圍填海工程對(duì)近岸海域海洋環(huán)境影響的研究進(jìn)展

張秋豐,靳玉丹,李希彬,王魯寧,葉風(fēng)娟

(1.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院,上海201306;2.國(guó)家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,天津300450;3.國(guó)家海洋局第四海洋研究所,廣西北海536000)

圍填海工程對(duì)近岸海域海洋環(huán)境影響的研究進(jìn)展

張秋豐1,2,3,靳玉丹1,2,李希彬2*,王魯寧2,葉風(fēng)娟2

(1.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院,上海201306;2.國(guó)家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,天津300450;3.國(guó)家海洋局第四海洋研究所,廣西北海536000)

隨著沿海地區(qū)大量人口的涌入,國(guó)內(nèi)外沿海各地紛紛興起圍海造陸的熱潮。大規(guī)模的圍填海工程在解決用地不足的同時(shí)也給近海海洋環(huán)境造成了深遠(yuǎn)的影響,這引起了許多學(xué)者的關(guān)注。本文分別從圍填海對(duì)近海海域地形地貌、水動(dòng)力環(huán)境以及海洋生態(tài)環(huán)境等方面闡述圍填海工程對(duì)近海海洋環(huán)境影響,并重點(diǎn)分析數(shù)值模擬在海洋水動(dòng)力環(huán)境影響分析中的發(fā)展應(yīng)用。最后根據(jù)圍填海工程對(duì)近海海洋環(huán)境影響的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展趨勢(shì),提出圍填海工程對(duì)近海海洋環(huán)境影響研究的建議以及今后研究的方向,未來(lái)應(yīng)系統(tǒng)的研究大規(guī)模圍填海工程對(duì)近海海域的長(zhǎng)期影響,考慮多項(xiàng)因素,全方位地論述研究的方法,以便于科學(xué)合理的開(kāi)發(fā)利用海洋資源。

圍填海;海洋環(huán)境;數(shù)值模擬

沿海地區(qū)作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前沿地帶,吸引了大量人口涌入,與此同時(shí)也造成了土地資源的嚴(yán)重不足。因此,國(guó)內(nèi)外的沿海地區(qū)紛紛開(kāi)始實(shí)施圍填海工程。圍填海工程主要是將海域埋填成為陸地,用來(lái)建設(shè)工業(yè)區(qū)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)、濱海旅游區(qū)等等,以緩解用地不足的矛盾[1]。

自建國(guó)以來(lái),我國(guó)經(jīng)歷了3次圍填海的高潮[2]。首先是建國(guó)初期的圍海曬鹽;接著是1960—1970年間圍填海工程;第三次是1980—1990年間開(kāi)始的圍填海養(yǎng)殖,至此奠定了我國(guó)成為世界第一養(yǎng)殖大國(guó)的地位。新一輪的圍填海也已經(jīng)持續(xù)數(shù)十年,根據(jù)國(guó)家海洋局《海域使用管理公報(bào)》①國(guó)家海洋局.2014年海域使用管理公報(bào).2014年海域使用管理公報(bào)(2015-04-17)[2016-10-02].http:∥www.soa.gov.cn/zwgk/hygb/hysyglgb/201504/t20150417_36860.html.顯示,自2002年海域法實(shí)施至2014年底,我國(guó)累計(jì)確權(quán)圍填海面積達(dá)到15.68萬(wàn)hm2,年均確權(quán)面積1.21萬(wàn)hm2。

國(guó)外進(jìn)行圍填海的國(guó)家主要有荷蘭、日本、韓國(guó)、新加坡以及阿聯(lián)酋,這些國(guó)家在圍填海工程方面都有相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)[3]。荷蘭通過(guò)圍填海工程獲得的土地面積大約有1/5。日本更是寸土寸金,自二戰(zhàn)以來(lái),約有12萬(wàn)km2的土地通過(guò)圍填海獲得,約占目前日本國(guó)土面積的32%。韓國(guó)公布的《2014年土地統(tǒng)計(jì)年報(bào)》②中國(guó)新聞網(wǎng).2014年土地統(tǒng)計(jì)年報(bào).韓國(guó)土總面積去年增78平方公里圍海造陸系主因.(2014-05-12)[2016-10-02].http:∥www.chinanews.com/gj/2014/05-12/6161337.shtml.顯示,在2014年這一年其國(guó)土面積增加了78 km2,都是通過(guò)圍填海工程獲取得到的。新加坡自1965年以來(lái)至今的50多a中,通過(guò)圍填海獲得超過(guò)100 km2的新土地。迪拜的圍填海工程則側(cè)重于建設(shè)人工島,帆船酒店等。

大規(guī)模的圍填海工程在解決用地資源短缺的同時(shí)也對(duì)近海海洋環(huán)境造成了很大的影響。自然濕地景觀被破壞;很多港口造成了航道淤積;還有經(jīng)濟(jì)類海產(chǎn)品如魚(yú)、蝦、蟹等難以再嘗到往常的鮮美等,這些影響都引起了專家學(xué)者的重視。

1 圍填海工程對(duì)近岸和近海地形地貌和沖淤環(huán)境的影響

1.1 圍填海工程對(duì)近岸和近海地形地貌的影響研究

圍填海工程對(duì)近岸和近海的地形地貌產(chǎn)生消極和積極兩方面的影響。目前主要研究方法為遙感和地理信息系統(tǒng)等,主要分為以下幾個(gè)方面:

1)圍填海造成了自然岸線的改變,使得岸線長(zhǎng)度增加或者減少,同時(shí)對(duì)海灣面積也造成了影響,導(dǎo)致海灣面積發(fā)生變化;如王偉偉等[4]利用1990年、2000年、2005年、2008年、2009年五年遼寧省的遙感圖像,從中提取到海岸線等特征信息,分析得出這5年以來(lái),遼寧省全省自然岸線減少了246.8 km,約占原來(lái)海岸線長(zhǎng)度的26.7%,遼寧省的圍填海面積增加了53.6%,現(xiàn)保持較好的海灣面積減少了18.4%;再比如天津海岸線長(zhǎng)度在2008年公布的官方數(shù)據(jù)是153.669 km,經(jīng)過(guò)圍填海之后,2014年的岸線長(zhǎng)度超過(guò)了200 km。

2)圍填海還會(huì)導(dǎo)致不同生態(tài)系統(tǒng)類型面積的減少,如灘涂、養(yǎng)殖區(qū)、鹽田等等。例如俞煒煒等[5]采用了地理信息系統(tǒng)技術(shù),并且結(jié)合他人研究結(jié)果分析了福建興化灣3個(gè)歷史時(shí)期由于圍填海工程所導(dǎo)致的各類生態(tài)系統(tǒng)面積變化,分析得到1959—2000年的41 a間興化灣灘涂面積減少了21.35%,其他生態(tài)系統(tǒng)類型也有不同程度的減少;同樣的馬志遠(yuǎn)等[6]基于地理信息系統(tǒng)與遙感這兩種目前比較先進(jìn)的技術(shù),分析興化灣圍填海工程對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)面積大小的影響,得出興化灣圍填海工程造成灘涂濕地面積縮小,景觀破碎化程度逐漸加重;還有姜玲玲等[7]利用遙感技術(shù)研究了大連濱海濕地景觀情況,結(jié)果表明,6 a間大連濕地面積減少了97.62 km2。

3)也有學(xué)者以岸線變遷導(dǎo)致海洋陸地失衡以及近岸地形演變研究為基礎(chǔ),開(kāi)展圍填海影響的驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究,例如李楊帆等[8]和Liu和Diamond[9]的研究顯示圍填海使得濱海濕地不再出現(xiàn)一體化的格局,相反近岸地形斑塊化破碎化程度明顯加重,灘涂、濕地景觀已經(jīng)失去其原有的形態(tài)以及功能屬性,取而代之的是孤立發(fā)展的趨勢(shì)。

4)另一方面圍填?？尚纬筛鞣N人工景觀,例如迪拜創(chuàng)造世界奇跡的四大圍填海工程,從西到東分別是中號(hào)的杰貝勒阿里棕櫚島、最小的朱邁拉棕櫚島、世界島、最大的代拉棕櫚島。這些人工島嶼在視覺(jué)上給人以強(qiáng)烈的沖擊,同時(shí)帶動(dòng)了迪拜在商業(yè)休閑領(lǐng)域的發(fā)展。

1.2 圍填海工程對(duì)沖淤環(huán)境的影響

圍填海工程的實(shí)施使得附近海岸先前的地形地貌發(fā)生改變,同時(shí)破壞了海域原有的性質(zhì);先前海域潮流情況也會(huì)發(fā)生很大的變化,潮流各項(xiàng)要素的變化造成海床泥沙沖淤,泥沙的運(yùn)動(dòng)情況隨之變化。該變化使得污染物沉積不易擴(kuò)散,堵塞航道,影響航運(yùn)。因此,研究學(xué)者分別針對(duì)沙質(zhì)海岸、淤泥質(zhì)海岸進(jìn)行研究,包括圍填海工程前后波浪對(duì)沙質(zhì)海岸沿岸輸沙影響、平衡剖面影響、岸線變形影響以及近岸人工島建設(shè)后對(duì)沖淤環(huán)境的影響研究。

在圍填海工程對(duì)沖淤環(huán)境的影響研究方面,有的學(xué)者利用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)圍填海工程之后的沖淤環(huán)境進(jìn)行預(yù)測(cè),計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)分析沖淤環(huán)境的變化:莊小將等[10]在計(jì)算溫州大、小門島填海工程對(duì)附近海域沖淤環(huán)境的影響時(shí)運(yùn)用半經(jīng)驗(yàn)半理論公式計(jì)算了回淤?gòu)?qiáng)度,利用輸沙平衡原理計(jì)算潮流挾沙能力,預(yù)測(cè)了在工程實(shí)施一年后和五年后附近海域的沖淤變化,根據(jù)計(jì)算結(jié)果得知大小門道圍堤附近的沖淤環(huán)境受工程影響較大,并隨著時(shí)間的推移,挾沙能力減弱,沖淤變化越來(lái)越明顯,沖淤幅度也逐漸加大;丁冉[11]通過(guò)計(jì)算公式對(duì)斷面輸沙量、海床高度、淤積強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果顯示在大連凌水灣圍填海工程實(shí)施后,斷面輸沙量減小,附近航道和凌水河口水域均有不同程度的淤積。隨著與填海工程邊緣距離的增加淤積強(qiáng)度逐漸減輕,同樣沖刷強(qiáng)度也是離工程距離越遠(yuǎn)沖刷強(qiáng)度越弱。

數(shù)值模擬方法興起之后因其成本低,方法使用靈活的優(yōu)點(diǎn)在圍填海工程對(duì)附近海域沖淤演變研究方面被廣泛使用。目前沖淤演變分析方法主要是通過(guò)分析研究區(qū)的地理環(huán)境、自然條件、泥沙特性、動(dòng)力條件、泥沙運(yùn)移等,為海岸工程中數(shù)值模擬提供研究基礎(chǔ)和初始條件,同樣可以利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證其結(jié)果。薛剛[12]利用ECOMSED模型對(duì)嵐山港西突堤工程海底沖淤進(jìn)行數(shù)值模擬,與工程實(shí)施前相比懸沙量減少,淤積加重。李拴虎[13]在研究湛江灣填海工程對(duì)灣口的沖淤影響時(shí),利用MIKE21數(shù)值模型對(duì)填海工程建設(shè)前后灣口的沖淤特征進(jìn)行了數(shù)值模擬,預(yù)測(cè)到不同填海時(shí)期湛江灣的沖淤狀況:在湛江灣圍填海工程實(shí)施以后,灣口向?yàn)惩廨斏陈蕼p小,填海區(qū)灣內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)烈淤積,灣外侵蝕率加大。

還有一些研究是針對(duì)人工島建設(shè)后對(duì)沖淤環(huán)境的影響。王諾等[14]以大連海上機(jī)場(chǎng)離岸式人工島為模擬對(duì)象,利用構(gòu)建的泥沙輸運(yùn)數(shù)學(xué)模型計(jì)算預(yù)測(cè)輸沙量以及海床沖淤變化,結(jié)果表明大連海上機(jī)場(chǎng)離岸式人工島的建設(shè)會(huì)使得金州灣內(nèi)泥沙堆積,人工島周圍出現(xiàn)一定程度的沖刷,所得結(jié)論成為大連海上機(jī)場(chǎng)選址的決策依據(jù)之一。安永寧[15]利用CREC公式計(jì)算預(yù)測(cè)龍口灣沿岸輸沙率,結(jié)果表明在人工島建成后,其沿岸輸沙率大幅減小,島陸間水道嚴(yán)重淤積。

2 圍填海對(duì)近海水動(dòng)力環(huán)境的影響

大規(guī)模的圍填海工程對(duì)近海水動(dòng)力環(huán)境造成很大的影響,對(duì)于在水動(dòng)力方面的影響研究主要是從對(duì)海浪、潮流、水交換等方面開(kāi)展的。

2.1 圍填海對(duì)近海海浪場(chǎng)的影響研究

圍填海工程對(duì)近海海浪的影響顯著,尤其是港池通道內(nèi)的波浪波高、周期發(fā)生了明顯的變化,同時(shí)波向的變化不僅受控于入射波向,而且也和工程走向有著密切的聯(lián)系。

在海浪特征的研究中,波浪數(shù)值模型占據(jù)了很重要的位置。按照原理波浪數(shù)值模型主要有3種[16],分別是緩坡方程計(jì)算模型、Boussinesq方程計(jì)算模型和能量平衡方程計(jì)算模型。目前國(guó)際上應(yīng)用較廣泛的波浪模型——SWAN模型是能量平衡方程模型中的第三代模型,主要用于較大尺度空間和時(shí)間的波浪計(jì)算以及數(shù)值模擬,同時(shí)也適用于湖泊、港口等小尺度的波浪計(jì)算。

國(guó)內(nèi)有很多研究者利用SWAN模型對(duì)不同海域的波浪場(chǎng)進(jìn)行過(guò)研究。勾鴻量等[17]針對(duì)曹妃甸海域特征,采用SWAN模型建立了曹妃甸海域波浪數(shù)學(xué)模型,利用此模型分析了曹妃甸工程對(duì)該海域4個(gè)不同方向波浪場(chǎng)的影響,經(jīng)過(guò)分析得知該海域港內(nèi)波浪周期和波高減小顯著,波向也發(fā)生了變化。路本升[18]利用SWAN模型和MIKE21-BW模型研究了圍海造田工程對(duì)波浪數(shù)值模擬的影響,并通過(guò)分析確定了最終圍海造田工程方案。趙鑫等[19]在研究圍填海工程對(duì)渤海灣風(fēng)浪場(chǎng)的影響時(shí)同樣也使用SWAN海浪數(shù)值模型,將其應(yīng)用到渤海灣,經(jīng)過(guò)分析得到有效波高呈減小趨勢(shì),港池和潮汐通道內(nèi)的有效波高減小幅度較大。

國(guó)外針對(duì)圍填海工程對(duì)海浪場(chǎng)影響的研究比較少,主要是對(duì)各區(qū)域海浪的特性以及海浪模型方面的研究比較多。例如Lin等[20]對(duì)美國(guó)切薩皮克灣的海浪進(jìn)行測(cè)量并建立海浪模型,通過(guò)利用SWAN和GLERL兩種模型模擬海浪場(chǎng),并分析二者的不同之處。Akpinar和K?mürcü[21]基于黑海15 a的風(fēng)浪場(chǎng)數(shù)據(jù),使用SWAN模型對(duì)黑海附近的風(fēng)浪場(chǎng)進(jìn)行研究,并且利用該數(shù)值模擬進(jìn)行風(fēng)浪參數(shù)計(jì)算。

通過(guò)學(xué)者們?cè)诓煌Ｓ虻难芯靠梢缘弥?SWAN海浪數(shù)值模型在研究圍填海工程對(duì)近海海域波浪場(chǎng)的影響中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2 圍填海對(duì)近海潮流場(chǎng)的影響研究

圍填海工程對(duì)近海潮流場(chǎng)的研究相對(duì)來(lái)說(shuō)比較成熟。尤其是數(shù)值模擬在該研究領(lǐng)域的運(yùn)用興起之后,國(guó)內(nèi)外學(xué)者紛紛開(kāi)展了相應(yīng)的研究。

目前,近海潮流數(shù)值模擬的研究常采用兩種模擬手段,一種是物理模型,另一種是數(shù)學(xué)模型[22]。物理模型在工程領(lǐng)域比較常用,數(shù)學(xué)模型是以自然現(xiàn)象為基礎(chǔ)利用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行模擬,需要通過(guò)引入近似簡(jiǎn)化方程或者將方程離散求解。在此過(guò)程中會(huì)擁有龐大的計(jì)算量,因此其逐漸興起是在電子計(jì)算機(jī)得到廣泛應(yīng)用之后。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件水平的提高以及當(dāng)前模擬計(jì)算方法的飛速發(fā)展,數(shù)學(xué)模型獲得了廣泛的應(yīng)用。

約1970年左右三維動(dòng)力學(xué)模型開(kāi)始逐漸興起,英國(guó)的海洋學(xué)家Heaps建立了譜模型,美國(guó)的Leendertse等開(kāi)發(fā)了以河口和海岸為基礎(chǔ)的三維動(dòng)力學(xué)模型。再往后的10 a里,美國(guó)普林斯頓大學(xué)的Blumberg和Mellor開(kāi)發(fā)了ECOM和POM模型、德國(guó)漢堡大學(xué)的Backhaus建立了HAMSOM陸架海洋動(dòng)力模型,這些三維水動(dòng)力模型具有物理過(guò)程全面、數(shù)值方案合理、運(yùn)行性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用[23]。再后來(lái)美國(guó)陳長(zhǎng)勝研究組③CHEN C S,BEARDSLEY R C,COWLES G W.An unstructured grid,finite-volume coastal ocean model:FVCOM user manual.2st edition.Technical Report SMAST/UMASSD.School for Marine Science and Technology,University of Massachusetts Dartmouth,2006.建立了一種三角形網(wǎng)格、有限體積、三維原始方程組的海洋數(shù)值模式FVCOM。

國(guó)內(nèi)在模型開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方面起步較晚,從20世紀(jì)80年代中期才開(kāi)展,但是進(jìn)展很快,從單個(gè)模型的應(yīng)用到不同模塊不同功能的多個(gè)模型共同使用,不僅從理論上有了深刻的研究,而且還廣泛運(yùn)用到了我國(guó)不同的海域。例如聶源等[24]在進(jìn)行圍填海工程對(duì)周邊海域流場(chǎng)影響的預(yù)測(cè)時(shí),采用了數(shù)值模擬的方法,經(jīng)過(guò)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的分析得到在圍填海工程的前沿,對(duì)流場(chǎng)的影響是非常顯著的,尤其是圍堤附近流速呈現(xiàn)明顯的減小趨勢(shì)。杜鵬等[25]采用ECOM-SED模式建立膠州灣海域數(shù)值模型,并且引入了“干濕”點(diǎn)法模擬膠州灣漫灘過(guò)程,分析得出膠州灣圍填海工程對(duì)附近海域的流場(chǎng)具有較大影響,余流以及潮流變化顯著。王學(xué)昌等[26]通過(guò)建立膠州灣二維變邊界潮流數(shù)值模型找出該海域潮流的分布規(guī)律,研究發(fā)現(xiàn)膠州灣填海工程附近大部分水域潮流速度減小,相應(yīng)的潮流通量也減小,而且對(duì)于不同的填海區(qū)域,方式和結(jié)果也不同。陸榮華[27]為了研究圍填海工程對(duì)廈門灣海域的影響,采用MIKE21模擬其5個(gè)典型歷史時(shí)期潮流場(chǎng),結(jié)果顯示,由于圍填海工程對(duì)潮流動(dòng)力的顯著影響,使得海灣流速呈現(xiàn)逐漸減小趨勢(shì),水動(dòng)力環(huán)境不容樂(lè)觀。

陳長(zhǎng)勝等③提出FVCOM模型在國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行潮流場(chǎng)的研究中得到了廣泛應(yīng)用,例如吳倫宇[28]基于FVCOM、海浪模型、泥沙模型這三種模型進(jìn)行耦合,建立了一套浪-流-泥沙耦合模型,然后將該耦合模型應(yīng)用到渤海風(fēng)浪流的計(jì)算過(guò)程。在圍填海對(duì)水動(dòng)力環(huán)境影響的研究方面,宋威嬌[29]利用FVCOM模型進(jìn)行模擬,對(duì)威海中心漁港圍海工程建設(shè)前后葡萄灘灣附近海域水動(dòng)力環(huán)境進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)葡萄灘灣內(nèi)的潮流運(yùn)動(dòng)規(guī)律因?yàn)橛袊詈９こ痰拇嬖诙l(fā)生改變,潮流場(chǎng)明顯的減弱,水動(dòng)力條件也隨之逐漸減弱。魯友朋[30]釆用FVCOM三維水動(dòng)力模型,建立了寧波舟山附近海域兩個(gè)不同時(shí)段的水動(dòng)力模型,經(jīng)過(guò)對(duì)模型模擬結(jié)果的分析顯示,該區(qū)域在圍填海之后流速明顯減小。

目前,圍填海工程對(duì)于潮流場(chǎng)的影響研究方法已經(jīng)成熟,主要是采用數(shù)據(jù)分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,在模型驗(yàn)證的基礎(chǔ)上得到研究結(jié)果。

2.3 圍填海對(duì)水交換的影響研究

數(shù)值模擬方法在圍填海對(duì)水交換影響的研究中也得以應(yīng)用:曾相明等[31]基于動(dòng)邊界處理技術(shù),采用POM數(shù)值模型分別對(duì)象山港的3個(gè)不同時(shí)期進(jìn)行模擬,計(jì)算得到在不同時(shí)期象山港附近海域的納潮量以及水交換率,依據(jù)模擬結(jié)果可以得知,由于圍填海工程使得象山港附近海域的納潮量顯著減小,并且水交換率呈現(xiàn)明顯的減小趨勢(shì)。王勇智等[32]基于MIKE3水動(dòng)力模型以及羅源灣岸線數(shù)據(jù),模擬分析出羅源灣圍填海工程前后不同年份附近海域納潮量和水交換能力的變化規(guī)律和特征,結(jié)果顯示圍填海工程使得該海域水交換率以及納潮量明顯減小。袁德奎等[33]利用二維水動(dòng)力模型和拉格朗日粒子跟蹤法分析了圍填海工程對(duì)渤海灣水交換能力的影響,結(jié)果表明大規(guī)模圍填海之后渤海灣海水的半交換周期明顯增大。

經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬的迅速發(fā)展,國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始關(guān)注數(shù)值模擬的應(yīng)用,而且國(guó)內(nèi)對(duì)于使用數(shù)值模型來(lái)研究圍填海對(duì)潮流場(chǎng)的影響已經(jīng)逐漸趨于成熟化。但是當(dāng)前應(yīng)用數(shù)值模型研究近海海洋圍填海工程對(duì)水動(dòng)力規(guī)律的影響,以及影響相關(guān)因素和驅(qū)動(dòng)機(jī)制,是數(shù)值模擬在研究應(yīng)用中亟待解決的問(wèn)題。

3 圍填海對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響研究

圍填海帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題主要有6個(gè)方面:

1)天然的排洪通道由于大量的圍填海工程受阻,導(dǎo)致河床以及地下水位升高,防洪壓力無(wú)形中加大。近年來(lái),珠江三角洲洪澇災(zāi)害增加與圍填海有直接的關(guān)系[34]。同時(shí)圍填海工程之后新增加的土地很大程度上會(huì)造成鹽漬化,這樣海岸侵蝕情況加劇,要做到海岸防災(zāi)減災(zāi)更加困難[35]。

2)圍填海工程破壞近岸海域的漁業(yè)資源。有絕大部分海洋魚(yú)類繁衍生存主要在近海海域,但是圍填海工程大規(guī)模的實(shí)施,改變了近海海域水文特征,使魚(yú)類的洄游規(guī)律發(fā)生變化,魚(yú)群的棲息環(huán)境遭到了嚴(yán)重破壞,近年來(lái)在近海海域這樣的情況下漁業(yè)資源明顯銳減。曾慶波[36]研究指出在東莞虎門港長(zhǎng)安港區(qū)在實(shí)施圍填海工程之后物種減少,尤其是珍稀瀕危動(dòng)物,中華鱘已不多見(jiàn);另外圍填海工程的實(shí)施還對(duì)魚(yú)類造成了“驅(qū)趕效應(yīng)”,同時(shí)對(duì)魚(yú)類的繁殖生存構(gòu)成了很大的威脅。

3)圍填海工程改變海岸帶的自然景觀,破壞生態(tài)平衡。大規(guī)模的圍填?；顒?dòng),破壞海岸自然景觀環(huán)境,造成生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題,因不合理的圍填海工程導(dǎo)致很多海灣自然環(huán)境發(fā)生變化,生物生態(tài)環(huán)境被嚴(yán)重?fù)p害。

4)圍填海工程毀掉大批紅樹(shù)林,生態(tài)系統(tǒng)退化。有“海上森林”之稱的紅樹(shù)林是熱帶、亞熱帶沿海潮間帶特有的木本植物群落,具有極其重要的生態(tài)服務(wù)功能,然而填海造地毀壞紅樹(shù)林,換來(lái)的是海濱生態(tài)環(huán)境的惡化、海岸國(guó)土侵蝕日益嚴(yán)重、臺(tái)風(fēng)暴潮損失加劇、近海珍珠養(yǎng)殖業(yè)整體衰敗、灘涂養(yǎng)蝦暴病、林區(qū)和近海漁業(yè)資源減少等。

5)圍填海工程造成近海海域重金屬污染。潘少明等[37]針對(duì)圍海造地工程對(duì)香港維多利亞港現(xiàn)代沉積作用的影響進(jìn)行研究,認(rèn)為圍海造地、海岸工程等造成的岸線變化是影響維多利亞港堆積侵蝕的主要因素。另外在沉積柱狀樣中,Pb,Zn,Cu等重金屬的分布表明,圍填海工程使得該海域重金屬的污染嚴(yán)重。

6)同時(shí)圍填海工程對(duì)污染物的輸運(yùn)也會(huì)造成影響,圍填海工程會(huì)導(dǎo)致海灣減小,會(huì)造成該海灣納潮量減小,納潮量減小之后該海灣物理自凈能力較之前減弱,這樣就會(huì)影響到污染物的輸運(yùn)。孫長(zhǎng)青等[38]在填海造地對(duì)膠洲灣污染物輸運(yùn)影響的數(shù)值研究中就得到類似的結(jié)論。

圍填海工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響引起了廣泛關(guān)注,國(guó)內(nèi)外學(xué)者多數(shù)基于生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制進(jìn)行圍海的生態(tài)修復(fù)及管理,郭臣[39]、林磊等[40]都針對(duì)膠州灣圍填海生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制進(jìn)行研究,認(rèn)為這一機(jī)制在圍填海生態(tài)修復(fù)方面更為合理化。

4 建議及展望

圍填海工程對(duì)近海海洋環(huán)境的影響是顯而易見(jiàn)的,經(jīng)過(guò)對(duì)前人研究的分析,我們得知對(duì)于圍填海所產(chǎn)生的海洋環(huán)境問(wèn)題,很多專家學(xué)者利用不同的研究方法對(duì)不同海域開(kāi)展了諸多研究。但是近年來(lái)我國(guó)圍填海工程的規(guī)模、特點(diǎn)和方式較之前相比有很大不同:

1)圍填海的規(guī)模大幅度增加,僅在渤海就有遼寧的五點(diǎn)一線,河北的曹妃甸和渤海新區(qū),天津的臨港工業(yè)區(qū)、臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)、南港工業(yè)區(qū)、東疆港區(qū),面積動(dòng)則幾十平方公里到上百平方公里;

2)逐漸趨向于多元化行業(yè)及領(lǐng)域,石化項(xiàng)目用海、工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)用海、城鎮(zhèn)建設(shè)用海、港口用海,石油勘探開(kāi)發(fā)用海取代了過(guò)去單一的圍墾或者養(yǎng)殖用海;

3)圍填海的方式趨于區(qū)塊化,以政府主導(dǎo)的大規(guī)模區(qū)域用海取代了過(guò)去的單一項(xiàng)目用海。

之前的研究工作中,專家們不管是從圍填海對(duì)地形地貌的影響,還是對(duì)水動(dòng)力環(huán)境以及生態(tài)環(huán)境的影響都有研究,但是研究過(guò)于單一化,僅僅針對(duì)某一要素進(jìn)行研究。而我國(guó)圍填海工程現(xiàn)狀復(fù)雜,對(duì)海洋環(huán)境產(chǎn)生的影響具有多樣性,這就對(duì)研究我國(guó)圍填海的海洋環(huán)境影響提出了更高的要求,在未來(lái)的研究中,需要考慮多重因素,對(duì)多項(xiàng)要素進(jìn)行系統(tǒng)準(zhǔn)確的研究,全方位闡述圍填海對(duì)海洋環(huán)境影響的評(píng)估方法,這樣才可以更加科學(xué)準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)到圍填海對(duì)海洋環(huán)境的影響,同時(shí)對(duì)于科學(xué)合理開(kāi)發(fā)海岸帶資源、保護(hù)海岸帶生態(tài)環(huán)境提供決策參考。

首先,不能單純的只針對(duì)某一海域的單個(gè)工程進(jìn)行研究,而是要對(duì)整個(gè)大規(guī)模的圍填海工程進(jìn)行總體把握,這樣便于對(duì)周圍海洋環(huán)境影響更深入地研究;

其次,對(duì)于目前的研究來(lái)講只是側(cè)重于圍填海工程對(duì)海洋環(huán)境某一領(lǐng)域的影響,例如對(duì)生態(tài)環(huán)境、水動(dòng)力環(huán)境、海岸地貌等等的影響,今后需要加強(qiáng)對(duì)各大領(lǐng)域影響的相關(guān)性的研究,才能深入剖析圍填海對(duì)近岸海洋環(huán)境的深刻影響;

另外,在研究的時(shí)候不能只是簡(jiǎn)單的關(guān)注一段時(shí)期的發(fā)展,而要注重圍填海對(duì)近海海域的長(zhǎng)期影響;

最后,建議在進(jìn)行沿海的相應(yīng)圍填海規(guī)劃前,加強(qiáng)圍填海工程可能對(duì)海洋環(huán)境產(chǎn)生的影響分析,避免因不合理的圍填海工程而產(chǎn)生災(zāi)難性的海洋環(huán)境后果。

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Progress in the Impact of Reclamation Projects on Offshore Marine Environment

ZHANG Qiu-feng1,2,3,JIN Yu-dan1,2,LI Xi-bin2,WANG Lu-ning2,YE Feng-juan2
(1.College of Marine Science,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China;2.Tianjin Marine Environmental Monitoring Center,SOA,Tianjin 300450,China;3.Fourth Institute of Oceanography,SOA,Beihai 536000,China)

With the flux of large numbers of people into the coastal regions,a reclamation boom is rising one after another in the coastal countries.At the same time to solve the shortage of land,the large-scale reclamation projects have also caused a far-reaching impact on the offshore marine environment,which has aroused the concern of many scholars.The influences of the reclamation projects on the offshore marine environment are elaborated from the aspects of topographic features,hydrodynamic environment and marine ecological environment in the offshore areas,and the development and application of numerical simulation in the analysis of the influence of marine hydrodynamic environment are emphasized.According to the current situation and progress trend in the study of the influence of the reclamation projects on the offshore marine environment,some suggestions and future research directions are proposed.In order to develop and utilize the marine resources scientifically and rationally,the long-term influences of the large-scale reclamation projects on the offshore marine environment should be systematically studied and multiple factors and a full range of research methods should be considered in the future.

reclamation;offshore marine environment;numerical simulation

October 2,2016

P75;X820.3

A

1671-6647(2017)04-0454-08

10.3969/j.issn.1671-6647.2017.04.002

2016-10-02

國(guó)家海洋局北海分局科技項(xiàng)目——基于環(huán)境容量的渤海灣排污優(yōu)化的數(shù)值研究(2017B14)

張秋豐(1965-),男,河北秦皇島人,教授,碩士,主要從事海洋環(huán)境工程方面研究.E-mail:zhangqiufeng@bhfj.gov.cn

*通訊作者:李希彬(1983-),男,山東濰坊人,高級(jí)工程師,碩士,主要從事物理海洋學(xué)方面研究.E-mail:jinyudan2010@163.com

(王 燕 編輯)