海洋傾倒區容量評估研究＊——以連云港2＃傾倒區為例

孫同美，王曉亮，齊安翔，陸士良，楊畫紅，劉建國

（國家海洋局東海預報中心 上海 200081）

1 引言

港口、航道等建設產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］。疏浚物傾倒導致水體分層擾亂、水中懸浮物增加、海底地形改變，對傾倒區所在海域的水質、沉積物、生態環境以及局部海床等均有一定的影響作用［2－6］，進而影響傾倒區的環境容量和傾倒容量?！妒杩Ｎ飳ｍ椩u價指南》［7］指出，在評估傾倒區容量時應考慮：①預期的年、月、周、日傾倒量；②傾倒區域是否為擴散型海區；③由海底可能發生的堆積而使傾倒區水深減少的容許量。故傾倒區類型、傾倒強度、傾倒量以及海底地形的變化是傾倒容量評估的關鍵。本研究認為傾倒區容量應在傾倒容量的基礎上，結合海洋環境容量，分析傾倒容量的合理性，即傾倒區容量需綜合考慮傾倒容量和環境容量。目前，傾倒區選劃方法［8－9］、傾倒活動對海洋環境影響的研究較多，但使用中的傾倒區容量評估的研究卻較為罕見。傾倒區使用一段時間后，其水深、沖淤環境和生態環境可能發生一定的變化，無法直接采用啟用時的計算方法評估容量。本研究則在選劃時計算方法的基礎上，引入面積有效利用系數、可繼續利用的水深等概念，設計傾倒容量公式，通過分析傾倒區沖淤環境、流失率、水深和傾倒區有效利用面積等，結合傾倒區使用期間海洋環境質量變化情況，評估傾倒區傾倒容量，為海洋行政主管部門在傾倒區管理方面提供技術支撐。

連云港港30萬噸級航道一期工程2＃臨時傾倒區（以下簡稱“2＃傾倒區”）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、B 區 和C 區。海州灣海域沉積物來源主要是黃河輸運的物質［10］，屬淤泥質岸灘，水下地形以1／1 000 坡度向外海延伸［11］；此海域泥沙供應不足，受風浪等影響，冬沖夏淤的特征明顯，但整體呈沖淤相對平衡、略有 沖 刷 態 勢［12］。2009 年3 月 傾 倒 區 選劃時水深范圍為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＃傾倒區正式啟用，主要接納連云港港30萬噸級航道一期工程產生的疏浚物，疏浚區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 監測分析方法

2．1．1 水深

監測區域包括傾倒區和傾倒區周邊海域，即沿傾倒區主流方向向外延伸500m、其他方向向外延伸200m 的區域（圖1），測圖比例尺為1∶5 000。2010—2011年每年5 月、11 月各監測1次，2012年5月、8月各監測1次。

圖1 傾倒區位置與水深監測范圍

水深監測采用無錫海鷹SDH－13D 測深儀，測深范圍0．35～123m，分辨率為0．01m，測量精度小于0．4%所測深度±0．05 m，定位采用差分GPS定位儀，定位精度優于1m。根據《海洋工程地形測量規范》［14］的要求，對水深資料進行吃水校正和水位校正，借助Surfer軟件進行沖淤分析。

2．1．2 生態環境

根據《海洋監測規范》［15］對傾倒區及其鄰近海域的水質、沉積物和生物生態進行監測。2010—2012年，水質每年5 月和8 月各監測1次，沉積物和生物生態每年8月監測1次，監測站位見表1和圖2。水質監測要素為透明度、懸浮物、pH 值、化學需氧量、溶解氧、石油類、銅、鉛、總汞，沉積物監測要素包括有機碳、石油類、銅、鉛、鋅、鎘、鉻、汞和砷，生物生態監測要素為底棲生物。

在評價分析時，水質、沉積物采用單因子評價法；水質采用《海水水質標準》［16］中一類標準；沉積物分功能區評價，傾倒區、航道功能區內采用《沉積物質量標準》［17］3類標準，其他站位采用一類標準。底棲生物采用優勢度、豐富度和均勻性指數等參數進行表征。

表1 海洋環境監測站位

2．2 容量評估方法

傾倒容量即傾倒區所能容納的傾倒物體積。傾倒區選劃時，傾倒容量常用傾倒區面積的2／3與可接受淤積厚度的乘積，除以（1－傾倒區預測流失率）計算而得。傾倒區使用后，水深地形將發生一定的變化，導致傾倒區可使用的面積、可接受的淤積厚度以及傾倒區的流失率等發生變化。為提升計算結果的可信度，傾倒區的流失率可根據傾倒區使用期間實際情況計算而得，減小預測值引起的誤差。本研究設計了傾倒區使用后，傾倒容量的計算公式：

式中：A為傾倒區傾倒容量，單位：m3；S為傾倒

圖2 海洋環境監測站位

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

其中，傾倒區流失率是指傾倒區內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際減小值的差值占平均水深理論減小值的比例。計算公式為：

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

當h2＞0時，傾倒區流失率小于100%，則海床呈淤積狀態；當h2＜0時，傾倒區流失率大于100%，則海床呈沖刷狀態；當h2＝0時，傾倒區流失率等于100%，則傾倒物恰好全部擴散至傾倒區外。

在評估傾倒容量后，結合海洋環境對傾倒強度、傾倒方式的響應情況，分析傾倒容量是否可接受。

3 結果與討論

3．1 沖淤環境

傾倒船舶在傾倒過程中并非在整個傾倒區內均勻傾倒，而往往按其最方便、最經濟、最可操作的方式傾倒，因而造成疏浚泥在傾倒區中分布不均勻，甚至出現局部嚴重隆起現象。水深是傾倒區跟蹤監測的重要內容，可表征傾倒活動對海床的影響，是傾倒區可否繼續使用的關鍵。2009—2012年水深監測結果顯示，水深分布趨勢與選劃時基本一致，即水下地形由東南向西北逐漸增加，但局部區域受傾倒活動影響水深有所減?。▓D3）。據統計，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，減緩傾倒活動對海床的影響。2010年上半年（根據水深監測時間，將傾倒活動劃分成不同時期，劃分方法見表2）基本處于冬半年，且傾倒強度相對較小，傾倒物在海流作用下向四周輸運擴散，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＃傾倒區不同時期水下地形

圖4 2010年2月至2012年8月2＃傾倒區月傾倒量

表2 不同時期劃分方法

圖5 不同時期傾倒量與平均水深關系

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

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

2011年6月至2012年8月初傾倒單位在獲知A 區和B 區淤積后，將疏浚物主要傾倒至C區，A 區和B 區的傾倒強度較小，滯留的傾倒物則在水動力作用下逐漸向傾倒區周邊輸運擴散，淤積態勢得到緩解（圖7）。傾倒區流失率有較高提升為97%，說明這段時間傾倒的大部分傾倒物被潮流輸運擴散走，故平均水深變化較小?？梢?，傾倒物的輸運擴散不但受傾倒區所在海域泥沙自然運移環境的影響，還與傾倒強度和傾倒方式緊密結合。

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

經過3年的使用，傾倒區內殘留的傾倒物在空間分布上存在較大差異（圖8）：傾倒區以淤積為主，A 區靠近航道一側淤積最為顯著（淤積厚度最大可達2．8m），其次為B 區中部，再者為C區東部。經統計，2＃傾倒區淤積1 m 以上的區域面積最大，約占總面積的38．0%，其次為淤積0．5～1 m 的區域，約占總面積的25．2%。2012年8月初監測時，2＃傾倒區水深范圍為7．53～14．73m，平均水深為11．20m。

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

3．2 生態環境

傾倒區的傾倒作業會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 年監測結果可知，此海域的懸浮物含量較穩定，與選劃時處于同一水平。監測海域的溶解氧、pH 值、化學需氧量、石油類和汞基本符合一類海水水質標準，部分站位出現銅和鉛超一類水質標準現象，超標站位主要位于航道以北和傾倒區內，這與選劃時結果基本一致，傾倒活動對水質影響不顯著。

傾倒區啟用后的沉積物質量與選劃時相比基本穩定。其中石油類含量明顯下降，可能與航道疏浚的深度有關，隨著深度的增加石油類含量呈下降趨勢。傾倒區、吹泥站和航道功能區內沉積物質量符合第三類標準，傾倒區、吹泥站和航道之外的區域符合第一類標準。傾倒區的使用對監測海域沉積物質量的影響不顯著，各項監測指標仍能滿足各功能區要求。

海洋傾倒因改變傾倒區及其附近海域底棲生物的棲息環境，故對底棲生物的影響較大。絕大多數底棲動物能夠穿過32cm 的覆蓋物［19］，但隨著傾倒區淤積厚度的增加，移動能力較弱的底棲生物逐漸死亡。監測結果顯示，傾倒區所在海域均為常見種，底棲生物種類數和生物量基本穩定，均勻度、豐富度和多樣性指數有所降低，傾倒活動對底棲生物具有一定的影響作用。但當傾倒活動結束后，底棲生物群落經幾個月或更長時間便可重建；當疏浚泥底質與傾倒區的原底質基本相同時，傾倒后生物群落的結構特點相對于原生物群落變動不大［20］。2＃傾倒區接納的均是附近海域的底質，因此底棲生物群落結構在傾倒活動結束后可逐漸恢復。

3．3 傾倒區容量

傾倒區傾倒容量與傾倒區可接受的淤積厚度、可利用的有效面積和傾倒區的流失率有關。傾倒區選劃時，按照1m 堆積厚度進行傾倒容量計算。2012年8月，2＃傾倒區水深范圍為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3年使用，傾倒區堆積厚度在1m 以內的區域占總面積的62%，平均堆積厚度為0．27m。傾倒區使用期間，傾倒區流失率跨度較大，2009年3月至2012年8月期間的流失率為85%，為降低傾倒活動對海床的影響，傾倒區流失率依然選擇選劃時較保守的80%。將流失率80%、可接受堆積厚度1 m、面積有效利用系數0．62、可繼續傾倒區域已淤積厚度0．27 m 帶入公式（1）計算，2＃傾倒區的容量為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，傾倒區所在海域水質、沉積物受傾倒活動影響較小，環境質量穩定；底棲生物受到一定程度影響，但因傾倒物與傾倒區底質性質相似，傾倒活動結束后底棲生物群落可逐漸恢復。因此，從海洋環境容量角度分析，2＃傾倒區年傾倒量為1 200 萬m3是可接受的。

4 結論

傾倒區容量評估的影響因素包括傾倒區流失率、有效利用面積、可利用的水深和生態環境等。通過評估連云港2＃傾倒區容量，探索了各要素的確定方法。

4．1 傾倒區流失率

因傾倒強度和傾倒方式不同，不同時期傾倒區的流失率存在較大的差異。在計算傾倒容量時，采用哪個時期的流失率，對傾倒容量評估結果具有較大影響。傾倒區使用時可能存在相對集中傾倒等現象，為降低因偶然的傾倒活動對流失率的影響，在容量評估時宜采用具有代表性的較長時期的流失率。

4．2 水深

水深是傾倒區可否繼續使用的關鍵因素。選劃時，傾倒區可利用的水深需從是否影響周邊其他海洋功能的正常發揮角度考慮。而對于使用中的傾倒區，還需考慮傾倒區使用中水深的變化，即傾倒區的沖淤現狀。

4．3 有效利用面積

傾倒區選劃時，考慮局部傾倒、非邊緣傾倒等情況，容量評估過程中傾倒活動可利用的面積按總面積的2／3進行計算。傾倒區使用后，局部區域可能淤積相對嚴重，甚至部分區域淤積厚度超過可接受的堆積程度。因此，本研究在傾倒區評估過程中引入了面積校正系數。因淤積區域存在堆積厚度不均勻現象，導致可繼續使用的區域與不可繼續使用的區域交叉分布，因此實際可使用的容量低于評估容量。

4．4 生態環境

環境容量是傾倒區容量評估的重要因素，根據傾倒物的性質需重點分析傾倒物對海洋環境中懸浮物和重金屬含量以及底棲生物的影響。若傾倒活動對海洋環境的影響較小，則傾倒區容量主要取決于傾倒容量；若傾倒活動引起海洋環境明顯變化時，需減小傾倒容量。

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