張學輝

（河北省地礦局第四水文工程地質大隊 滄州市海洋環(huán)境監(jiān)測站 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)經濟迅速發(fā)展，已經成為繼珠江三角洲、長江三角洲之后我國經濟的“第三極”。與此同時，環(huán)渤海地區(qū)大力推進沿海地區(qū)的生產力布局，加快經濟發(fā)展：天津濱海新區(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)勢產業(yè)，打造山東半島藍色經濟，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中。

當前，渤海海洋環(huán)境污染嚴重，海洋資源和環(huán)境的承載力遭受嚴重的破壞，這將嚴重制約環(huán)渤海地區(qū)經濟的持續(xù)快速發(fā)展（王軍等，2006）。紀建悅等運用主成分分析對渤海灣海洋環(huán)境綜合評價的基礎上，運用物理學中的容量耦合系數模型，計算環(huán)渤海地區(qū)經濟和渤海海洋環(huán)境之間的耦合度，結果表明兩系統(tǒng)基本上處于拮抗時期，環(huán)渤海地區(qū)經濟進入快速發(fā)展同時，渤海海洋環(huán)境承載力下降，不能完全消化吸納經濟發(fā)展帶來的影響（紀建悅等，2012）。

在此背景下，為提高對渤海海洋環(huán)境保護工作的認識，尋求改善渤海海洋環(huán)境的技術手段和政策措施，以渤海海洋環(huán)境容量研究成果為基礎，探討如何充分利用該研究方法，提升海洋管理水平，同時也為改善渤海海洋環(huán)境，促進沿海經濟與環(huán)境保護協(xié)調發(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量標準，在一定時間內所允許的環(huán)境污染物最大入海量。它與海水的自凈能力有關，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對污染物有不同的凈化能力；二是人們對特定海域環(huán)境功能的規(guī)定，如確定某一區(qū)域的環(huán)境質量應該達到何種標準（張永良等，1991）。

1.2 研究方法

20 世紀80年代至今，國內外諸多學者相繼開展了對近岸海域環(huán)境容量的研究，早期主要關注沿海漁業(yè)應用，隨著監(jiān)測、調查資料的日益豐富和數據分析技術的不斷改進，海洋環(huán)境容量經歷了從定性描述到定量計算的發(fā)展階段（王曉瑋等，2012）。主要的計算方法有：模型試算法、均勻混合法、分擔率法、最優(yōu)化法、地統(tǒng)計學與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期應該在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模型。污染物輸運模型與潮流模型是環(huán)境容量研究的基礎手段，在此基礎上，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王修林教授帶領的研究團隊工作較多（王修林等，2006）。海洋環(huán)境容量研究主要側重化學需氧量（COD）、氮、磷、石油烴、重金屬等化學污染指標。

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 類水質海域面積也顯著增大。受7月京津冀地區(qū)強降水影響，渤海8月劣4 類水質海域面積約為13 080 km2，主要超標物質為無機氮、活性磷酸鹽和化學需氧量（國家海洋局北海分局，2013）。

丁東生采用箱式模型，對渤海無機氮、活性磷酸鹽的環(huán)境容量進行研究，在國家功能區(qū)水質標準條件下，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遠小于其環(huán)境容量，與當前渤海無機氮、活性磷酸鹽污染嚴重的事實存在差異。

2.2 COD 與石油烴環(huán)境容量

郭良波等通過對箱式模型（即均勻混合法）、分擔率法以及最優(yōu)化法比較，采用最優(yōu)化法計算了渤海COD 與石油烴的環(huán)境容量。限于資料，在計算過程中背景濃度取為0，計算渤海全海域在I~IV 類水質條件下的環(huán)境容量。計算結果為：渤海在I~IV 類海水水質標準下的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）。與計算結果比較發(fā)現(xiàn)，江河徑流攜帶入海的COD 總量已遠高于渤海IV 類海水水質標準下的環(huán)境容量，渤海當前的污染程度應非常嚴重。但是，渤海整個海域COD 在5、8月未出現(xiàn)嚴重污染區(qū)域，在10月份僅在萊州灣西側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算了渤海COD 的環(huán)境容量，在國家功能區(qū)水質標準條件下，渤海COD 環(huán)境容量約為980×104t/a（丁東生，2012），遠高于最優(yōu)化法在IV 類海水水質標準下的計算結果（郭良波等，2007），同時也高于2012年監(jiān)測的渤海主要江河徑流攜帶入?？偭?。相比而言，箱式模型的計算結果可靠性方面要優(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，陸源排污對渤海的石油類污染影響較小。2012年監(jiān)測統(tǒng)計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），尚不足計算結果I~II 類海水水質標準下環(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，其水動力較強、面積較大，污染程度也較嚴重。虞蘭蘭通過建立一個基于PIC（Particle-In-Cell）粒子追蹤方法的N-P-Z-D（營養(yǎng)鹽-浮游植物-浮游動物-碎屑）生態(tài)模式，采用最優(yōu)化法計算了萊州灣的氮、磷的環(huán)境容量。研究結果表明，21 世紀初萊州灣的營養(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1 485 t/a，可繼續(xù)容納部分DIP 的排放（虞蘭蘭，2012）。該計算結果較為客觀，與2012年萊州灣主要污染物為無機氮的監(jiān)測結果基本相符。

3 討 論

根據對渤海環(huán)境容量研究成果，結合2012年北海區(qū)海洋環(huán)境公報數據，比較發(fā)現(xiàn)，環(huán)境容量研究在陸源污染物排?？偭靠刂浦笜说脑O置、海洋環(huán)境保護相關措施的制定方面提供了有力的技術支撐，但模型計算中的數據來源，方法的選擇、基礎參數的篩選等影響計算結果的關鍵環(huán)節(jié)受人為影響較大，與實際監(jiān)測結果存在差異。

環(huán)境容量研究是海洋環(huán)境保護工作的一種重要技術手段，尤其針對污染較為嚴重的半封閉海域，日常的環(huán)境監(jiān)測工作僅能為海洋行政主管部門提供海洋環(huán)境的動態(tài)變化，唯有通過有效的控制污染物的排放才能進一步遏制環(huán)境的惡化。污染物總量控制是在環(huán)境容量明確的基礎上采取的管理手段。建議環(huán)境容量研究應不斷完善計算模型，以沿海各行政區(qū)管轄海域為主要目標海域，仍以氮、磷、COD 為主要計算參數，以相當長時間序列的監(jiān)測數據進行驗證，計算渤海近岸海域的環(huán)境容量，核算各行政區(qū)的污染物排海總量指標，為準確地量化陸源污染物排放、保護并改善渤海海洋環(huán)境質量做好技術支持，為管理部門決策提供技術指導。

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