張敏霞

（中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京 100028）

引言

近年來，隨著海洋經(jīng)濟的興起、繁榮，開發(fā)海洋的熱潮席卷全球，海洋工程、海岸工程的建設(shè)、陸源污染物的排入給海洋環(huán)境不可避免的帶來了很多負(fù)面影響，尤其是近岸海域的水環(huán)境質(zhì)量，多年來不斷趨于惡化。國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者對近岸海域水環(huán)境質(zhì)量惡化的原因開展了大量研究，普遍認(rèn)為近岸工程的建設(shè)、沿岸工程陸源污染物的排放以及陸地徑流攜帶入海的污染物等是造成近岸海域水環(huán)境質(zhì)量惡化的主要原因。為了有效減緩近岸海域水環(huán)境質(zhì)量的惡化，眾多專家學(xué)者對近岸海域的水環(huán)境現(xiàn)狀、水文情況、沉積物現(xiàn)狀等進行了詳細(xì)的調(diào)查及分析，以找尋合適的解決方式，達到城市化建設(shè)和近岸海域水環(huán)境的生態(tài)平衡。

1 關(guān)于預(yù)測源強確定和相關(guān)技術(shù)處理

預(yù)測源強的確定在近岸海域水質(zhì)環(huán)境污染狀況模擬預(yù)測過程中至關(guān)重要，一般針對建設(shè)項目可在工程分析階段采用模型計算技術(shù)確定預(yù)測源強，計算方式根據(jù)建設(shè)項目的不同可適當(dāng)調(diào)整。實際計算中，包括單一工程和多項工程兩類，一般單個建設(shè)項目的污染源源強計算模型相對簡單一些。但在多個項目中，需要首先對項目工程詳細(xì)分析，通過物料衡算法、資料復(fù)算法、類比法等等進行污染源強的確定[1]。進而針對確定的污染源強進行環(huán)境影響模擬計算，根據(jù)計算結(jié)果決定是否需要調(diào)整工程建設(shè)方案。

在區(qū)域環(huán)境質(zhì)量水質(zhì)預(yù)測或者計算環(huán)境容量時，污染源源強的確定較為困難，專家通常需要綜合考慮點源、面源以及大氣中的沉降源和沉積物的釋放源進行全面性的分析計算。在進行點源計算時，主要考慮河海口、混排口、直排口以及市政下水口等，對其入海排放的污染物進行分析、計算。在面源調(diào)查中，對地面徑流所攜帶的污染物及在其他非點源中出現(xiàn)的源匯項進行深入研究，通過全方位的調(diào)研和分析，確定區(qū)域境水環(huán)境質(zhì)量預(yù)測或者水環(huán)境容量計算范圍。

面源污染源強的準(zhǔn)確判定通常難以實現(xiàn)。但經(jīng)研究表明，暴雨天氣下將暴雨徑流量和水體中污染物的濃度作為攜帶污染物的量進行考慮，可以得到一個大概的入海通量估算值。根據(jù)相關(guān)研究，在我國發(fā)達城市的入海口通量大概為河口通量的10.3%-92.5%[2]，可見面源源強占據(jù)整體預(yù)測源強的比重極大，因此在進行區(qū)域環(huán)境容量計算時，面源影響范圍的確定需要慎重研究，需保證在估算過程中，全方面考慮其中影響水質(zhì)的因素。

另外，大氣沉降源和沉積物釋放源中也會產(chǎn)生大量污染物入海，很多近岸海域重金屬污染和水體富營養(yǎng)化問題就是由于大氣沉降源的影響，在計算這一部分污染源強時，需要同以往計算成果進行對比確認(rèn)。以我國渤海海域為例，大氣塵土沉降量占據(jù)河流運輸總量的38%，在整體的污染源中占比較大，大氣陸源物質(zhì)在向海洋進行傳輸時，對于污染物質(zhì)是無差別傳輸，表明大氣沉降源對近岸海域的影響程度極大。

沉積物釋放的污染物類型一般為氮、磷等營養(yǎng)鹽，但很難準(zhǔn)確估算源強，目前專家學(xué)者大概能夠估算包含了90%的有機碳、80%的生物硅等[3]，而在實際計算過程中，一般通過公式計算釋放源強，分析污染因子。其中，重點關(guān)注的污染因子有氮、磷、化學(xué)需氧量以及石油類這四種類型。

2 數(shù)學(xué)模型的選用和驗證技術(shù)處理

2.1 合理的選用數(shù)學(xué)模型

在近岸海域水環(huán)境質(zhì)量的預(yù)測過程中，數(shù)學(xué)模型的合理選擇直接影響預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。水環(huán)境質(zhì)量預(yù)測模型通常包含兩部分：潮流水文動力模型、水質(zhì)模型，在進行環(huán)境影響評價時，應(yīng)選用成熟的數(shù)學(xué)模型或者適用性較強的模型進行計算。如果實際情況不能滿足模型的應(yīng)用情況，應(yīng)及時對模型進行修正，避免出現(xiàn)計算結(jié)果偏差大的情況，模型適用性的判定需要大量的驗證和修正工作，以保證模型適應(yīng)不同的環(huán)境[4]。

此外，海洋環(huán)境影響評價預(yù)測中，選用的潮流動力模型主要分為兩種：二維模型、三維模型。在近岸海域或者海灣地區(qū)，應(yīng)選用二維模型，因為這類海域在形態(tài)上屬于寬淺型水域，水域特點是水平尺度大于垂直尺度，潮流混合較強，垂向要素分布較為均勻，二維模型也能夠有效的將三維運動形式判定出來，幫助海洋環(huán)境預(yù)測工作的進行[5]。

水質(zhì)模型在應(yīng)用過程中，需對模型進行全面性的驗證和修正，以保證預(yù)測結(jié)果和實際偏差不大。通常情況下，水質(zhì)模型僅考慮一次污染物，不考慮生物化學(xué)反應(yīng)，模型預(yù)測結(jié)果和實際結(jié)果相差較大。實際預(yù)測中，由于生物活動對海水氧含量影響較大，會出現(xiàn)很多變化，影響預(yù)測結(jié)果。因此在進行模擬計算時，還需對二次化學(xué)反應(yīng)進行考慮，以減小水質(zhì)預(yù)測誤差，而實際應(yīng)用中通常很少考慮二次反應(yīng)項。

2.2 模型驗證環(huán)節(jié)

數(shù)值模型應(yīng)用之前，需針對研究區(qū)內(nèi)潮流動力數(shù)據(jù)進行驗證，以期將模型誤差降低到最小。主要從三個方面對模型進行驗證：潮位、潮流、潮波。潮波的驗證主要是將通過計算結(jié)果繪制出來的潮時線和等振幅線和實測資料進行對比，得出模型計算值和實測值的相符程度[6]。

潮位驗證主要是將計算出的潮位過程曲線，與實際測量的潮位過程曲線進行對比。潮流的驗證則需要將計算的潮流流速、流向和實際測量的潮流流速、流向進行對比，或者采用潮流玫瑰圖的形式將計算值與實際測量值進行對比驗證，主要是對潮流流速的大小、發(fā)生的時刻、方向或者對旋轉(zhuǎn)流進行驗證等。

3 計算范圍的技術(shù)處理

計算范圍的合理選擇對于計算結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。計算域通常需要選擇較大海域范圍，以消除開邊界潮位或潮流的傳輸誤差。很多計算結(jié)果不正確就是因為對計算范圍判定時，產(chǎn)生了誤差[7]。例如：在計算海灣或者開闊海域流場時，若計算域范圍過小，開邊界距離模擬區(qū)域距離較近，則會出現(xiàn)開邊界初始潮位或者潮流傳輸?shù)恼`差問題，進而影響計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。這種情況下應(yīng)將計算域范圍擴大至超出研究區(qū)域一定距離，以消除開邊界傳輸誤差，同時，也可將海灣最大邊界選到灣口處，盡量減小開邊界長度，最大程度利用開邊界上實測的水位場和流場。

此外，可采用嵌套網(wǎng)格方式對計算域進行網(wǎng)格剖分，在重點研究區(qū)域采用小尺度網(wǎng)格，其他計算區(qū)域采用大尺度網(wǎng)格，模型大網(wǎng)格區(qū)域的計算結(jié)果可以作為細(xì)網(wǎng)格研究區(qū)域的邊界輸入條件，驅(qū)動細(xì)網(wǎng)格海域的模擬計算。此外，還有一些計算海域應(yīng)將開邊界觀測數(shù)據(jù)獲取的難易程度作為確定合理范圍的基礎(chǔ)[8]，如果所選開邊界實測水界觀測數(shù)據(jù)獲取困難，計算范圍應(yīng)擴展到有實測數(shù)據(jù)的地方，避免出現(xiàn)計算結(jié)果失真的情況。

結(jié)語

我國近岸海域水質(zhì)環(huán)境模型還處于發(fā)展階段，計算結(jié)果受很多不確定因素的影響，為了提升水質(zhì)環(huán)境模擬預(yù)測的準(zhǔn)確率，研究人員應(yīng)對近岸海域環(huán)境所涉及的影響因素進行細(xì)致觀察分析，不斷研究探索，以期增強預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確度。