海洋水产环境保护的基础模拟方法研究

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  [摘 要]健康的水产养殖应使整个养殖过程中的行为不超过自然环境和资源的承受能力,不破坏养殖水域的生态平衡和环境保护,进而全面提高我国水产品的质量安全。文章对海洋水产环境保护的基础模拟方法进行了研究,以供参考。
  [关键词]海洋水产环境保护;潮流场分布;水体交换能力;污染物扩散规律
  中图分类号:S931.3 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)18-0250-01
  1 前言
  21世纪是海洋全面开发的世纪,发展海洋经济已成为我国重要的经济发展战略。其中海洋水产业作为我国海洋经济的支柱产业迅速发展,内部三次产业结构不断优化升级,逐步实现由“资源开发”向“海洋服务”的转变。然而,由于缺乏对海洋的充分认识和了解,我国的海洋开发存在着海洋水产业的快速发展与其空间布局不相适应,海洋水产业的布局的“区域势差”,发展集中度较低等诸多问题。因此,对我国海洋水产业的布局研究具有重要的意义和作用。
  2 渔业水域生态环境保护
  世界各国都十分重视水域环境资源的可持续利用。1992年联合国“环境与发展大会”通过了《21世纪议程》,将水域环境保护与开发列为重要内容。我国于1995年通过了(中国环境保护21世纪议程》,也将水域环境保护和生物资源保护列为重要内容。
  与世界渔业水域环保工作做得好的美国等西方国家相比,我国的差距首先表现在环保意识上—国家执行严明的环保法律法规,全民环保行为自律。我国显得法规不全和执法不严。这种情况不但造成水域污染,水产病害频繁发生,而且造成水产品质量低、卫生标准不合格等问题,如虾仁、冻扇贝柱和鱼粉等,或因添加剂过量、或因微生物超标及使用了抗生素等原因被拒之世界市场之外。1996年欧盟对水产品实行HCPP质量标准体系,一段时期禁止我国部分水产品进人欧盟市场。
  其次是治理水域环境污染的指导思想上有点差异,相对而言发达国家强调在保护水域环境前提下发展渔业生产,中国等一些发展中国家,更多关注在发展渔业生产中治理水域环境污染。即前者从源头上消除污染的产生,称作清洁生产。后者着力于所谓“末端治理”,修复环境。显然,清洁生产、健康养殖是一种更积极的思想观念。
  第三是环保技术水平的先进与有效性。美国、加拿大和日本先后开展了退化生态系统环境修复技术研究,例如用微生物降解技术修复被石油污染的海岸、池塘和湖泊沉积环境,用底栖生物吞食有机碎屑来修复增养殖环境。为了弄清楚网箱对水环境和底质环境的影响,根据海域的地形和海流的特征将养殖场划分为封闭型、开放型等不同类型水域,提出了利用湿跃层、内部潮汐、改造地形等措施,加速污染物的扩散,减少污染物的积累,还提出了增养海胆、鲍鱼等生态学调控措施来降低污染程度。研究了网箱养殖场的富营养化原因,提出通过疏浚、覆沙、海底耕耘等措施改善底质环境。对于湖泊、水库等淡水水域的网箱养殖对环境的影响,已经从定性评述发展到定量评述,从短期直接效应评价推进到长期间接效应影响评价,建了一些评价水体负载能力的评估模型。国外利用其先进的信息技术,如网络与通信技术、地理信息系統等,建立了较完善的环境预报预警服务体系。
  概括而言,我国渔业水域的环保研究经过了三个发展阶段(渔场自然生态环境调查与研究阶段、污染生态学和污染影响效应研究阶段、生态环境污染防治与生态环境修复研究阶段),奠定了一定的工作基础,但面对飞跃发展的生产形势和严峻的环境污染,在某些方面仍表现出科研滞后的差距:综合研究水平的差距和科研设备条件方面的差距。
  3 海洋水产环境保护的基础模拟方法研究
  青堆子湾位于辽东半岛黄海北部庄河市境内,东为南尖半岛,西为黑岛半岛所环抱,全湾总面积156.8km2,注入该海湾的河流主要有湖里河和英那河,河流挟带大量泥沙入湾,从而使滩涂不断向湾口淤涨延伸,每年淤涨约百米,导致青堆子湾出现干滩面积达130km2,占总面积的83%,湾内大于零米水深水域面积26.8km2,岩礁面积1.8km2,湾口水深2.3m。海底地形坡度为0.05~0.1%。由于全湾水域清洁,水质较佳,营养盐丰富,适宜养殖。湾内主要为农渔、盐渔、植苇等产业,滨海低地修筑港池养殖对虾、海参等。因此凭借得天独厚的自然条件,青堆子湾成为黄海北部唯一的以水产养殖为主要产业的海湾。周边重点排污的除了河流还有青堆子湾入海口和鞍子山潮沟等的重点养殖区排污口。以非恒定流潮流场的模拟结果为背景,以半交换时间为指标计算了青堆子湾的水体交换能力,建立了青堆子湾海域营养盐分布的对流扩散模型,对仅考虑四个重点排污口情况下,对海域环境的影响进行了数值模拟,表1和表2分别给出了测站的位置和排污口排污量的大小。
  初始条件:
  水动力模型初始条件:初始水位、初始流速均为零;
  水体交换模型初始条件:COD,DIN湾内的初始浓度设为1,湾外设为零;
  水质输运模型初始条件:COD,DIN的初始浓度取为零。
  边界条件:
  水动力模型边界条件:
  水面边界:通过风引起的剪应力来描述为:
  固壁闭边界:采用不可穿透(入)边界条件,即水流的法向流速为零;
  出流开边界:通过潮汐表换算给出开边界站位的潮位时间序列。
  水体交换模型边界条件:
  固壁闭边界:COD,DIN浓度法向通量为零;
  开边界:为方便结果中直接显示污染物浓度增量大小,
  取开边界处污染物入流浓度为零。
  水质输运模型边界条件:
  入流开边界:COD,DIN的实际检测浓度值;
  出流开边界:取流出域的COD,DIN浓度值与其相邻单元的相等(即无梯度变化)。
  该项目以连续实测海流数据与模拟结果进行比较,可以说明该模型能较精确的重演该海域的潮流场分布情况,其潮流场的数值模拟结果也满足营养物质对流扩散浓度场计算的要求。沿岸多属规则的半日潮流,为往复流的性质,潮流在海流中占主导地位,余流值很小,一般小于10cm/s,因此周期性的潮流即可代表海流。
  4 结束语
  当前海洋水产业布局所面临的问题日趋严重,实现海洋水产业的合理布局则显得尤为重要。通过本文模拟方法预测出的实时浓度场,可以根据水质标准比较出不同区域的对应要素是否超标,为做好水产品的提前抗病及转移保护奠定基础。此模型也能为作者今后建立与水动力学模型相耦合的考虑多因素影响的非保守型水质模型奠定了良好的技术基础,为确定海湾沿岸不同陆源污染源的最大允许排污量、分析海湾海洋环境与生态质量、提供数据支持,为保护海洋水产环境、维持渔民生计、增长国民经济起到很大的推动作用。
  参考文献
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