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富营养化已经成为全世界所关注的重大环境问题。随着人类活动的加剧,河流污染日趋严重,使得河口成为陆源污染物入海的主要通道。世界上许多著名河口受到营养盐、有机物和重金属的污染,对近岸和邻近海域的生态环境构成严重威胁。长江口是我国最大的河口,河口两侧是著名的舟山渔场和吕泗渔场,邻近水域营养盐丰富,盐度变化幅度大。但随着沿江经济快速发展,人口剧增,城市生活污水和工农业废水大量排放,使得该水域N、P含量不断增加,富营养化程度加重,导致长江口赤潮发生频繁,生态环境质量日趋恶化。
富营养化是一个模糊的概念,至今没有一个确切的定义,它不仅与水质有关,而且也与生物生产力有关,非常复杂。在海洋以及河口研究中,海洋富营养化的定义是:海洋中限制性营养盐的增加及其引起生态系统的相应变化。本文中有关富营养化变化的原因,实际上是结合长江水量、水质和水动力变化展开讨论。从影响富营养化的各个水质指标的分析来推断影响富营养主要评价指标;富营养化在各个季节的差异与长江径流量和等盐线的关系;富营养化范围扩展方向与长江冲淡水转向的关系等。
关于富营养化评价,目前国内外尚未有一个公认的富营养化的评价原则、方法、指标及标准可循。本文介绍并比较了几种评价方法:如单项因子法、综合指数法、NEEA法、模糊综合评价法、集对分析法、生物指标法,详细介绍了人工神经网络法。然而对于长江口海域富营养化的评价,研究很少。全为民等用有机污染指数(A值)和富营养化指数(E值)评价相结合的方法对长江口及邻近水域富营养化进行评价与分析;杨红等利用人工神经网络模型评价长江口水质;屠建波,王保栋用综合评价法对长江口及其邻近海域富营养化状况进行了评价。本文用不同评价方法对长江口及其临近水域的富营养化进行评价,通过比较得出一个较为合理的方法,并对部分方法的优缺点加以分析。
根据2004和2005年2,5,8,11月共8个季度月对长江口及其邻近海域的调查资料,选择化学耗氧量(COD)、溶解氧(DO)、活性磷酸盐(PO<,4>-P)、溶解无机氮(DIN)和生物学参数叶绿素a(Chl-a)作为评价因子,利用营养状态质量指数法(NQI)、营养指数法(E值)以及人工神经网络模型(ANN Model)中的多层前馈神经网络模型的B-P算法对长江口海域的营养水平及其季节变化进行了分析评价。
比较三种方法的评价结果可以看出,用NQI方法评价,富营养化分布的区域小一些(04年均富营养化站位占24%);而用E值方法评价,富营养化的区域稍大一些(04年均富营养化站位占68%);用ANN方法评价,富营养化区域介于二者之间(04年均富营养化站位占40%)。ANN方法评价富营养化,综合考虑了各个参数之间的联系,能比较好的符合实际。因此由人工神经BP网络模型得到的评价结果更客观、更合理、更准确。但是人工神经网络也有它的缺陷--由于处于不同标准区间的系列学习结果是通过外推获得的,也可能产生较大的评价误差。
ANN评价结果表明,2004年富营养化区域主要集中在口门附近,富营养化程度由口门向东和东北方向递减。富营养化范围几乎均分布在盐度小于20的一侧,并随着长江冲淡水的变化而发生季节性的变化。5月和8月的富营养化比较严重,且都有转向东北的趋势,可能与5月进入丰水期长江冲淡水转向有关。5月富营养化范围扩大至122°40E处,8月至122°30E处。断面分布表明,各个季度月由河口向东,富营养化评价等级由高到低,垂直方向则呈现复杂的变化。2005年富营养化评价结果水平分布与2004年有相似之处,但是2005年的富营养化范围扩大一些,5月富营养化范围扩大至123°E处,8月至122°30E处。从影响富营养化的各个水质指标的分析来推断富营养化可能主要受DIN这一评价指标的影响,其他评价指标情况良好。2004、2005年富营养化程度由大到小分别为:5月>8月>11月>2月;5月>8月>2月>11月。年均富营养化评价结果富营养化站位04年为40%,05年为53.6%;等值线分布2004、2005年富营养化范围从口门区向东分别延伸至122°20E和122°40E。无论是富营养化站位多少还是范围大小,05年都比04年严重。长江口海域的富营养化严重,生态系统稳定性存在一定的隐患,对水产资源和水产养殖业等危害很大,态势不容乐观。