象山港溶解无机氮环境容量研究.docx资源-CSDN文库

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象山港位于浙江省北部沿海, 由象山港峡湾、牛鼻水道和佛渡水道三大部分构成(图 1), 海域面积为

563 km

2

, 平均水深为 10 m, 是一个纵长约为 70 km 的典型的狭长型半封闭海湾

[1]

。自 20 世纪 90 年代

初, 该海域大力发展临港工农业, 推进网箱养殖等多种渔业生产方式, 区域海洋经济水平迅猛提高, 现已发

展成为重要的海水增养殖基地和渔业资源基地

[2-4]

。随着临港工农业、海洋渔业等的快速发展, 大量溶解无

机氮(Dissolved Inorganic Nitrogen, DIN)经河流、水闸等入海口汇入港内

[5-7]

, 同时由于象山港是一个半封

闭海湾, 港内(尤其是狭湾处)水交换能力较弱, 水交换时间较长

[1]

, 使得 DIN 难于向外海输运并滞留湾内,

致使象山港海域富营养化状态日益严峻

[4, 8-10]

。Zhu 等

[11]

指出 DIN 是象山港海域主要的污染物且自 1982

年至 2011 年 DIN 含量呈现逐渐增加的趋势。根据《2017 年象山港海洋环境公报》数据, 象山港 DIN 含

量在 0.16~1.19 mg/L, 平均含量为 0.65 mg/L, 劣于第四类海水水质标准, 赤潮等有害藻华现象频发, 对海

洋生态、经济、社会效益产生了严重影响

[12-14]

, 因而对 DIN 实行总量控制是很有必要的。

图 1 象山港水深及各入海口、水质控制点、水位观测站分布 Fig. 1 The distribution of water depth, estuaries, water

quality control points, and tidal stations in the Xiangshan Bay 注: S1—S10, P1—P10 对应郭巨大碶、联胜新碶、狮

子口闸、下陈江、朱娘桥河、凫溪、颜公河、西周排污口、雅林溪、贤庠河的入海口及水质控制点(各入海口口外

400 m 处); B2, D2 为水位周日观测站点

图选项

计算、优化分配 DIN 的环境容量是进行 DIN 总量控制的基础。环境容量是指目标海域在满足某一海

水水质标准的要求下, 一定时间范围内污染物的最大允许排海通量

[15-17]

。针对象山港 DIN 环境容量, 前人

多基于浓度场分担率法进行计算

[16-17]

, 该方法虽简便易行、计算量小, 但其无法对各入海口的排海通量进

行优化分配。排海通量最优化法针对该方法的不足, 通过优化分配各入海口的排海通量, 使各水质控制点

在满足一定海水水质标准的前提下, 其允许排海通量总和达到最大进而得到目标海域的环境容量。目前该

方法已应用于渤海、胶州湾、莱州湾等海域环境容量的计算

[15, 18-20]

。本文将建立象山港三维水质模型, 对

该海域 DIN 浓度进行数值模拟, 基于排海通量最优化法优化分配各入海口的排海通量并计算该海域 DIN

的环境容量。

1 研究方法 1.1 模型配置

本文通过耦合 ROMS(Regional Ocean Model System)及 NEMURO(North Pacific Ecosystem

Model for Understanding Regional Oceanography)模式, 建立了象山港三维水质模型。其中 ROMS 模式

基于三维非线性斜压原始方程开发, 在近海水动力环境模拟中是一种常用模型; NEMURO 模型是一个低营

养级水质模型, 最初被应用于北太平洋中部, 后被应用于包括东中国海在内的多个海区

[21-23]

。模型模拟海

区经纬度范围为 121.41°E—122.13°E, 29.25°N—29.88°N, 水平方向采用正交经纬网格, 网格数为

360×360, 分辨率为(1/500)°, 垂直方向采用地形跟随的 S 坐标, 共分 10 层。地形数据由分辨率为 600 m

的海图数据插值得到

[24]

。模型综合考虑了风场、潮流、密度流及陆源污染物入海口的共同作用, 其中风

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