海洋溢油生态危害与生态损失评估

海洋溢油生态危害与生态损失评估 摘要本文阐述了溢油对海洋生态系统的危害和损失，介绍了预测海洋溢油生态损失的办法和步骤，提出了用生态损失的数学冀望预测评估溢油造成的生态损失。该办法考虑了不同风向出现的概率，预测结果具有代表性，可以为海洋环境管理提供参考。关键词海洋溢油 生态损失 数学冀望中图分类号 X834 文献码 B 文章编号 1000-405X2022-10-256-2随着我国经济的高速增长，国内对石油的需求量越来越大，海洋作为石油生产重要产地和石油运输的主要通道，这使得发生海洋溢油的风险大大增加。溢油对海洋生态系统的危害是极大的，造成的生态系统损失也是巨大的，为了预测海洋溢油造成的生态损失，对溢油造成的生态损失有一个量化概念，为海洋环境管理提供参考，本文将就这一问题进行探讨。1海洋溢油生态危害1.1海洋溢油的危害1对浮游植物的危害。浮游植物是海洋有机质的主要生产者，是浮游动物的根底饵料，也是海洋食物网的根底环节，在海洋生态系统的物质循环与能量转换过程中起着重要作用。发生溢油时，大局部溢油浮于水面并扩散成油膜，妨碍海水与大气之间的物质交流和热量交换，使得海水中的溶解氧浓度降低，导致大量浮游植物窒息死亡；而且油膜的存在降低了海水透光率，影响浮游植物的光合作用，从而降低了溢油海域的初级生产力。2对浮游动物的危害。海洋浮游动物是海洋食物链中的主要环节，在海洋生态系中对物质循环和能量流动、海域生物生产力及其调节机制都起着不可无视的作用。浮游动物对石油类的敏感性较高。实验说明，石油浓度超过50mg/L时，桡足类动物在24h内将发生有害影响，并且幼体的对石油的敏感性高于成体1。另外，溢油发生时大局部溢油浮于水面并扩散成油膜，妨碍海水与大气之间的物质交流和热交换，使得海水中的溶解氧浓度降低，导致局部浮游动物窒息死亡。3对底栖生物的危害。底栖生物是海洋生态系统的重要组成局部，它不仅受海水中石油的影响，而且也受沉降到海底的石油的影响。一方面，几乎所有的双壳类软体动物都是滤食性的，当海水中有大量小石油滴时，就会被软体动物吸入入水管，汇集在套膜腔内。如果石油呈乳化状或被吸附在泥粒上，也可能粘在鳃上或进入肠胃中，损害其生理机能，甚至引起死亡。在比拟大型的底栖动物中，棘皮动物对水质的任何污浊都十分敏感。另一方面，溢油导致海水中二氧化碳和有机质含量升高，溶解氧浓度那么急剧下降。此外，细菌对石油进行分解耗费大量氧气，通常，1L石油完全氧化需要耗费40万L海水中的溶解氧。因此，一起大规模的溢油事故能引起大面积海区严重缺氧，对海洋生物造成严重危害，特别是对潮间带的底栖生物影响较大。4对渔业资源的危害。溢油对渔业资源的危害主要表现在三个方面：首先，它会改变鱼类的摄食、洄游和种群繁殖，亦可使其个体失去平衡从而导致资源量的变动。溢油对对鱼类最明显的影响是急性致死效应，尽管有些成体鱼类可产生回避反馈，但局部仍会产生中毒甚至死亡，特别是幼体生物、浮游动物、浮游植物等无法逃脱死亡的命运，从而造成对渔业生态结构的严重破坏。其次，鱼类、贝类等有积累石油烃的能力，溢油使得海洋生物致油臭而降低其产品质量，不仅使市场价格明显低于其它海域的同类品种，而且人类食用后还影响到身体健康。再次，经济鱼类的浮性卵、仔鱼等极易遭受浮在海面油膜的危害。油膜对卵子的粘着、渗透等直接影响鱼卵的孵化率及孵化质量，而仔稚鱼对油污染反馈极敏感，较小的油浓度即能引起仔稚鱼的死亡和畸变。1.2海洋溢油的生态损失海洋溢油造成的海洋生态损失包括直接损失和间接损失。直接损失包括海洋生态效劳功能损失和海洋环境容量损失；间接损失包括生境修复费、生物种群恢复费和调查评估费。用公式表示如下2：L=Lzj+ Ljj 1Lzj=Le + Lw 2Ljj=Lh + Lp + M 3其中，L为溢油造成的海洋生态损失，万元；Lzj为溢油造成的直接损失，万元；Ljj为溢油造成的间接损失，万元；Le为海洋生态效劳功能损失，万元；Lw为海洋环境容量损失，万元；Lh为生境修复费，万元；Lp为生物种群恢复费，万元；M为调查评估费，万元。1.3溢油预测及生态损失评估办法先建立溢油海域海流模型，再运用粒子追踪法模拟油膜的漂移轨迹及扫海面积，根据油膜经过的海洋功能区即可计算溢油生态损失。溢油漂移预测建立海流模型潮流运动的动力学方程组为：其中u、v、w为x，y，z方向上的流速；p为该点压强；为海水密度；为海水切应力；f=2sin为柯氏参数；为地转角速度；为地理纬度。将计算海域进行三维网格剖分，将上面的方程组进行层积分，再结合一定的边界条件和初始条件，即可求解该海域流场。油膜漂移轨迹及扫海面积：油膜由大量油粒子组成，油粒子的运动包括确定性运动和随机性运动。确定性运动即在表层流和海面风联合左右下的平流运动，可用表层流与海面风的合成来计算；随机性运动即剪流和湍流引起的扩散过程，可用随机走动法模拟。确定性运动和随机性运动的合成即为粒子的实际运动。在已经求解的海域流场的根底上，采用欧拉-拉格朗日办法，进行油粒子轨迹的预测。油粒子漂移速度，取决于海面风速与表层流速，是空间和时间的函数，其值用油粒子点所在网格的速度插值计算。某时刻某网格节点上的流速为3：v = vc + vw 4其中，v为表层海流与海面风速的合成速度矢量，vc为网格点上表层流速矢量，vw为网格点上的预报风速矢量， 为风速因子。 剪流和湍流引起的扩散过程属于随机运动，可用随机走动法模拟。对于水体外表随机扩散过程可用下式描述3： r*=R其中，r*为* x，y 方向上的湍动扩散距离；R为区间-1，1上均匀分布随机数；k*为* x，y方向上的湍流扩散系数，t为时间步长。油粒子的漂移是平流过程、扩散过程和风共同作用的结果。第i个粒子在t时段内的位移可表示为3：X=ut+rxY=vt+ry其中 u、 v为式4中油粒子x、y方向的漂移速度；t为时间步长；rx、ry为油粒子x、y方向的随机走动距离。由于每个粒子代表一定的油量，统计每一时刻各个油粒子的位置和质量就可以得出油膜的漂移轨迹和扫海面积。生态损失估算：生态效劳功能损失：生态效劳功能损失为各类海洋生态系统生态效劳功能损失之和，用公式表示如下2：Le=li 5li=ldilaiSitid 6其中， li为第i类海洋生态系统类型海洋生态效劳功能损失，万元；i为溢油影响区域的海洋生态类型； ldi为第i类海洋生态系统类型单位面积价值，元/hm2； lai为溢油影响的第i类海洋生态系统造成的损失率，%；ti为溢油事故发生至第i类海洋生态系统恢复至原状的时间，a；d为折算率，海洋生态敏感区取3%，海洋生态亚敏感区取2%，海洋生态非敏感区取1%。环境容量损失：采用影子项目法进行计算，即海水受到污染后，假定建设一个污水处理厂对受污染的海水进行处理，污水处理厂建设费和受污染海水的处理费就是环境容量损失，用公式表示如下2：Lw=Wp+WqWc 7其中，Wp为污水处理厂的建设费用，万元；Wq为单位污水处理费，万元/m3；Wc为溢油损害水体体积，m3。生境修复费：生境修复费包括两局部：清污费，即采取各种清污措施的费用；修复费，即重新建立栖息地的主要结构和功能所需要的费用。用公式表示即2：Lh=Lhc+Lhb 8其中，Lh为生境修复费，万元；Lhc为清污费，万元；Lhb为修复费，万元。种群恢复费：种群恢复费包括受损各种群恢复费和调查评估费2，即：Lp=Ei + M 9其中，Lp为受损生物种群恢复费，万元；i为受损生物种群序号；Ei为第i种生物种群恢复所需费用，万元；M为调查评估费，万元。其中：Ei=Qi / FiJi + Gi 10其中，Qi为第i种生物损失量，个尾；Fi为人工补充的第i种生物在评价海域的成活率，%；Ji为第i种生物幼苗单位价格，元/尾；Gi为第i种生物人工放流费，万元。生态损失的数学冀望：溢油生态损失与溢油轨迹和扫海面积有关，不同风向下溢油经过的海域功能区划不同，因而造成的生态损失不同。预测未来的油膜漂移时，须考虑各种风向出现的概率，将各风向出现的概率乘以该风向下的生态损失再进行累加，即为考虑各风向概率时溢油造成的生态损失，亦即溢油造成的生态损失的数学冀望。该值充沛考虑了不同风向出现的概率，具有一般性和代表性，可以代表该海域溢油造成的生态损失。用公式表示即：Lave=fjLj 11其中Lave为生态损失的的数学冀望，万元； fj为j方向风出现的概率，%； Lj 为j风向下溢油生态损失，万元；j为风向方位，一般可取8方位或16方位。2总结与讨论本文阐述了海洋溢油对生态系统的危害，探讨了海洋溢油生态损失预测的办法。在建立三维海流模型的根底上，运用欧拉-拉格朗日办法跟踪油膜的漂移轨迹，考虑不同风向出现的概率，提出了用溢油生态损失的数学冀望代表生态损失，该预测结果具有代表性，可以为海洋环境管理提供参考。应该表明的是，数值模拟作为一种技术伎俩，在未发生溢油之前对溢油可能造成的生态损失进行预测，其模拟的油膜漂移轨迹、扫海面积具有一定的参考价值。但因数值模拟技术本身的局限性，在实际确定油膜轨迹、油膜面积时应结合现场监测、遥感技术等互相印证，综合判断，准确核算生态损失。参考文献1李永祺，丁美丽.海洋污染生物学M.北京海洋出版社，1991.2国家海洋局.海洋溢油生态损害评估技术导那么S.北京中国规范出版社，2022.3孙文心，江文胜.近海环境流体动力学数值模型M.北京科学出版社，2022.