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入海河口水生态环境质量评价方法研究 版权信息
- ISBN：9787030647252
- 条形码：9787030647252 ; 978-7-03-064725-2
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>
入海河口水生态环境质量评价方法研究 内容简介
本书是环保公益性行业科研专项的研究成果，全书就河流入海口区的水质标准的标准和方法进行了深入研究和探讨，全书共分为十章，讨论了国际和国内相关领域的研究背景、河口的基本生态环境特征、河口的污染物迁移和状况、河口生态分区、我国水质标准体系、河口水环境质量标准和评价体系构建方法及适用性研究等方面。
入海河口水生态环境质量评价方法研究 目录
目录
前言
第1 章 总论 1
1.1 河口的定义和特征 1
1.1.1 定义 1
1.1.2 特征 1
1.2 河口突出生态环境问题 2
1.3 国内外河口管理实践 5
1.3.1 河口边界的确定 5
1.3.2 河口生态分区 7
1.3.3 河口分区实践案例 8
1.3.4 河口水生态环境质量评价方法 8
1.3.5 河口水生态环境质量基准标准 15
1.3.6 国际经验启示 20
1.4 研究思路 23
第2章 我国典型河口生态环境特征 25
2.1 大辽河口 25
2.1.1 区域概况 25
2.1.2 河口理化特征 26
2.1.3 生物群落特征 36
2.2 长江口 53
2.2.1 区域概况 53
2.2.2 河口理化特征 55
2.2.3 生物群落特征 70
2.3 九龙江口 81
2.3.1 区域概况 81
2.3.2 河口理化特征 82
2.3.3 生物群落特征 103
2.4 本章小结 112
第3章 河口典型污染物迁移转化过程及生态效应 113
3.1 大辽河口典型污染物响应规律 113
3.1.1 河海界面和潮汐界面的确定 113
3.1.2 河口区重金属响应规律 115
3.1.3 河口区营养盐响应规律 122
3.2 长江口不同形态氮磷营养盐转化 125
3.2.1 不同形态氮磷营养盐转化比例 125
3.2.2 盐度及悬浮颗粒物对不同形态氮磷营养盐的影响 128
3.2.3 数学模型在研究河口氮磷营养盐转化过程中的应用 130
3.3 九龙江口水体硝化反硝化作用 136
3.3.1 水体中含氮营养盐随盐度的变化趋势 136
3.3.2 河口硝化作用 137
3.4 河口典型污染物生态效应 140
3.4.1 大辽河口 140
3.4.2 长江口 143
3.4.3 九龙江口 144
3.5 本章小结 145
第4章 河口边界确定与水生态分区技术研究 146
4.1 河口边界确定技术 146
4.1.1 确定原则 146
4.1.2 确定方法 146
4.1.3 研究实例 147
4.2 河口水生态分区技术 152
4.2.1 分区方法 152
4.2.2 研究实例 153
4.3 河口水生态分区验证 160
4.3.1 沉积环境差异性检验 160
4.3.2 营养盐差异性检验 164
4.3.3 生物类群差异性检验 167
第 5 章 河口水生态环境质量评价指标与评价标准研究 177
5.1 评价指标分析 177
5.1.1 生态类指标 178
5.1.2 有毒有害类指标 180
5.1.3 特征污染物筛选 180
5.2 河口水环境功能分类及标准设置 187
5.3 河口营养盐基准确定方法 187
5.3.1 通用方法 187
5.3.2 长江口各分区营养盐基准研究 189
5.3.3 九龙江口各分区营养盐基准研究 193
5.3.4 大辽河口各分区营养盐基准研究 203
5.4 河口生物基准确定方法 205
5.5 河口有毒有害类污染物基准与标准确定方法 207
5.6 本章小结 210
第6章 河口水生态环境质量评价方法及适用性研究 212
6.1 评价方法的确定 212
6.1.1 基本思路 212
6.1.2 评价方法的筛选 212
6.2 评价技术框架 220
6.3 评价适用性 221
6.3.1 大辽河口适用性研究 221
6.3.2 长江口适用性研究 230
6.3.3 九龙江口适用性研究 235
6.4 本章小结 241
第7章 河口水生态环境管理思考与研究展望 243
7.1 秉承从山顶到海洋的全流域理念，突出河口纽带作用 243
7.2 实施基于河口分区的精细化管理，科学应对突出问题 243
7.3 加强入海河口多学科综合性研究，攻克系列关键技术 244
主要参考文献 245
前言
第1 章 总论 1
1.1 河口的定义和特征 1
1.1.1 定义 1
1.1.2 特征 1
1.2 河口突出生态环境问题 2
1.3 国内外河口管理实践 5
1.3.1 河口边界的确定 5
1.3.2 河口生态分区 7
1.3.3 河口分区实践案例 8
1.3.4 河口水生态环境质量评价方法 8
1.3.5 河口水生态环境质量基准标准 15
1.3.6 国际经验启示 20
1.4 研究思路 23
第2章 我国典型河口生态环境特征 25
2.1 大辽河口 25
2.1.1 区域概况 25
2.1.2 河口理化特征 26
2.1.3 生物群落特征 36
2.2 长江口 53
2.2.1 区域概况 53
2.2.2 河口理化特征 55
2.2.3 生物群落特征 70
2.3 九龙江口 81
2.3.1 区域概况 81
2.3.2 河口理化特征 82
2.3.3 生物群落特征 103
2.4 本章小结 112
第3章 河口典型污染物迁移转化过程及生态效应 113
3.1 大辽河口典型污染物响应规律 113
3.1.1 河海界面和潮汐界面的确定 113
3.1.2 河口区重金属响应规律 115
3.1.3 河口区营养盐响应规律 122
3.2 长江口不同形态氮磷营养盐转化 125
3.2.1 不同形态氮磷营养盐转化比例 125
3.2.2 盐度及悬浮颗粒物对不同形态氮磷营养盐的影响 128
3.2.3 数学模型在研究河口氮磷营养盐转化过程中的应用 130
3.3 九龙江口水体硝化反硝化作用 136
3.3.1 水体中含氮营养盐随盐度的变化趋势 136
3.3.2 河口硝化作用 137
3.4 河口典型污染物生态效应 140
3.4.1 大辽河口 140
3.4.2 长江口 143
3.4.3 九龙江口 144
3.5 本章小结 145
第4章 河口边界确定与水生态分区技术研究 146
4.1 河口边界确定技术 146
4.1.1 确定原则 146
4.1.2 确定方法 146
4.1.3 研究实例 147
4.2 河口水生态分区技术 152
4.2.1 分区方法 152
4.2.2 研究实例 153
4.3 河口水生态分区验证 160
4.3.1 沉积环境差异性检验 160
4.3.2 营养盐差异性检验 164
4.3.3 生物类群差异性检验 167
第 5 章 河口水生态环境质量评价指标与评价标准研究 177
5.1 评价指标分析 177
5.1.1 生态类指标 178
5.1.2 有毒有害类指标 180
5.1.3 特征污染物筛选 180
5.2 河口水环境功能分类及标准设置 187
5.3 河口营养盐基准确定方法 187
5.3.1 通用方法 187
5.3.2 长江口各分区营养盐基准研究 189
5.3.3 九龙江口各分区营养盐基准研究 193
5.3.4 大辽河口各分区营养盐基准研究 203
5.4 河口生物基准确定方法 205
5.5 河口有毒有害类污染物基准与标准确定方法 207
5.6 本章小结 210
第6章 河口水生态环境质量评价方法及适用性研究 212
6.1 评价方法的确定 212
6.1.1 基本思路 212
6.1.2 评价方法的筛选 212
6.2 评价技术框架 220
6.3 评价适用性 221
6.3.1 大辽河口适用性研究 221
6.3.2 长江口适用性研究 230
6.3.3 九龙江口适用性研究 235
6.4 本章小结 241
第7章 河口水生态环境管理思考与研究展望 243
7.1 秉承从山顶到海洋的全流域理念，突出河口纽带作用 243
7.2 实施基于河口分区的精细化管理，科学应对突出问题 243
7.3 加强入海河口多学科综合性研究，攻克系列关键技术 244
主要参考文献 245
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入海河口水生态环境质量评价方法研究 节选
第1章 总论 1.1 河口的定义和特征 1.1.1 定义 本书所述河口，专指入海河口。国内外有关河口的研究历史悠久，河口定义也经历了不同的发展阶段。“河口”（estuary）一词起源于拉丁语Aestus，即“潮汐的”。Ketchum（1951）曾明确提出，河口是河水与海水混合并在一定程度上将海水冲淡的水体。在此基础上，河口的定义屡次被更新，直到Pritchard（1967）提出：河口是一个与开阔海洋自由相通的半封闭的海岸水体，其中的海水在一定程度上被陆地排出的淡水冲淡。该定义综合考虑到物理学和化学的诸多因素（地形地貌、水文过程以及盐度等），特别突出了淡咸水混合的特征，在20世纪60年代被普遍使用，也成为河口的经典定义。 随着对河口认识的深入，Fairbridge（1980）主张以潮汐作用来划定河口上游界线，认为河口是河流与海洋之间的通道，它向陆地延伸到潮水的上限。根据该定义，河口通常划分为三段：海洋段或河口下游段，与开阔的海洋自由连通；河口中游段，此段盐淡水发生混合；河口上游段或近河端，主要为淡水控制，受潮汐的影响。该定义进一步明确了潮汐淡水区与上游河流尽管都由淡水主导，但因潮汐涨落而具有独*的水位周期性变化，该区域具有显著的生态学意义。此后，Fairbridge对河口的定义逐渐成为主流。 进入21世纪后，随着水域和海洋科技水平的不断进步，越来越多的科研人员开始将河口的物理过程、生物地球化学过程和生态过程进行耦合，以系统、全面、综合的视角研究河口，并赋予河口更丰富和更有内涵的界定。Khlebovich（1990）提出，河口是一个河流与海洋间的跨界区域，淡水与咸水在该区域内相互混合。作为一个特殊的半封闭水体，其生态系统由多种相互作用的生物和非生物组分构成，在该系统中，各构成要素以及与之伴随的物理、化学和生物过程，均沿着盐度梯度表现出规律性时空变化。 1.1.2 特征 河口特征复杂多样，其物理和化学等构成因素（如地形地貌、溶氧含量和盐度水平）存在很大的时空差异，栖息的生物群落也显著不同。总体来看，将河口与河流以及海洋相比较，河口均具有淡咸水混合、潮汐变化等一些共性特征，包括但不限于以下几点。 （1）水动力特征 受径流、潮汐、波浪等不同驱动因素影响，加上河口独*的地形地貌，河口具有显著不同的水动力特征，通常出现往复流、垂向环流等水动力特征。与此对应，河口往往具有高浓度的悬浮物质，这与径流输入以及河口独*的水动力特征直接相关，它对河口富营养化的形成和发展具有重要的影响。 （2）水质特征 受内陆径流和海洋潮汐双重作用，污染物在河口输移、回荡、随潮汐涨落的时空变化特点十分明显。各类水质指标在不同河口甚至同一河口具有明显的区域特征，环境背景值相去甚远。特别是随着河口水域盐度、悬浮物以及氧化还原条件的时空变化，河口区重金属元素、营养元素、有机污染物的赋存形态也出现相应变化，甚至在河口上下游表现出显著差异。 （3）水生态特征 河口生物长期适应于独*的盐度、温度、海流、水团、底质类型等环境条件，呈现出与河流、海洋显著不同的水生生物类群组成特征，河口生态系统也成为与淡水生态系统及海洋生态系统迥然不同的过渡性生态系统。此处既有淡水生物栖息，也有海洋生物生存，还有仅在河口才出现的半咸水物种，以及生活史中横跨江河和海洋的洄游性生物。图1-1 显示了河口水域的物种渐变模式（双向生态渐变模型）。 图1-1 双向生态渐变模型（仿Attrill and Rundle，2002） 1.2 河口突出生态环境问题 （1）陆源污染物种类增加，环境风险亟待加强管控 我国海洋环境污染物有80%以上来自陆地，其中绝大部分来自河流输入。从1989年以来的中国环境状况公报和中国海洋环境质量公报可以看出，长江口、杭州湾、珠江口等重要河口海湾污染状况长期处于超标状态，环境污染风险并未有效降低。例如，2012年和2018年长江口、杭州湾、珠江口的劣四类水体占比较高，达60%～100%的问题一直存在（图1-2）。其中，营养盐始终是河口海湾污染的主要超标因子。进入21世纪后，典型持久性有机污染物、环境内分泌干扰物等被大量检出。此外，联合国环境署的陆源统计资料表明，全球每年大约有640万t垃圾及微塑料进入海洋。大量研究表明，经陆源污染入海的有毒有害物质已对我国河口水环境质量构成潜在威胁。 图1-2 重点河口海湾海水水质情况（彩图请扫封底二维码） a. 引自《2012 年中国环境状况公报》；b. 引自《2018年中国生态环境状况公报》 （2）海底生物荒漠化，传统经济渔业种类资源衰退 “荒漠化”一词，*早出现在Lavauden（1927）的一篇科学论文中，他使用“desertification”一词来描述撒哈拉（Sahara）地区荒漠化的景观，指出这一地区的荒漠化完全是人为因素造成的。1977年联合国荒漠化大会上采用了“desertification”（荒漠化）这一名词，并明确定义：土地滋生生物潜力的削弱和破坏，*后导致类似荒漠的情况，它是生态系统普遍恶化的一个方面，它削弱或破坏了生物的潜力。荒漠化的实质是土地退化，是土地生物生产力下降，土地资源丧失和地表类似荒漠景观的出现。而受围填海、采砂、风暴潮、养殖、捕捞、水利工程等因素影响，入海河口生态系统同样出现荒漠化现象，河口生物多样性下降，传统经济渔业种类资源衰退、生物群落低级化；破坏了多种河口生物的洄游通道、产卵场和索饵场，危及多种生物的生存；同时泥沙锐减已造成多个河口水下三角洲出现大范围侵蚀等。 （3）生物入侵严重，影响本土生物遗传多样性 生物入侵是指非本地物种由于自然或人为因素从原分布区域进入一个新的区域（进化史上不曾分布）的地理扩张过程（Williamson，1996）。近年来，随着我国海洋运输业的发展和海水养殖品种的传播与引入，生物入侵呈现出物种数量增加、传入频率加快、蔓延范围扩大、危害加剧和造成经济损失加重的趋势。例如，互花米草是一种世界性恶性入侵植物，是 2003 年列入我国首批16种外来入侵物种名单中唯一的海洋入侵种，一旦入侵，能很快形成单种优势群落，排挤其他物种，给生态系统带来不可逆转的危害。互花米草被引入我国之后，在保滩促淤方面发挥了一定的作用。但其良好的适应性和旺盛的繁殖能力，在自然和人为因素综合作用下，造成了大面积的暴发式扩散蔓延，导致入侵地原有生物群落的衰退和生物多样性的丧失。20世纪90年代，在厦门马銮湾和福建东山相继发现一种原产于中美洲的海洋贝类——沙筛贝，沙筛贝的入侵造成虾贝等本土底栖生物的减少，甚至绝迹。外来物种同时还会带来遗传污染，通过与当地物种杂交或竞争，影响或改变原生态系统的遗传多样性。 （4）全球变暖致海洋生态系统结构改变 全球气候变化对人类的影响是灾害性的。与此同时，随着全球变暖和环境污染的加剧，海平面上升，海洋盐沼湿地、红树林等生态系统受到巨大威胁，海洋生物种群结构和生态系统将发生变化。以长江口为例，近30年来，我国沿海海平面总体呈波动上升趋势，高于全球平均值，长江三角洲地壳处于沉降运动中，导致海平面上升的影响高于全国平均水平。海平面上升除带来海岸带侵蚀与剖面调整、风暴潮加剧、盐水入侵等自然灾害外，对潮滩湿地的影响显而易见。据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）推测，至2050年，长江口地区平均海平面将可能上升40～70cm。 （5）生态灾害频现且向口内蔓延 在我国着眼海洋、大力发展蓝色经济的同时，赤潮、绿潮与水母等生态灾害频发，对沿海人民的财产安全、沿海地区的经济发展和海洋生态构成威胁，海洋环境灾害防治任重而道远。与20世纪相比，我国不仅赤潮的发生频率和累计面积呈现明显增加的态势，赤潮时空分布也不断扩大，全年各月份和全国近岸海域乃至近海海域均有赤潮发生。与20世纪90年代相比，21世纪以来，无论是发生频次，还是涉及的海域面积，赤潮灾害都呈现骤增趋势。通过对长江口及毗邻海域近40年来海域赤潮发生事件的统计，截至2009年，该海域发生了174次赤潮，赤潮使长江河口及邻近海域营养盐结构发生改变，河口水域生物种群结构发生巨大变化，赤潮发生次数呈现逐年增加趋势，赤潮发生范围已呈现向口内蔓延的态势。 （6）河口湿地、红树林等典型生态系统退化严重 我国的盐沼湿地主要分布在长江、黄河、珠江、辽河、海河等河流入海处，即河口区域。我国主要河口湿地面积大于1.14×106km2，具有代表性的河口湿地包括长江口、黄河口、双台子河口和珠江口的河口湿地。目前，长江口水下三角洲与部分潮滩湿地已出现明显蚀退，导致长江口生态系统的生物多样性自我更新功能下降，主要表现在功能物种（关键种）生存必需的小生境日渐消失，资源类生物和珍稀濒危物种种群呈现不同程度的退化。红树林是典型海洋生态系统，是全球海洋生态与生物多样性保护的重要对象。过去50年来，受到各种自然和人为因素干扰，红树林湿地面积大为缩小，红树林种类也有所减少。《2012年中国海洋环境状况公报》显示，我国南部海域典型红树林生态系统中，红树林面积曾达到25万hm2，20世纪50年代锐减至5.5万hm2，80～90年代减少至2.3万hm2，21世纪初面积约为2.2万hm2，红树林面积缩减速率有所放缓，但仍呈减少趋势。红树林的消失严重影响了海湾的生态系统，使生物多样性和滨海环境质量下降。 （7）咸水入侵 咸潮是沿海河口附近的一种水文现象，它是由太阳和月球（主要是月球）对地表海水的吸引力引起的。河口地区咸潮上溯是注入海洋型河流的河口*主要的潮汐动力过程之一，是河口特有的自然现象。咸潮在沿海地区，尤其是河口区域常见，多发生在冬春旱季。但是近几年来，沿海咸潮频繁发生受到人类活动的影响。例如，滥采河沙行为愈演愈烈，致使江河下游河床坡度减小，导致咸潮上溯的范围扩大、次数增多。 1.3 国内外河口管理实践 1.3.1 河口边界的确定 1. 欧盟 2002年发布的《欧盟过渡和海岸水体分类方法及参照条件导则》（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体，由于接近沿岸海域，水体略带咸味，但基本上受淡水径流影响。欧盟建议根据以下特征或要素确定河口与近岸海水的边界：①盐度梯度特征，较大河流输入淡水的影响很可能会延伸到近岸水域；②地形特征，如岬和岛屿，也可以用来定义河口水与近岸海水的边界，其形态特征可能与生物学边界相符；③模型及有关国家和地区法规中定义的边界。在确定河口与淡水段边界线方面，欧盟主要建议如下两种方法：淡水/咸水边界或潮汐影响的界限。在较大的河口，潮汐影响的界限比淡水/咸水边界更深入内陆，并且比处于不断变化过程中的淡水/咸水边界更容易确定。 2. 澳大利亚 澳大利亚昆士兰州2013年发布的《昆士兰水质导则》（Queensland Water Quality Guideline）指出，河口的一般定义应该包括淡咸水混合且潮汐作用明显的河流终端；感潮河口由于接触海岸线开始变宽；半封闭水体，海水被径流淡水偶尔稀释。Moss等（2006）把河口定义为具有下列特征的半封闭近岸水体：来自大洋的盐水与来自陆地的淡水混合，具有不同盐度梯度，海洋和河流沉积物共同存在。 3. 美国 美国环境保护署（United States Environmental Protection Agency，USEPA）2001年发布的《河口与近岸海域营养盐基准技术指南》
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