渤海湾主要污染物环境容量的估算
发布时间：2023-03-14 14:58:06 来源：文档文库
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渤海湾主要污染物环境容量的估算摘要：运用一个三维水动力模型模拟了渤海湾潮汐潮流的主要特征，计算与实测结果吻合较好。在此基础上采用保守物质为示踪物估算了渤海湾的水互换特性，结果显示：渤海湾一年的水互换率大约为62%。最后以海水的二类水质为标准，估算了COD，无机氮和活性磷酸盐三种主要污染物在渤海湾的静态容量，别离为×105，×104和×103t；进而取得在进程控制情形下三种污染物总的环境容量别离为×105，×104和，和在结果控制情形下三种污染物的年环境容量别离为×10６，×10５和×10４t。
关键词：渤海湾，环境容量，数值模型，水互换率
1引言
环境容量是指在适合人类生存和自然生态系统不受破坏的前提下，某一环境所能容纳的污染物的最大负荷量，常常利用年容量来量度，即某一环境在污染物的积累浓度不超过环境标准规定的最大允许值的情形下，每一年所能容纳的某污染物的最大负荷量[1]。对于任一环境，它的环境容量越大，可接纳的污染物就越多，反之则越少。污染物的排放必需与环境容量相适应，若是超出环境容量就要采取办法，如降低排放浓度，减少排放量，或增加环境保护设施等。在实际的环境质量管理进程中一般采用总量控制法，即把各个污染源排进入某一环境的污染物总量限制在必然的数值之内。而要采用总量控制法，就必需第一弄清楚环境容量的大小。
本课题关注的是渤海湾的环境容量问题。如图1所示，渤海湾位于渤海的最西端，处于河北、天津和山东三省市的围绕当中。进入新世纪以来，随着环渤海经济区的快速进展和天津滨海新区的开发和建设，人类用海活动的规模和频率都显著增加，从而对渤海湾的环境质量造成了严峻的考验。在全社会都在提倡节能减排的大环境下，深切了解渤海湾主要污染物的环境容量问题，无疑会对相关部门进行污染物排放的总量控制提供理论依据。
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(b图1（a）渤海湾的位置和范围；（b）渤海湾内的4个验潮站A、B、C、D和6个测量潮流的船舶站位1、5、9、z3、z5、z9
(aLocationandscopeoftheBohaiBay,(bA,B,C,Darefourtidalgages,and1,5,9,z3,z5,z9indicatesixshipmooringsusedtomeasurethecurrents2研究方案
与其它海域的环境容量问题相似，渤海湾的环境容量除污染物在海水水质标准下的静态容量外，还包括由于水互换所携带出湾外的污染物的质量。第一部份容量只需明白渤海湾的容积即可肯定，而第二部份容量则需要第一了解渤海湾与外部海域的水互换特性。研究水互换特性的方式很多，如示踪物法[2]、ADCP断面监测法[3]，数值模拟法[4，5]等。其中数值模拟法由于运行本钱低廉，而且能够模拟长期的水互换进程，因此取得愈来愈多的应用。本文采用的是一个基于sigma坐标变换的三维海洋动力模型，即所谓的POM模型。关于该模型的特点和在渤海的应用，之前已经有很多文献进行了相关的介绍[6，7]，本文就再也不重复。本文通过所设计的数值实验来定量描述渤海湾内保守示踪物的浓度（质量）随时刻的转变规律，进而了解渤海湾的水互换特性。之所以选定保守示踪物目的在于忽略由于物质性质转变而引发的质量的改变。该方式已经在深沪湾取得较好的应用[4]，具体做法就是以图1a中的虚线作为渤海湾与外部海域的分界限，在模型运转之初假定渤海湾内的示踪物的初始浓度为1gm-3（对应的示踪物总质量约为x105t）；同时假定渤海湾之外海域的示踪物的初始浓度为0。示踪物的对流扩散进程在真实外力作用下进行一年，观察湾内示踪物浓度（质量）的改变，进而得出渤海湾海水的互换率。
研究渤海湾的水互换特性需要以整个渤海作为计算区域（图1a），水平方向采用2´×2´的正交网格，垂向分10个sigma层。8个主要分潮叠加在渤海的侧开边界处模拟潮波的传播进程，连年的月平均风场作用在海水表面。模型运转一年，能够取得湾内的示踪物质量随时刻的转变进程曲线。渤海湾潮汐潮流特征的计算是在图1b所示的小区域内进行的，水平方向采用´×´的精细化网格，垂向一样采用10个sigma层。小区域侧开边界处主要分潮的调和常数是由渤海大区的计算结果插值取得。模型针对不同的观测时刻段别离运转一个月，所得结果进行潮汐潮流的验证和分析。
3渤海湾潮汐潮流的模拟结果分析
表1列出了环渤海湾4个验潮站上主要半日潮M2和主要全日潮K1调和常数的模拟值和实测值的计算误差。误差分析显示：K1分潮的振幅和迟角的均方根误不同离为和º；M2分潮的振幅和迟角的均方根误不同离为和º。说明本文的计算结果与实测数据吻和较好。另外，从表1还能够看到：两个分潮调和常数的计算值有的大于实测值，有的小于实测值，即二者的差值有正有负，说明计算结果不存在系统误差。
表1M2和K1分潮振幅和迟角计算和实测结果的比较误差
Table1ErrorsofcomputedandobservedharmonicconstantsofM2andK1tides验潮站ABCD
图2 