关于海洋自净能力介绍

[拼音]：haiyang zijing nengli

[外文]：marine self-purification capability

海洋环境通过它本身的物理、化学和生物的作用，使污染物的浓度自然地逐渐降低乃至消失的能力。海洋净化污染物的能力是可贵的资源，认识其规律并予以合理利用将有助于防治海洋污染。

海洋自净是一个错综复杂的自然变化过程。自净能力越强，净化速度越快。净化速度一般表示为浓度下降率或与污染物有关参数的变化率。影响自净能力的因素很多，主要有地形、海水的运动、温度、盐度、酸碱度(pH)氧化还原电位(Eh)和生物丰度以及污染物本身的性质和浓度等。

海洋自净过程按其发生机理可分为：物理净化，化学净化和生物净化。三种过程相互影响，同时发生或相互交错进行。一般说来，物理净化是海洋自净中最重要的过程。

主要是通过稀释、扩散、吸附、沉淀或气化等作用而实现的自然净化。海水的快速净化主要依靠海流输送和稀释扩散。在河口和内湾，潮流是污染物稀释扩散最持久的营力。如随河流径流携入河口的污水或污染物，随着时间和流程的增加，通过水平流动和混合作用（主要是湍流扩散作用）不断向外海扩散，使污染范围由小变大，浓度由高变低，可沉性固体由水相向沉积相转移，从而改善了水质。据初步计算1972～1980年排入大连湾的石油约17万吨，砷约1.2万吨，COD约67万吨（COD为化学需氧量，代表有机物在水体中的浓度）。这些污染物在物理净化作用下，约有油10.5万吨，砷1万吨，COD约67万吨输送出湾外，其扩散系数达1.2×105～3.8×106。

在河口近岸区，混合和扩散作用的强弱直接受河口地形、 径流、 湍流和盐度较高的下层水体卷入的影响(见图)。另外，污水的入海量、入海方式和排污口的地理位置；污染物的种类及其理化性质（比重、形态、粒径等），风力、风速、风频率等气象因素对污水或污染物的混合和扩散过程也有重要作用。根据排污方式，污染物的扩散过程通常可选用下列几种简化扩散模型来模拟：

（1）连续排污的三维湍流扩散模型。设连续排污点源位于海面，污水排放速率为 I（米3/秒），而污染物质在水平和铅直方向上的湍流扩散系数K1(米2/秒)为一恒量，则在平流输送可以忽略的情况下，污染物质的浓度C（千克/米3）的分布可近似地按下式计算：

C(r)＝C0[1-exp(-I/2πK1r)]

式中 r表示以排污点源为中心的径向距离；C0表示排污点源(r＝0)处的污染物质浓度。

（2）连续排污的二维湍流扩散模型。在自然状态下，海水铅直稳定层结的浮力效应在很大程度上抑制了铅直方向上的湍流扩散过程。因此，在深度较大的海区中，污染物质的扩散仅限于受风浪等搅拌混合作用的上混合层；而在较浅的海区中，由于风力的搅拌作用和底摩擦作用，海面至海底的整个水层基本上呈铅直均匀状态。在这种情况下，污染物质的扩散可近似地作为二维(水平)湍流扩散过程来处理。设水平湍流扩散系数K2为一恒量，水平流动的平流输送效应可以忽略不计，则在距离排污点源r（米）处的污染物质浓度C可近似地按下式计算：

C(r)＝C0[1-(r/r0)α]

式中，z表示上混合层的深度或水质铅直均匀的浅水区域深度;t表示污染物质的排放时间（秒）。

（3）连续排污的二维平流－湍流扩散模型。在平均流动所导致的污染物质的平流输送效应不可忽略的情况下，连续排污的扩散问题通常可简化为二维（水平）平流－湍流扩散问题来处理。 在这种情况下， 设水平流动所导致的污染物质的纵向（顺流方向）平流输送与侧向（横流方向）湍流扩散通量相互平衡，并且纵向流速v（米/秒）和侧向湍流扩散系数K3均为恒量，坐标原点与排污点重合，则污染物质浓度C 的分布可近似地按下式计算：

式中y表示纵向(顺流方向)上的距离；x表示侧向（横流方向）上的距离；。

（4）瞬间排污的二维湍流扩散模型。对于瞬间排放的点源扩散，通常可近似地作为二维（水平）湍流扩散问题来处理。如设水平湍流扩散系数K2为一恒量，并且平流输送效应可以忽略不计，则在距离排放点r(米)处的污染物质的浓度可近似地按下式计算：

式中V和C1分别表示瞬间排放物的体积（米3）和污染物质的浓度（千克/米3）；t 表示自排放瞬间起算的时间（秒）。

在上述几个简化模型中，湍流扩散系数的量值与海面的风力、海浪、海流（包括潮流）、水深、海水层结状况以及岸界和海底地形等因素有密切关系，因此，须按具体情况而定。观测和实验结果表明，在大多数情况下，湍流扩散系数的量值范围一般为1～100米2/秒。

研究物理净化的方法通常采用现场观测和数值模拟方法。近年，欧美、日本和中国学者曾分别对布里斯托尔湾和塞文河口、切萨皮克湾、大阪湾、东京湾、渤海湾和胶州湾等作了潮流和污染物扩散过程的数值模拟。

主要由海水理化条件变化所产生的氧化还原、化合分解、吸附凝聚、交换和络合等化学反应实现的自然净化。如有机污染物经氧化还原作用最终生成二氧化碳和水等。汞、镉、铬、铜等金属，在海水酸碱度和盐度变化影响下，离子价态可发生改变，从而改变毒性或由胶体物质吸附凝聚共沉淀于海底。海水中含有的各种配合体或螯合剂也都可以与污染物发生络合反应，改变它们的存在状态和毒性。价态的变化直接影响这些金属元素的化学性质和迁移、净化能力。影响化学净化的因子有pH、Eh、温度和海水中化学组分及其形态等。如大多数重金属在强酸性海水中形成易溶性化合物，有较高的迁移能力；而在弱碱性海水中易形成羟基络合物如Cu(OH)+、Pb(OH)+、Cr(OH)等形式沉淀而利于净化。一般说来，可溶性的化学物质净化能力较弱，难溶性物质因其易沉入底质而净化能力较强。

微生物和藻类等生物通过其代谢作用将污染物质降解或转化成低毒或无毒物质的过程。如将甲基汞转化为金属汞，将石油烃氧化成二氧化碳和水。

微生物在降解有机污染物时，要消耗水中的溶解氧。因此，可根据在一定期间内消耗氧的数量多少来表示水体污染的程度。目前已知微生物能降解石油、有机氯农药、多氯联苯以及其他各种有机污染物。其降解速率因微生物和污染物的种类和环境条件而异。还有许多种类微生物能转化汞、镉、铅、砷等金属。

由于海洋辽阔，自净能力也大，人们一直把它看成是天然的最大净化池而任意倾废或排污，但海洋的自净能力并不是没有限制的。为了合理利用海洋环境自净功能，保护?透纳坪Ｑ蠡肪常芯亢驼莆蘸Ｑ蠡肪匙跃换恚呛Ｑ?环境科学研究的一项重要任务。

参考书目

1. R.Johnston ed.，Marine Pollution，Academic Press，London，1976.
2. 日本水産学会編：《水域の自浄作用と浄化》，恒星社厚生閣，東京，1979。