗鄰，水域主要通過(guò)這2個(gè)水道與外海進(jìn)行水交換，港灣外端海水交換能力強(qiáng)，余環(huán)流基本上以水平結(jié)構(gòu)為主，狹灣內(nèi)段海域受外界影響相對(duì)較小，水體與外界交換能力弱，是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水體。象山港區(qū)域環(huán)境優(yōu)美、資源豐富，集“港、漁、涂、島、景”五大優(yōu)勢(shì)資源于一身，是浙江省乃至全國(guó)重要的海水養(yǎng)殖基地和多種經(jīng)濟(jì)魚類洄游、索餌和繁育場(chǎng)以及菲律賓蛤仔等經(jīng)濟(jì)貝類苗種自然產(chǎn)區(qū)。作為典型半封閉港灣的代表，在象山港開展監(jiān)測(cè)站位優(yōu)化技術(shù)方法的研究，可為其他類似港灣監(jiān)測(cè)站位的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供借鑒。

2　研究方法

2.1資料來(lái)源

2011年7月18日落潮期間，對(duì)象山港31個(gè)水質(zhì)、生物站開展了監(jiān)測(cè)（圖1），水質(zhì)指標(biāo)包括亞硝酸鹽-氮、硝酸鹽-氮、氨-氮、活性磷酸鹽；生物指標(biāo)包括浮游植物、浮游動(dòng)物。

同時(shí)收集整理1985年至2012年豐水期無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

圖1　象山港海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站位Fig.1 Marine ecological environment monitoring stations of Xiangshan bay

2.2 研究方法

監(jiān)測(cè)站位的優(yōu)化設(shè)計(jì)是根據(jù)港灣主要污染物擴(kuò)散模型計(jì)算結(jié)果，結(jié)合港灣生物生態(tài)分區(qū)結(jié)果，確定港灣監(jiān)測(cè)代表性單元，布設(shè)監(jiān)測(cè)站位，使有限的站位盡可能獲取全面的監(jiān)測(cè)信息。結(jié)合質(zhì)心點(diǎn)位置計(jì)算方法，確定每個(gè)監(jiān)測(cè)代表性單元內(nèi)監(jiān)測(cè)站位的位置，同時(shí)在各區(qū)交界斷面上設(shè)置監(jiān)測(cè)站位，每站監(jiān)測(cè)結(jié)果代表某個(gè)區(qū)（水團(tuán)）的污染物狀況或某個(gè)界面的污染物狀況。

2.2.1污染物擴(kuò)散模擬

采用Delft3D軟件建立污染物擴(kuò)散模型［10］，模擬水體中無(wú)機(jī)氮（DIN）、活性磷酸鹽（DIP）的濃度分布狀況。

連續(xù)方程：

水平方向動(dòng)量方程：

污染物對(duì)流擴(kuò)散方程：

式中，ρ0為參考密度，單位：kg/m3；ρ為水體密度，單位：kg/m3。

式（5）和式（6）右側(cè)第1項(xiàng)為水面梯度項(xiàng)，即正壓項(xiàng)；第2項(xiàng)為密度梯度項(xiàng)，即斜壓項(xiàng)和由于地形變化而形成的垂向網(wǎng)格變形的修正項(xiàng)。

2.2.2監(jiān)測(cè)代表性單元?jiǎng)澐址椒?/p>

港灣監(jiān)測(cè)中每個(gè)監(jiān)測(cè)站位表征的主要污染參數(shù)空間代表區(qū)域，可作為監(jiān)測(cè)的代表性單元。監(jiān)測(cè)代表性單元的確定主要根據(jù)各類參數(shù)的重要性進(jìn)行分區(qū)，以獲取各區(qū)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)參數(shù)，擬在港灣生態(tài)環(huán)境分布特征分析的基礎(chǔ)上，將各指標(biāo)數(shù)值的空間分布區(qū)域進(jìn)行銜接，確定每個(gè)監(jiān)測(cè)單元的指標(biāo)特征值及分布范圍。由于生物生態(tài)及水團(tuán)的分布具有一定的界限，而水動(dòng)力、污染等分布是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，因此，首先，根據(jù)象山港浮游生物群落空間分布，確定生態(tài)監(jiān)測(cè)單元；然后，針對(duì)分布較廣的生物區(qū)，按照浮游生物分區(qū)邊界確定無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽分區(qū)界面的濃度值，進(jìn)行水質(zhì)分區(qū)；第三，根據(jù)象山港水團(tuán)分布及水動(dòng)力等梯度分布進(jìn)行再次分區(qū)；最終使生物、水質(zhì)、水動(dòng)力、水團(tuán)等指標(biāo)的空間分布相銜接，確定監(jiān)測(cè)代表性單元。

2.2.3 質(zhì)心點(diǎn)位置計(jì)算

物理學(xué)上，質(zhì)心是質(zhì)量中心的簡(jiǎn)稱，指物質(zhì)系統(tǒng)上被認(rèn)為質(zhì)量集中于此的一個(gè)假想點(diǎn)。假設(shè)物體是一個(gè)由n個(gè)質(zhì)點(diǎn)組成的質(zhì)點(diǎn)系，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量分別是m1、m2、…、mn，如果用r1、r2、…、rn來(lái)表示各質(zhì)點(diǎn)相對(duì)某個(gè)固定點(diǎn)的矢徑，則整個(gè)質(zhì)點(diǎn)系即物體的質(zhì)量中心的矢徑rc就有：

當(dāng)物體具有連續(xù)分布的質(zhì)量時(shí)，質(zhì)心的矢徑可用積分來(lái)表示：

式中，ρ表示物體的密度分布，dσ表示ρ分布的體元，積分在分布密度ρ的整個(gè)物質(zhì)體上進(jìn)行。

在質(zhì)點(diǎn)系中，質(zhì)心可以表征整個(gè)質(zhì)點(diǎn)系的運(yùn)動(dòng)特性。在本文中，將質(zhì)心的概念引申到水體中，假設(shè)一個(gè)物質(zhì)濃度連續(xù)分布的水團(tuán)為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)系，也可以找出一個(gè)質(zhì)心點(diǎn)來(lái)代表整個(gè)水團(tuán)的水體濃度特性。那么，在假設(shè)垂向平均的前提下，水團(tuán)質(zhì)心點(diǎn)的水平坐標(biāo)位置即可用下述公式計(jì)算得到：

式中，c（x，y）表示水團(tuán)的垂向平均濃度的水平分布，x、y可按實(shí)際選取的坐標(biāo)系進(jìn)行代入，計(jì)算所得xc、yc即所選坐標(biāo)系中該水團(tuán)的質(zhì)心點(diǎn)坐標(biāo)值。

3　結(jié)果與討論

3.1象山港無(wú)機(jī)氮（DIN）、活性磷酸鹽（DIP）濃度分

布數(shù)值模擬結(jié)果

建立污染物擴(kuò)散模型［10］，根據(jù)潮流場(chǎng)的計(jì)算時(shí)間，污染物擴(kuò)散模型從2009年6月1日開始計(jì)算，經(jīng)過(guò)多次計(jì)算驗(yàn)證，約半年左右能達(dá)到穩(wěn)定。水質(zhì)模型計(jì)算結(jié)果以無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽實(shí)測(cè)資料進(jìn)行驗(yàn)證。

3.1.1污染物源強(qiáng)分布

根據(jù)污染源強(qiáng)調(diào)查結(jié)果，模型計(jì)算中污染源位置及計(jì)算污染源點(diǎn)的設(shè)置見(jiàn)圖2，各污染源點(diǎn)的源強(qiáng)見(jiàn)表1。

圖2　水質(zhì)模擬污染源位置分布示意圖Fig.2 Water qual ity simulation of pollution source distribution

表1　水質(zhì)模型各污染源源強(qiáng)（單位：t/d）Tab.1 The pollution source strength of the water quality model（unit：t/d）

3.1.2水質(zhì)無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽濃度分布特征

（1）無(wú)機(jī)氮計(jì)算結(jié)果分析

象山港落潮期近高潮時(shí)刻模擬結(jié)果可知（圖3）：無(wú)機(jī)氮濃度分布總體呈現(xiàn)自灣口到灣內(nèi)濃度增大的趨勢(shì)。其中，外灣濃度較低，大部分區(qū)域濃度小于0.6 mg/L；西滬港、黃墩港及鐵港海域的濃度較高，大部分區(qū)域濃度大于0.74 mg/L，最大濃度達(dá)0.8 mg/L，分析該處出現(xiàn)高濃度的原因除了陸源排放外，還可能是由于漲落潮時(shí)灘涂底泥翻攪釋放所致。

圖3　無(wú)機(jī)氮濃度分布數(shù)值模擬結(jié)果（高潮）Fig.3 The numerical simulation results ofinorganic nitrogen concentration distribution（high water）

（2）活性磷酸鹽計(jì)算結(jié)果分析

圖4　活性磷酸鹽濃度分布數(shù)值模結(jié)果（高潮）Fig.4 The numerical simulation results of active phosphate concentration distribution（high water）

象山港活性磷酸鹽模擬結(jié)果（見(jiàn)圖5）表明：活性磷酸鹽濃度分布在象山港總體呈現(xiàn)自灣口到灣內(nèi)濃度增大的趨勢(shì)。其中，外灣濃度較低，大部分區(qū)域濃度小于0.03 mg/L，西滬港、鐵港、黃墩港海域內(nèi)濃度均較其周圍海域高，西滬港海域濃度基本大于0.05 mg/L，鐵港、黃墩港海域濃度大于0.06 mg/L。

無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽模擬結(jié)果分別與實(shí)測(cè)結(jié)果（見(jiàn)圖5、圖6）相比，模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)等值線分布基本一致，總體保持在20%誤差范圍內(nèi)，表明模型基本符合象山港的動(dòng)力條件和污染物擴(kuò)散過(guò)程的情況，較好地模擬了象山港海域的水環(huán)境現(xiàn)狀。而局部區(qū)域產(chǎn)生的偏差，除未能完全模擬象山港局部的源強(qiáng)和污染物擴(kuò)散過(guò)程外，還可能與所有測(cè)站水質(zhì)監(jiān)測(cè)未能完全同步采樣有關(guān)。

圖5　無(wú)機(jī)氮實(shí)測(cè)濃度分布（高潮）Fig.5 The measured results ofinorganic nitrogen concentration distribution（high water）

3.2象山港監(jiān)測(cè)代表性單元的確定

首先確定港灣的生物生態(tài)分區(qū)結(jié)果，初步確定監(jiān)測(cè)單元，再結(jié)合水質(zhì)主要污染物（無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽）、水動(dòng)力、水團(tuán)等指標(biāo)的空間分布與生物分布進(jìn)行銜接、疊加，最終確定監(jiān)測(cè)代表性單元。

3.2.1生物分區(qū)

根據(jù)象山港浮游生物的空間分布特征（圖7、8），夏季象山港浮游植物大致可分5個(gè)區(qū)。Ⅰ區(qū)從港口至西滬港口為沿岸種分布區(qū)，其中另有部分區(qū)域?yàn)榘胂趟植紖^(qū)（Ⅳ區(qū)、Ⅴ區(qū)）；Ⅱ區(qū)從西滬港至鐵港口為近岸溫帶種分布區(qū)；Ⅲ區(qū)鐵港為半咸水區(qū)，部分有熱帶種分布。

圖6　活性磷酸鹽實(shí)測(cè)濃度分布（高潮）Fig.6 The measured results of active phosphate concentration distribution（high water）

浮游動(dòng)物分布基本與浮游植物一致，分成5個(gè)區(qū)，Ⅰ區(qū)與浮游植物的Ⅰ區(qū)基本一致，為外海暖水生態(tài)群落分布區(qū)；Ⅱ區(qū)從西滬港至鐵港、黃墩港港口，為低鹽近岸生態(tài)群落分布區(qū)；Ⅲ區(qū)鐵港區(qū)域、Ⅳ區(qū)西滬港區(qū)域、Ⅴ區(qū)黃墩港區(qū)域均為半咸水生態(tài)群落分布區(qū)。

圖8　象山港浮游動(dòng)物生態(tài)分區(qū)Fig.8 Ecological partition of zooplankton

3.2.2水質(zhì)分區(qū)

由于水質(zhì)中污染物的分布是相對(duì)均勻的，水質(zhì)分區(qū)界面主要根據(jù)浮游生物分區(qū)邊界確定無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽分區(qū)界面的濃度值。因此，根據(jù)無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽模擬結(jié)果（見(jiàn)圖3、圖4），分成5個(gè)區(qū)，除了Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)的界面位于烏沙山前沿外，其余與浮游動(dòng)物分區(qū)基本一致。

3.2.3水交換特征分區(qū)

在生物分區(qū)、水質(zhì)分區(qū)的基礎(chǔ)上，根據(jù)象山港水動(dòng)力、水團(tuán)的等梯度分布進(jìn)行再次分區(qū)。

根據(jù)象山港夏季溫度、鹽度的分布特征，整個(gè)港灣港口至烏沙山前沿海域?yàn)榈蜏馗啕}分布區(qū)，烏沙山至港底為高溫低鹽分布區(qū)（見(jiàn)圖9）；根據(jù)彭輝等對(duì)象山港水交換特性研究，西澤附近斷面以東的象山港水域，水交換速度快，其半交換時(shí)間約為5 d，平均滯留時(shí)間為10 d左右。西滬港口門東側(cè)斷面水體半交換時(shí)間為20 d，平均滯留時(shí)間為25 d。由于西滬港內(nèi)灘涂面積較廣，水流速度緩慢，潮混合能力較口門外小得多，半交換時(shí)間和平均滯留時(shí)間明顯比口門外長(zhǎng)。烏沙山附近斷面水體半交換時(shí)間為30 d，平均滯留時(shí)間為35 d。灣頂水交換速度緩慢，鐵港和黃墩港內(nèi)水體半交換時(shí)間在35 d左右，平均滯留時(shí)間約為40 d（見(jiàn)圖10）［10—11］。

3.2.4最終監(jiān)測(cè)代表單元的確定

綜合生物、水質(zhì)、水團(tuán)、水動(dòng)力分區(qū)結(jié)果，為了使各區(qū)分區(qū)結(jié)果相銜接，并在有限的站位獲取盡可能全面的監(jiān)測(cè)信息，象山港綜合可以分成9個(gè)區(qū)域作為監(jiān)測(cè)代表單元（見(jiàn)圖11），各區(qū)內(nèi)主要水質(zhì)指標(biāo)及生物生態(tài)特征基本一致，各區(qū)生態(tài)特征見(jiàn)表2。

3.3象山港監(jiān)測(cè)站位布設(shè)

原則上在每個(gè)區(qū)內(nèi)布設(shè)1個(gè)站位，站位的具體位置通過(guò)質(zhì)心點(diǎn)位置計(jì)算確定；并在區(qū)與區(qū)之間界面上設(shè)置1個(gè)站位作為過(guò)渡點(diǎn)。每個(gè)站位的代表指標(biāo)及特征值范圍見(jiàn)表2。

3.3.1質(zhì)心點(diǎn)位置計(jì)算結(jié)果

根據(jù)質(zhì)心點(diǎn)位置計(jì)算方法，計(jì)算各區(qū)無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽作為表征指標(biāo)的質(zhì)心位置坐標(biāo)，計(jì)算結(jié)果列于表3。根據(jù)海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范［12］的規(guī)定，“在河口及有陸標(biāo)的近岸海域，水、沉積物及生物監(jiān)測(cè)的站點(diǎn)的定位誤差不應(yīng)超過(guò)50 m，其他海域站點(diǎn)定位誤差不應(yīng)超過(guò)100 m”。因此，在本次質(zhì)心位置坐標(biāo)計(jì)算中，將坐標(biāo)值精確到約10 m，小數(shù)點(diǎn)后保留至萬(wàn)分位（0.000 1°）。

圖9　水團(tuán)分區(qū)Fig.9 Thermohal ine distribution in Xiangshan Bay

圖10　水體半交換時(shí)間和平均滯留時(shí)間分布Fig.10 The distribution of water half-l ife time and average residence time

表2　象山港各區(qū)生態(tài)特征（夏季）Tab.2 The ecological characteristics of each region in Xiangshan Bay（sum mer）

續(xù)表2

圖11　象山港監(jiān)測(cè)代表性單元Fig.11 The representative monitoring units in Xiangshan Bay

從表3中可以看出，除了2區(qū)之外，其余各區(qū)無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽的質(zhì)心點(diǎn)坐標(biāo)位置相差均不超過(guò)100 m（經(jīng)緯度相差不超過(guò)0.001°）。因此，綜合考慮取兩點(diǎn)之間中心位置做該區(qū)的質(zhì)心點(diǎn)位置，相對(duì)兩個(gè)指標(biāo)的誤差在規(guī)范許可范圍之內(nèi)。而2區(qū)綜合考慮氮、磷兩個(gè)元素，雖距離較大，仍做取中點(diǎn)位置處理，最終得到象山港9個(gè)海區(qū)的質(zhì)心點(diǎn)（見(jiàn)圖12）。從圖中可以看出，因?yàn)橄笊礁蹆?nèi)濃度分布較為均勻，每個(gè)區(qū)的質(zhì)心位置基本位于水團(tuán)中部。

表3　不同指標(biāo)的質(zhì)心點(diǎn)位置坐標(biāo)Tab.3 Centroid coordinates of differentindex

續(xù)表3

3.3.2站位優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)質(zhì)心點(diǎn)計(jì)算結(jié)果和分區(qū)確定的各個(gè)邊界，在各區(qū)的分界面上分別布設(shè)1個(gè)站位站點(diǎn)（7個(gè)），結(jié)合質(zhì)心點(diǎn)（9個(gè)），象山港共設(shè)置16個(gè)站位（表4、圖12）。

表4　象山港監(jiān)測(cè)站位優(yōu)化結(jié)果Tab.4 The monitoring stations optimization results in Xiangshan Bay

3.4結(jié)果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證優(yōu)化后的16個(gè)站位所反映的生態(tài)環(huán)境狀況與原有31個(gè)站位的生態(tài)環(huán)境狀況之間是否存在差異，需對(duì)2組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。所謂“顯著”，就是指兩種或多種處理試驗(yàn)結(jié)果之間，本身確實(shí)存在差異。如果是“不顯著”，就說(shuō)明它們之間的差異是由抽樣或偶然的因素引起的，不是真正有實(shí)際差異存在。在數(shù)理統(tǒng)計(jì)中一般以概率（p）5%作為顯著評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，即在100次試驗(yàn)中，由于偶然因素造成差異的可能性在5次以上，其差異被認(rèn)為是不顯著。如果檢驗(yàn)后所得的差數(shù)是由于抽樣誤差所引起的概率（p）少于或等于5%時(shí)，則稱這差數(shù)與假設(shè)不符合，即它們之間存在的差異是顯著的。

采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的T檢驗(yàn)方法，對(duì)站位優(yōu)化前后象山港海域的水質(zhì)無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，2組數(shù)據(jù)之間無(wú)顯著性差異（表5），說(shuō)明優(yōu)化后的16個(gè)監(jiān)測(cè)站位所表征的監(jiān)測(cè)信息量與原有31個(gè)監(jiān)測(cè)站位的信息量等效，可作為今后的常規(guī)監(jiān)測(cè)站位。

圖12　象山港監(jiān)測(cè)站位優(yōu)化結(jié)果Fig.12 The monitoring stations optimization results in Xiangshan Bay

表5　站位優(yōu)化前后水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯著性檢驗(yàn)Tab.5 Significant testing of water quality monitoring data in original and optimized stations

4　結(jié)論

（1）本文在水質(zhì)污染物擴(kuò)散模擬的基礎(chǔ)上結(jié)合生態(tài)分區(qū)對(duì)港灣進(jìn)行綜合分區(qū)，確定監(jiān)測(cè)代表單元，并結(jié)合質(zhì)心點(diǎn)計(jì)算方法，建立港灣海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站位優(yōu)化布局方法。

（2）象山港作為典型半封閉港灣，水交換能力較差，水團(tuán)分布相對(duì)均勻，根據(jù)無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽模擬結(jié)果及港灣浮游生物、水團(tuán)、水動(dòng)力等分布特征，將象山港分成9個(gè)監(jiān)測(cè)代表單元，各區(qū)內(nèi)主要水質(zhì)指標(biāo)及生物生態(tài)特征基本一致。

（3）根據(jù)質(zhì)心點(diǎn)計(jì)算方法，在象山港9個(gè)監(jiān)測(cè)代表單元內(nèi)及單元之間（分界線）共設(shè)置16個(gè)代表性站位，該站位可作為象山港落潮時(shí)無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽、溫、鹽、生物等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)站位。

（4）采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的T檢驗(yàn)方法，對(duì)站位優(yōu)化前后象山港海域生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，2組數(shù)據(jù)之間無(wú)顯著性差異，說(shuō)明優(yōu)化后的16個(gè)監(jiān)測(cè)站位能較好地代表象山港海域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，其所表征的監(jiān)測(cè)信息量與現(xiàn)有監(jiān)測(cè)站位的信息量等效。

（5）本文提出的港灣站位優(yōu)化方法是基于無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽等指標(biāo)分析的基礎(chǔ)上形成的，設(shè)計(jì)的站位是為了了解主要生態(tài)污染參數(shù)的長(zhǎng)周期變化，其他指標(biāo)可以選擇一定時(shí)間周期開展大面積調(diào)查以掌握詳細(xì)的空間分布，并優(yōu)化調(diào)整。

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The setting method of harbour marine environment monitoring station——Acase study in Xiangshan Bay

Huang Xiuqing1，Chen Qin2，Yao Yan ming2，Cai Yanhong3

（1.Shanghai East Sea Marine Engineering Survey&Design Institute，Shanghai200137，China；2.Ocean Collage，Zhejiang Univercity，Hangzhou310058，China；3.Marine Environmental Monitoring Center ofNingbo，State Oceanic Ad ministration，Ningbo 315012，China）

Based on the pollution diffusion simulation，and combined with the division characteristics of biology，water qual ity，water mass，water power，the harbor monitoring unit was determined.Then using centroid point calculation to establ ish the setting method of harbour marine environ mental monitoring stations and demonstrate in Xiangshan Bay.The results showed that：（1）The water exchange abil ity of Xiangshan Bay is poor as a typical semi-enclosed bay，and the distribution of water massis relatively uniform.Based on the simulation results ofinorganic nitrogen and phosphate，combined waith harbour ecological distribution characteristics，the Xiangshan Bay was divided into 9 regions，and the main water qual ity index and ecological characteristics was just the same in each region.（2）Set 16 representative stations as the monitoring stations of inorganic nitrogen，phosphate，temperature，salt，biologicalindicators of Xiangshan Bay at ebb tide by using centroid point calculation.（3）There was no signifi-cant difference between the 2 groups of data by using the Ttest method which indicated thatthe optimized stations can represent the ecological environ ment qual ity of Xiangshan Bay.The amount ofinformation get from the optimized stations was equivalent to the original one.

Xiangshan Bay；monitoring station；setting

X830.1

A

0253-4193（2015）01-0158-13

2014-07-02；

2014-11-24。

象山港海域海洋環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法（DOMAP-03-02）；海洋生態(tài)評(píng)價(jià)制度研究。

黃秀清（1962—），男，福建省福清市人，教授，主要從事海洋生態(tài)研究。E-mai l：xiuqinghuan1@tom.com

蔡燕紅（1977—），教授，主要從事海洋生態(tài)評(píng)價(jià)。E-mai l：caiyh@eastsea.gov.cn