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1、海洋倾倒区监测技术进展以加拿大Black point海洋倾倒区为例付元宾，刘娜（国家海洋环境监测中心，辽宁，大连 116023）摘要：海洋倾倒区的监视监测是倾倒区管理工作中的重要一环，以加拿大Black point海洋倾倒区的监测活动为例介绍了海洋倾倒区监测中的一些新技术。关键词：海洋倾倒区 监测技术the development of the technology in monitoring ocean disposal siteBlack point ocean disposal site as an exampleFu yuan-bin, Liu Na(National Marine E
2、nvironmental Monitoring Center, Dalian 116023)Abstract: The monitoring is very important work in managing ocean disposal sites. In this paper, we take the Black point ocean disposal site in Canada as an example, introduced some new methods and points in ocean disposal sites monitoring.Key words: oce
3、an disposal sites; monitoring technology我国是一个海洋大国，拥有18000公里的大陆海岸线，沿海地区人口稠密、工业发达，人为活动产生的废弃物（生活垃圾和工业垃圾）与日俱增。与此同时，海上交通运输和海岸工程项目的快速发展也产生大量疏浚物，据统计，全国港口年疏浚量可达8.0107m3，其他海岸工程项目年疏浚量可达1.0108m3 1。科学合理地海洋倾倒不但可以节约有限的陆地空间资源，还可以大量的节省人力、财力。在此情况下，我国海洋倾倒区的数量正逐年增加，仅2001年全年就签发倾倒许可证541份2。而倾倒区的后期的监视监测不但是倾倒区管理的必要手段，同时也是倾
4、倒区管理的重要依据，对于倾倒时间长、倾倒物污染较重的倾倒区尤其如此。中华人民共和国海洋倾倒区管理条例明确规定：“主管部门对海洋倾倒区应定期或不定期地进行监测，加强管理，避免对海洋资源和其他海上活动造成有害影响。”除了常规的技术和设备，近些年来一些以前未被用于海洋倾倒区监测的技术已经被运用到一些国外的海洋倾倒区监测活动中，并且取得了良好的效果，其中一些技术和思路对我国的倾倒区监测很有借鉴和启示意义，本文主要以加拿大Black point海洋倾倒区为例予以介绍。1. Black point海洋倾倒区概况Black point海洋倾倒区位于加拿大圣约翰港南部（图1），平均水深20m左右，在过去的40
5、年里一直作为圣约翰港航道清淤时疏浚物的主要倾倒区。倾倒区位于一个相对开放的海洋环境中，受到圣约翰河入海辐射流、潮汐、冬季风暴潮等诸多因素的影响。加拿大政府一直重视倾倒区的监视监测工作，自1992年以来已开展了两次分别为期三年的大型检测研究活动。图1 倾倒区位置图2. 具有借鉴意义的技术和方法2.1多波束测深和侧扫声呐的功能合一多波束测深是近年来发展并成熟起来的一种高效率、高精度的测深技术，它利用多个换能器，可以同时进行海底宽度为w的条带状区域内的水深测量，w和水质、底质等因素有关，理想情况时可以达到水深的7倍（见图2）。而侧扫声纳系统是将海底回波强度信息转换为侧扫图象数据从而获得海底地貌图的一
6、种水声设备。在很长一段时间内多波束测深和侧扫声纳是作为两类不同的声纳设备并行发展的，但随着不断的发展，多波束测深仪在水平覆盖宽度以及覆盖范围内的采样数据量两方面都达到了侧扫声纳的水平，通过检测多波束系统回波信号的强度同样可以获得侧扫图象数据，从而出现具有侧扫声呐功能的多波束系统。图2 多波束系统工作示意图在Black point海洋倾倒区的监测中采用的是Simard EM3000型多波束测深仪，在测深的同时进一步开发了系统的侧扫声呐功能，采集回波信号的强度并绘出了测区地貌图（图3），进而分析海底各种诸如航道、倾倒堆体、岩石露头等各种地貌体。此外，还可以运用回波强度来分析粗细沉积物在海底的空间分
7、布情况。图3 Simard EM3000生成的海底地貌图2.2海底照像技术的应用2.2. 1利用海底照像技术分析物质输运方向加拿大地质调查局于1999年利用大量的海底照像分析了海底物质的运移方向，照像技术相对于多波束、声纳来说更具有灵活性，而且能更精细地反映海底形态从而判定沉积物的运移方向，图3是倾倒区外部水深约37m处的海底照像，图4是倾倒区内部水深约13m处的底床照像。从图3中可以看到尺度为0.5m的沙波，沙波的陡坡面指示出沉积物的运移方向，从图4中可见由于砾石对细颗粒物质的阻挡作用而产生的慧尾构造（comet marks）也能指示出沉积物的的运移方向。 图3 海底照像中的沙波 图4 海底
8、照像中的慧尾构造(comet marks)2.2.2利用海底照像技术分析生物情况加拿大地质调查局于2000年采集了共约400副海底相片以分析倾倒区及周边区域海洋生物的种类、丰度情况。图5是在倾倒区断面上拍摄的两幅照片，水深分别为13m和34.6m，图6是倾倒区以外的海底相片，水深分别为55m和56m。从中可以看出 ，倾倒区内底床沉积物被搅拌混合，水动力作用强烈，生物扰动非常少见，生物种类多是附着于石头上的贝类（类似于Balanus crenalus），罕见大型浮游生物，总体来说生物密度很低。倾倒区外部水体的湍动要远低于倾倒区内，底床覆盖多为粉沙，类似于双壳贝类的虹吸管、环节动物爬痕等这样的生物
9、痕迹随处可见，展现出较之倾倒区内部更为丰富的海洋生物群落。 图5 倾倒区内的海底照像 图6 倾倒区外的海底照像2.3 波浪、潮流、悬沙浓度的同步观测无论是利用多波束测深还是底床照像分析，其对沉积物的输运都只是定性的分析。沉积物的输运受波浪、潮流的影响，是一个非常复杂的过程。现场观测数据对定量分析沉积物输运有着重要的意义。在Black point海洋倾倒区的监测中使用了可以长期、同步观测波浪、潮流和悬沙浓度的仪器RALPH。RALPH是一套底部固定与海底的全自动平台装置（图7），主要用于海洋环境下波浪、潮流和沉积物运移的长期同步观测。这套装置的主要感应器包括1个压力传感器，4个电磁测流计（EMC
10、M）和6个回声感应器(OBS)。压力传感器和电磁测流计用来测量波浪和潮流，回声感应器用来测量悬浮物浓度。几个电磁测流计和回声感应器分别被安置于不同的高度，以便进行不同层位的同步观测。在Black point海洋倾倒区的监测活动中利用这套装置进行了20天的连续同步观测，取得的大量珍贵的第一手资料。图7 RALPH外观图2.4 沉积速率的地化分析沉积速率的地化分析是利用沉积物中溶解铵浓度沿深度上的变化梯度来近似确定沉积物沉积速率的一种方法。GSC-Atlantic地球化学实验室自1984年以来分析了大量的柱状样，发现作为生物氧化作用的结果，总体来说沉积物中溶解铵浓度是沿深度增加的，且表现出良好的线
11、性。铵浓度的增加有赖于有机物质的补充（有机碳埋藏率），而有机碳埋藏率又是沉积物沉积的结果。基于这种关系，在大量研究样品的基础上，Cranston于1997年得到了沉积速率和铵梯度之间的关系图（图8），可以看出相关性非常显著，这样只要知道铵浓度沿深度的变化梯度和沉积物中有机碳的百分含量，就可以近似的计算出当地的沉积速率，这种方法可以应用在铵梯度介于10-4mM/m与102 mM/m的海区。相比较于放射法、沉积物捕获法和微古生物学方法等其他取定沉积速率的方法，铵梯度法具有经济、快捷、适用范围广等优点。图8 沉积速率与铵梯度关系图在最近的研究中，利用铵梯度法对Black point海洋倾倒区及其周边海域的12个柱状样进行了分析，分析结果见图9。从图中可以看出，港口航道口门处的沉积速率最高，可超过2000cm/Ka，这可能是受圣约翰河的影响；倾倒区附近由于受到倾倒活动的影响，沉积速率在5002000 cm/Ka之间。图9 倾倒区附近海域沉积速率计算结果图3. 结语 海洋倾倒区的监测是倾倒区管理的重要手段，国内在此方面长期以来不同程度的存在着缺乏有效监测或监测手段单一落后的问题。学习和借鉴国外的先进经验，引进新技术、开拓新思路对于搞好我国海洋倾倒区的管理和规划无疑是大有裨益的。
