胶莱人工海河对生物多样性的影响分析

来源:王诗成  王娜   发布时间:2015-05-21 04:08:39 

摘要 近年来,胶州湾和莱州湾海域污染日益严重,引起了国家和省政府的关注,并采取了大量措施以控制和减小污染,但治理效果并不显著。胶莱人工海河的开凿,可以贯通两湾,形成渤、黄两海域大环流,从而加快海水吸纳消化污染物的速度,加之各项综合治理措施,彻底改善两湾的生态环境。本文主要对胶莱两湾的污染原因、污染物扩散进行了分析,从污染控制和生态治理的角度探讨了胶莱两湾生态环境的污染治理。

关键词:胶莱人工海河 污染原因分析 污染物扩散分析 生态治理

1.胶州湾、莱州湾污染现状分析

胶州湾、莱州湾都属半封闭海湾,水体交换能力差,接纳陆源污染量多、受污面积大。莱州湾是污染的重灾户,局部海域已呈现“荒漠化”。胶州湾也由于生态环境恶化,生物多样性明显减少,生态、底质环境污染形势严峻。

1.1两湾污染原因分析

从近年来的生态问题来看,造成两湾近岸海域海洋生态问题的主要原因包括:

1.1.1陆源污染物输入

据了解,渤海占我国管辖海域面积的3%左右,但是,每年通过各类排污口直接排入渤海的污水高达40亿吨,占全国直接排海污水总量的40%。渤海近40%的面积已受到不同程度的污染。渤海区96.7%的污染物经河流输运入海,主要排污河道有潮河、溢洪河、小清河、广利河、马颊河、潍河、神仙沟。胶州湾排污河主要在东部海湾的海泊河、李村河。

从来源来看,陆源污染源主要分为三种:

1)工业污染源。

随着经济的不断增长,工业污染负荷日益加大,高污染的电镀、医药、化工、印染、制革等行业在沿海地区大量存在,尤其部分民营企业存在偷排和治理设施不正常运转的行为,使这些污水直接或者间接的流入大海。而且,城市污水处理能力较低,已建成的部分污水处理厂不能正常运转,使得污染现状更加严重。根据调查发现,尽管青岛市在胶州湾沿岸建设了团岛、海泊河、李村河等多个污水处理厂,但由于城市污水收集系统不完善,胶州湾沿岸仍有污水直排口、混合排污口和入海河口多达40多处,年排放污水2亿多立方米,直接向胶州湾排放污水的工业企业污染源有20余个,其中重点污染源有10个。

2)城市生活污染源。

随着工业废水达标排放率不断提高,生活污水在废水排放总量中所占比重日益增加,目前生活污水所占比重已从20年前的3040%上升到70%以上。由于市政污水处理设施不足,大量生活污水通过江河源源不断进入大海。生活污水产生大量含磷污染物,磷在海水中迅速蓄积,成为诱发赤潮的“温床”。

3)农业面源污染。

除了生活污水、工业污水造成陆源污染以外,农业面源污染排放也比较突出。农业面源污染是由于土壤的扰动引起的,使得农田中的土粒、氮磷、农药以及其他污染物质,在降雨或灌溉过程中,借助农田地表径流、农田排水和地下渗漏等途径而大量的浸入水体,或因畜牧养殖业的任意排污直接造成水体污染。农业面源污染分布面积大、稳定性差,因而治理的难度也较大。

排入莱州湾海域的废水中含COD、石油类、挥发酚以及重金属铅、铬、汞、铜、锌等多种污染物质。这些污染物质经入海河流、混合排污河道或工厂直接排污口输运入海,构成海域主要污染源。

胶州湾的主要污染物是营养盐氮、磷、COD和油类,其中以营养盐氮和磷污染最为严重;主要污染海域为工业和生活污水排放较为集中的东岸海域。陆源排污及养殖废水的排放,使近岸海域富营养化加剧。

沿海地区各种类型和来源的污染物排放已造成两湾近岸海域污染呈现持续严重的趋势,海域富营养化程度日益增高,主要渔业资源养护区、养殖功能区等功能严重衰退,赤潮频发,生境条件趋于恶化。

1.1.2围海造地

海岸带地区是地球表层岩石圈、水圈、大气圈与生物圈相互交叉、各种因素作用频繁、物质与能量交换活跃、变化极为敏感的地带。现今的天然海岸线是在各种动力因素作用下经过长期演变形成的,处于一个相对动态平衡的状态,而围海造地是在短时间、小尺度范围内改变自然海岸格局,对系统产生强烈的扰动,造成新的不平衡,有时甚至会引发环境灾害,造成巨大的损失。

据有关专家介绍,胶州湾面积“萎缩”严重,其海域面积已从1928年的560平方公里下降到2003年的362平方公里,面积缩小了35%。特别是近年来,沿岸的围海造地项目和海洋工程数量增加很快,据不完全统计,仅2002年以来,胶州湾内就有20多个用海项目,填海面积达16平方公里。

围海造地使海湾的海域面积缩小,一是导致纳潮量减少,水动力强度减弱,水体交换和携沙能力下降,从而导致海洋自净能力降低;二是使得湾内与外海海水的交换能力下降,对沿海的污染物稀释能力大大降低,造成水域污染加重。三是破坏了水域的生态环境,使得海岸生态承载力下降,物种数量大幅减少。

1.2污染物扩散分析

污染物进入水体以后,在水体中发生的物理行为包括稀释、扩散、沉淀等过程。所谓稀释扩散主要是指污染物进入海洋后,由于水体的流动形式的污染物不断与海水发生混合作用,最终水体中污染物的浓度逐渐降低的过程。研究表明,海流输送和湍流扩散是污染物快速物理自净的主要机制。海流输送的过程相对简单,当污染物排入海洋后,海流(近岸海域主要表现为浅海陆架环流和潮流)将污染物从高浓度区输送至低浓度区;而湍流扩散是由于湍流场中质点的各种动力状态(流速、流向等)瞬时值相对于其时均值的随机脉动而导致的分散现象。潮流和潮余流对海湾和近岸海域污染物质的迁移和扩散起重要作用,海水在潮汐的作用下通过湾口往复运动,使湾内水与外海水得到交换,涨潮时,流入的外海水在水动力作用下与湾内原有海水混合,使湾内海水中污染物浓度降低,当潮位最高时浓度最低;退潮时,则潮位最低时污染物浓度最高。而潮余环流导致近岸或海湾的海水混换,促进与域外海水的交换。

根据建立拉格朗日余流场可以推断,污染物质流出计算域的质点一部分将随下一个潮过程返回原来的海域,另一部分则被带离到较远的外海而不再返回。这部分不再返回的海水将会被外部海域的新鲜海水取而代之,并填补到该空白区内。因此,可以认为这些空白区是该计算域中水交换活跃区,而若湾内余流速度较小,且有环流存在,这部分海域为水交换滞缓区,物理自净能力较弱。

1.2.1莱州湾分析

据赵可胜建立的拉格朗日余流模型分析,莱州市近岸海域特别是太平湾海域拉格朗日余流速度较小,除刁龙咀外莱州浅滩附近个别余流速度近4cm/s,其余大部区域均小于2cm/s。从总体上看,海水交换、自净能力较差,且在海庙后至刁龙咀近岸海域,存在一反时针方向的余流涡,污染物质将在此区域迂回,影响水交换能力。

另外,由质点跟踪结果可知:胶莱河口、海庙后排污口及其西移后的排污口所排污水均沿岸缓慢迁移。这将直接破坏太平湾内水质,影响太平湾内养殖及盐业等。、

1.2.2胶州湾分析

涨潮流从计算海区的东北流入,部分沿薛家岛南岸向西南流去,另一部分则进入了胶州湾;落潮流则从海区西南流入,汇同从胶州湾落潮流出的海水从海区东北部流出计算区域。海西湾、黄岛前湾、胶州湾的西部海域为胶州湾的弱潮流区,大潮的平均流速不会超过20cm/s。由于胶州湾的岸界和湾底地形较为复杂,造成湾内环流涡旋多,结构复杂,不同区域水交换能力相差很大。因此,图1中所示的欧拉余环流应是潮汐非线性以及地形效应所导致的余流图。从图1中可以看出,在模式计算海域存在许多大小、强弱和旋转方向不同的余流涡。湾口及湾内东部海域的余流环流流速较强,西部和东北部水浅,存在于相对封闭区,流速弱。总体上看,湾口环流多,流速快,处于水交换良好区域;东北部的排污口和西岸的大沽河口水交换差,不利于污染物扩散。

2.胶莱两湾的生态治理

迄今,治理莱州湾、胶州湾污染一直采用治理入海污染源的思路,但是,在新的污染不断增加,而湾内水体交换能力差的情况下,治理的成效被部分的掩盖和抵消了。2001年实施的《渤海碧海行动计划》虽然使渤海污染物入海总量有所削减,近岸海域水质恶化的势头得到初步控制,但渤海海洋环境面临的形势仍然严峻:胶莱两湾2004年与2003年对比,湾内重度和中度污染面积不但没减小反而扩大了近6倍。这就形成了一方面治理成本越来越高、一方面污染越来越重的恶性循环。

治理莱州湾、胶州湾的生态环境恶化问题应大胆开拓思路,除了“治”,还应考虑采取“疏”的方法,其治要继续加大入海入湾排污总量的控制,达标排放,加强海湾水质监测和沉积性污染的生态治理等。其疏的关键在于解决两湾的海水快速交换问题。即建人工海河、贯通胶莱两湾,穿越胶东半岛,形成150多公里的人工海河,沟通两湾水体,形成海水环流,加快两湾水体循环,实现半封闭海湾水体的快速交换,从而达到改善两湾生态环境的目的。但是,疏的前提是加大污染源控制和沉积性污染物的治理。否则,海河开通后,污染物扩散范围更大,形成更大面积和程度的污染,后果不堪设想。而对污染的治理,可采取多种形式,具体分析如下:

2.1 严格控制污染源和围海造地

据调查,目前山东省沿岸的多数陆源排污企业实现了达标排放,但主要污染物入海总量尚未得到有效控制。沿海城市污水处理系统还不完善,实际处理能力较低,农药、化肥等面源对海洋环境造成严重污染。此外,海上污染尚未得到有效控制,围填海项目增加,海域面积大幅减少。因此,应加强入海污染源控制,实施海陆双向监督,使海洋生态环境尽快得到改善。

2.1.1 实施污染物排放的总量控制

污染物排放总量控制,就是在以环境质量标准为基础,并考虑自然特性,计算出最大排放量之后,综合分析区域内的所有污染源,建立一定的数学模型,计算每一个污染源的污染分担率和相应的允许排放量,以保证区域内污染物的排放总量不超过最大允许排放量。这样既考虑了污染源的密集程度和污染源规模的大小,又考虑了稀释排放问题,从而减少陆源污染物输入,降低水体富营养化。

2.1.2 严格控制新污染源

胶莱运河流域内的基本建设和技术改造项目必须认真执行国家产业政策和环境保护法规,采用清洁生产工艺和设备,合理宜用自然资源,并通过以新代老,做到增产不增污,或者增产减污。

2.1.3 严格控制围海造地

围海造地造成潮流循环弱和自净能力差,清淤排污能力削弱,在进行大规模填海工程和海岸工程之前,要进行充分的海洋环境调查与评价,减少填海造地对两湾环境的影响。

2.2充分利用生物修复技术,解决两湾的富营养化问题、重金属及石油污染问题。

生态功能是指物质能量的循环、转化、积累、更新的自然状态。相对于经济社会发展而言,生态功能表现为自然资源的供给和地域恶劣环境条件的能力。我们要充分利用这种优越的自然能力,以减少其他治理方法产生的副作用,建立经济社会与自然生态之间全面、和谐、协调与可持续发展的良性生态经济系统。对胶莱两湾的环境整治,不仅仅靠传统的控制陆源污染物措施,更要重视生态治理。

生物修复是利用生物体,主要是微生物来降解环境污染物,消除或降低其毒性的过程。它是以自然界中微生物对污染物的生物代谢作用为基础,但自然的生物修复过程一般较慢,难以实际推广应用,因此一般指的是在人为干预条件下的生物修复。与其它物理、化学治理方法相比(如填埋、燃烧等),仅是污染物的稀释、聚集或其在不同环境中的迁移作用,不会造成二次污染。其仅仅是将污染物转化为稳定的、无毒的终产物,如水、CO2、简单的醇或酸及微生物自身的生物量,最终从环境中消失。另外,生物修复可以治理较大范围的污染。

2.2.1 植物修复

植物修复是利用植物体内对某些污染物的累积,植物代谢的过程对某些污染物的转化和矿化。在污染的沉积物上种植一层植物,可以形成有效的保护层,防止沉积物的再悬浮和污染物的溶解扩散。另外维管束植物生长过程中根际可以释放出氧、酶等物质,有助于降解沉积物中有机污染物、降低重金属等污染物的生态活性。

2.2.2 微生物修复

重金属污染是胶莱两湾的重要污染因子,可以利用微生物修复来重金属污染。其主要基于两方面的原理:即生物氧化还原和生物吸附。生物氧化还原是利用微生物改变重金属的氧化还原状态,进而降低或消除重金属的毒性。生物吸附的脱毒原理则是利用重金属能够与微生物体、微生物产物形成稳定螯合物或晶体的特性,使重金属减少或失去毒性。

生物修复是治理海洋环境污染、海洋生态系统功能紊乱的一副防治结合良药。但正像许多疾病一样,应对症下药,对于不同的污染物应采取不同的生物修复方案。同时,目前生物修复技术推广应用也还存在许多问题,比如作用过程长、效果慢,但仍是很有发展潜力的环境清洁技术。在胶莱两湾的污染治理上可以采用新工艺手段,生产易于生物降解的化合物,合成具有特殊降解能力的工程菌,从而减少污染物在环境中的累积、转移。保持生态系统的平衡,为进一步提高生物修复的治理效果,获得海洋环境污染拾理新突破,实现两湾海洋环境的可持续发展。

2.3合理利用两湾海域的自净能力

海洋自净能力是一种巨大的自然资源,开发利用这一资源,既能收到环境效益,又能收到明显的经济效益。胶莱人工海河开通后,海水交换速度加快,污染物质的迁移和扩散能力增强,两湾的海水自净能力必定提高。我们要充分利用这一优势,在沿岸陆地的污水排放要采取科学的方式,建议在高潮时集中排污较为适宜。另外,不同位置的排污点依据海水输运能力的不同有不同的污水排放标准。这样既能减少环保投入又能保证海域的环境质量。

3.结语

综上所述,对胶莱两湾的污染治理,不能仅仅局限于传统的控制陆源污染源这一方面,而应该采用更为科学的生态治理。通过胶莱两湾的污染源控制、生物修复、合理利用两湾海水的自净能力三方面的生态治理措施,能够充分考虑海域环境污染和生态破坏的相互影响和作用,减少治理过程中产生的副作用,同时,通过胶莱人工海河的“疏”,促进两湾的水体交换,加快污染物扩散,从而彻底改善胶莱两湾乃至环流沿途海水水质和生态环境。

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