围填海对湛江湾水动力及环境容量影响数值模拟研究

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海洋面积占地球表面积的71%,其蕴藏着丰富的生物资源、海洋矿产资源、油气资源、海水化学资源与港航资源。近年来,随着经济的大力发展与工业化、城市化水平的不断提高,使得人类要在沿海区域通过围填海修建海洋工程来满足生产生活的需要,从而人地矛盾也随之凸显出来,但是围填海的建设在带来巨大经济价值的同时,也改变了滨海沿岸地形与区域水动力环境,这会直接对海湾水体中营养物质、污染物、沉积物的分布与输移扩散产生影响,从而容易造成海湾纳潮量降低、水体自净能力减弱,水体富营养化,甚至导致生物多样性的降低、近海赤潮爆发、渔业资源破坏等恶果,在一定程度上损害了海洋与海岸带的生态环境。湛江湾水下地形复杂多样,水动力情况多变,地貌演变迅速,沉积过程复杂,生态环境相对外海海域较为脆弱。近年来随着区域经济的发展,工业生活污水排放、农渔业养殖等都不可避免的为生态环境带来了负面影响,湛江湾作为这些陆源排放的直接受纳水体,已经呈现高富营养化的水平。根据《2020年中国海洋生态环境状况公报》,湛江湾春季、夏季、秋季三个季节的水质监测,都出现了劣四类水体,主要超标物质为溶解态无机氮(DIN)与活性磷酸盐(DIP)。所以,本文在湛江湾多年围填海造成的岸线轮廓与水下地形变化背景下,重点研究围填海工程对湛江湾海洋动力与污染物环境容量的影响,从而为开发利用海洋资源提供科学支持。本文基于收集到的水动力、水质、环境功能区划等资料,通过Delft3D数值模型,定量计算了围填海工程前后湛江湾水动力环境与污染物环境容量,探讨了工程对水动力与环境容量所带来的影响,得出以下主要结论:在水动力方面:(1)湛江湾海域各处潮流场在工程后都有不同程度的变化,流速方面,特征点流速大多呈现减小的状态;流向方面总体变化不大;基本上是越靠近工程区,潮流场的变化越为明显。(2)湛江湾内余流有多涡的特点,存在6个主要的余流涡旋。多年工程总体减弱了湛江湾余流强度,并且在一定程度改变了余流流向,在工程区以及余流涡旋的交界处,余流的减弱程度最高。工程后宝满港海域西侧出现了一个新的余流涡旋。(3)湛江湾水体交换能力空间分布极为不均,总体上为越靠近湾口,水动力越强,水体滞留时间越短,余流对水体交换能力有一定影响;工程前后湛江湾水体交换能力总体变化不大,在工程区附近小范围海域变化较为显著,宝满港围填海工程区海域水体半交换时间增减不一,东海岛北侧围填海工程区水体滞留时间普遍延长。在污染物环境容量方面:(4)湛江湾陆源主要入海河口与排污口中,东海岛养殖区一号排污口、南柳河入海河口与遂溪河入海河口的DIN环境容量最大,均大于150 t/a;南柳河入海河口DIP环境容量最大,达到261.4 t/a。(5)工程对其附近海域污染物环境容量影响最大,围填海区域附近的东海岛养殖区2号排污口、红星水库入海排污口、南流河入海河口的DIN环境容量分别变化了-9.3%、-16.3%、-7.1%,DIP环境容量分别变化了-10.1%、-13.9%、198.7%。(6)围填海工程与污染物环境容量之间的关系,并没有一定的正相关或负相关;同一入海口排放出的不同污染物,在工程后环境容量增减并没有绝对一致性,而是受到附近海域的水动力与污染物排放通量的共同影响。(7)不论工程前后,各入海口附近海域都已无剩余污染物环境容量,南柳河与遂溪河贡献了湛江湾内的绝大部分DIN与DIP,对其他排污口海域的环境容量产生巨大影响,因此要对两个河流进行重点整治,从而达到控制陆源污染物总量的目标。
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