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入海河口水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究 版權(quán)信息
- ISBN:9787030647252
- 條形碼:9787030647252 ; 978-7-03-064725-2
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù):暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
入海河口水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究 內(nèi)容簡介
本書是環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)的研究成果,全書就河流入海口區(qū)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行了深入研究和探討,全書共分為十章,討論了國際和國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的研究背景、河口的基本生態(tài)環(huán)境特征、河口的污染物遷移和狀況、河口生態(tài)分區(qū)、我國水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)體系、河口水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系構(gòu)建方法及適用性研究等方面。
入海河口水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究 目錄
前言
第1 章 總論 1
1.1 河口的定義和特征 1
1.1.1 定義 1
1.1.2 特征 1
1.2 河口突出生態(tài)環(huán)境問題 2
1.3 國內(nèi)外河口管理實(shí)踐 5
1.3.1 河口邊界的確定 5
1.3.2 河口生態(tài)分區(qū) 7
1.3.3 河口分區(qū)實(shí)踐案例 8
1.3.4 河口水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法 8
1.3.5 河口水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 15
1.3.6 國際經(jīng)驗(yàn)啟示 20
1.4 研究思路 23
第2章 我國典型河口生態(tài)環(huán)境特征 25
2.1 大遼河口 25
2.1.1 區(qū)域概況 25
2.1.2 河口理化特征 26
2.1.3 生物群落特征 36
2.2 長江口 53
2.2.1 區(qū)域概況 53
2.2.2 河口理化特征 55
2.2.3 生物群落特征 70
2.3 九龍江口 81
2.3.1 區(qū)域概況 81
2.3.2 河口理化特征 82
2.3.3 生物群落特征 103
2.4 本章小結(jié) 112
第3章 河口典型污染物遷移轉(zhuǎn)化過程及生態(tài)效應(yīng) 113
3.1 大遼河口典型污染物響應(yīng)規(guī)律 113
3.1.1 河海界面和潮汐界面的確定 113
3.1.2 河口區(qū)重金屬響應(yīng)規(guī)律 115
3.1.3 河口區(qū)營養(yǎng)鹽響應(yīng)規(guī)律 122
3.2 長江口不同形態(tài)氮磷營養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)化 125
3.2.1 不同形態(tài)氮磷營養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)化比例 125
3.2.2 鹽度及懸浮顆粒物對(duì)不同形態(tài)氮磷營養(yǎng)鹽的影響 128
3.2.3 數(shù)學(xué)模型在研究河口氮磷營養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)化過程中的應(yīng)用 130
3.3 九龍江口水體硝化反硝化作用 136
3.3.1 水體中含氮營養(yǎng)鹽隨鹽度的變化趨勢(shì) 136
3.3.2 河口硝化作用 137
3.4 河口典型污染物生態(tài)效應(yīng) 140
3.4.1 大遼河口 140
3.4.2 長江口 143
3.4.3 九龍江口 144
3.5 本章小結(jié) 145
第4章 河口邊界確定與水生態(tài)分區(qū)技術(shù)研究 146
4.1 河口邊界確定技術(shù) 146
4.1.1 確定原則 146
4.1.2 確定方法 146
4.1.3 研究實(shí)例 147
4.2 河口水生態(tài)分區(qū)技術(shù) 152
4.2.1 分區(qū)方法 152
4.2.2 研究實(shí)例 153
4.3 河口水生態(tài)分區(qū)驗(yàn)證 160
4.3.1 沉積環(huán)境差異性檢驗(yàn) 160
4.3.2 營養(yǎng)鹽差異性檢驗(yàn) 164
4.3.3 生物類群差異性檢驗(yàn) 167
第 5 章 河口水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究 177
5.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)分析 177
5.1.1 生態(tài)類指標(biāo) 178
5.1.2 有毒有害類指標(biāo) 180
5.1.3 特征污染物篩選 180
5.2 河口水環(huán)境功能分類及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置 187
5.3 河口營養(yǎng)鹽基準(zhǔn)確定方法 187
5.3.1 通用方法 187
5.3.2 長江口各分區(qū)營養(yǎng)鹽基準(zhǔn)研究 189
5.3.3 九龍江口各分區(qū)營養(yǎng)鹽基準(zhǔn)研究 193
5.3.4 大遼河口各分區(qū)營養(yǎng)鹽基準(zhǔn)研究 203
5.4 河口生物基準(zhǔn)確定方法 205
5.5 河口有毒有害類污染物基準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)確定方法 207
5.6 本章小結(jié) 210
第6章 河口水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法及適用性研究 212
6.1 評(píng)價(jià)方法的確定 212
6.1.1 基本思路 212
6.1.2 評(píng)價(jià)方法的篩選 212
6.2 評(píng)價(jià)技術(shù)框架 220
6.3 評(píng)價(jià)適用性 221
6.3.1 大遼河口適用性研究 221
6.3.2 長江口適用性研究 230
6.3.3 九龍江口適用性研究 235
6.4 本章小結(jié) 241
第7章 河口水生態(tài)環(huán)境管理思考與研究展望 243
7.1 秉承從山頂?shù)胶Q蟮娜饔蚶砟睿怀龊涌诩~帶作用 243
7.2 實(shí)施基于河口分區(qū)的精細(xì)化管理,科學(xué)應(yīng)對(duì)突出問題 243
7.3 加強(qiáng)入海河口多學(xué)科綜合性研究,攻克系列關(guān)鍵技術(shù) 244
主要參考文獻(xiàn) 245
入海河口水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究 節(jié)選
第1章 總論 1.1 河口的定義和特征 1.1.1 定義 本書所述河口,專指入海河口。國內(nèi)外有關(guān)河口的研究歷史悠久,河口定義也經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段。“河口”(estuary)一詞起源于拉丁語Aestus,即“潮汐的”。Ketchum(1951)曾明確提出,河口是河水與海水混合并在一定程度上將海水沖淡的水體。在此基礎(chǔ)上,河口的定義屢次被更新,直到Pritchard(1967)提出:河口是一個(gè)與開闊海洋自由相通的半封閉的海岸水體,其中的海水在一定程度上被陸地排出的淡水沖淡。該定義綜合考慮到物理學(xué)和化學(xué)的諸多因素(地形地貌、水文過程以及鹽度等),特別突出了淡咸水混合的特征,在20世紀(jì)60年代被普遍使用,也成為河口的經(jīng)典定義。 隨著對(duì)河口認(rèn)識(shí)的深入,F(xiàn)airbridge(1980)主張以潮汐作用來劃定河口上游界線,認(rèn)為河口是河流與海洋之間的通道,它向陸地延伸到潮水的上限。根據(jù)該定義,河口通常劃分為三段:海洋段或河口下游段,與開闊的海洋自由連通;河口中游段,此段鹽淡水發(fā)生混合;河口上游段或近河端,主要為淡水控制,受潮汐的影響。該定義進(jìn)一步明確了潮汐淡水區(qū)與上游河流盡管都由淡水主導(dǎo),但因潮汐漲落而具有獨(dú)*的水位周期性變化,該區(qū)域具有顯著的生態(tài)學(xué)意義。此后,F(xiàn)airbridge對(duì)河口的定義逐漸成為主流。 進(jìn)入21世紀(jì)后,隨著水域和海洋科技水平的不斷進(jìn)步,越來越多的科研人員開始將河口的物理過程、生物地球化學(xué)過程和生態(tài)過程進(jìn)行耦合,以系統(tǒng)、全面、綜合的視角研究河口,并賦予河口更豐富和更有內(nèi)涵的界定。Khlebovich(1990)提出,河口是一個(gè)河流與海洋間的跨界區(qū)域,淡水與咸水在該區(qū)域內(nèi)相互混合。作為一個(gè)特殊的半封閉水體,其生態(tài)系統(tǒng)由多種相互作用的生物和非生物組分構(gòu)成,在該系統(tǒng)中,各構(gòu)成要素以及與之伴隨的物理、化學(xué)和生物過程,均沿著鹽度梯度表現(xiàn)出規(guī)律性時(shí)空變化。 1.1.2 特征 河口特征復(fù)雜多樣,其物理和化學(xué)等構(gòu)成因素(如地形地貌、溶氧含量和鹽度水平)存在很大的時(shí)空差異,棲息的生物群落也顯著不同。總體來看,將河口與河流以及海洋相比較,河口均具有淡咸水混合、潮汐變化等一些共性特征,包括但不限于以下幾點(diǎn)。 (1)水動(dòng)力特征 受徑流、潮汐、波浪等不同驅(qū)動(dòng)因素影響,加上河口獨(dú)*的地形地貌,河口具有顯著不同的水動(dòng)力特征,通常出現(xiàn)往復(fù)流、垂向環(huán)流等水動(dòng)力特征。與此對(duì)應(yīng),河口往往具有高濃度的懸浮物質(zhì),這與徑流輸入以及河口獨(dú)*的水動(dòng)力特征直接相關(guān),它對(duì)河口富營養(yǎng)化的形成和發(fā)展具有重要的影響。 (2)水質(zhì)特征 受內(nèi)陸徑流和海洋潮汐雙重作用,污染物在河口輸移、回蕩、隨潮汐漲落的時(shí)空變化特點(diǎn)十分明顯。各類水質(zhì)指標(biāo)在不同河口甚至同一河口具有明顯的區(qū)域特征,環(huán)境背景值相去甚遠(yuǎn)。特別是隨著河口水域鹽度、懸浮物以及氧化還原條件的時(shí)空變化,河口區(qū)重金屬元素、營養(yǎng)元素、有機(jī)污染物的賦存形態(tài)也出現(xiàn)相應(yīng)變化,甚至在河口上下游表現(xiàn)出顯著差異。 (3)水生態(tài)特征 河口生物長期適應(yīng)于獨(dú)*的鹽度、溫度、海流、水團(tuán)、底質(zhì)類型等環(huán)境條件,呈現(xiàn)出與河流、海洋顯著不同的水生生物類群組成特征,河口生態(tài)系統(tǒng)也成為與淡水生態(tài)系統(tǒng)及海洋生態(tài)系統(tǒng)迥然不同的過渡性生態(tài)系統(tǒng)。此處既有淡水生物棲息,也有海洋生物生存,還有僅在河口才出現(xiàn)的半咸水物種,以及生活史中橫跨江河和海洋的洄游性生物。圖1-1 顯示了河口水域的物種漸變模式(雙向生態(tài)漸變模型)。 圖1-1 雙向生態(tài)漸變模型(仿Attrill and Rundle,2002) 1.2 河口突出生態(tài)環(huán)境問題 (1)陸源污染物種類增加,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)亟待加強(qiáng)管控 我國海洋環(huán)境污染物有80%以上來自陸地,其中絕大部分來自河流輸入。從1989年以來的中國環(huán)境狀況公報(bào)和中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)可以看出,長江口、杭州灣、珠江口等重要河口海灣污染狀況長期處于超標(biāo)狀態(tài),環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)并未有效降低。例如,2012年和2018年長江口、杭州灣、珠江口的劣四類水體占比較高,達(dá)60%~100%的問題一直存在(圖1-2)。其中,營養(yǎng)鹽始終是河口海灣污染的主要超標(biāo)因子。進(jìn)入21世紀(jì)后,典型持久性有機(jī)污染物、環(huán)境內(nèi)分泌干擾物等被大量檢出。此外,聯(lián)合國環(huán)境署的陸源統(tǒng)計(jì)資料表明,全球每年大約有640萬t垃圾及微塑料進(jìn)入海洋。大量研究表明,經(jīng)陸源污染入海的有毒有害物質(zhì)已對(duì)我國河口水環(huán)境質(zhì)量構(gòu)成潛在威脅。 圖1-2 重點(diǎn)河口海灣海水水質(zhì)情況(彩圖請(qǐng)掃封底二維碼) a. 引自《2012 年中國環(huán)境狀況公報(bào)》;b. 引自《2018年中國生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》 (2)海底生物荒漠化,傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)漁業(yè)種類資源衰退 “荒漠化”一詞,*早出現(xiàn)在Lavauden(1927)的一篇科學(xué)論文中,他使用“desertification”一詞來描述撒哈拉(Sahara)地區(qū)荒漠化的景觀,指出這一地區(qū)的荒漠化完全是人為因素造成的。1977年聯(lián)合國荒漠化大會(huì)上采用了“desertification”(荒漠化)這一名詞,并明確定義:土地滋生生物潛力的削弱和破壞,*后導(dǎo)致類似荒漠的情況,它是生態(tài)系統(tǒng)普遍惡化的一個(gè)方面,它削弱或破壞了生物的潛力。荒漠化的實(shí)質(zhì)是土地退化,是土地生物生產(chǎn)力下降,土地資源喪失和地表類似荒漠景觀的出現(xiàn)。而受圍填海、采砂、風(fēng)暴潮、養(yǎng)殖、捕撈、水利工程等因素影響,入海河口生態(tài)系統(tǒng)同樣出現(xiàn)荒漠化現(xiàn)象,河口生物多樣性下降,傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)漁業(yè)種類資源衰退、生物群落低級(jí)化;破壞了多種河口生物的洄游通道、產(chǎn)卵場和索餌場,危及多種生物的生存;同時(shí)泥沙銳減已造成多個(gè)河口水下三角洲出現(xiàn)大范圍侵蝕等。 (3)生物入侵嚴(yán)重,影響本土生物遺傳多樣性 生物入侵是指非本地物種由于自然或人為因素從原分布區(qū)域進(jìn)入一個(gè)新的區(qū)域(進(jìn)化史上不曾分布)的地理擴(kuò)張過程(Williamson,1996)。近年來,隨著我國海洋運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展和海水養(yǎng)殖品種的傳播與引入,生物入侵呈現(xiàn)出物種數(shù)量增加、傳入頻率加快、蔓延范圍擴(kuò)大、危害加劇和造成經(jīng)濟(jì)損失加重的趨勢(shì)。例如,互花米草是一種世界性惡性入侵植物,是 2003 年列入我國首批16種外來入侵物種名單中唯一的海洋入侵種,一旦入侵,能很快形成單種優(yōu)勢(shì)群落,排擠其他物種,給生態(tài)系統(tǒng)帶來不可逆轉(zhuǎn)的危害。互花米草被引入我國之后,在保灘促淤方面發(fā)揮了一定的作用。但其良好的適應(yīng)性和旺盛的繁殖能力,在自然和人為因素綜合作用下,造成了大面積的暴發(fā)式擴(kuò)散蔓延,導(dǎo)致入侵地原有生物群落的衰退和生物多樣性的喪失。20世紀(jì)90年代,在廈門馬鑾灣和福建東山相繼發(fā)現(xiàn)一種原產(chǎn)于中美洲的海洋貝類——沙篩貝,沙篩貝的入侵造成蝦貝等本土底棲生物的減少,甚至絕跡。外來物種同時(shí)還會(huì)帶來遺傳污染,通過與當(dāng)?shù)匚锓N雜交或競爭,影響或改變?cè)鷳B(tài)系統(tǒng)的遺傳多樣性。 (4)全球變暖致海洋生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改變 全球氣候變化對(duì)人類的影響是災(zāi)害性的。與此同時(shí),隨著全球變暖和環(huán)境污染的加劇,海平面上升,海洋鹽沼濕地、紅樹林等生態(tài)系統(tǒng)受到巨大威脅,海洋生物種群結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)將發(fā)生變化。以長江口為例,近30年來,我國沿海海平面總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì),高于全球平均值,長江三角洲地殼處于沉降運(yùn)動(dòng)中,導(dǎo)致海平面上升的影響高于全國平均水平。海平面上升除帶來海岸帶侵蝕與剖面調(diào)整、風(fēng)暴潮加劇、鹽水入侵等自然災(zāi)害外,對(duì)潮灘濕地的影響顯而易見。據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)推測,至2050年,長江口地區(qū)平均海平面將可能上升40~70cm。 (5)生態(tài)災(zāi)害頻現(xiàn)且向口內(nèi)蔓延 在我國著眼海洋、大力發(fā)展藍(lán)色經(jīng)濟(jì)的同時(shí),赤潮、綠潮與水母等生態(tài)災(zāi)害頻發(fā),對(duì)沿海人民的財(cái)產(chǎn)安全、沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和海洋生態(tài)構(gòu)成威脅,海洋環(huán)境災(zāi)害防治任重而道遠(yuǎn)。與20世紀(jì)相比,我國不僅赤潮的發(fā)生頻率和累計(jì)面積呈現(xiàn)明顯增加的態(tài)勢(shì),赤潮時(shí)空分布也不斷擴(kuò)大,全年各月份和全國近岸海域乃至近海海域均有赤潮發(fā)生。與20世紀(jì)90年代相比,21世紀(jì)以來,無論是發(fā)生頻次,還是涉及的海域面積,赤潮災(zāi)害都呈現(xiàn)驟增趨勢(shì)。通過對(duì)長江口及毗鄰海域近40年來海域赤潮發(fā)生事件的統(tǒng)計(jì),截至2009年,該海域發(fā)生了174次赤潮,赤潮使長江河口及鄰近海域營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,河口水域生物種群結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化,赤潮發(fā)生次數(shù)呈現(xiàn)逐年增加趨勢(shì),赤潮發(fā)生范圍已呈現(xiàn)向口內(nèi)蔓延的態(tài)勢(shì)。 (6)河口濕地、紅樹林等典型生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重 我國的鹽沼濕地主要分布在長江、黃河、珠江、遼河、海河等河流入海處,即河口區(qū)域。我國主要河口濕地面積大于1.14×106km2,具有代表性的河口濕地包括長江口、黃河口、雙臺(tái)子河口和珠江口的河口濕地。目前,長江口水下三角洲與部分潮灘濕地已出現(xiàn)明顯蝕退,導(dǎo)致長江口生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性自我更新功能下降,主要表現(xiàn)在功能物種(關(guān)鍵種)生存必需的小生境日漸消失,資源類生物和珍稀瀕危物種種群呈現(xiàn)不同程度的退化。紅樹林是典型海洋生態(tài)系統(tǒng),是全球海洋生態(tài)與生物多樣性保護(hù)的重要對(duì)象。過去50年來,受到各種自然和人為因素干擾,紅樹林濕地面積大為縮小,紅樹林種類也有所減少。《2012年中國海洋環(huán)境狀況公報(bào)》顯示,我國南部海域典型紅樹林生態(tài)系統(tǒng)中,紅樹林面積曾達(dá)到25萬hm2,20世紀(jì)50年代銳減至5.5萬hm2,80~90年代減少至2.3萬hm2,21世紀(jì)初面積約為2.2萬hm2,紅樹林面積縮減速率有所放緩,但仍呈減少趨勢(shì)。紅樹林的消失嚴(yán)重影響了海灣的生態(tài)系統(tǒng),使生物多樣性和濱海環(huán)境質(zhì)量下降。 (7)咸水入侵 咸潮是沿海河口附近的一種水文現(xiàn)象,它是由太陽和月球(主要是月球)對(duì)地表海水的吸引力引起的。河口地區(qū)咸潮上溯是注入海洋型河流的河口*主要的潮汐動(dòng)力過程之一,是河口特有的自然現(xiàn)象。咸潮在沿海地區(qū),尤其是河口區(qū)域常見,多發(fā)生在冬春旱季。但是近幾年來,沿海咸潮頻繁發(fā)生受到人類活動(dòng)的影響。例如,濫采河沙行為愈演愈烈,致使江河下游河床坡度減小,導(dǎo)致咸潮上溯的范圍擴(kuò)大、次數(shù)增多。 1.3 國內(nèi)外河口管理實(shí)踐 1.3.1 河口邊界的確定 1. 歐盟 2002年發(fā)布的《歐盟過渡和海岸水體分類方法及參照條件導(dǎo)則》(Guidance on Typology, Reference Conditions and Classification Systems for Transitional and Coastal Water)指出,河口是沿海附近的地表水體,由于接近沿岸海域,水體略帶咸味,但基本上受淡水徑流影響。歐盟建議根據(jù)以下特征或要素確定河口與近岸海水的邊界:①鹽度梯度特征,較大河流輸入淡水的影響很可能會(huì)延伸到近岸水域;②地形特征,如岬和島嶼,也可以用來定義河口水與近岸海水的邊界,其形態(tài)特征可能與生物學(xué)邊界相符;③模型及有關(guān)國家和地區(qū)法規(guī)中定義的邊界。在確定河口與淡水段邊界線方面,歐盟主要建議如下兩種方法:淡水/咸水邊界或潮汐影響的界限。在較大的河口,潮汐影響的界限比淡水/咸水邊界更深入內(nèi)陸,并且比處于不斷變化過程中的淡水/咸水邊界更容易確定。 2. 澳大利亞 澳大利亞昆士蘭州2013年發(fā)布的《昆士蘭水質(zhì)導(dǎo)則》(Queensland Water Quality Guideline)指出,河口的一般定義應(yīng)該包括淡咸水混合且潮汐作用明顯的河流終端;感潮河口由于接觸海岸線開始變寬;半封閉水體,海水被徑流淡水偶爾稀釋。Moss等(2006)把河口定義為具有下列特征的半封閉近岸水體:來自大洋的鹽水與來自陸地的淡水混合,具有不同鹽度梯度,海洋和河流沉積物共同存在。 3. 美國 美國環(huán)境保護(hù)署(United States Environmental Protection Agency,USEPA)2001年發(fā)布的《河口與近岸海域營養(yǎng)鹽基準(zhǔn)技術(shù)指南》
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