孫同美，王曉亮，齊安翔，陸士良，楊畫紅，劉建國(guó)

（國(guó)家海洋局東海預(yù)報(bào)中心 上海 200081）

1 引言

港口、航道等建設(shè)產(chǎn)生的疏浚物一般采用海上傾倒、吹填和資源化利用3 種處置方式，其中海上傾倒占主體［1］。疏浚物傾倒導(dǎo)致水體分層擾亂、水中懸浮物增加、海底地形改變，對(duì)傾倒區(qū)所在海域的水質(zhì)、沉積物、生態(tài)環(huán)境以及局部海床等均有一定的影響作用［2－6］，進(jìn)而影響傾倒區(qū)的環(huán)境容量和傾倒容量?！妒杩Ｎ飳ｍ?xiàng)評(píng)價(jià)指南》［7］指出，在評(píng)估傾倒區(qū)容量時(shí)應(yīng)考慮：①預(yù)期的年、月、周、日傾倒量；②傾倒區(qū)域是否為擴(kuò)散型海區(qū)；③由海底可能發(fā)生的堆積而使傾倒區(qū)水深減少的容許量。故傾倒區(qū)類型、傾倒強(qiáng)度、傾倒量以及海底地形的變化是傾倒容量評(píng)估的關(guān)鍵。本研究認(rèn)為傾倒區(qū)容量應(yīng)在傾倒容量的基礎(chǔ)上，結(jié)合海洋環(huán)境容量，分析傾倒容量的合理性，即傾倒區(qū)容量需綜合考慮傾倒容量和環(huán)境容量。目前，傾倒區(qū)選劃方法［8－9］、傾倒活動(dòng)對(duì)海洋環(huán)境影響的研究較多，但使用中的傾倒區(qū)容量評(píng)估的研究卻較為罕見。傾倒區(qū)使用一段時(shí)間后，其水深、沖淤環(huán)境和生態(tài)環(huán)境可能發(fā)生一定的變化，無法直接采用啟用時(shí)的計(jì)算方法評(píng)估容量。本研究則在選劃時(shí)計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，引入面積有效利用系數(shù)、可繼續(xù)利用的水深等概念，設(shè)計(jì)傾倒容量公式，通過分析傾倒區(qū)沖淤環(huán)境、流失率、水深和傾倒區(qū)有效利用面積等，結(jié)合傾倒區(qū)使用期間海洋環(huán)境質(zhì)量變化情況，評(píng)估傾倒區(qū)傾倒容量，為海洋行政主管部門在傾倒區(qū)管理方面提供技術(shù)支撐。

連云港港30萬噸級(jí)航道一期工程2＃臨時(shí)傾倒區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“2＃傾倒區(qū)”）位于江蘇海州灣，在主航道與徐圩航道拐角東南4km 處，順航道布置，面積為8km2，分為A 區(qū)、B 區(qū) 和C 區(qū)。海州灣海域沉積物來源主要是黃河輸運(yùn)的物質(zhì)［10］，屬淤泥質(zhì)岸灘，水下地形以1／1 000 坡度向外海延伸［11］；此海域泥沙供應(yīng)不足，受風(fēng)浪等影響，冬沖夏淤的特征明顯，但整體呈沖淤相對(duì)平衡、略有 沖 刷 態(tài) 勢(shì)［12］。2009 年3 月 傾 倒 區(qū) 選劃時(shí)水深范圍為9．78～14．41 m，平均水深為12．00m；水下地形由西南向東北傾斜、逐步加深［12］。2010年2月2＃傾倒區(qū)正式啟用，主要接納連云港港30萬噸級(jí)航道一期工程產(chǎn)生的疏浚物，疏浚區(qū)疏浚泥粒度由近岸向外海變粗，以粉砂和黏土為主［12－13］。

2 材料與方法

2．1 監(jiān)測(cè)分析方法

2．1．1 水深

監(jiān)測(cè)區(qū)域包括傾倒區(qū)和傾倒區(qū)周邊海域，即沿傾倒區(qū)主流方向向外延伸500m、其他方向向外延伸200m 的區(qū)域（圖1），測(cè)圖比例尺為1∶5 000。2010—2011年每年5 月、11 月各監(jiān)測(cè)1次，2012年5月、8月各監(jiān)測(cè)1次。

圖1 傾倒區(qū)位置與水深監(jiān)測(cè)范圍

水深監(jiān)測(cè)采用無錫海鷹SDH－13D 測(cè)深儀，測(cè)深范圍0．35～123m，分辨率為0．01m，測(cè)量精度小于0．4%所測(cè)深度±0．05 m，定位采用差分GPS定位儀，定位精度優(yōu)于1m。根據(jù)《海洋工程地形測(cè)量規(guī)范》［14］的要求，對(duì)水深資料進(jìn)行吃水校正和水位校正，借助Surfer軟件進(jìn)行沖淤分析。

2．1．2 生態(tài)環(huán)境

根據(jù)《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》［15］對(duì)傾倒區(qū)及其鄰近海域的水質(zhì)、沉積物和生物生態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。2010—2012年，水質(zhì)每年5 月和8 月各監(jiān)測(cè)1次，沉積物和生物生態(tài)每年8月監(jiān)測(cè)1次，監(jiān)測(cè)站位見表1和圖2。水質(zhì)監(jiān)測(cè)要素為透明度、懸浮物、pH 值、化學(xué)需氧量、溶解氧、石油類、銅、鉛、總汞，沉積物監(jiān)測(cè)要素包括有機(jī)碳、石油類、銅、鉛、鋅、鎘、鉻、汞和砷，生物生態(tài)監(jiān)測(cè)要素為底棲生物。

在評(píng)價(jià)分析時(shí)，水質(zhì)、沉積物采用單因子評(píng)價(jià)法；水質(zhì)采用《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》［16］中一類標(biāo)準(zhǔn)；沉積物分功能區(qū)評(píng)價(jià)，傾倒區(qū)、航道功能區(qū)內(nèi)采用《沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［17］3類標(biāo)準(zhǔn)，其他站位采用一類標(biāo)準(zhǔn)。底棲生物采用優(yōu)勢(shì)度、豐富度和均勻性指數(shù)等參數(shù)進(jìn)行表征。

表1 海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站位

2．2 容量評(píng)估方法

傾倒容量即傾倒區(qū)所能容納的傾倒物體積。傾倒區(qū)選劃時(shí)，傾倒容量常用傾倒區(qū)面積的2／3與可接受淤積厚度的乘積，除以（1－傾倒區(qū)預(yù)測(cè)流失率）計(jì)算而得。傾倒區(qū)使用后，水深地形將發(fā)生一定的變化，導(dǎo)致傾倒區(qū)可使用的面積、可接受的淤積厚度以及傾倒區(qū)的流失率等發(fā)生變化。為提升計(jì)算結(jié)果的可信度，傾倒區(qū)的流失率可根據(jù)傾倒區(qū)使用期間實(shí)際情況計(jì)算而得，減小預(yù)測(cè)值引起的誤差。本研究設(shè)計(jì)了傾倒區(qū)使用后，傾倒容量的計(jì)算公式：

式中：A為傾倒區(qū)傾倒容量，單位：m3；S為傾倒

圖2 海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站位

區(qū)面積，單位：m2；H為傾倒區(qū)可接受的淤積厚度，單位：m；H′為淤積厚度小于H的區(qū)域已淤積的平均厚度，單位：m；α為面積有效利用系數(shù)，即傾倒區(qū)淤積厚度小于H的區(qū)域占總面積的比例；γ為傾倒區(qū)流失率。

其中，傾倒區(qū)流失率是指傾倒區(qū)內(nèi)傾倒物流失量占傾倒總量的比例，即平均水深的理論減小值與實(shí)際減小值的差值占平均水深理論減小值的比例。計(jì)算公式為：

式中：h1為平均水深的理論減小值，單位：m；h2為平均水深的實(shí)際減小值，單位：m。

當(dāng)h2＞0時(shí)，傾倒區(qū)流失率小于100%，則海床呈淤積狀態(tài)；當(dāng)h2＜0時(shí)，傾倒區(qū)流失率大于100%，則海床呈沖刷狀態(tài)；當(dāng)h2＝0時(shí)，傾倒區(qū)流失率等于100%，則傾倒物恰好全部擴(kuò)散至傾倒區(qū)外。

在評(píng)估傾倒容量后，結(jié)合海洋環(huán)境對(duì)傾倒強(qiáng)度、傾倒方式的響應(yīng)情況，分析傾倒容量是否可接受。

3 結(jié)果與討論

3．1 沖淤環(huán)境

傾倒船舶在傾倒過程中并非在整個(gè)傾倒區(qū)內(nèi)均勻傾倒，而往往按其最方便、最經(jīng)濟(jì)、最可操作的方式傾倒，因而造成疏浚泥在傾倒區(qū)中分布不均勻，甚至出現(xiàn)局部嚴(yán)重隆起現(xiàn)象。水深是傾倒區(qū)跟蹤監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容，可表征傾倒活動(dòng)對(duì)海床的影響，是傾倒區(qū)可否繼續(xù)使用的關(guān)鍵。2009—2012年水深監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，水深分布趨勢(shì)與選劃時(shí)基本一致，即水下地形由東南向西北逐漸增加，但局部區(qū)域受傾倒活動(dòng)影響水深有所減?。▓D3）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年冬半年月傾倒量大于夏半年月傾倒量（圖4），此種傾倒方式可充分利用本海域冬沖夏淤的自然條件，減緩傾倒活動(dòng)對(duì)海床的影響。2010年上半年（根據(jù)水深監(jiān)測(cè)時(shí)間，將傾倒活動(dòng)劃分成不同時(shí)期，劃分方法見表2）基本處于冬半年，且傾倒強(qiáng)度相對(duì)較小，傾倒物在海流作用下向四周輸運(yùn)擴(kuò)散，平均水深不但未減小反增加0．20m（圖5）。而2010年5月至2011年5月的傾倒量雖小于2011年6月至2012年7月的傾倒量，但前者平均水深顯著減小，減幅為0．80m，而后者平均水深卻變化很小。

圖3 2＃傾倒區(qū)不同時(shí)期水下地形

圖4 2010年2月至2012年8月2＃傾倒區(qū)月傾倒量

表2 不同時(shí)期劃分方法

圖5 不同時(shí)期傾倒量與平均水深關(guān)系

經(jīng)沖淤分析可知，2010年5月至2011年5月平均水深的減小主要是由A 區(qū)和B區(qū)傾倒物淤積引起的。2010年10月的月傾倒量近300萬m3，高強(qiáng)度且相對(duì)集中的傾倒導(dǎo)致傾倒區(qū)流失率僅為49%。受殘留傾倒物影響，A、B區(qū)流速有所減小，減幅約4～6cm／s，減緩了傾倒區(qū)海床恢復(fù)［18］。在此背景下，盡管2011年上半年主要處于冬半年，冬季沖刷的自然環(huán)境有利于疏浚物的擴(kuò)散，但因高強(qiáng)度且相對(duì)集中的傾倒（傾倒總量為783．8萬m3，傾倒活動(dòng)主要發(fā)生在A 區(qū)和B區(qū)）導(dǎo)致A 區(qū)和B 區(qū)淤積較嚴(yán)重，淤積最厚處可達(dá)3．80m（圖6）。

圖6 2010年5月至2011年5月2＃傾倒區(qū)沖淤情況（正值表示沖刷，負(fù)值表示淤積）

2011年6月至2012年8月初傾倒單位在獲知A 區(qū)和B 區(qū)淤積后，將疏浚物主要傾倒至C區(qū)，A 區(qū)和B 區(qū)的傾倒強(qiáng)度較小，滯留的傾倒物則在水動(dòng)力作用下逐漸向傾倒區(qū)周邊輸運(yùn)擴(kuò)散，淤積態(tài)勢(shì)得到緩解（圖7）。傾倒區(qū)流失率有較高提升為97%，說明這段時(shí)間傾倒的大部分傾倒物被潮流輸運(yùn)擴(kuò)散走，故平均水深變化較小?？梢姡瑑A倒物的輸運(yùn)擴(kuò)散不但受傾倒區(qū)所在海域泥沙自然運(yùn)移環(huán)境的影響，還與傾倒強(qiáng)度和傾倒方式緊密結(jié)合。

圖7 2011年6月至2012年8月初2＃傾倒區(qū)沖淤情況（正值表示沖刷，負(fù)值表示淤積）

經(jīng)過3年的使用，傾倒區(qū)內(nèi)殘留的傾倒物在空間分布上存在較大差異（圖8）：傾倒區(qū)以淤積為主，A 區(qū)靠近航道一側(cè)淤積最為顯著（淤積厚度最大可達(dá)2．8m），其次為B 區(qū)中部，再者為C區(qū)東部。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2＃傾倒區(qū)淤積1 m 以上的區(qū)域面積最大，約占總面積的38．0%，其次為淤積0．5～1 m 的區(qū)域，約占總面積的25．2%。2012年8月初監(jiān)測(cè)時(shí)，2＃傾倒區(qū)水深范圍為7．53～14．73m，平均水深為11．20m。

圖8 2009年3月至2012年8月2＃傾倒區(qū)沖淤情況（正值表示沖刷，負(fù)值表示淤積）

3．2 生態(tài)環(huán)境

傾倒區(qū)的傾倒作業(yè)會(huì)因泥沙拋入海水中而引起水體渾濁度增大、懸浮物含量升高，但這種環(huán)境變化是短期的。隨著海流的攜帶和顆粒的沉降，海水將慢慢澄清。由2010—2012 年監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，此海域的懸浮物含量較穩(wěn)定，與選劃時(shí)處于同一水平。監(jiān)測(cè)海域的溶解氧、pH 值、化學(xué)需氧量、石油類和汞基本符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，部分站位出現(xiàn)銅和鉛超一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)象，超標(biāo)站位主要位于航道以北和傾倒區(qū)內(nèi)，這與選劃時(shí)結(jié)果基本一致，傾倒活動(dòng)對(duì)水質(zhì)影響不顯著。

傾倒區(qū)啟用后的沉積物質(zhì)量與選劃時(shí)相比基本穩(wěn)定。其中石油類含量明顯下降，可能與航道疏浚的深度有關(guān)，隨著深度的增加石油類含量呈下降趨勢(shì)。傾倒區(qū)、吹泥站和航道功能區(qū)內(nèi)沉積物質(zhì)量符合第三類標(biāo)準(zhǔn)，傾倒區(qū)、吹泥站和航道之外的區(qū)域符合第一類標(biāo)準(zhǔn)。傾倒區(qū)的使用對(duì)監(jiān)測(cè)海域沉積物質(zhì)量的影響不顯著，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)仍能滿足各功能區(qū)要求。

海洋傾倒因改變傾倒區(qū)及其附近海域底棲生物的棲息環(huán)境，故對(duì)底棲生物的影響較大。絕大多數(shù)底棲動(dòng)物能夠穿過32cm 的覆蓋物［19］，但隨著傾倒區(qū)淤積厚度的增加，移動(dòng)能力較弱的底棲生物逐漸死亡。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，傾倒區(qū)所在海域均為常見種，底棲生物種類數(shù)和生物量基本穩(wěn)定，均勻度、豐富度和多樣性指數(shù)有所降低，傾倒活動(dòng)對(duì)底棲生物具有一定的影響作用。但當(dāng)傾倒活動(dòng)結(jié)束后，底棲生物群落經(jīng)幾個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間便可重建；當(dāng)疏浚泥底質(zhì)與傾倒區(qū)的原底質(zhì)基本相同時(shí)，傾倒后生物群落的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相對(duì)于原生物群落變動(dòng)不大［20］。2＃傾倒區(qū)接納的均是附近海域的底質(zhì)，因此底棲生物群落結(jié)構(gòu)在傾倒活動(dòng)結(jié)束后可逐漸恢復(fù)。

3．3 傾倒區(qū)容量

傾倒區(qū)傾倒容量與傾倒區(qū)可接受的淤積厚度、可利用的有效面積和傾倒區(qū)的流失率有關(guān)。傾倒區(qū)選劃時(shí)，按照1m 堆積厚度進(jìn)行傾倒容量計(jì)算。2012年8月，2＃傾倒區(qū)水深范圍為7．53～14．73m，水深條件較好，若再淤積1m 仍不影響船舶航行，故本研究可接受的淤積厚度仍采用1m。經(jīng)3年使用，傾倒區(qū)堆積厚度在1m 以內(nèi)的區(qū)域占總面積的62%，平均堆積厚度為0．27m。傾倒區(qū)使用期間，傾倒區(qū)流失率跨度較大，2009年3月至2012年8月期間的流失率為85%，為降低傾倒活動(dòng)對(duì)海床的影響，傾倒區(qū)流失率依然選擇選劃時(shí)較保守的80%。將流失率80%、可接受堆積厚度1 m、面積有效利用系數(shù)0．62、可繼續(xù)傾倒區(qū)域已淤積厚度0．27 m 帶入公式（1）計(jì)算，2＃傾倒區(qū)的容量為1 200萬m3。

2010—2012年每年的傾倒量分別為1 173．7萬m3、1 768．4萬m3和1 367．4萬m3，傾倒區(qū)所在海域水質(zhì)、沉積物受傾倒活動(dòng)影響較小，環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)定；底棲生物受到一定程度影響，但因傾倒物與傾倒區(qū)底質(zhì)性質(zhì)相似，傾倒活動(dòng)結(jié)束后底棲生物群落可逐漸恢復(fù)。因此，從海洋環(huán)境容量角度分析，2＃傾倒區(qū)年傾倒量為1 200 萬m3是可接受的。

4 結(jié)論

傾倒區(qū)容量評(píng)估的影響因素包括傾倒區(qū)流失率、有效利用面積、可利用的水深和生態(tài)環(huán)境等。通過評(píng)估連云港2＃傾倒區(qū)容量，探索了各要素的確定方法。

4．1 傾倒區(qū)流失率

因傾倒強(qiáng)度和傾倒方式不同，不同時(shí)期傾倒區(qū)的流失率存在較大的差異。在計(jì)算傾倒容量時(shí)，采用哪個(gè)時(shí)期的流失率，對(duì)傾倒容量評(píng)估結(jié)果具有較大影響。傾倒區(qū)使用時(shí)可能存在相對(duì)集中傾倒等現(xiàn)象，為降低因偶然的傾倒活動(dòng)對(duì)流失率的影響，在容量評(píng)估時(shí)宜采用具有代表性的較長(zhǎng)時(shí)期的流失率。

4．2 水深

水深是傾倒區(qū)可否繼續(xù)使用的關(guān)鍵因素。選劃時(shí)，傾倒區(qū)可利用的水深需從是否影響周邊其他海洋功能的正常發(fā)揮角度考慮。而對(duì)于使用中的傾倒區(qū)，還需考慮傾倒區(qū)使用中水深的變化，即傾倒區(qū)的沖淤現(xiàn)狀。

4．3 有效利用面積

傾倒區(qū)選劃時(shí)，考慮局部?jī)A倒、非邊緣傾倒等情況，容量評(píng)估過程中傾倒活動(dòng)可利用的面積按總面積的2／3進(jìn)行計(jì)算。傾倒區(qū)使用后，局部區(qū)域可能淤積相對(duì)嚴(yán)重，甚至部分區(qū)域淤積厚度超過可接受的堆積程度。因此，本研究在傾倒區(qū)評(píng)估過程中引入了面積校正系數(shù)。因淤積區(qū)域存在堆積厚度不均勻現(xiàn)象，導(dǎo)致可繼續(xù)使用的區(qū)域與不可繼續(xù)使用的區(qū)域交叉分布，因此實(shí)際可使用的容量低于評(píng)估容量。

4．4 生態(tài)環(huán)境

環(huán)境容量是傾倒區(qū)容量評(píng)估的重要因素，根據(jù)傾倒物的性質(zhì)需重點(diǎn)分析傾倒物對(duì)海洋環(huán)境中懸浮物和重金屬含量以及底棲生物的影響。若傾倒活動(dòng)對(duì)海洋環(huán)境的影響較小，則傾倒區(qū)容量主要取決于傾倒容量；若傾倒活動(dòng)引起海洋環(huán)境明顯變化時(shí)，需減小傾倒容量。

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［16］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．GB3097海洋水質(zhì)質(zhì)量［S］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997．

［17］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．GB 18668海洋沉積物質(zhì)量［S］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002．

［18］上海海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站．連云港港30萬噸級(jí)航道一期工程臨時(shí)海洋傾倒區(qū)監(jiān)測(cè)評(píng)估報(bào)告［R］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012．

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［20］戴明新．湛江港30萬噸級(jí)航道工程疏浚泥傾倒對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響研究［J］．交通環(huán)保，2005，26（3）：9－11．