集约用海对曹妃甸及邻近海域生态环境的影响评估
武慧超 李志伟
摘?要：为了解不合理的集约用海造成的海洋生态环境问题，优化用海技术，需开展集约用海工程对海域生态环境影响的评估。为此，采用多级框架结构法构建指标体系，从海洋生态系统层面，构建了基于海洋环境和海洋生物群落的集约用海对海域生态环境影响的评估指标体系;在此基础上，结合我国海洋生态环境监测和评估现状，确定了各评价因子的评估标准及评估等级;利用综合赋值评价法，建立了集约用海对海洋生态环境影响的综合评价模型，并在曹妃甸及邻近海域开展了实证研究，结果表明集约用海已经使曹妃甸及邻近海域生态环境受到较大影响，生态环境质量一般，其中对海洋生物群落的影响程度大于对海洋环境的影响程度。
关键词：集约用海;海域生态环境;评估指标体系;曹妃甸
集约用海作为一种资源節约型、环境友好型用海新模式，通过对海洋空间资源要素实行优化配置，不仅可以节约自然岸线和海域资源，把对原生态自然环境的破坏程度减小到最小化;还可以实现区域宏观生态效益、社会效益和经济效益的最大化。但是集约用海活动毕竟会改变海域的自然属性，在一定程度上会对区域海域生态环境造成干扰或损失，如：改变近岸海域水文动力、破坏海洋生物生存空间和湿地景观、带来海洋环境污染等涉及海洋环境和海洋生态的相关问题[1]。为了把集约用海工程对海域生态环境的影响降到最低，更科学地保护、利用和管理海域资源环境，急需开展集约用海工程对海域生态环境影响的评估。截止到现在，国内外关于集约用海工程对海洋生态环境影响的研究比较少，主要以定性和半定量评估为主，开展综合评估的较少。本研究中以曹妃甸区域集约用海工程建设为例，建立集约用海对海域生态环境影响评价方法，客观评价集约用海对海域生态环境的影响，为集约用海的科学管理提供技术支撑。
曹妃甸区域位于河北省唐山市南部，地处环渤海中心地带，规划面积1 943 km2，陆域海岸线约80 km[2]。自2003年起，曹妃甸区域开始进行大规模的集约用海工程建设。随着集约用海工程项目的实施，海域自然属性被改变程度日益加深。如：2005年曹妃甸海域自然岸线长度是19.97 km，2008年自然岸线长度减少至3.19 km，截止到2010年，人工岸线已经把自然岸线全部取代;而填海面积在不断增加，2008年、2010年、2011年的填海面积分别是154.07 km2、183.92 km2、199.05 km2，2016年围填海总面积为223.87 km2[3]。随着曹妃甸区域的建设发展，其邻近区域的开发建设活动得到推动，由曹妃甸新区、芦汉经济开发区、乐亭新区和丰南沿海工业区组成的 “四点一带”的集约用海格局在逐步形成。根据相关的研究成果[4-7]，曹妃甸区域集约用海对海洋水动力、海洋生态等方面具有一定的影响，但曹妃甸及邻近海域集约用海对海域生态环境影响的综合评估尚未见相关报道。
1?研究方法
1.1?评估指标体系的建立
构建合理的评估指标体系，是在曹妃甸区域开展集约用海前后海洋生态环境变化研究的重要前提。本研究基于海洋生态系统的构成，从海洋生物群落和海洋环境两个方面来建立评估指标体系，共选取二级评价指标8个，其中，海洋生物群落主要从浮游植物、浮游动物、底栖生物和鱼类生物四个方面来构建，海洋环境主要从海水环境、沉积物环境、水动力和生物质量四个方面来构建。具体指标体系见表1。
1.2?评估指标权重的确定
不同指标在实际评估过程中对评估结果的重要性存在差异，因此结合集约用海工程实施区域开发利用的重点和所在生态环境特征，通过赋予每一个评估指标一定的权重，把评估指标在评估中的重要性差异表现出来。在确定评估指标的权重时采用层次分析法。明确目标层是集约用海对海域生态环境的影响程度，首先运用层次分析法构造准则层评估指标判断矩阵，确定准则层评估指标的权重并进行一致性检验;在确定准则层指标权重之后，展开3轮专家调查（进行每轮评估的专家人数至少为15人），基于分析专家调查结果的可信度，再利用德尔菲法确定因素层评估指标权重;评估指标确定之后运用与因素层同样的方法，确定指标层的权重。集约用海对海洋生态环境影响评估权重值见表1。
1.3?评估标准
关于集约用海对海域生态环境影响的评估标准，目前学术界尚没有统一认可的评估标准。综合现有的研究成果，根据国家所规定的相关法律法规、环境背景值、历史资料及与前人的研究成果确定曹妃甸区域集约用海对海域生态环境影响评估指标的标准值：（1）海洋生物群落指标评估标准：根据海洋生物群落的结构功能特征，生物量、生物密度、鱼卵及仔鱼密度指标采用《近岸海洋生态健康评价指南》（HY/T 087-2005）中河口及海湾生态系统健康评价标准[8]。生物多样性指标评估标准的确定借鉴国内外相关学者关于研究多样性与污染的关系来划分评价标准[9-10]。初级生产力评估标准借鉴1997年国家海洋勘测专项之一“生物资源栖息环境调查与研究”中关于浮游植物初级生产力的评价标准[11]。（2）海洋环境指标评估标准：海水环境、沉积物环境和生物质量各评价因子的评估标准参考国家《海水水质标准》（GB 3097-1997）、《海洋沉积物质量》（GB 18668-2002）、《海洋生物质量标准》（GB 18421-2001）进行确定。借鉴相关海水环境、沉积物环境和海洋生物质量的评价，以国家二类标准作为集约用海工程对海域生态环境影响严重的分界线。水动力指标参考《海湾围填海规划环境影响评价技术导则》（GB/T 29726-2013）中关于水动力评估指标的标准确定。各评估指标的标准阈值详见表2。其中表中A、B、C、D、E为评估标准的基准值，其值可以根据评价海域实际情况给出，本文采用的是《近岸海洋生态健康评价指南》（HY/T 087-2005）中的推荐值[8]。
1.4?评估方法与等级
本研究中采用综合赋值评估法开展集约用海对海域生态环境的影响评估。首先根据表2评价标准对每个评估指标进行赋值，如果评估指标值处于影响轻微等级，则赋予满分100分;如果评估指标值处于影响较大等级，则赋予70分;如果评估指标值处于影响严重等级，则赋予40分;然后分别计算海域生态综合指数IB和海域环境综合指数IE。
海域生物群落综合指数：
海域环境综合指数：
式中，Wi为评估指标的权重值;Ei为评估指标得分值;n为评估指标的数目。
当IB≥75时，表示海域生态健康良好;当55≤IB<75时，表示海域生态受到轻度干扰;当IB<55时，表示海域生态扰动较严重。当IE≥75时，表示海域环境良好;当55≤IE<75时，表示海域环境轻度污染;当IE<55时，表示海域环境中度以上污染。
根据式（1）和式（2）计算的海域生态综合评价指数和海域环境综合评价指数，根据式（3）计算集约用海海域生态环境综合指数：
其中：当I≥75时，表示集约用海海域生态环境质量良好;当55≤I<75时，说明集约用海工程实施的海域海洋生态环境质量一般;当I<55时，说明集约用海工程实施海域的海洋生态环境质量差。本研究采用生态环境综合指数变化量ΔI作为衡量集约用海工程对海域生态环境影响程度的参考标准，同时说明集约用海工程的适宜性。综合指数变化量的计算方法如下：
式中：ΔI为集约用海项目建成前、后海域生态环境综合指标数的变化值;I2为集约用海项目建成后海域生态环境综合指数;I1为集约用海项目建成前海域生态环境综合指数。
通过评价区域内海域生态环境综合指数的变化幅度来划分集约用海活动对海域生态环境的影响程度，当ΔI>30%时表示海域生态环境受到严重影响;当15%<ΔI≤30%时表示海域生态环境受到较大影响;当5%<ΔI≤15%时表示海域生态环境受到一般影响;当ΔI≤5%时表示海域生态环境受到轻微影响或无影响。
1.5?采样与分析方法
根据2002年（集约用海项目实施前）和2016年（集约用海项目基本完成）曹妃甸及邻近海域现场调查结果和本文所建立的评估方法和评估指标体系，对曹妃甸工业区集约用海对海域生态环境的影响进行综合评估。
水质、沉积物和海洋生物调查采样点的布设如图1所示，共36个采样点，采样及分析方法均按《海洋监测规范》（GB 17378-2007）和《海洋调查规范》（GB 12763-2007）执行，分别于2002年年和2016年的3、5、8、10月份进行采样。水动力相关指标中涨、落潮流速测定采用直读式海流计，根据《海洋调查规范》（GB 12763-2007），进行了4个站位（1、2、3、4站位）海流的连续观测。每批次观测时间为25 h，观测频率为1次/10 min，记录最大涨落潮流速。海湾纳潮量参考了《曹妃甸海域使用适宜性论证报告》（2002年）和908专项调查（2011年）中關于曹妃甸海域纳潮量的相关数据。所有的调查或实测数据经平均化处理后，构成曹妃甸区域集约用海前、后海域生态环境调查指标原始数据。然后根据本文所确立的赋值方法，对原始数据进行标准化处理。
2?结果与分析
集约用海对曹妃甸及邻近海域生态环境影响的评估结果见表3。
2.1?集约用海对曹妃甸及邻近海域生态的影响
根据表3，集约用海实施前曹妃甸及邻近海域生物群落综合指数为82.51，海域生物群落健康良好;集约用海实施后其综合指数为56.27，海域生物群落受到轻度干扰;海域生物群落综合指数降低31.80%，集约用海对曹妃甸及邻近海域生物群落影响总体上已属严重影响。这说明集约用海工程已经使曹妃甸及邻近海域生物群落受到严重的损失。
浮游植物在集约用海实施前后，多样性指数由3.57降低到2.72，密度由16.21万个/m3增加到29.3万个/m3，初级生产力由250.4 mgC·m-2·d-1增加到306.1 mgC·m-2·d-1;浮游植物评估指数由集约用海实施前的92.5降低到实施后的62.5，降低了32.43%，达到严重影响的程度。这可能是由于集约用海的建设使得该区域内人类活动强度加大，人口密度和各类工业活动强度增大，入海营养盐的数量增加，从而使浮游植物数量和初级生产力有所升高。由于集约用海施工过程中使海水中悬浮物增加，悬浮颗粒黏附在浮游动物体表面或被滤食性浮游动物吞食，扰乱其平衡稳定的生理功能，严重时致使内部消化系统紊乱，从而对浮游动物产生不良的影响[3]。曹妃甸及邻近海域浮游动物多样性指数由集约用海实施前的2.57降低到实施后的2.13，生物量也由204.45 mg/m3降低到154 mg/m3，浮游动物评估指数由实施前的70降低到实施后的62.5，降低了10.71%，影响程度一般。
由于集约用海会彻底改变海洋底栖生物原有的底质环境，大部分底栖生物因被掩埋、覆盖而死亡，所以底栖生物因集约用海工程带来的损失是巨大的。曹妃甸区域集约用海实施前，海域底栖生物的多样性指数为2.89，底栖生物量为35.6 g/m2，底栖生物密度为213.3个/m2;集约用海完成后，曹妃甸及邻近海域底栖生物的多样性指数为0.94，底栖生物量为17.8 g/m2，底栖生物密度为139个/m2;底栖生物评估指数由集约用海前的77.5降低到集约用海后的47.5，降低了38.70%，达到严重影响程度。集约用海施工过程中会导致海水中悬浮颗粒增加。对于悬浮物浓度相同的海域，不同种类的海洋生物其忍受程度不同，一般鱼卵及仔鱼对悬浮物浓度的忍受程度与成鱼相比较差[12];同时集约用海活动还改变工程及周边区域环境，导致重要渔业资源衰退，甚至使许多重要的渔业资源产卵场消失，渔场外移[13]。集约用海工程实施前，曹妃甸及邻近海域鱼卵和仔鱼的密度为55.45个/m3，工程完成后该海域鱼卵和仔鱼的密度下降为18.53个/m3，鱼类生物评价指数降低30%。可见集约用海对曹妃甸及邻近海域鱼类生物产生了较大的影响。
综上所述，集约用海对曹妃甸及邻近海域生物群落的影响比较明显，但对不同类型生物的影响程度有所差异，对底栖生物的影响最大，其次为浮游植物和鱼类生物，对浮游动物的影响最低。
2.2?集约用海对曹妃甸及邻近海域环境的影响
从表3的分析结果来看，曹妃甸及邻近海域在集约用海前后，海域环境综合指数均大于75，海域环境状况良好。但从其综合指数的变化来看，集约用海完成后的评价指数较集约用海实施前降低了15.87%，表明集约用海的实施对曹妃甸及邻近海域环境有较大的影响。从海域环境不同构成要素所受的影响来看，海水环境所受的影响最大，由良好状态退化到中度以上污染程度，其评价指数降低了35.87%，已经达到严重影响程度。随着集约用海工程的逐步实施，各种临海产业不断发展，人口也逐步向沿海区域聚集，曹妃甸沿海区域的开发强度也不断加大。各种工业废水、生活污水的产生量也随之增加。根据统计，2002年曹妃甸区域通过入海河流和直排入海的污染物中COD为4.39万t，氨氮为0.35万t;2012年入海的COD为6.14万t，氨氮为0.42万t;2002年未达到一类水质的面积占整个海域面积的22.02%[14-15]。2005年后，曹妃甸及邻近海域呈现出中度污染（四类）和严重污染（劣四类）的状态[16];2012年海水污染加剧，未达一类水质标准的海域面积占到了74.8%[15]，远远超过往年最大值。区域上，京唐港和黑沿子-南堡近海海域常年处于超标状态;曹妃甸近岸海域水质自2007年开始变差，海水中主要污染物为活性磷酸盐、无机氮、铅和油类，其中，活性磷酸盐和无机氮在近海广泛分布，铅污染主要集中在黑沿子海域，油类污染主要分布在南堡近海、京唐港和大清河[15]。此外，随着入海污染物的量的增加，曹妃甸及邻近海域生物质量也受到一定的影响，海域贝类体内检出污染物种类和分布范围均呈现出增加趋势，超标残余物主要为铅、镉、砷、石油烃等。在2005-2006年海水检出油类超标后，自2007-2008年开始贝类体内石油烃残余物检出超标并长期存在[14]。生物质量评估指数由集约用海前的100降低到集约用海后的82，降低了18%。沉积物环境和水动力在集约用海实施前后没有受到明显的影响。总之，集约用海对曹妃甸及邻近海域环境的影响中，对海水环境的影响最大，达到严重影响程度。
2.3?集约用海对曹妃甸及邻近海域生态环境的综合影响
集约用海工程对曹妃甸及邻近海域生态环境影响的综合评价结果见表3。集约用海实施前，曹妃甸及邻近海域生态环境综合指数为86.79;集约用海实施后，其综合指数为64.08。即曹妃甸集约用海导致周边海域的生态环境综合指数衰减了26.16%，海域生态环境受到较大影响。其中海洋环境综合指数衰减了15.87%，主要由海水环境指数变化引起的，主要由于化学需氧量COD、无机氮类污染物浓度增加所致。海洋生态评价指数衰减了31.80%，主要由底棲生物、鱼类生物和浮游植物评价指数变化所导致。说明曹妃甸区域集约用海工程已经对其周边海域产生了较大的影响，但对海洋生态的影响大于对海洋环境的影响。从具体影响因子看，集约用海对曹妃甸周边海域的影响主要表现在水质、底栖生物和浮游植物群落方面。总体上目前曹妃甸及邻近海域生态环境一般，水体营养盐、有机物含量普遍较高，大部分水域都劣于二类海水水质标准，部分生物体内铅、砷和石油类含量超标，生物群落结构状况较差，鱼卵及仔鱼密度偏低;重要的经济鱼类消失，海洋生物资源衰退趋势明显。
3?结论
本文采用多级框架结构，从海洋生物群落和海洋环境两个方面构建了集约用海对海域生态环境影响评估指标体系;建立了基于综合赋值评价法的集约用海对海洋生态环境影响评价模型，确立了集约用海对海洋生态环境影响评价等级、评价标准。通过该评估方法开展了集约用海对曹妃甸及邻近海域生态环境影响评价，结果表明：集约用海已经使曹妃甸及邻近海域生态环境受到较大影响，生态环境质量一般，其中对海洋生态的影响程度大于对海洋环境的影响程度;从生态环境具体构成要素来看，对海水水质、底栖生物、浮游植物影响最为严重。
针对目前曹妃甸及邻近海域生态环境现状，提出以下建议：
（1）把海洋生态环境保护放在首位，对近海海域环境容量开展科学的规划和有效的利用，加强对本区域废水、废气、废渣的集中处理，废水经处理达标后再向深海排放，保护好本区域的海水环境质量。
（2）加强对海洋生物资源的保护与修复，通过投放人工鱼礁、建设海洋牧场等措施促进本区域海洋生物资源的恢复，改善区域海洋生态环境。
（3）建立集约用海工程后评估制度，分析工程实施后对毗邻海域生态环境的影响，及时发现、总结集约用海的经验和教训，提高集约用海水平，引导集约用海走健康、可持续发展之路。
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