（环境科学专业论文）填海工程悬浮物扩散及环境生态影响研究.pdf

l ，矽 f 辽宁师范大学硕士学位论文 摘要 随着我国社会经济的发展，填海工程日益成为沿海城市建设、缓解土地压力、增加 经济效益的重要手段。然而填海工程在带来巨大效益的同时改变了海岸原有的生态环 境，带来了许多环境问题。 填海工程建成后，海岸线发生变化，海域纳潮量减少，间接导致海域水动力环境减 弱，泥沙淤积加剧，海底沉积组分发生变化。填海工程施工期大量的土石方填筑带来海 域悬浮物的迅速增加，海域原有的潮汐作用、水文系统发生变化后，悬浮污染物扩散能 力降低，从而导致海域海水水质变化。海底沉积物与海水水质的变化使海域生态系统受 到影响，众多的底栖生物、浮游生物因栖息、繁殖环境的变换而出现迁移、死亡甚至灭 绝。因此研究围填海工程的环境生态影响对于区域环境质量及工程建设的综合价值评价 具有重要的参考意义。 本文着重对围填海产生的悬浮物环境生态影响进行分析，研究了填海工程悬浮物主 要产生环节，介绍了国内外学者对悬浮物的相关研究内容。最后以实际工程建设为依据， 通过前期悬浮物扩散数值预测与施工期悬浮物实时监测数据相结合，综合分析并客观评 价了工程建设悬浮物产生及环境影响状况，提出施工管理建议，为类似工程建设提供依 据。 关键词：围填海；悬浮物；环境生态影响 ， ， 冉 l 今 l 一 ， 填海工程悬浮物扩散及环境生态影响研究 t h ed i f f u s i o no f s u s p e n d e dm a t t e ra n di n f l u e n c e so ne n v i r o n m e n t a l e c o s y s t e mf r o mr e c l a m a t i o np r o j e c t s a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fo u rs o c i a la n de c o n o m i c ，r e c l a m a t i o np r o j e c t sb e c o m ea n i m p o r t a n tm e a n so fc o a s t a lc i t i e s t or e l i e v ep r e s s u r ef r o ml a n da n dr a i s ee c o n o m i c b e n e f i t h o w e v e r , w i t ht h eh u g ee c o n o m i cb e n e f i t sf r o mr e c l a m a t i o np r o j e c t s ，s o m ep r o b l e m s a r i s e a f t e rt h ep r o j e c t ，i tm a k et h ec o a s t l i n ec h a n g , t i d a lp r i s mr e d u c e d ，i n d i r e c tc a u s em a r i n e h y d r o d y n a m i cd e c r e a s e d ，s e d i m e n t a t i o ni n t e n s i f i e s ，s u b m a r i n es e d i m e n tc h a n g e d t h el a r g e n u m b e ro fe a r t h w o r kf r o mt h er e c l a m a t i o np r o j e c tm a k et h es u s p e n d e dm a t t e ri n c r e a s e d r a p i d ，a f t e rt h ec h a n g eo ft h et i d a la c t i o na n dh y d r o l o g i c a ls y s t e m ，t h ed i s p e r s a la b i l i t yo f p o l l u t a n t sd e c r e a s e d ，t h u sc a u s i n gt h e w a t e rq u a l i t yc h a n g e d t h e c h a n g eo fs u b m a r i n e s e d i m e n ta n dw a t e rq u a l i t ye f f e c tt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，al o to fb e n t h o sa n dp l a n k t o n m i g r a t e 、d i e de v e ne x t i n c t i o nb e c a m et h ec h a n g e so fe n v i r o n m e n t s oi t sm e a n i n g f u lt o r e s e a r c ht h ee f f e c to fr e c l a m a t i o np r o j e e l sf o rc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i n gt h ep r o j e c ta n d e n v i r o n m e n t a lq u a l i t y t h i sp a p e re m p h a t i c a l l ya n a l y s e st h ei n f l u e n c e so ne n v i r o n m e n t a le c o s y s t e mb y s u s p e n d e dm a t t e r , r e s e a r c h e st h ep r o d u c t i o nl i n k so fs u s p e n d e dm a t t e r , i n t r o d u c e sr e l a t e d c o n t e n t sr e s e a r c h e d b y d o m e s t i ca n d f o r e i g ns c h o l a r s f i n a l l y , b a s e d o n p r a c t i c a l e n g i n e e r i n g , t h r o u g hs u s p e n d e dm a t t e rd i f f u s i o nn u m e r i c a lp r e d i c t i o na n dd a t e sb yr e a l - t i m e m o n i t o r i n g ，c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i sa n do b j e c t i v ee v a l u a t e st h ep r o d u c t i o nl i n k so fs u s p e n d e d m a t t e ra n dt h es t a t eo fe n v i r o n m e n t a li m p a c t ，g i v eo p i n i o nt oa n dp r o v i d ee v i d e n c ef o rs i m i l a r p r o j e c t s k e yw o r d s ：r e c l a m a t i o np r o j e c t s ；s u s p e n d e dm a t t e r ；i n f l u e n c e s o ne n v i r o n m e n t a l e c o s y s t e m 0 1 、ilii蕾 辽宁师范大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t 】 】： 1 、绪论1 1 1 研究背景1 1 1 1 世界各国围填海工程2 1 1 2 我国围填海工程3 1 2 研究内容及意义4 2 、填海工程海洋环境生态影响5 2 1 填海工程对海洋水文动力环境影响分析5 2 2 填海工程对海岸地形地貌的影响分析6 2 3 对海水水质的环境影响7 2 4 对海洋沉积物的环境影响7 2 5 对海洋生态环境的影响8 3 、填海工程悬浮物产生及环境生态影响1 0 3 1 悬浮颗粒物概述啪3 1 0 3 2 填海工程悬浮颗粒物的产生1 0 3 3 填海工程悬浮物环境生态影响1 0 3 4 填海工程悬浮物扩散的数值模拟1 2 4 、凌水湾改造填海工程实例分析1 4 4 1 项目概况1 4 4 2 工程各阶段污染环境影响分析1 6 4 2 1 施工期污染环境影响分析1 6 4 3 工程海域悬浮物输运扩散数值预测1 6 4 3 1 预测模型概述1 6 4 3 2 悬浮物影响预测方案1 8 4 3 3 污染物排放强度的确定1 8 4 3 4 其它控制参数2 0 4 3 5 预测结果分析2 0 4 3 6 小结3 9 4 4 悬浮物跟踪监测4 0 4 4 1 监测内容与方法4 0 4 4 2 海域水质环境背景值调查4 1 填海工程悬浮物扩散及环境生态影响研究 4 4 3 跟踪监测结果等值线绘制4 4 4 4 4 跟踪监视监测结果概述4 8 4 5 悬浮物生态环境影响分析4 9 5 、结论与建议5 1 5 1 结论5 1 5 2 建议5 l 参考文献：5 3 致谢5 5 攻读硕士学位期间发表学术论文情况5 6 i v 川一 一；0j， -=-fff簟 t 辽宁师范大学硕士学位论文 1 、绪论 海岸带地区处于地表陆域与海域的交汇处，蕴含着重要的自然资源具有很高的生产 力并形成人类社会活动的聚集区域，是人类赖以生存和发展的重要场所。全世界约有一 半以上的人口、生产和消费活动集中在占全世界面积不到1 0 的海岸带附近【1 1 。 自古以来，人类对海洋的探索就未曾停止，从早期的海洋探险到现代的海洋科考研 究，经历了数千年的历史。1 5 世纪，全世界开始世界性的海洋探险活动。包括我们所熟 知的郑和7 下西洋，哥伦布的4 渡大西洋，麦哲伦的环球航行等等。直到1 9 世纪人类 对海洋的认识才逐步的条理化，直到1 9 世纪6 0 年代海洋开发还主要局限于海洋航运、 海洋捕捞和海水制盐。进入1 9 世纪后期，人类对海洋的研究进入了科学考察阶段。由 于海洋在军事和经济上的重要地位，各国纷纷增加对海洋的研究投入。海洋科学也从单 一的科学发展出多个理论、技术学科。国际间的合作研究日益频繁，海洋成为国际间交 流、竞争的重要平台【2 j 我国拥有9 6 0 万平方公里陆域面积，拥有3 0 0 多万平方公里的海洋国土，相当于我 国陆地面积的1 3 ，海岸线长度1 8 0 0 0 多公里。我国海洋资源丰富，海洋中蕴藏着丰富 的自然资源。 我国是世界上最早开发利用海洋的国家之一，早在2 0 0 0 多年前以前的春秋战国时 期，沿海地区就开始“兴渔盐之利，行舟楫之便 3 1 。新中国成立之后我国的海洋开发 更是得到了蓬勃的发展。 根据2 0 1 0 年3 月公布的中国海洋经济统计公报【4 】显示，2 0 0 9 年全国海洋生产总值 3 1 9 6 4 亿元，海洋生产总值占国内生产总值的9 5 3 ，占沿海地区生产总值的1 5 5 。全 国涉海就业人员3 2 7 0 万人。其中，环渤海经济区海洋生产总值1 20 1 5 亿元，占全国海 洋生产总值的比重为3 7 6 ，比上年增长1 5 个百分点。位居前列的主要海洋产业为海 洋交通运输业、海洋渔业和滨海旅游业；长江三角洲经济区海洋生产总值94 6 6 亿元， 占全国海洋生产总值的比重为2 9 6 ，比上年减少2 6 个百分点。位居前列的主要海洋 产业为滨海旅游业、海洋交通运输业、海洋船舶工业和海洋渔业；珠江三角洲经济区海 洋生产总值66 1 4 亿元，占全国海洋生产总值的比重为2 0 7 ，比上年增长0 5 个百分 点。位居前列的主要海洋产业为滨海旅游业、海洋交通运输业、海洋化工业、海洋油气 业和海洋渔业。 1 。1 研究背景 人类与自然的冲突由来已久【5 1 。从被公认的最早的三角洲系统埃及尼罗河三角洲系 统形成以来，人类活动已深深的影响了自然的发展【6 1 。对海洋资源的开发利用是人类探 索自然征服自然的过程。现代海洋开发主要包括海洋及其周围环境资源的丌发和空间资 填海工程悬浮物扩散及环境生态影响研究 源的利用。而其中对海岸带的开发是对人类自身影响最明显、最直接的开发活动，根据 联合国教科文组织的观点，海岸带开发包括利用海岸和沿岸水域的活动，主要有四个方 面：一是港口与航道建设；二是工厂、码头与仓库等基础设施建设；三是游艇码头、水 上娱乐场所、人工岛等游乐活动场所；四是围海造地活动。 随着我国社会经济的快速发展、城市化进程的加快，沿海地区的发展受到土地资源 短缺和土地结构性短缺的制约越发严重。围海造地成为沿海地区拓展城市发展空间、提 高土地经济价值的重要手段。 然而围海造地直接改变了海岸的自然属性，带来巨大经济效益的同时也产生了许多 负面影响。海岸线的减少、海水动力条件的变化、潮差降低、动植物生态环境遭到破坏、 生物多样性降低、景观价值下降等等。 1 1 1 世界各国围填海工程 围填海是人类向海洋拓展生存和发展空间的一种重要手段，也是一项重要的海洋工 程。世界上很多国家的经济发达地区都处在面积仅占地球面积1 0 的海岸带区域。因而 围海造地成为满足经济发展的迫切需求。更重要的是在一些领土面积较小的沿海国家或 岛国，围海造地成为扩大领土面积，满足人口增长的必然选择。 众所周知，荷兰是一个低地国家其国土面积中有1 4 低于平均海平面，拥有目前世 界上最先进的围填海技术。早在罗马时代荷兰就开始了小规模的围垦活动。从1 3 世纪 至今，在其绵延的海岸线上有大约2 4 的国土面积是由围填海而成，故有“上帝造海，荷 兰人造陆 一说。 新加坡最初的围填海活动始于1 8 1 9 年开始，但只涉及一些小规模的建设活动。到 1 9 1 9 年因公共事业及军事需要，围填海工程有所增加。二次世界大战后，因迅速发展的 工商业运输业对土地的需求，大面积的围填海工程开始兴建。直到了1 9 世纪8 0 年代， 围填海的速度才相对有所放缓【7 1 。在过去的4 0 年间，新加坡已填海1 0 0 平方公里，相当 于澳门面积( 2 7 平方公里) 的4 倍。 日本是一个狭长的岛国，岸线曲折，海湾众多。日本是世界上海岸线最长的国家之 一，约3 3 万公里，曲折的岸线形成了众多优良的港湾。填海造地使日本开发利用海洋 的传统方式之一，自明治开始，日本在其曲折的海岸线上开始了漫长的填海造陆工程。 由于日本的城市和工业基地多集中在太平洋沿岸的狭长地带，二战之后日本的工业经济 迅速恢复和发展，因工业的迅速恢复和经济的快速发展，日本制定了沿海产业规划，统 一布局，大力发展围填海工程。通过填海，战后日本获得土地1 5 0 0 平方公里以上。资 料显示，在1 0 0 年问，日本围填海面积大约1 2 万平方公里，日本沿海城市约有三分之 一的土地都是通过填海获得的。 韩国人多地少，三面环海，土地资源稀缺，海洋面积约为陆地面积的5 倍，海岸资 2 飞 111lllillli叫1川 一 一i“ -l，ol 辽宁师范大学硕士学位论文 源却十分丰富。由于陆地资源有限，韩国政府非常重视对海洋的工作。虽然起步较晚， 但近几十年韩国的海洋科学技术和开发研究取得了迅速的发展。自1 9 6 2 年开始大规模 的填海造地活动，至1 9 8 8 全国填海造地总面积1 5 1 5 平方公里。随着经济的发展韩国对 土地资源的需求越来越大。2 0 0 1 年启用的仁川国际机场是亚洲最大的机场，距仁川市 1 5 公里，是围海填沙建造而成的，围海大堤总长1 7 3 公里。位于韩国东南端的釜山， 正在建设能够同时停靠3 0 艘超大型集装箱船舶的釜山新港，将于2 0 1 1 年全面建成。 1 1 2 我国围填海工程 我国早在汉代就有围海活动，唐宋年问江浙一带围填海规模逐渐扩大。新中国成立 之后，我国经历了三次大范围的填海造地热潮。第一次是建国初期的围海晒盐；第二次 是2 0 世纪6 0 年代中期至7 0 年代的围海垦农；第三次是2 0 世纪8 0 年代后期至9 0 年代 初的滩涂围垦养殖【引。进入2 l 世纪，随着我国经济社会的告诉发展，沿海城市纷纷开始 大规模的填海造地，用于解决地区发展中空间不足的束缚及提高经济利益。资料显示， 十五期间我国平均每年的围填海面积己达3 0 0 平方公里。截至2 0 0 7 年底我国已确权海 域面积1 2 9 9 3 平方公里，其中围填海面积已达5 4 0 平方公里，占总确权海域面积的 4 1 6 n 。 我国香港，因为特殊的多山地形原因，造成了可利用土地资源的极度缺乏，因此向 海洋要地成为其必然的选择。香港最初的围填海活动开始于1 8 4 1 年，很多贸易公司为 扩展自己的土地而向维多利亚海湾内发展。到1 8 5 5 年这无计划的填海活动已经造成了 维多利亚湾几乎全部浅海区域的丧失。九龙半岛在1 8 6 0 年被英国强占南端尖沙嘴一带 之后至1 9 4 5 年之间，陆地面积增加了大约6 0 0 公顷【7 】。 澳门人多地少，是世界上典型的地狭人稠地区。澳门的围填海工程开始于1 9 世纪 中叶，不同于大多数国家的是澳门的围填海开始阶段并不是经济高速发展的时期而是处 于经济停滞阶段 7 。随着不断填海，澳门半岛面积不断扩展，澳门半岛原有面积2 7 0 k i n 2 到1 9 9 8 年面积大约1 0k m 2 ，由于填海造地当前澳门陆地面积增加了2 3 倍【l o 】。 我国深圳，大规模的围海造地始于1 9 世纪8 0 年代，目前围海造地主要集中在3 大 区域：西部矾石水道以东地区，中部深圳湾沿岸地区以及东部沿海地区。截至2 0 0 5 年， 深圳市已围垦土地2 6 8 平方公里【1 1 1 ，据有关预测，到2 0 1 0 年，因填海而变成陆地的填 海造地面积将至少达到6 0 平方公里，占填海前原有陆地面积的3 。 大连市是我国北方著名的沿海城市，海岸线长约1 9 0 0 千米，管辖海域面积约2 3 万平方公里，超过陆地面积近一倍【1 2 1 。大连市大规模的围填海活动主要包括两个阶段： 一是上世纪8 0 年代至9 0 年代中后期的围海养殖及盐田开发活动；二是上世纪9 0 年代 开始的随着大连市海洋经济总量的增加，海洋港口及航运业的发展，大规模的港口工业 填海及围海养殖活动。截至2 0 0 5 年，大连市围填海面积累积7 2 1 6 5 公顷，占辽宁全省 3 填海工程悬浮物扩散及环境生态影响研究 围填海面积的4 8 7 。 改革开放以来，我国沿海城市经济飞速发展，经济快速增长的同时，土地成为城市 特殊的稀缺资源，围填海工程一方面缓解了城市建设用地，另一方面巨大的土地收益也 促使了围填海工程遍地开花。然而大规模的围填海使我国的近岸海域生态环境受到一定 程度影响。研究围填海活动的生态环境影响，加强围填海管理是保持我国经济持续增长， 社会和谐稳定的重要保证。 1 2 研究内容及意义 本文论述了国内外填海工程概况，通过对大量国内外学者的研究进行分析，概括论 述了围填海工程在施工过程中及施工后对海洋水文动力、海岸地形地貌、海水水质、海 洋沉积物及海洋生态环境的影响状况。本文主要通过大连凌水湾综合整治填海项目为实 例，采用二维数值模拟预测施工主要产污环节产生的悬浮物扩散情况。通过项目建设跟 踪监测相对比的方法，对填海工程中所产生的悬浮污染物进行分析。通过分析填海工程 悬浮物产生数值模拟预测及实际监测结果，分析项目建设产生的悬浮颗粒物对海域生态 环境的影响，依据实际监视监测希望本文的研究对实际工程建设中各施工阶段的悬浮物 控制提供依据，最后提出解决对策及建议。 4 i 辽宁师范大学硕士学位论文 填海工程海洋环境生态影响 2 1 填海工程对海洋水文动力环境影响分析 海洋水文动力是海水自净过程中最主要的环境动力因素，也是海洋生态环境的最重 要影响因子。填海工程带来的海洋环境直接影响是海域纳潮量的减少，间接导致海域水 动力环境减弱，污染物扩散输移速度减慢、泥沙淤积加剧等。 ( 1 )对纳潮量的影响 由于海洋的潮汐现象，把从低潮到高潮海湾所能容纳海水的数量成为纳潮量0 3 】。纳 潮量是海湾环境质量的重要指标。一个海湾纳潮量的大小直接反应该海湾的水体交换能 力或抗污染大小【1 4 】。填海工程占用大量的海岸资源，将减少所在海域纳潮量，进一步导 致海域污染物扩散能力下降、泥沙淤积等海洋环境问题。 朱大奎【1 5 】根据1 9 7 7 年、1 9 8 8 年和1 9 9 9 年卫星遥感资料分析发现，1 9 8 8 年以后， 深圳湾水域面积及纳潮量减少加快，1 9 7 7 年纳潮水域面积1 0 6 7 k m 2 ，1 9 9 9 年纳潮水域面 积9 0 8 k m 2 ，减少1 5 6 。纳潮量的减少促使深圳湾淤积量增加，在一个潮周期内，湾内 水体与珠江口水流的交换量减少。给环境带来危害。 ( 2 )对污染物扩散的影响 长期以来，海洋一直是人们排放陆域污染的重要场所。根据2 0 0 9 年统计，对我国 4 0 条主要河流污染物入海总量监测结果显示，全年由河流入海的c o d 、石油类、营养盐、 重金属和砷等主要污染物总量约1 3 6 7 万吨【1 6 】。而海洋环境具有其自身的环境容量，不 同水域对污染物质的净化能力不同，即使同一海域在不同时段其净化能力也因各种海洋 条件而不同。而海洋水文动力对污染物的稀释扩散具有重要作用。 污染物进入水环境以后，在水环境中常发生包括稀释、扩散、沉淀等物理行为过程。 所谓稀释扩散就是指污染物进入海洋水体之后，由于海水的流动作用使得污染物与水体 不间断发生混合作用，最后海水中污染物的含量逐步降低的过程。相关研究表明，海流 输送作用和湍流扩散作用是污染物迅速物理净化的根本机制。海流输送过程比较简单， 当污染物进入海洋水体以后，因海流从高浓度区流向低浓度区，将污染物从高浓度区带 至低浓度区；而湍流扩散作用是由于湍流流场中质点的各种动力状态( 如流速、流向等) 瞬时值相对于其平均值的随机律动而引起的分散现象。湍流扩散的主要特征是因为水体 不断从外界获得物质能量，使流体中污染物的扩散过程显著增强( 比分子扩散过程强的 多) 1 7 】。 ( 3 )冲淤影响， 徐敏，陆培东等【1 8 】以漳州港招商局中银码头区为例，根据工程建设前后地形变化， 结合岸线回填量和九龙江输沙资料，分析了围海造地对岸滩演变及港区码头回淤的影响。 填海工程悬浮物扩散及环境生态影响研究 分析表明，1 9 9 3 年以来该区岸线回填施工基本采用平推式，不仅回填施工中产生的高含 沙浑水随水流扩散，使近岸滩地产生泥沙淤积，而且岸线回填产生挤淤，也使近岸滩地显著 抬高。文中通过对于3 # 泊位及海达码头港池的回淤分析确定二者泥沙冲淤均由三部分组 成：( 1 ) 自然回淤：( 2 ) 回填产生的滩地抬高：( 3 ) 回填时高含沙浑水产生的回淤。且通过 推算发现，二者含沙量分别为0 5 5 k g m a 和0 6 k g m 3 ，基本一致。二者的接近印证了该区 域淤积量异常的分析结果。 夏华永等【1 9 】利用数学模型对湛江湾填海工程对海床冲淤影响进行预测，分别对工程 前海床变形及工程后的海床冲淤进行模拟，并为施工方案进行比选。分析结果表明，工 程方案实施之后，由于纳潮量减小，湛江湾内的水流强度下降，导致了海床局地冲淤强 度的下降。同时确定方案二比方案一对港池区域水流流速影响较大，其港池的淤积强度 是后者的近2 倍。最终确定工程方案一优于方案二。 2 2 填海工程对海岸地形地貌的影响分析 近岸海域资源为人类提供重要的自然资源。红树林生态系统处于海洋、陆地和大气 的动态交界处，作为具有自身特色的海陆边缘生态系统红树林在维持海湾河口生态系统 的稳定和平衡中起到极其重要的作用【2 0 1 。滨海湿地包含着丰富的生物资源，具有净化环 境、减轻自然灾害、湿地旅游等重要功能。河口、海湾等富含有丰富的有机物，为养殖 业发展提供重要的场所。大面积的围填海活动给海岸地形地貌带来了一系列严重的影 响。破坏了海岸原有的自然资源，虽然人们在围海开发活动中取得了一定的经济效益却 忽视了自然海岸长远的生态价值。 近些年，随着人类围填海活动的增多，一些突出的问题也引起了国内外学者的广泛 关注。 陈斌等【2 i 】对泉州湾围填海工程进行研究，通过对1 9 5 6 年、1 9 7 5 年和2 0 0 0 年出版 的海图进行比较发现，几十年间，泉州湾内湾水域面积减少近一半，各种围填海工程的 建设使原有曲折岸线变成平直岸线，岸线外移、海滩急速淤涨、水道明显变浅和萎缩。 秦华鹏等【2 2 】提出在填海工程新岸线确定时采用综合模型来全面评价各种影响。并以 深圳湾为例，提出了一种确定海湾填海优化岸线的综合方法。分析中发现，原深圳湾岸 线曲折，隐蔽条件较好，波浪作用小，海水和径流来沙不多，虽然天然深槽仅4 5 m 水深， 但湾内淤积缓慢，湾床地形相对稳定，有利于港口航道的维护。随着地区经济的发展，大 量填海造地工程不断实施。文中对深圳北岸填海工程拟设计的五种填海方案进行比选， 结果显示各方案均不同程度造成海湾纳潮量减少，外湾流速减小，海湾水环境容量减小 等。最终综合比选，方案四为最优方案。 马志远等【2 3 】基于g i s 技术，通过兴化湾1 9 5 9 年测量的海图，提取海岸线与o i i i 等值 线之间的潮间带滩涂湿地为研究对象。通过对数据研究及处理、运算，在围填海工程实 6 川1 一，；?皈 l 辽宁师范大学硕士学位论文 施后，自然景观构成比例下降至5 6 3 5 ，即2 0 a p 值下降了1 8 9 2 。分析结果表明，兴 化湾围填海工程的建设实施将原有的曲折、复杂的自然边缘改变成较为平直、简单的人 工景观岸线，造成景观形状趋于规则，几何形状趋于简单，从而导致自然景观大范围丧失， 滩涂景观减副速度加快，平均斑块面积迅速下降，景观破碎化程度明显加剧。其后果将会 引起兴化湾生物多样性的大幅度降低，生态功能衰竭退化。 2 3 对海水水质的环境影响 围填海工程对于海水水质的直接影响主要来自施工期产生的悬浮物短时间对海域 水质的影响，但随着工程的结束，影响作用会逐渐消失；其次填海土石方中包含的化学 成分、生物组分也会对围填海当地海域水质中的组分产生影响。在填海工程陆域形成后， 海域原有的潮汐作用、水文系统将发生变化，在很大程度上这些变化会造成海域纳潮量、 污染物扩散能力的降低，从而导致海域海水水质变化。 陈彬等f 2 l 】根据2 0 0 0 至2 0 0 2 年对泉州湾的水质监测结果，以国家二类海水水质标准 为依据对泉州湾水质进行衡量。分析发现，由于泉州湾大规模的围垦工程使内湾的纳潮 量和环境容量逐步下降，导致污染物排放后不易稀释扩散，使湾内水质恶化，无机氮含 量严重超标。 郭伟【1 u 等对深圳市围填海工程分析发现，截至2 0 0 0 年，深圳市围填海面积已达 2 6 8 0 h m 2 ，给海洋环境造成了一定的负面影响。对海洋水体的研究发现，原本通过2 个潮 周期湾内水体就可循环一次，但海岸围垦后周期延长需要7 到8 个周期，这意味着原本 一天就可以轮换一遍的海水现在需要3 到4 天。在这种情况下对上游或沿海的污染物稀 释能力大大降低，造成水域污染严重。 2 4 对海洋沉积物的环境影响 围填海工程改变了海岸的原有形状，从而影响海水动力，进而对海域的潮流速度， 纳潮量和海底沉积作用等产生影响。海底沉积物的粒度分布可以反映潮流速度的变化， 各种化学物质含量和反映速率表明了海域沉积作用的主要影响因素等。 a t s u k oa m a n o 和n a o y a1 w a m o t o 掣2 4 】对日本西南部的m i s h o u 湾中的的沉积物进行了 分析。研究侧重于海底环境的物理和化学改变，利用3 4 处样本站位采集沉积物样本进行 实验室分析，测量了颗粒大小，t o c 、t n 、t s 含量，c n 率，c s 率，k l 组份等利用射o p b 法得到沉积率。通过分析发现围海造陆使海底表层沉积物颗粒大小发生变化，表明潮流 速度从河口至海湾中部逐渐减少；河口处的较高的t o c 含量和c n 率表明m i s h o u 湾中的的 沉积物大都是陆地有机物质；c s 率和k l 组成表明了河水对沉积作用变大。 b w f l e m m i n g 和n n y a n d w l 2 5 】对德国w a d d e n 海东弗里斯兰1 2 0 0 个样本进行标准 化分析。首先将样本进行脱盐，通过湿法筛分确定其中泥质含量，利用分辨率为0 0 2 填海工程悬浮物扩散及环境生态影响研究 的自动记录沉管系统处理剩余的部分。研究确定了研究区域内按颗粒大小区分的各颗粒 组份的分布及浓度，并分析其形成原因。最后得出结论，围填海和筑堤工程使海域沿岸 变的陡峭，进而影响水文动力作用，从而阻碍和抑制了一定范围数率的沉积作用。长久 以来w a d d e n 海的淤泥滩减少大大降低了底层生物体的生存空间，这必将影响海域的生、 态系统。 类似的，o w e nr b 和l e er 【2 6 】研究了香港海域海底的柱状沉积物，通过分析发现， 因人口增长及城市化发展而实施的大范围的围填海工程造成了海底沉积率的增加。 2 5 对海洋生态环境的影响 大量填海造地工程造成海洋生态环境影响。围海造地使海域纳潮量减少，水文动力 系统作用降低，引发泥沙冲淤和污染物迁移规律的变化，使海水自净能力减弱，从而导 致水质日益恶化，各种污染物增多，导致海水水体富营养化，使得赤潮现象频繁发生。 大量的围填海工程阻断了部分陆地入海河道，影响了城市泄洪能力，使地表水下渗 后无法正常排出，导致洪水灾害的发生。 此外近岸海域栖息有大量动植物，生物资源丰富。围填海工程导致陆域及水域动植 物的栖息、繁殖场所改变或丧失，导致生物种群减少甚至灭绝。对植物、动物及生态环 境造成严重影响。 在大量的事实面前，围填海已经逐渐展现了它对于环境的巨大危害。 2 0 0 0 年到2 0 0 4 年，福建沿海赤潮发生次数逐年增加，范围不断扩大，对海水养殖 及滨海旅游带来巨大危害。直接经济损失高达4 2 4 8 万元。根据许珠华等【2 7 】的研究发现， 造成赤潮频繁发生的主要原因之一即福建沿海大量填海造地工程使海岸滩涂面积减小， 降低了滩涂湿地的保护功能。同时岸线的改变时原有水文动力系统发生变化，海水自净 能力降低，环境容量下降，水体富营养化发生赤潮。 根据有关报道【2 引，广东珠江口附近共有7 座城市依次为广州、东莞、中山、珠海、 深圳、香港和澳门。近几年，随着各城市的经济发展，各城市大规模围海造地总面积已 达6 6 6 6 7 公顷，围海已经使伶仃洋面积缩小了1 9 7 7 年时的1 1 0 。1 9 9 6 年华南地区发 生大规模的洪涝灾害，在珠江中游梧州水位线已经达到5 0 年一遇，而且在下游中山莺 哥咀，水位超过了2 0 0 年一遇。围海造地使得一些天然泄洪出口阻碍了，造成地下水位 局部上升，使得泄洪出口以上城市出现内涝现象，进而造成土地松软，地下水系遭到破 坏等严重灾害。珠江三角洲地区自然地势低洼，软地基分布广泛。地下水位的抬升使不 少楼房地基受浸，出现开裂现象，给当地居民生活造成严重影响。另外，围海造地使港 口面积变小，海湾潮差减小，海水自净能力降低，水质日益恶化，赤潮频繁发生，给当 地渔业生产造成极大影响。 红树林生态系统在维持海湾河口生态系统的稳定和平衡中起着非常重要的作用。 。l，皈 ， 辽宁师范大学硕士学位论文 对于一般的环境变化和扰动有相当大的抵抗力和平衡力。随着填海工程占用大量红树林 湿地，其产生的影响已逐渐展现。林鹏等 2 0 l 在研究中指出，近5 0 年间，厦门海岸红树 林面积从6 0 年代的3 2 0 h m 2 降至2 1h m 2 ，其生态价值从5 5 3 6 万元a 降至3 6 3 3 万元a ， 年损失5 1 7 3 万元a 。海岸红树林面积的减少使海岸环境质量下降，外来物种( 互花米 草) 入侵严重。徐友根等【2 9 】对深圳福田红树林鸟类自然保护区进行研究，研究发现随着 包括围海工程在内的各种海洋工程的实施，大量的挤占了保护区土地，大量红树林资源 遭到破坏。福田红树林及周边生态系统的物种数量减少，生物多样性降低，通过其他学 者的研究数据【2 1 , n 1 9 9 4 年至1 9 9 9 年的五年间，昆虫种类减少4 5 ，天敌昆虫数量减少 了6 5 ，蜘蛛种类减少2 9 ，1 9 9 2 至1 9 9 3 年间到1 9 9 7 至1 9 9 8 年，福田红树林陆鸟种类 和个体数量都大幅减少，陆鸟多样性明显下降，多样性指数下降2 7 。鸟类减少使一些 食白壤的害虫缺少天敌，导致病虫害逐年严重，严重危害滨海生态系统。 9 填海工程悬浮物扩散及环境生态影响研究 3 、填海工程悬浮物产生及环境生态影响 3 1 悬浮颗粒物概述 悬浮颗粒物是一种非常复杂的非均质有机与无机复合体，对于海洋悬浮物的研究是 目前国内外学者较关注的焦点之一【3 0 l 。海水中悬浮物的含量，决定了海水的透明度及水 色，而且直接影响着海水的声学特征及其它光学性质。在大洋及较大海域中悬浮物含量 只有几微克升，粒度非常小，水色呈深蓝；而近岸及河口海区的悬浮物含量在l o o 一1 0 0 0 毫克升左右，而且颗粒较粗，水色多呈浅蓝，绿甚至黄【3 1 1 。 海洋水体中的悬浮物，即我们通常所说的海水中包括的胶粒在内的、分散度不一样 的各种悬浮物质，它们的粒径一般不同，相差在几微米至几百微米之间。海洋水体中悬 浮物的表面，能够有选择性地吸附有机负离子物质，因此常带负电荷。悬浮颗粒物所携 带的大量有机物质，为细菌等微生物的繁殖带来了有利的条件【3 1 1 。 3 2 填海工程悬浮颗粒物的产生 目前国内填海工程施工建设中一般采用直接的土石方填筑方法进行。此种方法主要 施工过程包括基床勘探、基床挖泥、基床抛石、围堰施工、陆地施工等等。在进行这些 施工过程中一方面由于人为干扰使工程区海域地质原有淤泥产生扰动，淤泥上浮使海域 悬浮物含量增多，另一方面由于直接的土石填筑在土石进入水体后迅速扩散导致悬浮物 的产生。在上述施工过程中基床挖泥与基床抛石是悬浮物产生较多的施工阶段，围堰及 陆域填筑施工因科学合理的施工管理相对于前两者较容易避免。 3 3 填海工程悬浮物环境生态影响 填海工程会造成高浓度的悬浮泥沙，其主要产生过程为基槽和护岸工程在疏浚挖泥 时搅起的海底沉积物及土石方回填产生的悬浮泥沙，对海域环境产生不容忽视的影响。 其主要影响对象为栖息于施工海域及其附近的海洋生物。 ( 1 ) 对浮游生物的影响 填海工程施工期对浮游生物的影响主要为疏浚挖泥作业中产生的悬浮泥沙。 水中所含悬浮物质的多少，是衡量水环境影响质量的指标之一，也是水生生物对其 生存的水体空间的环境要素之一。海水水质标准和渔业水质标准都分别规定了 水体中悬浮物的含量。第一类、第二类海水悬浮物质人为增加量应小于1 0m g l ，第三 类海水悬浮物质人为增加量应小于1 0 0m g l ，第四类海水悬浮物质人为增加量应小于 1 5 0m g l 。 在施工过程中，一部分泥沙与海水混合，形成悬泥含量很高的水团，从而大大的增 l o 争 辽宁师范大学硕士学位论文 加了水中悬浮物质的含量。从水生生态学的角度来看，悬浮物质的增多，会对水生生物 产生诸多的负面影响。最直接的影响是削弱了水体的真光层厚度，使浮游植物的光合作 用受到不利影响，进而阻碍细胞分裂，从而降低了海洋初级生产力，使浮游植物生物量 下降。在水生食物链中，除了初级生产者一浮游藻类以外，其他营养级上的生物既是消 费者也是上一营养级生物的饵料。因此，浮游植物生物量的减少，会使以浮游植物为饵 料的浮游动物在单位水体中拥有的生物量也相应的减少。那么以这些浮游动物为食的一 些鱼类，会由于饵料的贫乏而导致资源量下降。同样，以捕食鱼类为生的一些高级消费 者，会由于低营养级生物数量的减少，而难以觅食。可见，水体中悬浮物质含量的增多， 对整个水生生态食物链的影响是多环节的。 其次，是对浮游动物的影响。据有关资料研究【3 2 1 ，随着水中悬浮物质含量的增多， 对浮游桡足类动物的存活及繁殖产生明显的抑制作用。大量的悬浮物质将堵塞浮游桡足 类动物的食物过滤及消化器官，特别是在含量水平达到3 0 0m g l 以上时，这种危害程度 将非常高。而在悬浮物质中，又以粘性淤泥的危害性最大，泥土及细沙泥其次。对网纹 蚤的繁殖实验研究显示，当悬浮质粘土浓度达到l o m g l 时，繁殖出了第二代，且无个体死 亡现象出现；当悬浮粘土浓度达到5 0 m g l 时，第一代个体仅存活5 天，且无第二代个体 产生。 ( 2 ) 对底栖生物的影响 海域施工对海洋生态不可恢复影响表现为对底栖生物的影响，悬浮物的沉积可能引 起贝类动物的外套腔和水管受到阻塞而死亡。由于海域施工对底质空间资源的占用是永 久性的，因此对施工段的底栖生物种类是不可逆的完全破坏，所以其对底栖生物影响将 是毁灭性，不可逆转的。 ( 3 ) 对鱼类的影响 工程施工会造成水中悬浮物质含量升高，悬浮物质随鱼类的呼吸进入鳃部使鱼类的 腮腺积聚泥沙微粒，不仅损伤鳃组织还严重损害鳃部的滤水和呼吸功能，甚至导致鱼类 窒息死亡。不同的鱼类对悬浮物质含量高低的耐受范围有所区别。据有关的实验数据， 悬浮物质的含量水平为8 万m g l 时，鱼类最多只能存活一天；含量水平为6 0 0 0m g l 时，最多能存活一周；若每天做短时间搅拌，使沉淀的淤泥泛起，保持悬浮物质达到2 3 0 0 m g l ，则鱼类能存活3 - - - 4 周。通常认为，悬浮物质的含量达到2 0 0m g l 以下及影响期 较短时，不会导致鱼类直接死亡。但由于游泳生物的活动能力较强，施工作业对游泳生 物的影响更多表现为驱散效应，对整个工程海域内游泳生物的总量不会产生大的影响。 ( 4 ) 对鱼卵和仔鱼的影响【3 3 】 鱼类一般在近岸浅海区产卵，围填海造成的高浓度悬浮颗粒物会对鱼卵、仔鱼等造 成影响。其中对鱼卵的伤害主要是悬浮物黏附在鱼卵周围导致其与外界能量交换渠道受 阻，导致鱼卵窒息死亡。同样，仔鱼对悬浮物浓度的忍受也远远低于成体鱼类。 填海工程悬浮物扩散及环境生态影响研究 3 4 填海工程悬浮物扩散的数值模拟 海域悬浮物的含量及分布主要受海岸类型、泥沙来源、水深、气象( 风力、风向) 及涨、落潮流强度等多种自然因素的综合制约。在海洋工程建设过程中会产生悬浮泥沙， 一部分泥沙会沉积在施工区附近，其余部分将在施工区周边区域形成高浓度含沙水体， 在重力、波浪、潮流、风吹流等因素作用下运动。研究悬浮泥沙的扩散输移可分析工程 对生态环境的影响。因而建立一个适合工程区建设条件的悬浮物泥沙输移模型，对于保 障工程建设及保护施工区周边环境具有重要的使用价值。悬浮泥沙数学模型的应用范围 很广，经历了一个从一维、二维、三维逐步发展的过程，从单一因子到多因子，从非耦 合到耦合的过程。虽然三维模型能够更直观全面的反应悬浮物泥沙的扩散输移情况，然 而因其计算复杂，所需因子较多且不易获得，所以在工程建设中二维数值模拟得到了更 广泛的应用。国内外学者根据工程建设实际情况，以数学理论为基础对海洋工程的悬浮 物扩散进行了大量的研究。 匡良等【蚓利用e c o m s e d 三维水动力模型，对海阳港码头海域潮流进行数值模拟，在 确定潮流模拟结果验证正确的基础上，建立了悬浮物输移、扩散预测模型，预测了在工 程基槽挖泥、航道和港池疏浚吹填施工过程中引起的悬浮物浓度，并给出了悬浮物超标 的面积。分析结果表明，施工作业产生悬浮物对海域码头西侧产生的影响范围1 2 k m ， 对浮游生物的生长和繁殖造成一定影响，对其他水域不产生影响。基槽开挖期对海区生 物的生长和生存影响甚微；疏浚和吹填在局部范围内对少数渔业种类的幼体生存造成影 响。 陈义中等【3 5 1 为比较不同方案的泥沙疏浚工程带来的影响程度和范围，利用d e l f t - 3 d 模型建立了长江口杭州湾大范围海域三维水动力模型，为上海市外高桥码头附近水域的 小范围泥沙模型提供流速边界条件，以此来模拟外高桥码头邻近水域的挖泥船作业产生 的悬浮泥沙扩散情况。结果表明：l o m g l 的悬浮物最大影响范围在方案1 中可以达到 2 0 k