大亚湾水质对人类活动响应的关键控制指标识别和量化解析

随着沿海地区经济和人口的不断发展,人类活动对海湾水质状况的影响日渐加剧。本文以大亚湾为研究对象,以近20年的调查统计数据为基础,综合运用变异系数评价、双变量相关性分析、主成分分析、线性回归分析等方法,对影响大亚湾水质的人为压力要素和海域承压要素所包含的指标进行筛选;将自身变动幅度较大且对大亚湾水质产生主要影响的指标识别为关键控制指标,并通过承载力占比的计算对关键控制指标进行量化解析,继而对指标产生的水质效应进行定量评价。结果表明,人为压力要素中的围填海面积、生活污水排放量和工业废水排放量这3个指标的变异性大、主成分综合载荷数较高且与大亚湾海域的主要污染物溶解无机氮含量的年际变化有显著相关性,是影响大亚湾水质的关键控制指标。对这3个指标进行承载力占比计算的结果显示,围填海面积、生活污水排放量和工业废水排放量的承载力占比分别为6.19%、5.07%和17.51%,其中工业废水排放的占比最高,对海湾承载力的影响最大。以上研究显示,人类活动是造成大亚湾水质恶化的主要原因,为有效改善大亚湾的海洋环境质量、提高管理水平,应从岸线整治修复和陆源排污(尤其是工业废水的排放)控制入手,科学制定管理方案,推动大亚湾地区的可持续发展。

厦门西海域表层沉积物中多环芳烃含量分布及生态风险评价

2004年11月30日至12月1日连续两天采集厦门西海域10个站位表层沉积物样品,参照美国EPA标准方法及采用气相色谱与质谱联用(GC/MS)技术,对表层沉积物样品中的多环芳烃(PAHs)进行测定分析。结果表明,厦门西海域表层沉积物样品中16种PAHs的总含量为198.2—1061.6 ng.g-1,平均值为723.51 ng.g-1,能检出的PAHs均以2—4环的芳香物为主;10个站位中X1、X2、X3、X6及M2站位的PAHs主要来源于化石燃料的不完全燃烧,其他站位以石油泄漏为主要来源。对PAHs的生态风险评价结果表明,厦门西海域表层沉积物中PAHs的环境毒性相对较低,说明该海域表层沉积物中PAHs对生物的危害程度较轻。

半潜型垂直轴风机纵荡下气动载荷特性

为了研究半潜式垂直轴浮式风机纵荡运动对风机气动载荷的影响,本文建立了5MW浮式风机、平台、系泊系统全非线性耦合的计算模型,采用流体固体交互方法和重叠网格技术对风浪双激励下平台纵荡运动时的风机气动载荷进行分析,研究了不同速比下纵荡运动对转矩系数、叶片推力系数、能量利用率的变化规律,并与相同速比下陆地垂直轴风机进行比较。结果表明:高速比下平台以较高纵荡均值做高频小幅振荡;回复运动时转矩系数大于正向运动时转矩系数;能量利用率系数在中低速比时大于陆地风机;叶片推力系数和转矩系数变化趋势相同。本文的研究结论对于分析浮式风力机叶片载荷和估算深远海风场年发电量具有理论指导意义。

南海西沙海域冬季海水重金属质量浓度水平及来源分析

为开展南海西沙海域海水重金属质量浓度水平测定及来源分析,2021年12月采集了西沙海域6个站位的0~200m深度分层海水样品共24个。6个站位的温度、盐度、浊度、溶解氧、有色可溶性有机质和叶绿素的垂直剖面数据由盐温深测量系统现场测定。海水样品中的重金属质量浓度采用电感耦合等离子体–质谱仪进行测定,各站位Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr、As、Fe、Mn的质量浓度平均值范围分别为0.22~20.79μg·L^(-1)、未检出~0.25μg·L^(-1)、1.90~15.90μg·L^(-1)、0.13~0.17μg·L^(-1)、0.54~1.31μg·L^(-1)、0.29~0.33μg·L^(-1)、2.93~3.17μg·L^(-1)、0.39~1.23μg·L^(-1)、0.35~1.14μg·L^(-1);Hg在各站位均未检出。仅有D2~D4站位的5m层海水中Cu或Zn浓度超过国家海水水质一类标准(GB 3097-1997),重金属的水平和垂向空间分布特征受陆源输送、环境因子和人类活动等影响。主成分分析结果表明西沙海域海水中重金属主要存在3类来源:船舶排放、陆源农业径流、陆源碎屑和工业生产排放。文章中的海水重金属质量浓度基本在南海海域前人报道值范围内,但表层海水中Cu、Pb、Zn、Cd质量浓度与1998年南海海域背景值比较有数量级的升高,可能反映了近年来区域日益增强的人类活动的影响。

桶型基础在负压作用下的屈曲分析

桶型基础是一种新型的基础结构形式 ,它采用短粗圆柱薄壳结构 ,利用负压原理安装 ,当基础非常接近海床时 ,裙端在横向没有约束 ,在静水压力作用下极易产生屈曲 ,是结构最危险的状态。本文将此时的结构简化为一端固定 ,一端自由的圆柱薄壳 ,采用经典线性屈曲理论 ,通过选取轴向梁函数与周向三角形函数的组合作为屈曲挠度函数 ,得到了桶型基础在一端固定 ,另一端自由边界条件下的线弹性屈曲的解析解。同时采用工程实例进行计算 ,并与有限元计算进行了对比 ,获得了比较满意的结果。根据本文的理论方法编制的程序简单明了 ,计算方便 ,非常适合于实际工程中的预算和评估。

珠江口横门大气氮、磷干湿沉降的初步研究

通过对2006年12月至2007年11月中山横门的大气沉降采样分析,初步探讨了珠江口大气氮、磷干湿沉降的特征。结果表明,观测期间铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、总氮(TN)、总磷(TP)降雨量加权平均浓度分别为0.82、0.52、2.14、0.039mg·L-1,干湿总沉降通量分别为1.584、1.142、4.295和0.055g.m-2.a-1。NH4+-N、NO3--N和TN干、湿沉降通量相当,而TP以湿沉降为主。TN大气沉降通量春、夏、秋三季相当,均明显高于冬季,TP则以夏季最大,秋季次之,而冬季最小。

珠江口及近海表层沉积有机质的特征和来源

测定了珠江口及近海表层沉积物中总有机碳(TOC),总氮(TN)及稳定碳同位素组成(δ13C)和几类主要有机化合物(水解氨基酸THAA、糖类TCHO、脂类lipid、酸不溶有机物AIOC),并分析了沉积有机质及化合物的特征和来源。结果表明珠江口表层沉积有机质主要为陆源和水生混合来源,而近海有机质主要为当地水生来源。大量的陆源高等植物(含有较多的木质素、纤维素等)输入珠江口,使得珠江口个别站位沉积物中糖类物质含量大幅高于近海样品;而珠江口与近海沉积物中水生来源有机质的含量相当。氨基酸和糖类占TOC的份额在浮游生物和悬浮颗粒物中分别为56%和48%,在表层沉积物中为19%,说明珠江口和近海的有机质从水柱到达沉积物-水界面的过程中经历了较充分的降解。珠江口样品中活性组分氨基酸和糖类占TOC的份额低于近海,可能说明珠江口沉积有机质的降解程度高于近海。

大亚湾表层沉积物中氮的形态分布特征

首次采用逐级分离浸取的方法将大亚湾表层沉积物中不同形态的氮分离开,继而分析表层沉积物中不同形态氮的含量、分布特征及其影响因素。结果表明,表层沉积物中总氮的含量较高,平均值高达1692.52 mg.kg-1;有机氮所占的比例很高,平均达77.32%,平均含量为1341.11 mg.kg-1;无机氮的平均含量为351.41mg.kg-1。表层沉积物中总可转化态氮的平均含量为229.45 mg.kg-1;强氧化剂可浸取态氮是可转化态氮的主要赋存形态,平均占总可转化态氮的96.88%;离子交换态氮是释放能力最强的形态,为可转化态无机氮的主体,平均占总可转化态氮的2.10%;弱酸可浸取态氮和强碱可浸取态氮仅占总可转化态氮的一小部分,分别为0.57%和0.44%。在空间分布上,各站间不同形态氮的含量差异与污染物的陆源输入、海水养殖污染及沉积物性质等因素有关。

柘林湾表层沉积物中氮和磷的时空分布

于2002年7月19日至12月15日调查了柘林湾表层沉积物中2种形态氮和5种形态磷的时空分布,同时测定了含水量和有机质含量。结果表明,柘林湾表层沉积物中的含水量与有机质、凯氏氮、氨态氮、总磷、岩屑磷和有机磷含量均呈显著正相关关系。凯氏氮的平均含量为1060.3μg·g-1,氨态氮在凯氏氮中所占的比例小于4.0%。总磷的平均含量为526.0μg·g-1,自生钙结合磷含量最高,占总磷的47.5%。氮、磷的平面分布基本呈现出湾内高于湾外、养殖区高于非养殖区的总体趋势。有机质、氮、磷含量的季节变化相对显著,夏季呈上升趋势,秋季有所下降,然后处于上下波动的平衡状态。影响有机质、氮、磷含量季节变化规律的因素主要是养殖动物的种类、陆地排污、鱼虾贝类死亡产生的生物碎屑、水动力和生物扰动。

大亚湾海域水体和沉积物中多环芳烃分布及其生态危害评价

1999年8月首次采集大亚湾海域14个站位的次表层水和表层沉积物样品,分析其中16种多环芳烃(PAHs)单体的含量,探讨其可能的来源,并进行典型有机污染物生态危害评价。结果表明,海水中PAHs平均含量为10984±8461ng·L-1,变化范围为4228—29325ng·L-1;表层沉积物中PAHs平均含量为481±316ng·g-1,变化范围为115—1134ng·g-1;大亚湾海域PAHs含量比其它近岸海区相对较高。PAHs的组成在水体中以3环为主,在沉积物中以4环为主。菲/蒽和荧蒽/芘比值显示沉积物中PAHs来自化石燃料的燃烧和成岩作用的输入。PAHs在沉积物/水中的富集系数平均值为72,变化范围为9—756。大亚湾海域水体PAHs污染严重而表层沉积物污染较轻,显示尚有较大量的PAHs输入。为保持大亚湾海洋生态系统的可持续发展,必须加强PAHs的监测,特别是生物体中PAHs含量的分析。

广东珠海双胞旋沟藻Cochlodinium geminatum赤潮事件分析

多环旋沟藻Cochlodinium polykrikoides赤潮在全球频繁爆发。2006年10-11月间,在广东珠海海域爆发的双胞旋沟藻Cochlodinium geminatum赤潮则较为少见。双胞旋沟藻赤潮发生于富营养的近岸水体,赤潮发生区内水温变化范围23.41-27.54℃,盐度变化范围15.49-17.92。双胞旋沟藻的细胞密度随温度和盐度的升高而显著升高,最高细胞密度达1.6×106个.L-1。在赤潮发生后期,海区水温下降及群落中红色中缢虫Mesodinium rubrum数量的上升,可能是导致双胞旋沟藻赤潮衰亡的重要原因。

粤东柘林湾表层沉积物的汞和砷研究

2002年8、9月对柘林湾进行了2个航次的沉积物调查,测定了采自9个站位18个表层沉积物样品中的汞、砷含量,并对其来源和分布特征进行了分析。结果表明,调查海区汞的平均含量为0.055±0.020μg·g-1,砷的平均含量为12.23±1.83μg·g-1,与广东省土壤背景值接近。汞与总有机质的相关性较差,与其它海区的研究结果相异。认为大规模海水养殖业的存在是造成这一现象的主要原因。以中国海岸带和海涂资源综合调查报告中的标准对柘林湾表层沉积物的汞、砷含量进行评价,结果均未超标,但养殖过程对汞甲基化和砷释放作用的促进应引起重视。

南澳岛海域表层沉积物重金属分布、富集与污染评价

南澳岛是广东南澳县的主岛,周边海域的环境保护被置于当地社会经济发展的重要位置。为此,2004年5月、7月选择以水产养殖为主的后江湾和白沙湾及以旅游为主的青澳湾作为研究对象,对南澳岛海域重金属的含量、分布、富集及污染状况进行了调查与评价。结果表明该海域重金属元素的平均含量为Cd:0.19mg·kg-1,Cr:26.86mg·kg-1,Cu:20.71mg·kg-1,Ni:22.78mg·kg-1,Pb:35.67mg·kg-1,Zn:79.48mg·kg-1,低于近岸经济发达海域,但高于受人类活动影响较小的外海;在分布特征上表现为湾口高于湾内,养殖区高于非养殖区的总趋势,但在各海湾之间重金属含量并无显著差异,表明南澳岛海域重金属主要来源于地表径流输入。该海域以城市污水中代表元素Cu(Cf=2.75),Pb(Cf=2.27)富集为主;以海洋沉积物质量标准、沉积物质量基准和美国太平洋沿岸基线值评价,南澳岛海域环境质量均处于健康状态,但其潜在污染效应仍值得关注。

大鹏澳养殖区柱状沉积物中氮、磷的分布特征及污染状况研究

为研究海水养殖对海湾沉积物的累积影响,对大亚湾的大鹏澳养殖区沉积物柱状样中总氮、总磷和有机碳的含量及剖面分布特征进行了研究,并探讨了海水养殖区沉积物中氮、磷的污染状况。结果表明,网箱养殖区、贝类养殖区和对照区等3个区域柱状样中总氮的含量范围分别为638.2—3803.9mg·kg-1、740.9—2152.1mg·kg-1和343.2—471.9mg·kg-1,总磷的含量范围分别为344.7—3233.9mg·kg-1、297.9—497.5mg·kg-1和650.2—1327.2mg·kg-1,有机碳的含量范围分别为0.96%—2.22%、0.87%—1.13%和0.69%—0.95%。该三个因子的含量均从底层至表层呈增加趋势,但网箱养殖区上层增加幅度最为剧烈,贝类区次之,对照区变化幅度最小。所有柱状样中,总氮含量均超标,但网箱养殖区总氮污染最为严重,贝类养殖区次之,对照区最轻;网箱养殖区的总磷在上层的不同深度超标,而贝类养殖区及对照区柱状样的总磷含量均未超标。

有机氯农药在粤西海域沉积物和生物体中的累积研究

2007年11月在粤西海域采集鱼、虾和螺类等生物样品及表层沉积物样品,探讨生物体和沉积物中滴滴涕(DDTs)和六六六(HCHs)累积水平和各组分的组成规律。调查发现,沉积物中HCHs和DDTs的总含量分别是4.77ng.g-1和9.06ng.g-1,沉积物中γ-HCH未检出,且δ-HCH和β-HCH所占比例较大,表明粤西沿岸海区近期无新的HCHs输入。沉积物中(DDE+DDD)/T-DDT=0.97≈1,表明粤西沿岸海区基本上没有新的DDT的输入。生物体内HCHs和DDTs的含量分别为0.84—14.90ng·g-1和0.60—18.40ng·g-1,其中天竺鲷Apogon cyanosoma和日本对虾Penaeus japonicus中累积的HCHs主要以α-HCH的形式存在,分别占73.96%和100%,而纵带箬鳎Brachirus swinhonis、斑节对虾Penaeus monodon和疣荔枝螺Thais clavigera中HCHs的主要存在形式分别是γ-HCH(66.10%)、β-HCH(57.14%)和δ-HCH(61.48%),这说明不同生物体对HCHs的累积方式存在很大差异;疣荔枝螺、天竺鲷、斑节对虾、日本对虾和纵带箬鳎中的(DDE+DDD)占DDTs总量的百分比分别是100%、100%、91.5%、91.4%和60.5%,表明这些生物体具有较强的降解DDT能力。各种生物体内DDTs和HCHs的含量都未超过世界卫生组织所规定的食用安全标准,但是其复合毒性对人类健康的潜在危害值得引起人们的高度关注。

大亚湾表层沉积物中磷的形态分布特征

沉积物中不同形态的磷具有不同的生物有效性和地球化学行为,它们的含量和分布特征包含着许多环境地球化学信息。因此,对沉积物中磷的地球化学形态的研究具有重要的环境地球化学意义。采用SEDEX法将大亚湾表层沉积物中不同形态的磷分离开,继而分析表层沉积物中不同形态磷的含量、分布特征及其影响因素。结果表明,表层沉积物中总磷的含量较高,平均高达341.87 mg/kg;无机磷所占的比例很高,平均达85.11%,平均含量为290.81 mg/kg;有机磷的平均含量为51.05 mg/kg。表层沉积物中的碎屑态磷是无机磷的主要赋存形态,平均占无机磷的47.67%;其次为自生磷灰石及钙结合态磷,平均占无机磷的34.79%;铁结合态磷和吸附态磷分别仅占无机磷中的10.23%和7.31%。其中,潜在的生物有效性磷(包括Ads-P、Fe-P和OP)平均占总磷的29.40%。在空间分布上,各站间不同形态磷的含量差异与污染物的陆源输入、沉积物性质等因素有关。

深圳近海海域沉积物重金属污染状况评价

根据2000—2007年深圳近海海域表层沉积物的基础监测资料,采用地累积指数和潜在生态危害指数两种评价方法,对该区域沉积物中重金属的污染状况进行了分析和研究。结果表明,深圳近海海域沉积环境在一定程度上已受到了重金属的污染,除固戍近海外,大部分海域基本上为Ⅱ类沉积物,其污染程度大小顺序为:固戍近海>深圳湾中>深圳湾口>沙头角湾口。其中沉积物中Cu和Zn超标严重,固戍近海沉积物中Cu和Zn平均含量分别为128.96mg·kg-1和199.40mg·kg-1,为Ⅲ类沉积物。研究还表明,深圳近海海域基本上不存在重金属潜在的生态危害,7种重金属潜在的生态危害大小顺序为:Hg>Cd>Cu>As>Pb>Cr>Zn。

雷州半岛滨海湿地表层沉积物中重金属含量分布与生态风险评价

采用多元统计方法分析了雷州半岛滨海湿地表层沉积物中重金属的含量、相关性、空间分布特征和来源,并对其生态风险进行了评价。研究区表层沉积物中的Cu、Zn、Pb、Cr、As、Cd和Hg的含量平均值分别为10.29±7.80、47.06±28.47、24.74±10.78、41.70±26.25、7.98±4.73、0.042±0.029和0.020±0.027μg·g-1。Cu、Zn和Cr以及Pb、Cd和Hg为2个强正相关群,第一个群中的重金属元素以自然来源为主,第二个群则兼有人为输入和自然2个来源。重金属含量的高值区主要分布在流沙港、湛江港西部、海安港和雷州湾西部海域。对照美国海洋与大气管理局(NOAA)的生物效应标准,研究区绝大部分海域内的表层沉积物中除As含量在约50%的站位的值在"效应范围低"(effect range low)和"效应范围中等"(effect range median)阈值之间,对底栖生物会偶尔发生负面效应外,其他重金属基本不发生负面效应。重金属总体为低污染程度和低潜在生态风险。应重视人类活动较强的区域如湛江港西部、流沙港、海安港等海区的重金属污染,以避免持续累积至能对生物造成危害的水平。

珠江口和北部湾附近海域沉积物重金属生态风险比较

文章对比分析了珠江口和北部湾海域附近沉积物重金属元素Zn、Pb、Cu、Cr和沉积物粒度之间的相关性,用沉积物富集系数法和潜在生态危害指数法对两个海域海底沉积物的4种重金属元素污染程度和生态风险进行了评价。结果表明,在黏土和粉砂沉积物中重金属富集程度大。Cu在两个区域均达严重污染程度,Zn、Pb、Cr在珠江口沿岸均达到中等污染程度,在北部湾部分区域达到中等污染程度。珠江口的潜在生态风险等级由低级到高级不等,北部湾生态风险等级均为低级。

基于水质浮标在线监测的米氏凯伦藻赤潮过程及环境因子变化特征分析

相较于船舶走航监测,海洋水质浮标在线监测的优势在于能够获取目标海域长期、连续监测数据,能更好地反映环境状况的动态变化。为了厘清米氏凯伦藻赤潮的发生、发展动态,本文以2017年6月南麂附近海域米氏凯伦藻赤潮为例,分析海洋水质浮标获取的连续监测数据,探讨米氏凯伦藻赤潮过程叶绿素a和水环境因子动态变化特征及其与气象要素的关系。赤潮期间,水温为22.8~26.0℃、盐度为28.8‰~31.8‰、气温为20.4~27.3℃,该温盐范围均适宜米氏凯伦藻的细胞生长;较高的光照强度能够支持较高的藻类细胞密度。Pearson相关性分析显示,米氏凯伦藻细胞密度与叶绿素a浓度呈显著正相关;溶解氧(DO)及其饱和度(DO%)、pH、水温、气温等环境因子与叶绿素a浓度呈极显著正相关,盐度与叶绿素a浓度呈极显著负相关。向岸风生海流有利于藻种向近岸较高营养区域汇集,为赤潮的爆发创造有利条件。赤潮过程中,叶绿素a浓度、溶解氧饱和度、pH发生了协同变化,据此特征可以开展赤潮短期预警。