（环境科学专业论文）胶州湾石油烃污染物环境容量模型研究及其应用.pdf

中国海洋大学硕士学位论文 合，说明此模型结构合理；结果表明，胶州湾石油烃水动力 宙净有明显的季节变化，主要受河流输入季节变化影响，同 时，潮汐变化和季风都不同程度魄对承动力交换有影响，褒 现出秋冬季节交换嫩大，眷夏季节交换量小的特征，每月水 凌力交换毒大小潮之分，大潮交换量大，枣濑交换爨小；计 算了l9 9 7 年胶州湾水动力白净容量，大约为1 0 0 吨左右；并 诗算了茨矧滔污染物半交换露闼，半交换时麓为2 s 天左右， 并提出了潮汐影响因子和季风影响因子，为石油烃污染物环 境容鬣模垄餐供了污染耱承动力输运参数。 在胶髑湾磊、淫烃分奄羲力学模型与营葵盐弦繇收支动力学 模型的基础上完善了胶州湾石油烃污染物环境容量模型，就 其中渗游蓬物穰交耨羲瑾窳裁力壤块、大气撵发模块速毒亍了 改进，并将稻油烃影响因子和水动力输运参数引入模型中， 模囊运行甓暴表鞫，诧模鍪可醴较好静模叛黢髑湾石油烃和 浮游生物季节变化，说明，该模型逻辑结构、动力学方程和 模型参数基本合理。 摄据石漓烃污染黪繇凌蜜量模囊建立了狡翔湾海域石涵烃 污染物海洋环境容疑计算方法。据此模型，分别 十算了胶州 湾石酒烃污染物酌蠢净容薰，晓较了各自净i 童程对胶翊湾石 油烃污染物搬除的贡献，以及在不同海水水威标准条件下胶 州湾石油烃污染物标准自净容爨、环境容量和剩余环境容 量。续累表明，大气挥发、微生物降姆秘求动力竣凌自净过 程是胶州湾具有一定石油烃污染物自净能力的主要原因，麒 相对囊净容爨分别为4 8 ，2 s 秘2 3 ，嚣生滋富集、遮溶 化学相对自净容量都小于1 ，可以忽略其对胶州湾石油烃 污烫秘鑫净容量豹爨献。在一、二类，三类耨霆级添家海承 水质标准下，环境容量( e c o ) 分别为1 5 k t a 、9 k t a 、1 5 k t a 。 并推断，今焉胶翊涛在保持一、二类海东东溪标准条件下可 脞州湾石油烃污染物环境容量模型及其应用 再接纳6 0 0 t 左右石油烃污染物。 在调查的基础【二，分析了渤海海域石油烃污染状况，并据此， 参照胶州湾石油烃污染物环境容量模型建立了渤海石油烃 污染物环境容量模型，估算了渤海海域石油烃污染物环境容 量和剩余环境容量。在一、二类，三类和四类国家海水水质 标准下，环境容量分别为2 9 k t y ， 17 7 k t y 和2 9 8 kt y ，各 海域在一、二类国家海水水质标准下石油烃污染物环境容量 分别为，渤海湾5 k t a ，辽东湾8 8 k t a ，莱州湾4 9 k t a ，渤 海中部1o k t a 。结果表明，模型基本符合渤海海域石油烃污 染物调查结果。在现有石油烃污染物水质状况下，渤海海域 有能力执行一、二类国家油类海水水质标准，尚有一定的纳 污能力。具体讲，在一、二类国家海水水质标准条件下，渤 海海域可再接纳13 k t 左右石油烃污染物。 总之，本文完善了胶州湾石油烃污染物环境容量模型， 据此建立了海水中石油烃污染物环境容量的计算方法，在综合 考虑各自净过程的基础上计算了胶州湾海域石油烃污染物环境 容量，并在调查的基础上估算了渤海海域石油烃污染物环境容 量，为胶州湾及渤海海域石油烃污染物排海总量控制提供了依 据，并为石油烃污染物海洋环境治理提供了科学基础。 关键词：胶州湾；环境容量；模型；石油烃；渤海 胶州湾石油烃污染物环境容量模型及其应用 d e v e l o p m e n t a n d a p p l i c a t i o no f e n v i r o n m e n t a l c a p a c i t ym o d e l o fp e t r o l e u mh y d r o c a r b o ni n j i a o z h o ub a y a b s t r a c t i na l l u s i o nt ot h e p r o b l e mo fp e t r o l e u mh y d r o c a r b o n ( p h ) p o l l u t i n ga n de n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yi nj i a o z h o ub a y ，b a s e do nt h e e x p e r i m e n ta n dd y n a m i cm o d e lo fp h ，am o d e lo fe n v i r o n m e n t a l c a p a c i t yo fp hi n j i a o z h o ub a yh a sb e e nd e v e l o p e da f t e rc a r e f u l s t u d y ，i n w h i c ht h r e em o d u l e sa r e i m p r o v e d - - p h y t o p l a n k t o n ， h y d r o d y n a m i c a n dv o l a t i l i z a t i o n t h em o d e li s p e r f e c t e db y i n t e g r a t i n ge c o l o g i c a ld y n a m i c m o d e lf o rn u t r i e n t c y c l e w i t h j i a o z h o ub a yh y d r o d y n a m i cm o d e l t h r o u g ht h ea p p l i c a t i o no ft h e m o d e l s a b o v e ，t h e e f f e c t i v ef a c t o r so fp ha n d h y d r o d y n a m i c s e l f p u r i f i c a t i o nc a p a c i t y a b o u tp hi nj i a o z h o u b a yh a v e b e e n o b t a i n e df o rt h ee n v i r o n m e n t a lc a p a c i t ym o d e l t h r o u g ht h es t u d y o fe n v i r o n m e n t a l c a p a c i t y m o d e lo fp hi nj i a o z h o u b a y ，t h e e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t ya n ds u r p l u se n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yo fp h i nd i f f e r e n t d e g r e e s o f p o l l u t i o n h a v e b e e nd e t e r m i n e do na q u a n t i f i c a t i o n a lb a s i s a sa s u m m a r yo f f 0 1 1 0 w i n ga c h i e v e m e n t s t h ew o r kr e f e r r e dt oi n a n dc 0 n c l u s i o n sh a v eb e e a t h i s p a p e r ，t h e d e t a i l e d ： w i t hb a t c hc u l t u r ee x p e r i m e n t si nl a ba n ds h i p t h ee f f e c t so f p ho nt h eg r o w t ho fm a r i n e a l g a ei n j i a o z h o ub a yh a sb e e n s t u d i e d t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wt h a tl o w e r d o s es p r o m o t e dt h eg r o w t h o fm a r i n e a l g a e ag r o w t hm o d e l ，w i t h c o n s i d e r a t i o no fe f f e c t so f p e t r o l e u mh y d r o c a r b o n o nt h e 中最海洋大学联土学悔论文 g r o w t h o fm a r i n e a l g a e ， w a s d e v e l o p e db yi n c o r p o r a t i n g r e c t i f i e dl o g is t i cg r o w t hm o d e lw i t hl or e n t ze q u a t i o n a n dt h e e f f e c t i v ef a c t o ro fp e t r o l e u m h y d r o c a r b o n o nt h eg r o w t ho t m a r i n ep h y t o p i a n k t o ni nj i a o z h o ub a yh a sb e e no b t a i n e df o rt h e e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t ym o d e l a3d i m e ns i o n a lh y d r o d y n a m i cp o l l u t i o nt r a n s p o r t a t i o nm o d e l o fj i a o z h o ub a y ，w h i c ha d a p t st ot h ec o m p l i c a t i n gs e a s h o r ea n d r e f i n e st h en e a rs h o r er e g i o nw i t he u r v i l i n e a rg r i d ，h a v eb e e n d e v e l o p e d s ot h ep h y s i c a ls e l f p u r l f y i n gc a p a c i t yo fj i a o z h o u b a yc a nb ec a l c u l a t e d t h er e s u l t si l l u s t r a t et h a t ，t h ep h y s i c a l s e l f - p u r l f y i n gc a p a c i t yo fp hi nj i a o z h o ub a yw a sa b o u t10 0t i n19 9 7 ；t h e r ea r es e a s o n a lv a r i a t i o n sa b o u ti t ，w h i c ha r em a i n l y a f f e c t e db yr i v e ri n p u t ，a sw e l la st i d ea n dw i n d ；m a x i m a l e x c h a n g ea m o u n to c c u r si n a u t u m na n dw i n t e r ，w h i l em i n i m a l e x c h a n g ea m o u n ti ns p r i n ga n ds u m m e r ，a n dt h el a r g e rt h e t i d e i s ，t h el a r g e rt h eo u t p u t w i l l b e ；t h eh e m i e x c h a n g et i m eh a s b e e no b t a i n e df o rt h ec a p a c i t ym o d e l ，w h i c hi sl a s t e da b o u t2 8 d a y s ，a sw e l la st i d ef a c t o ra n dw i n d f a c t o r b a s e do nt h ed y n a m i cm o d e lo fp ha n dt h ee c o l o g i c a ld y n a m i c m o d e lf o rn u t r i e n tc y c l e ，t h ee n v i r o n m e n t a lc a p a c i t ym o d e lw a s d e v e l o p e d ，i n c l u d i n gt h ep h e f f e c t i v ef a c t o ra n dh y d r o d y n a m i c p a r a m e t e r s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h i s m o d e lc o u l ds i m u l a t e t h es e a s o n a lv a r i a t i o n so fp ha n d p h y t o p l a n k t o n b i o m a ss p r o p e r l y ，w h i c hs h o w t h a tn o to n l yt h el o g i c a ls t r u c t u r eb u ta l s o m o d e lp a r a m e t e r sw e r ef e a s i b l e am e t h o dh a sb e e ne s t a b t i s h e dt oc a l c u l a t et h ee n v i r o n m e n t a l c a p a c i t i e s ( e c o ) ，s u r p l u s e n v i r o n m e n tc a p a c i t i e s ( s e c o ) o f 姣州湾油羟圬染物环境容量模型及其应粥 p ha n dt h e s e l f p u r i f i c a t i o nc a p a c i t i e s ( s p c o ) o f m a i n s e l f p u r l 巍c a t i o np r o c e s s t op 鞋i nj i a o z h o u b a y ，c h i n a ， a c c o r d i n gt ot h ee n v i r o n m e n t a lc a p a c i t ym o d e lo fm a r i n ep h b u s e do nt h e i n o d e l ，t h e s e l f - p u r i f i c a t i o nc a p a c i t y a n dt h e s t a n d a r ds e l f - p u r i f i c a t i o nc a p a c i t y ，t h ee n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y ， s u r p l u s e n v i r o n m e n tc a p a c i t yo fp hu n d e rd i f f e r e n ts e a w a t e r q u a l i t yr e q u i r e m e n t sa r ec a l c u l a t e di nj i a o z h o ub a y t h er e s u l t s h o w st h a tt h es e l f - p u r i f i e a t i o no fw a t e rf o rp hi sm a i n l yd u et o t h e p r o c e s s e s o f v o l a t i l i z a t i o n ，b i o d e g r a d a t i o n a n dw a t e r t r a n s p o r t a t i o n ，t h er e l a t i v es e l f - p u r i f i c a t i o nc a p a c i t yo fw h i c h w e r e r e s p e c t i v e l y 4 8 ，2 8a n d2 3 h o w e v e r ，t h e r e l a t i v e s e l f p u r i f i c a t i o nc a p a c i t y o fb i o c o n e e n t r a t i o nf o rp p ta n d g e o c h e m i c a lw e r el e s s t h a n1 w h i c hc o u l db en e g l e c t e dt o t h es e l f - p u r i f i c a t i o no fp hi nj i a o z h o ub a y t h ee n v i r o n m e n t a l c a p a c i t y o fp hw e r e t 5 ，9 a n d15 k t ys e p a r a t e l y f o rt h e q u a l i t yr e q u i r e m e n t s o ff i r s t 、s e c o n da n dt h ir d ，f o r t hc l a s s n a t i o n a ls e a w a t e rq u a l i t ys t a n d a r d so fc h i n a 。t h er e s u l t ss h o w t h a t ：f r o mn o wo n ，a b o u t6 0 0t o no fp hc o u l db ed i s c h a r g e dt o j i a o z h o ub a yu n d e rt h ef i r s ta n ds e c o n dc l a s sn a t i o n a ls e a w a t e r q u a l i t ys t a n d a r d s 。 t h e p o l l u t i o n c o n d i t i o nw i t hr e s p e c tt op hi ss u m m a r i z e di n b o h a is e ai n t h i s p a p e r t h e r e s u l t ss h o wt h a t ：t h e a v e r a g e c o n c e n t r a t i o no fp 联i s2 5 ，7 1 3 6 m g m 5 、v a r y i n gf r o m 4 4t o 6 4 8 m g m 3 i nt h e s u r v e y e d s e aa r e a ，w h e r el a i z h o ub a ya n d b o h a i b a y h a v e b e e nc o n t a m i n a t e db a d l y i ns h o r e 。t h e e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t ym o d e lo fm a r i n ep hi nb o h a is e ah a s b e e ne s t a b l i s h e d t h ee n v i r o n m e n t a l c a p a c i t i e s a n d s u r p l u s e n v i r o n m e n tc a p a c i t i e so fm a r i n ep hh a v eb e e ne s t i m a t e di n 中国海洋大学硕+ 学位论文 b o h a is e aa c c o r d i n gt ot h em o d e l t h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h e e c os e p a r a t e l ya r e2 9 k t a ，17 7 k t aa n d2 9 8 kt au n d e rt h ef i r s t 、 s e c o n da n dt h i r d ，f o u r t hs e a w a t e re l a s sq u a l i t ys t a n d a r d s a n d t h ee c oo fb o h a ib a y ，l i a o d o n gb a y ，l a i z h o ub a ya n dc e n t r a l b o h a is e ai s 5 k t a ，8 8 k t a ，4 9 k t aa n d 1 0 k t a r e s p e c t i v e l y u n d e rt h ef i r s ta n ds e e o n ds e a w a t e rc l a s sq u a l i t ys t a n d a r d s i n d e t a i l ，f r o mn o wo n ，e x t r a13 k tp hc o u l dh a v eb e e nd i s c h a r g e d t ot h eb o h a is e au n d e rt h ef i r s ta n ds e c o n dc l a s sn a t i o n a l s e a w a t e rq u a l i t ys t a n d a r d s t h e r e f o r e ，a ne n v i r o n m e n tc a p a c i t ym o d e lo fp hi nj i a o z h o u b a yw a sp e r f e c t e da n du s e d t os e t u pt h e c a l c u l a t i o nm e t h o do f e n v i r o n m e n t a l c a p a c i t y f o rp h t h ec a l c u l a t e dv a l u eo f e n v i r o n m e n t a l c a p a c i t y a n d s u r p l u s e n v i r o n m e n t a l c a p a c i t y h a v e i m p l i c a t i o n s f o rc o a s t a l s e l f - p u r i f i c a t i o n o f p h ，p hd i s c h a r g e c o n t r o l ，m a r i n ee c o l o g yp r o t e c t i o n ，a n d o t h e rm a r i n ed i s a s t e r s p r e v e n t i o n si nc h i n a k e y w o r d s ：j i a o z h o u b a y ；e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y ；m o d e l ； p e t r o l e u mh y d r o c a r b o n ；b o h a is e a 胶州湾石油烃污染物环境容量模型及其应用 刖置 石油烃作为近海海域的主要污染物，一直受人关注。随着工业的发 展，特别是石油开采，运输和海上各类船舶活动排放的石油类污染物大 量增加，对我国近海造成了不同程度的污染；作为胶州湾近岸海域海水 中的主要污染物，各种来源的石油类输入到胶州湾，致使胶州湾海域受 到不同程度的污染。近年来，随着海洋环保意识的增强及措施的得当， 石油烃污染在胶州湾海域有所减轻。但是其环境容量一直未得到量化， 这直接制约了环境规划的制订，和经济的可持续发展。 本文围绕胶州湾石油烃污染物环境容量计算问题，在胶州湾石油烃 分布动力学模型基础上，利用现场培养实验、污染物水动力输运模拟， 与胶州湾营养盐循环收支模型相结合的综合研究手段，对石油烃污染物 季节变化的原因进行了探讨，通过石油烃污染物环境容量模型，模拟了 2 0 0 3 年胶州湾石油烃污染物浓度变化，对模型参数进行一定的选择和调 整，取得了较为满意的模拟结果，并用两套独立的数据对模型进行了验 证。在此基础上，建立了石油烃污染物环境容量的计算方法，并就胶州 湾石油烃污染物自净容量和环境容量进行了量化，探讨了胶州湾石油烃 纳污能力。为胶州湾石油烃污染物排海总量控制提供了依据，并为胶 州湾海域乃至中国近海石油烃污染物海洋环境治理提供了科学基础， 对沿海社会、经济的可持续发展也有着较为重要的现实意义。 由于水平所限，本文在该领域的研究尚存在一定的不完善之处，特 别是在物理水动力输运与石油烃分布动力学耦合方面尚有待于进一步的 深入。在此，真诚希望各位专家、老师及同学们对本文提出宝贵意见。 中国海洋大学硕士学位论文 l文献综述 1 1 概述 1 1 1 我国近海海域石油烃污染现状 我国既是陆地大国，也是海洋大国，拥有1 8 0 0 0 余公里大陆海岸线、 6 5 0 0 多个岛屿、近3 0 0 万平方公里的辽阔海域，以及十分丰富的多种海 洋资源。浩瀚无垠的大海同样是中华民族赖以生存、繁衍和持续的沃土。 但是，近年来沿海经济的高速发展给我国的海洋环境造成越来越大的压 力。7 0 年代末，尤其是8 0 年代以来，我国海洋环境总体质量持续恶化， 污染事件频繁发生，海洋环境质量恶化的总趋势至今未得到有效地遏制 ( 国家海洋局，2 0 0 0 ) 。主要表现在： 污染范围不断扩大，大部分河口、海湾以及大中城市邻近海域污 染日趋严重。 近海海域主要受营养盐污染和有机污染、并逐年加重；局部海域 油污染和重金属污染仍较突出。 近岸海洋生物污染损害日趋显著，赤潮等环境损害事件频发，海 洋生态破坏加剧。 石油烃作为近海海域的主要污染物，一直受人关注。随着工业的发 展，特别是石油开采，运输和海上各类船舶活动排放的石油类污染物大 量增加，对我国近海造成了不同程度的污染，据统计，全国每年直接排 入近海的石油烃污染物1 0 余万吨，其中，从陆上排入量为4 2 万吨，海 上石油开采、船舶运输排油量为4 6 万吨，其他船舶活动排油量为1 2 万吨( 张玉珍，2 0 0 3 ) 。2 0 0 0 年我国海水中油类含量超过一、二类海水 水质标准海域的面积达5 6 万平方公里。沿海省( 自治区、直辖市) 中， 河：i e 、天津、福建、浙江、上海的油污染较重；烟台近岸、湄州湾、厦 门近岸等1 0 多个近岸重点海域的油含量已超过二类海水水质标准( 国家 胶十l l 湾石油烃污染物环境容量模型及其应用 海洋局，2 0 0 1 ) 。近年来，石油类的污染程度有所减轻( 国家海洋局， 2 0 0 1 2 0 0 3 ) ，但局部海域污染仍然严重，表1 1 ( 国家海洋局，2 0 0 3 2 0 0 4 ) 表明，长江口、珠江口、闽江口和黄河口海域石油类污染严重。 表1 12 0 0 2 年主要河流排放入海的石油烃污染物量( 吨) 河流 石油类 2 0 0 2 年2 0 0 3 年 河口海域水质状况 长江 闽江 九龙江 珠江 合计 4 95 6 3 28 1 0 6 1 4 136 7 4 6 78 9 5 6 98 9 0 77 6 0 4 2 0 4 71 2 0 1 2 70 2 0 严重污染 严重污染 严重污染 严重污染 中国海洋人学硕士学位论文 1 1 2 胶州湾海域石油烃污染现状 胶州湾是一个与黄海相通的 半封闭海湾，东西宽2 7 8 k m ，南 北长3 3 3 k m ( 中国海湾志编纂委 员会，1 9 9 3 ) ，水域面积约3 2 0 k m 3 水体体积约2 8 1 0 8 m 3 ，平均水深 8 8 m ( 孙英兰等，1 9 9 4 ) ，周围 是青岛的工业区和居民区，9 0 年 代随着周边地区社会、经济的持 续高速发展，排海污染物逐年增 加( 中国海湾志编纂委员会， 1 9 9 3 ) 。图1 1 胶州湾地理位置和周边入海河流 石油类是胶州湾近岸海域海水中的主要污染物之一( 国家海洋局， 2 0 0 1 2 0 0 4 ) ，各种来源的石油类输入到胶州湾，致使胶州湾海域受到 不同程度的污染：2 0 0 1 年除黄岛油码头等附近海域海水石油类含量超过 一、二类海水水质标准外，其它海域海水石油类含量均符合一、二类海 水水质标准( 青岛市海洋与渔业局，2 0 0 2 ) ；2 0 0 2 年胶州湾石油类含量 超标率为2 0 ，与2 0 0 1 年相比有所下降。( 山东省海洋与渔业厅，2 0 0 3 ) 。 近年来，随着海洋环保意识的增强及措施的得当，石油烃污染在胶州湾 海域有所减轻( 青岛市海洋与渔业局，2 0 0 2 ，2 0 0 4 ) 。 1 1 3 石油烃污染物海洋生态环境效应 各种途径来源的石油污染物进入海洋后，经过一系列生物、化学、 物理过程后，最终以溶解组分或相应的降解组分存在于海洋中( 尚龙生 等，1 9 9 7 ) 。在海洋生态环境中，海洋浮游植物分布最广、数量最多、 处在食物链的最底层，是海洋中主要的初级生产力，受石油烃污染物的 影响最大，在石油烃污染物进入生物链的过程中起着关键作用，是石油 胶州湾_ ；石油烃污染物环境容量模型及其府用 烃污染物被生物富集和累积的起点( s w a c k h a m e r & s k o g l u n d ，1 9 9 3 ： s k o g l u n d & s w a c k h a m e r ，1 9 9 4 ；w o l f e e ta 1 ，1 9 9 8 ) 。石油烃污染物不 仅对海洋生物有直接的毒性效应， 破坏海洋生态环境，限制光合作用， 而且在石油烃污染物长期作用下可 破坏食物链平衡，使海洋生态系中 的生物种类趋于单调，生物多样性指数减小，生物生产能力下降，并且 ( 石) 油类污染物通过生物富集，食物链放大最终也会影响人类健康 ( d e dw c o n n e l l ，1 9 9 5 ；d a d a m oe ta 1 ，1 9 9 7 ；袁有宪，1 9 9 6 ；) 。近年 来，国际上越来越重视低浓度油类污染物长期对海洋生态环境的影响( 吴 坚等，1 9 9 2 ；a n d e r s o njw ，1 9 7 7 ) ，认为由近岸输入而产生的长期低 浓度石油污染作用，要比一次性石油溢漏对海洋生物的毒害更大( c l a r k ， 1 9 8 2 a ：c l a r k ，1 9 8 2 b ；g u n d e r s o ne ta 1 ，1 9 9 7 ) ，对海洋生态系，特别是 近岸生态系的影响难以在短时间内恢复，往往达数十年之久( g r a yj s 1 9 8 2 ) 。 石油烃对浮游植物生长的影响，最早可能是g a l t s o f f 等在1 9 3 5 年发 表的研究论文。k o u i c h i ( 2 0 0 3 ) 围隔实验表明，低浓度的石油烃对浮游 植物的生长有促进作用，当石油烃浓度为1 3 5ug l 时，对叶绿素a 有明 显的促进作用，另据k a r y d i s ( 1 9 7 9 ) 试验，石油烃对小环藻( c y c l o t e l l a c r y p t i c a ) 的影响因浓度而异，低浓度和高浓度对光合作用抑制，适宜浓 度，1 0 3ug 1 和1 0 4 l ag 1 ，对光合作用有促进作用。p r o u s ee ta l ( 1 9 7 6 ) 根据他们对单细胞藻类试验结果认为，一般来说低于1 0 0ug l 的石油烃 浓度对海藻往往有促进作用，而对生长起抑制作用的浓度通常要高于 1 0 0 2 1 0 有些学者报道，石油烃浓度在1 0 0 r a g 1 左右才对海洋藻类r n a 、 d n a 的代谢和合成有影响( d a v a v i n ，1 9 7 5 ) 。低浓度石油烃污染能降 低或阻抑海洋浮游动物的摄食、运动、趋化性、生殖和生长( 李永祺， 1 9 9 1 ) 。同时对海洋鱼类的也产生较大的影响，例如产生回避反应、呼 吸率提高( p a t t e n ，1 9 7 7 ) 或下降( d e v r i e s ，1 9 7 9 ) 、运动异常、降低 摄食率和生长率、抑制生殖( 李永祺，1 9 9 1 ) 。海洋鱼类慢性中毒的石 油烃浓度为o 0 1 0 1r n g l ( 倪朝辉，1 9 9 7 ) 。可见，在一定条件下低浓度 中国海洋大学硕士学位论文 石油烃污染物会导致浮游植物人量繁殖以及浮游动物的减少( d u n s t a ne t a l ，1 9 7 5 ：唐森铭，1 9 9 2 ；s h ie ta l ，1 9 9 9 ：朱明远等，1 9 9 9 ) 。目前，已 有研究者( 张蕾等，2 0 0 2 ) 建立了石油烃污染物条件下的浮游植物生长 模型。因此，研究石油烃污染物对浮游植物生长的影响以及浮游生物对 石油烃污染物的生物富集作用在生态环境的研究方面具有重要意义。 1 2海洋生态动力学模型研究现状 模型是由一个或一组方程组成，这些方程通过某些必要的假定和假 设定性或定量地表达真实系统，给出所预料的数值，用真实系统所作的 测定值进行检验( 杨东方，2 0 0 0 ) 。海洋生态系统是一个典型的物理过 程、化学过程和生物过程相互作用的系统，在建模过程中，不同领域的 科学家需相互配合与交流，于是学科交叉因此而产生，当今通过建立模 型研究已较为普遍( 王辉，1 9 9 8 ) ，对海洋生态动力学模型研究最早的 可能是r i l e y 等( 1 9 4 9 ) 建立的欧洲北海浮游生物季节变化模型，但真 正在生态系统水平上进行模拟的工作是8 0 年代初以后才开展起来的，特 别是近年来围绕大西洋北海及地中海的生态系动力学研究已提出了几十 个不同营养层和类型的( 生态) 动力学模型( f r a n s z ，e ta l ，1 9 9 1 ；吴增茂， 1 9 9 6 ) ，其中影响最广泛的是由北海周边七国联合开发的欧洲区域海洋生 态系统模型( e r s e m ) 。 海洋生态动力学模型的特点是：综合考虑各种生态因子的影响。 定量化描述生态过程，阐明生态机制和规律。动态地模拟和预测自 然发展状况( 杨东方，2 0 0 0 ) 。一般而言，模型均包含状态变量、数学 方程、强制函数( 或外部变量) 、参数以及常量五个要素。根据模型复杂 程度的不同海洋生态动力学模型又可分为：1 ) 收支模型，可解释为针对 一个生态系统中某个特定变量( 如水、沉积物、碳等) 在一定的空间和 时间范围内，进行物质平衡的计算。2 ) 过程模型，一般就是描述特定过 程的模型，通常在过程研究( 通过室内实验、围隔生态和现场实验等) 的基础上建立，一般变量数不多，它也是建立系统模型的基础。3 ) 系统 胶州湾石油烃污染物环境容量模型及其应用 模型，针对整个生态系统，在一定的时空尺度内建立的模型，着眼于模 拟整个生态系统的行为，一般变量较多，涉及物理、化学和生物等多个 因素该模型可以研究生物、物理和化学之间的相互作用，其结果能显示 海洋生态系统整体空间变化和时间演变特征及其机制，是一种较高层次 的模型。4 ) 预报模型，即那些具备预报模式中生态环境变量随外界条件 变化而变化能力的模型。 在对海洋生态系统的模拟中，对浮游生态系统的模拟研究一直走在 前列，早在8 0 年代就有人尝试过( f r a n s z ，1 9 9 1 ) ，但主要工作还是在9 0 年代进行的( 高会旺，1 9 9 8 ) 。 近年来，基于n p z d 模式( m o r t e n e ta l ，1 9 9 5 ；g a oe ta l ，1 9 9 8 ；c h e n ce ta l ，1 9 9 9 ) 发展起来的海洋生态动力学模型具有模型逻辑结构合理的 优点，不仅可以描述营养盐各种来源和去除过程，而且可以精细描述营 养盐各种生物地球化学动力学过程，因此该类模型己在营养盐的生物、 化学迁移和转化等方面得以广泛应用( g u i l l a u d e ta l ，2 0 0 0 ：z a v a t a r e l l i e ta l ，2 0 0 0 ；d r a g oe ta l ，2 0 0 1 ：赵亮等，2 0 0 2 ；俞光耀等，1 9 9 9 ；吴增 茂等，1 9 9 9 ，2 0 0 l ；万振文等，1 9 9 9 ：c h e ne ta l ，1 9 9 9 ；任玲，1 9 9 9 ； 乔方利等，2 0 0 0 ；c u ie ta l ，2 0 0 1 ：陈尚，2 0 0 2 ) ，在研究海洋生态动 力学过程和营养盐循环方面取得了有价值的成果。但是，这些模型多数 注藿物理或生态过程，对化学过程考虑则不尽完善，而且相当一部分模 型参数没有通过现场实验( 如围隔生态实验) 的验证。而且，海洋中除了 营养盐，其它污染物( 如石油烃、重金属等) 也对生态系统有不同程度 的影响( d u n s t a ne ta l ，1 9 7 5 ；史致丽等，1 9 8 8 ；陈慈美等，1 9 9 2 ；唐森 铭，1 9 9 2 ；石晓勇等，1 9 9 9 ；朱明远等，1 9 9 9 ；k a r i n a e ta l ，2 0 0 1 ；张蕾 等，2 0 0 2 ；r i l e ye ta l ，1 9 7 1 ；吴瑜端等，1 9 8 6 ；s u n e ta i ，1 9 9 0 ；吕小乔等， 9 9 0 ) 。 近年来，虽然我国的生态动力学研究有了长足的发展，但由于我国 目前海洋生态动力学模型建立所需的动力学参数研究较少，一般引用其 中国海洋大学硕士学位论文 它海域的数据。实际上，中国近海有别于其它海域的海洋环境特点( 如生 物种群，高浊度海水，污染严重1 ，因此，简单引用其它海域生态动力学 参数将在很大程度上降低生态动力学模型对我国海洋生态系统规律的再 现性和预测能力，制约对相关生物、化学等过程的了解。因此，对于不 同海洋环境条件下污染物生态动力学参数的现场测定及其变化特征研究 则是建立和完善海洋生态动力学模型、估算营养盐及石油烃污染物对海 洋生态系统的影响、研究赤潮发生机制，以至于开展中国近海海洋环境 治理的重要基础之一。不仅是海洋管理、生态环境保护、科学合理地利 用海洋资源的重要举措，对沿海社会、经济的可持续发展也有着重要的 意义。 1 3海洋环境容量的概念与研究进展 环境容量的概念是根据环境管理的需要提出的，1 9 6 8 年日本学者首 先采用这个概念来控制污染物排放总量。环境容量不仅在环境污染总量 控制中是一个极为重要的概念，而且还是环境科学领域里的一个重要的 基本理论问题。近年来，已引起越来越来多的人的注意( 蔡载昌，1 9 9 1 ) ， 海洋环境容量研究不仅可以揭示自然环境的内在属性，而且可以为环境 质量的分析、评价和环境区划提供科学资源，为国家制定环境标准和排 放标准提供依据，为陆源污染物排海总量控制方法建立，以及进而制定 削减方案提供必要科学基础和技术支撑( 杨积武，2 0 0 1 ) 。 因此，国内外许多学者对环境容量进行了研究，并分别对环境容量 的含义进行了阐明，大致分为以下几类：环境容量是污染物容许排放 总量与相应的环境标准浓度的比值：环境容量是环境的自净同化能力： 环境容量是指不危害环境的最大允许纳污能力；环境容量是环境标 准与本底值确定的基本环境容量和自净同化能力确定的变动c e 之和( 张 永良，1 9 9 2 ) 。这些含义从不同侧面反映了环境容量的部分涵义，却都 不全面。1 9 8 6 年联合国海洋污染专家小组( g e s a m p ) 正式定义了这+ 。 概念，环境容量，c e ( e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yi s ap r o p e r t yo ft h e 胶州湾石油烃污染物环境容量模型及其应用 e n v l r o n m e n ta n dc a nb ed e f l n e da si t sa b i l i t yt oa c c o m m o d a t ea p a r t i c u l a ra c t i v j t yo rr a t eo fa c t iv i t y ( e g v o l u m eo fd i s c h a r g e p e ru n i tt i m e ，q u a n t i t yo fd r e d g i n g sd u m p e dp e ru n i tt i m e ，q u a n t i t y o fm i n e r a l se x t r a c t e d p e r u i i tt i m e ) w i t h o u t u n a c c e p t a b l e i m p a c t ) ：是环境的特性，在不造成环境不可承受的影响的前提下，环 境所能容纳某物质的能力( 例如单位时间内的排污量，倾废量或矿物提 取量) 。这个概念包含三层含义：污染物在海洋环境中存在，只要不 超过一定的闽值，就不会对海洋环境造成影响。在不影响生态系