海洋环境影响评价中溶解氧评价方法的改进初探以官井洋为例.pdf

第3 6 卷第2 期 2 0 1 7 年4 月 海洋 通 报 L lN ES C I E N C EB U L L E T I N V o l_ 3 6 N o 2 A p r 2 0 1 7 D o i：1 0 1 1 8 4 0 j is s n 1 0 0 1 - 6 3 9 2 2 0 1 7 0 2 0 0 7 海洋环境影响评价中溶解氧评价方法的 改进初探：以官井洋为例 鲁超1 ，一，石志洲1 ，一，覃宝1 , 2 ，郭玉臣1 ，一，方文l 2 ， 凌信文1 ，一，徐炳旭1 , 2 ，刘炜1 ，一，李益云1 ，一，王金辉1 2 ( 1 国家海洋局宁德海洋环境监测中心站，福建宁德3 5 2 1 0 0 ； 2 国家海洋局海洋赤潮灾害立体监测技术与应用重点实验室，上海2 0 0 1 3 7 ) 摘要：2 0 1 4 年官井洋增养殖区溶解氧含量在4 2 4 8 6 2m C L 之间，平均值为6 7 0m g L ，在夏季形成低氧环境( 7 6文献标识码：A文章编号：1 0 0 1 6 9 3 2 ( 2 0 1 7 ) 0 2 0 1 6 8 0 6 P r e lim in a r ys t u d yo nt h em e t h o dim p r o v e m e n t f o rt h ea s s e s s m e n to f d is s o lv e do x y g e nint h em a r in ee n v ir o n m e n t a lim p a c ta s s e s s m e n t ： ac a s es t u d yo ft h eG u a n j in g y a n gB a y L UC h a 0 1 。，S H IZ h i z h o u l。，Q I N B a 0 1 ，一，G U OY u c h e n l2 ，F A N GW e n l2 ， L I N GX in w e n l。，X UB in g X U l。，L I UW e il2 ，L IY i y u n l ，W A N G J in - h u il。 ( 1 N in g d e M a r in e E n v ir o n m e n t M o n it o r in g C e n t e r , S O A ，N in g d e3 5 2 1 0 0 ，C h in a ；2 K e y L a b o r a t o r yo f I n t e g r a t e d M o n it o r in g a n d A p p lie d T e c h n o lo g yf o rM a r in eH a r m f u lA 1 9 a lB lo o m s ，S O A ，S h a n g h a i2 0 0 1 3 7 ，C h in a ) A b s t r a c t ：T h ec o n c e n t r a t io no fd is s o lv e do x y g e n ( D O ) int h ec u lt u r ea r e ao ft h eG u a n j in g y a n gB a yisf r o m4 2 4m e t Et o 8 6 2m g 几w it ht h ea v e r a g ev a lu eo f6 7 0m g L T h elo wD Oc o n c e n t r a t io n ( 1 I LIllto oMk 2 期 鲁超等：海洋环境影响评价中溶解氧评价方法的改进初探：以官井洋为例1 7 1 温升高使得饱和溶解氧含量降低；另外一方面水温 升高加速水体中养殖碎屑分解消耗溶解氧；此外水 体中初级生产力较低，产氧能力弱( 王颢等， 2 0 1 4 ) 等共同作用导致夏季低氧现象发生。 2 2 饱和溶解氧含量估算方法的探讨 海水经验公式虽然可以应用于淡水中饱和溶解 氧含量的估算，但是2 种估算方法在水温0 3 5 之间对淡水饱和溶解氧含量估算存在差异( 一0 2 2 0 0 2m g L 之间) ；可是由于淡水估算公式不仅在陆 地水体评价中被广泛引用，还被写入了徜；洋工程 环境影响评价技术导贝蚣( 国家海洋局海洋环境保 护研究所，2 0 0 4 ) 中。因而如果简单套用海水经验 公式一方面不利于水体中溶解氧饱和含量运算公式 的统一；另外一方面不利于简化计算过程。为此本 文建议在淡水估算公式的基础上增加盐度影响因子 统一咸淡水饱和溶解氧含量的估算方法( 见公式4 ， 以下称咸淡水估算公式) ，其中n 为温盐协同效应， b 为盐度效应。通过S P S S 软件对水温在0 3 5 之间和盐度在o 3 9 之间的饱和溶解氧数据( 国家 海洋局第三海洋研究所等，2 0 0 7 ) 拟算得到未知参 数：a = 0 0 0 5 ，b = 0 2 4 5 。此条件能够覆盖绝大多数 中国近海自然环境条件，咸淡水估算公式与海水经 验公式的绝对误差在一0 1 4 0 2 2m g L 之间，平均 值为一O 0 1m g L ；相对误差在一1 4 1 7 之间， 平均值为一0 1 。说明咸淡水估算公式在绝对误差 和相对误差上基本可以满足在海洋环境条件下对饱 和溶解氧含量的估算。 nn一468 阳、 ”叫一3 1 6 + r + ( oXT + b ) XS 、 2 1 3 溶解氧折线指数算法的不足 1 ) 标准指数有出现非正常赋值或错误赋值情 况在海水中由于高温高盐的共同影响可以使得饱和 溶解氧含量介于5m g L 到6m g L 之问，使用第一 类海水水质标准评价时，溶解氧含量不低于6m g L 时( 即溶解氧处于饱和或过饱和状态) ，计算公式 分母会出现负值或者零的现象。即使上述现象出现 概率较低，但是却存在这种可能。 正常情况下，水质参数的标准指数 1 ，表明 该水质参数超过了规定的水质标准( 北京市环境保 护科学研究所，1 9 9 3 ) 。在溶解氧评价方面存在两 种例外： 当溶解氧含量等于评价标准值时，溶解氧含 量超标( 国家海洋局第三海洋研究所和青岛海洋大 学，1 9 9 7 ) ；此时溶解氧标准指数为1 ，即未超标 q 匕京市环境保护科学研究所，1 9 9 3 ) 。 在赤潮发生时，浮游植物大量繁殖所产生的 溶解氧积累在海水中，就是发生溶解氧含量过高， 但却标准指数大于1 的现象。 因而认为在溶解氧含量等于评价标准以及部分 赤潮发生时，标准指数出现错误的赋值，无法与 梅水水质标摊酚( 国家海洋局第三海洋研究所和 青岛海洋大学，1 9 9 7 ) 一致。 2 ) 标准指数无法准确描述实际情况在溶解氧 超标的情况下，溶解氧标准指数与溶解氧含量呈现 线性负相关；同时在所有水质标准条件下，标准指 数最大值都是1 0 ，且1 的单位溶解氧含量的降低 所引起的标准指数增加值随着水质评价标准降低而 增加( 见公式1 ) 。在现实环境条件下，随着水体 溶解氧含量降低，对生物体的影响梯度增加：从生 长、到新陈代谢再到死亡( G r a ye ta l，2 0 0 2 ；王巧 宁，2 0 1 2 ) ；当水体中溶解氧含量过低，不足以维 持生物生命活动时，会出现大量生物死亡的死亡区 ( D y b a s ，2 0 0 5 ) 。因而认为标准指数用简单的线性增 加和唯一确定的标准指数最大值很难描述现实情 况；同时此算法也没有正确体现出饱和溶解氧含量 与评价标准变化对标准指数的影响。 2 4 溶解氧标准指数算法的改进 1 ) 分类评价条件下的改进针对溶解氧折线指 数算法出现的不足，本文建议海水水质标准对溶解 氧含量标准进行修改：将大于评价标准含量符合海 水水质标准修改为大于等于评价标准含量符合海水 水质标准。这样有利于使用标准指数法评价时，溶 解氧评价结果与其他要素的评价结果一致。然后在 修改海水水质标准的基础上提出如下新的算法( 见 公式5 ，以下称新指数算法，其中D O 。为调节性溶 解氧含量，本文取值为2m g L ) 。 新指数算法用饱和溶解氧含量与评价标准的几 何平均值除以调节性溶解氧含量的商作为标准指数 指数性增加的底数；将评价标准与溶解氧含量差值 除以调节性溶解氧含量的商作为指数。通过上述修 改，标准指数赋值只能大于0 ，杜绝了标准指数非 正常赋值情况；指数函数也使得标准指数随溶解氧 含量降低呈现指数增加，修正了简单的线性负相关 关系；标准指数的响应斜率绝对值同时也随着饱和 1 7 2 海洋通报 3 6 卷 溶解氧含量和评价标准含量降低而降低，正确表达 了饱和溶解氧含量与评价标准对标准指数的影响。 将新指数算法应用到本文数据，发现一个公式计算 结果与两个公式计算得到的折线指数法计算结果具 有相同的趋势性分布，并将不同水质标准结果较好 的分离开( 见图3 ) 。 旦堡二里竺 D 0 S 跏= ( X D O ， D O , ，) 1 ( 5 ) 2 ) 现实环境条件下的改进由于海洋生物对氧 气的需求不一样( G r a ye ta l，2 0 0 2 ) ，即使在相同 的溶解氧标准指数条件下，对不同生物的影响也不 一样：例如在长江口低氧区内多毛类是最多的底栖 生物种类，对低氧环境的耐受程度较高( 王春生， 3 结论 2 0 1 0 ；刘志国等，2 0 1 2 ) 。因而上节对溶解氧的标 准指数算法的修改只是针对现行评价体系的修改， 为了能够更好得将新指数算法应用于现实环境的评 价，需要合理选定溶解氧的评价标准值而不是简单 引用海水水质标准作为溶解氧评价标准。 本文建议溶解氧的评价标准应该为取样层次内 适应所有( 或特定) 生物安全生存浓度值，如 Y a n g 等( 1 9 8 9 ) 建议九孔鲍鱼养殖过程中溶解氧 应该维持在5m g L 之上，所以针对本文的监测站 点的溶解氧评价标准应该取5m g L 。通过对2 0 1 4 年监测站点溶解氧标准指数分析可知，鲍鱼养殖过 程中溶解氧的影响主要发生在夏季，虽然标准指数 相对较低不超过1 5 ( 见图3 右，I I ) ，但是夏季在 官井洋增养殖区内进行鲍鱼养殖时需要格外留意。 13579lll3 月份 图3 官井洋原( 左) 新( 右) 溶解氧标准指数随时间变化趋势( I D O = 6 m g L ；1 I ，D O 通过本文分析得出如下结论： ( 1 ) 2 0 1 4 年官井洋增养殖区表层海水溶解氧 含量在4 2 4 8 6 2m # L 之间，平均值为6 7 0m g L ， 并在夏季发生低氧现象；水温对溶解氧年度含量变 化起到主要因素。鲍鱼养殖过程中溶解氧的影响主 要发生在夏季，虽然标准指数相对较低不超过1 5 ， 但是夏季鲍鱼养殖时仍需要格外留意。 ( 2 ) 鉴于饱和溶解氧含量计算方法不统一，并 考虑到环境影响评价技术导则中饱和溶解氧 j j “i_ ；女m j - i一 爨期i獭舞嘲篓。嗨c n 579 月份 5 r a g L ；m ，D O 1 1 4m 含量计算公式使用的广泛性，建议在此公式的基 础上加入盐度影响因子，统一饱和溶解氧含量的计 算方法。 ( 3 ) 现有溶解氧标准指数计算公式存在无法正 常赋值、错误赋值以及无法准确描述实际情况等不 足。建议在好每水水质标准中溶解氧的分类标准 范围由大于改为不小于确保与其他指标一致的基础 上，提出新的溶解氧标准指数计算公式，修正了原 有计算公式的不足，并得到本文数据的检验。针对 现实环境中的溶解氧标准指数计算过程中，不能简 单引用海水水质标摊勘中溶解氧的评价标准值进 行计算，本文建议溶解氧的评价标准值为取样层次 0 5 0 5 O 5 0 5 O 4 3 3 2 2 ， O O ：三t O 5 O 5 0 5 O 5 O 4 3 3 2 2 1 l O O ：兰o 2 期鲁超等：海洋环境影响评价中溶解氧评价方法的改进初探：以官井洋为例1 7 3 内所有或特定生物安全生存浓度。 致谢与声明：感谢朱峰提供的原始数据；感谢 其他同事在数据处理与写作过程中的帮助。本文在 淡水饱和溶解氧计算公式的基础上，提出同时适应 淡水和海水的饱和溶解氧计算公式，简化了溶解氧 标准指数计算过程。并针对溶解氧折线指数算法的 不足，提出了新的指数算法，弥补了折线指数算法 的不足；但引入了新的未知参数( D O a ) ，使得本 文的取值应用范围受到一定影响。此外在线监测数 据溶解氧探头在夏季受到污损生物的影响，溶解氧 数据出现较大波动。 参考文献 D y b a sCL ，2 0 0 5 D e a dz o n e ss p r e a d in ginw o d do e e K n s B io S c ie n c e ，5 5 ( 7 ) ：5 5 2 5 5 7 G r a yJS ，W uRS ，O rYY ，2 0 0 2 E f f e c t so fh y p o x iaa n do r g a n ic e n r ic h m e n to nt h ec o a s t a lm a r in ee n v ir o n m e n t M a r in eE c a lo g y P r o g r e s sS e r ie s ，2 3 8 ：2 4 9 2 7 9 Y a n gHH ，T in gYY ，1 9 8 9 L a n d - B a s e dC u h u r eM e t h o do fT a iw a n A b a lo n e T a in a nB r a n c h ，T a iw a nF is h e r ie sR e s e a r c hI n s t it u t e ， T a in a n ，T a iw a n 4 3P P 北京市环境保护科学研究所，H J t T2 3 1 9 9 3 ，环境影响评价技术导 则地面水环境北京：中国环境科学出版社，1 9 9 3 国家海洋局第三海洋研究所，国家海洋局第二海洋研究所，国家 海洋局海洋环境监测中心，等，G B T1 2 7 6 3 3 2 0 0 7 ，海洋调 查规范第四部分：海水化学要素调查北京：中国环境科学出 版社，2 0 0 7 国家海洋局第三海洋研究所和青岛海洋大学，G B3 0 9 7 1 9 9 7 ， 1 9 9 7 海水水质标准北京：中国标准出版社 国家海洋局海洋环境保护研究所，G B T1 9 4 8 5 2 0 0 4 ，2 0 0 4 海洋 工程环境影响评价技术导则北京：中国标准出版社 李道季