茅尾海资源环境优化

2012-08-17 09:51:33 来源:写作指导

 

河口海湾通常具有高生物生产力和高生态服务功能,又具有优良的避风浪条件,是沿海地区社会经济发展极其重要的自然资源。渔业养殖生产、港口开发建设、临港工业发展和海洋运动娱乐等开发活动大多集中在海湾地区。但由于海湾两侧岸线的遮挡,波浪、潮流能量较低,泥沙通常在湾内沉积成大片海滩。当泥沙来源不断时,海域将不断淤浅,海湾面积不断萎缩,最终将走向消亡;当排入海湾的工业废水和生活污水超出海湾的水体自净能力,将引起海湾水质恶化赤潮频发鱼虾死亡;当引入水产养殖品种不适宜或外来生物入侵,将引起海湾生物多样性下降进而破坏生态平衡;当人工构筑物(如,码头、桥梁和围垦等)布局不合理,将使海湾的水动力环境和动力地貌环境发生改变进而影响海湾的其他开发利用活动甚至使港口城市走向衰退。例如,泉州港[1-2]在宋、元时期曾是世界性大港,港口包括洛阳江口之后诸港、大盈溪口之安平港和泉州湾口的獭窟岛港等,到了明朝,却因港口淤塞而使建立了380余年的泉州市舶司迁往福州。又如,山东蓬莱的登州港[3],曾是北方重要的海洋文化发源地和东方海上丝绸之路的始航地。由于流入登州港湾的黑水、密水两条河数千年携沙沉淤,加上垃圾入海人为淤积和筑墙修坝,1860年终因“港狭水浅”、不适合通航而将通商口岸改至烟台,从此登州古港衰落,蓬莱逐步失去了作为区域中心城市的地位。   目前,许多国家和地区已开始意识到港湾功能退化的严重性而采取积极的整治措施。日本、美国曾通过立法建立管理体制、开展科研调查和加强环保宣传等措施对濑户内海、切萨皮克海湾开展综合整治,使海湾水质、渔获量和自然景观得到改善,进港船舶以及吞吐量增加,滨海旅游业接待人次不断增多[4-5]。地中海、波罗的海和北海沿岸等欧洲国家则通过采取制定公约减少和限制有毒化学物质使用、共同合作出资建立污水处理厂、在政府和社会各阶层中开展合作等措施,缓解海洋生态环境的恶化、减少赤潮和溢油灾害的发生。中国为改善渤海湾的生态环境,制定了《渤海沿海资源管理行动计划》《渤海综合整治规划》以及《渤海碧海行动计划》等一系列整治措施。当前,海湾综合整治则进入了强调改善海湾生态景观和发展滨海旅游业的时期。   关于海湾综合整治技术和措施对策,已有一些可供借鉴的方案。1995—1999年日本工业技术研究所与海洋环境控制部通过调查、试验和建立模型等对濑户内海的环境缓解及整治措施进行研究,提出通过采取合适的技术再造海草场、潮间带和海滩,通过维护自然的净化能力、保护健康的水循环等来修复濑户内海的海洋环境,确保海洋环境的多样性和长期稳定性[6]。Hass[7]和Blanchi等[8]通过对地中海水质污染情况的分析,提出通过国际环境合作来拯救地中海、建立海洋生态研究模式保护和修复地中海生物多样性的建议。Zaitsev[9]提出通过生态养殖建立沿海湿地自然保护区、设立区域性的红皮书、合理科学地制订黑海行动计划来保护和恢复黑海生态多样性。龙江平[10]、屈强[11]、王琪等[12]提出了减轻渤海生态环境恶化的整治对策;郑久清[13]和苏孙斌等[14]提出了厦门湾海域综合整治的相关技术对策。   同时,国内外学者还通过建立数值模型,包括水动力模型、水质模型和生态模型等综合整治效果加以预测评估。张伟等[15]应用ECOM-SED数值模型预测威海湾岸滩整治工程的效果,刘修德等[16]通过建立潮流、水质、波浪和泥沙模型对福建沿海13个海湾的围填海规划的海洋环境效应进行系统预测;邓宗成[17]通过建立潮流数值模型及“平流—扩散浓度模型”预评估胶州湾整治方案实施后的海域水动力、水质环境影响。王萱等[18]建立了围填海导致的海湾环境容量损失的预测评估模型。郭珊[19]利用MIKE21模型研究了青岛前湾港区疏浚对潮流场和悬浮物扩散的影响。随着数值模拟技术的不断发展,通过建立数值模型模拟岸滩侵蚀过程、海域水动力环境变化和生态环境变化等预测整治方案效果并提出优化方案,将成为海湾综合整治的重要技术支撑。   1研究区概况   1.1茅尾海地理区位及保护开发要求   茅尾海地处广西钦州湾内湾,为一袋状内海,南北纵深约18km,东西最宽处为12.6km,面积约135km2,口门宽3.7km。茅尾海巨大的纳潮量,使其口门维持着一条深达15m的深水航道,这是钦州港建设10万吨级泊位的建港条件;同时茅尾海湾顶有钦江(含大榄江)和茅岭江汇入,为典型的河口湾湿地,潮滩广布,生长有大片的红树林,红树林间夹长有茳芏。白鹭、蓑衣鹤以及大量的鱼、虾、贝类等种类繁多的生物生活在其中,盛产大蚝、青蟹、对虾和石斑鱼,被钦州人民称为“母亲海”。随着“中国—东盟自由贸易区”的正式启动和“北部湾经济区”的开发建设,茅尾海的重要性日益提高,国家和广西壮族自治区高度重视茅尾海的开发和保护工作,2008年批复的《广西北部湾经济区发展规划》明确提出要“建设茅尾海海洋生态保护区”,2010年《广西壮族自治区人民政府工作报告》提出要“加快推进茅尾海国际滨海旅游度假区建设”的要求。   1.2茅尾海资源环境存在的主要问题   1.2.1海域面积萎缩,海域不断淤浅   茅尾海沿岸围塘养殖面积不断扩大,茅尾海自由纳潮面积不断减少,而茅尾海上游河流钦江和茅岭江带来的泥沙在河口两侧不断向海推进,致使茅尾海不断淤浅,影响纳潮量,进而影响茅尾海内湾的通航能力,同时威胁着茅尾海口门钦州港的水深维持能力。   1.2.2水交换能力减弱,水质底质呈下降趋势   茅尾海内大量打排吊养大蚝、严重影响了茅尾海的水动力环境和水交换能力;而上游钦江、茅岭江带来的工业、生活污水及沿岸虾塘养殖排出的污水以及流域内的矿山开采,使茅尾海海水污染日益严重,水质底质呈下降趋势。最近几年的监测结果表明[20],茅尾海已属于轻度污染海域。#p#分页标题#e#   1.2.3生态退化,特色渔业效益下降   沿岸群众围垦养殖、围海造田和砍伐薪柴等活动,使红树林资源遭到破坏,影响了以河口红树林滩涂湿地为栖息地的幼虾、幼鱼、饵料生物和贝类、甲壳类的生长;钦江、茅岭江的建桥筑坝,影响了水产动物的洄游;20世纪80年代以来,过度捕捞破坏了主要经济种类的资源恢复能力;沿岸工业和生产废水以及船舶排出的污油废水,加上茅尾海养殖自身的污染,养殖效益急剧下降,已对大蚝母本资源的可持续发展构成威胁。   1.2.4海水浑浊,岸滩视觉景观凌乱   茅尾海的底质多为淤泥,在涨落潮和风浪的扰动下,海水中悬浮物含量较高,海水浑浊。而且,茅尾海养殖生产活动和渔船通航活动抛下的不易降解的垃圾,漂移到水动力较弱的海湾、滩涂上面和红树林之间淤积,视觉景观凌乱。   2研究路线   应用态势分析法(SWOT分析法)提出茅尾海综合整治的方向和理念;通过对茅尾海资源环境的调查分析和评价,提出茅尾海综合整治方案;并借助数学模型方法分析整治前后茅尾海水动力环境和冲淤环境变化,作为判定综合整治方案是否可行的重要参考。总的研究路线如图1所示。   2.1态势分析法(SWOT分析法)   SWOT(strength,weakness,opportuni-ty,threats)分析将所涉及的内部优势、弱点、外部机会、威胁这些变化因素用系统的思想进行相互匹配综合分析,得出一系列未来发展的可选择对策。其基本思路是:发挥优势因素,克服弱点因素,利用机会因素,化解威胁因素。又称TOWS分析,道斯矩阵。   2.2资源环境调查与评价   调查采用野外现场调查和遥感调查相结合,并收集必要的历史数据,相关专题见表1。在此基础上,广泛搜集相关资料,包括海洋功能区划、周边陆域规划对临海产业、海洋产业的发展定位以及茅尾海水质、底质和生物生态调查资料等,对茅尾海的地质地貌环境、水动力环境、水质底质环境、生物生态环境、特色资源及其开发利用现状等作出定性或定量的评价。   2.3水动力环境的数值模拟   选用正交曲线坐标系下的平面二维潮流数学模型进行天然状况下的潮流场模拟计算及验证,在此基础上预测综合方案引起的潮流场和泥沙场变化。   3研究结果   3.1茅尾海资源环境特征   茅尾海是由于距今7000~8000年左右海平面快速上升、北部湾海水侵入钦江和茅岭江古河谷、淹没钦州盆地西南部区域而形成的,为典型的巨型溺谷湾。西岸、北岸现大多为人工海岸,东岸为淤泥型海岸、沙泥质海岸和生物(红树林)海岸等,南部为狭窄的天然深水潮流通道。由于湾顶的钦江和茅岭江运入的泥沙在河口附近沉积并不断向海推进,形成广阔的沙质和泥沙质潮间浅滩、潮沟、河口沙坝和潮流冲刷深槽等,大致成近南北向展布。茅尾海口门呈不规则且起伏不平的峡谷形态,明礁和暗礁较多,湾口南南东向和南南西向的沙洲将潮汐通道分割成东、中、西3个分支。茅尾海潮波的运动主要由钦州湾口输入的潮波能量维持。潮汐性质属正规全日潮,每月约有2/3的时间(20天左右)在一个太阴日内出现一次涨潮和一次落潮过程,约有1/3的时间(10天左右)在一个太阴日内出现两次高潮和两次低潮。平均海平面随钦江、茅岭江的枯水期和洪水期而变化。枯水期时,平均海平面低;洪水期间,平均海平面升高。最低值一般出现在2—3月,最高值出现在6—9月。潮流性质属于不规则全日潮流,运动形式以往复流为主,以较小的幅度偏摆于潮汐水道纵轴的方向,且落潮流速均大于涨潮流速。钦江和茅岭江陆源径流的注入,使茅尾海的营养物质、浮游生物和底栖生物丰富,而成为海上的天然牧场,非常适宜大蚝、青蟹、对虾和石斑鱼等名贵海产品的繁殖生长,是钦州市海洋渔业养殖基地,牡蛎、对虾、青蟹和石斑鱼“四大名产”驰名中外。茅尾海的海面通常风平浪静,宛如一面巨大的镜子镶嵌在北部湾的北端,“海阔、浪静、泾幽”,波光潋滟,可比西湖。茅尾海河口湿地的红树林生长茂盛,间有茳芏(俗称蒲草)和芦苇等种类繁多植物,犹如海上莽原;在秋冬季,红树林和海草呈现出极其和谐的自然色彩变换,颇为壮观;在这片湿地上,鸟类繁多,有斑鸠、白鹭、灰鹤、海鸥、红隼和水鸭等。上述这些,使茅尾海成为我国不可多得的特有生态景观环境。茅尾海南端的龙门群岛,集自然景观和人文景观于一体,是综合性生态旅游胜地。   3.2茅尾海资源环境优化方向   3.2.1增加(至少维持)茅尾海纳潮量   茅尾海海湾宽阔,出海口门狭窄,形成了涨潮时间长(约16h),退潮时间短(约8h),落潮流速大于涨潮流速,海水急速冲刷,自然带走淤积泥沙,在出海口处冲刷并维持天然深水潮汐通道,造就了避风良港———钦州港。因此,茅尾海的纳潮量与钦州港的可持续发展息息相关,可采取浅谈清淤和航道疏浚的办法增加纳潮量。   3.2.2改善茅尾海水质和生态环境   塑造海岸和近海景观,满足海洋公园和滨海新城区建设要求。加强对沿岸城市生活污水和围塘养殖废水的入海监管,减少对茅尾海水质环境的污染;淤泥滩清淤深度达到低潮不露滩,并在正常风浪条件下,底泥不被风浪卷起,以改善低潮期间海水混浊、岸滩凌乱的状况;优化红树林湿地生态景观,并在适宜岸段铺设人工沙滩,塑造临海景观。   3.2.3保护茅尾海的特色渔业   保护茅尾海独特的河口湿地红树林生态环境和特色海产品养殖环境,并随着城市化进程考虑部分转化为都市休闲旅游渔业。茅尾海被誉为钦州海上“生态牧场”,因其咸淡水交汇,滩涂红树林湿地广布,非常适宜大蚝、青蟹、对虾和石斑鱼等名贵海产品的繁殖生长,这里的海产品产量往往要比其他海域多出一倍到好几倍,因此保留该特色渔业,并考虑逐步转化为都市休闲旅游渔业,以保障渔民的生产生活。同时,茅尾海分布有全国最大的海岛红树林区,红树林具有固滩护岸、净化水质、维育生物多样性和减少赤潮的作用,除河道清淤和航道疏浚不得不挖除外,则予以全部保留。#p#分页标题#e#   3.2.4清淤疏浚泥沙为滨海新城建设提供土方来源   滨海新城陆域低洼土地平整、围填海需要大量的沙土方量,而茅尾海淤积严重,通过部分滩涂浅海清淤和航道疏浚可为土地平整提供沙土方来源。   3.3茅尾海综合整治方案   根据SWOT分析定位,茅尾海综合整治必须保障城市景观用海、湿地生态用海、休闲旅游用海、港口航道用海以及渔业用海等需求,依据海洋功能区划,茅尾海综合整治的总体空间结构布局。(1)根据岸滩地形在必要的某些岸段进行清淤或围填,对红树林岸段进行生态修复。(2)对钦江河道进行清淤整治,打通葵子江河道,并在适当河段开挖内湖,增加纳潮量和蓄洪容量。(3)整合茅尾海的港口航道资源,将沙井港渔货船服务基地迁址到沙井岛西北面,沙井港转型为游艇基地。(4)滨海新城土地平整过程中,因存在养殖池塘、低洼地而需要大量的砂土方,将茅尾海西南部富砂区开辟为海砂开采区。(5)在综合整治实施过程中,因涉及滩涂浅海清淤、养殖海域征用和养殖设施拆迁等,采取分三期实施,避免工程期拉长而导致海域资源闲置。   3.3.1工程整治方案   (1)河岸和海岸防护。合理利用钦州河口的河网汊道布局景观水道和通航水道,同时充分考虑排洪排涝要求,适当开挖内湖增加蓄洪能力,确保城市防洪防潮安全。为确保河口区的防洪排涝安全,根据钦江河网历史洪水调查水面线成果资料,建立河口水位—流量相关关系、采用P-Ⅲ型频率曲线分析推算河口区典型断面在不同洪水重现期的防洪防潮高程(表2);为确保海岸防潮安全,利用龙门验潮站1953—2009年的年最高、最低潮位资料,用极值Ⅰ型分布律方法求得各不同重现期的极端高、低潮位,然后建立沿岸典型站位与该验潮站的相关关系,推算沿岸典型站位的极端高、低潮位(表3)。然后根据国家防洪标准,20万~50万人的中等城市采用50年重现期标准作为河口区护岸标高,同时根据《海港水文规范》,采用累计频率10%的潮高、低潮位作为海港工程的设计高水位。   (2)浅滩清淤与航道疏浚。根据地质钻探勘察和浅地层物理探测结果,岩层埋深在海底面以下2~8m,且大多在海底面以下4m;基岩风化不均匀,其岩性变化较大,有泥质粉砂岩、粉砂岩、泥岩和砂岩,中风化岩层中局部间夹薄层强风化岩层。说明茅尾海浅滩清淤和航道疏浚在一定深度范围内是可行的。为保障滨海新城的临海景观和海水水质要求,近岸滩涂浅海清淤需要达到低潮不露滩,并在正常风浪条件下,底泥不被小区风浪卷起,使海水在大部分时间保持清澈。根据沙井站各重现期水位计算成果表,重现期为50年的沙井站低潮位-2.13m,为达到低潮不露滩并有一定的备淤深度,确定浅滩清淤标高-2.5m。为保障周边渔民的生产通航需要和旅游发展需要,对茅尾海的港口航道资源加以整合,在沙井岛西面选址建设渔货码头,现有沙井码头改造为游轮码头。兼顾航道建设的经济性,把航道的通航规模定位于:乘潮通航500~600客位的客轮和2000吨渔货船,其满载吃水深3.0m,航道通航水深3.5m,确定航道清淤疏浚至-4.0m。   3.3.2沙滩修复(人工沙滩设计)   根据茅尾海东岸水动力和泥沙环境条件,并不具备形成优良天然沙滩的条件。但实地考察发现,在茅尾海东岸沙环村附近海岸有小规模沙滩发育,说明沙环一带部分岸段具备一定海滩修复潜质,考虑作为人造沙滩建设的岸段。该岸段陆侧岩性主要为棕黄色或红褐色下古生界和中生界砂岩、粉砂岩、泥的多级剥蚀台地。在水动力作用下,海岸不断蚀退,崩塌的土石崖块体在波浪和海流的冲蚀下,逐渐扩散于滩地上,其中细粒泥沙被潮流带走,残留粗粒泥沙直接覆盖在海蚀平台上,在岸边高潮区形成宽约60~90m的沙滩带,外带(中、低潮区)为宽阔平坦的淤泥质滩,坡度约5°~6°。对该岸段海滩砂采样分析表明,表层沙质沉积物大多为由石英、长石组成的粗中砂,向海呈现从砂转变为砂质粉砂,乃至黏土质粉砂的趋势。综合考虑茅尾海属于河口湾内海,波浪、潮流等水动力条件和水质条件并不理想,如,建设开放式的人工沙滩,钦江入海潮流通道距离该选址岸段较近,人工补沙后的沙滩泥化、沙滩外缘沙源流失等问题将比较严重,尤其是人造沙滩被浮泥覆盖并逐渐加积(即滩面“泥化”)问题目前尚无简单有效的工程措施可以解决。因此建成封闭式或半封闭式的海岸后方海水浴场比较可行。   3.3.3生态保护与生态旅游开发   茅尾海综合整治后,康熙岭近岸滩涂片区、沙井岛南部滩涂片区、尖心围南部片区的红树林将作为湿地景观保护区保留。根据各片区红树林的树种和生长特点、景观特色,进行保护和适当的生态景观塑造、生态旅游开发。例如,康熙岭沿岸片区,原生红树林与人工种植红树林穿插,品种多样性高,可标识红树林树种,形成红树林观光、科教和研究基地;沙井岛南部片区,红树林生长茂盛,而且与海草植被穿插生长,不同季节呈现不同的自然色彩变换,极为壮观,可建设观光栈道、游艇通道,形成湿地旅游观光区;坚心围南部片区,红树林生长茂盛,可供游艇进入,或游人岸上观光;岸滩整治或围海造地区、浅海清淤航道疏浚需要挖除的红树林,宜采用人工移植的办法移植到红树林区。茅尾海整治后保留的中部和南部特色渔业养殖区,可根据自然资源状况,分为海水人工养殖区和海水自然养殖区;并随着城市化进程,部分渔业可转为休闲旅游渔业。对转变观光旅游的人工养殖区,可增设广告牌、说明牌,增加可进入性;在海水自然养殖区,可开设捕鱼和钓鱼等娱乐项目。例如,龙门群岛泾湾和岛屿周边颇有特色的“十里蚝排”,已成为观光旅游的一个亮点。   3.3.4海岸景观优化与文化打造   综合整治后,茅尾海将建成海洋公园。作为海洋公园,除了红树林湿地生态景观,还必须塑造海岸景观,完善旅游基础设施,打造特色文化。根据茅尾海滨海新城规划,茅尾海东岸建设高端酒店、高端别墅住区、企业会所、静修会所、世界风情宗教建筑、政府接待中心以及人工沙滩浴场等,全面提升当地的临海产业。沙井岛南端建设高端酒店、商务会展场所的同时,形成最具识别性的滨海海岸地标性建筑;利用现有沙井码头改造,建设游轮码头,同时建设游艇驳岸和相关的娱乐休闲活动场所,为高端游客提供高端服务。茅尾海西岸红树林观光海堤,可建设休闲步行锻炼游览通道。#p#分页标题#e#   4结论   茅尾海资源环境在自然演变和人类开发利用活动影响下呈现比较严重的淤积态势和生态退化态势,对特色渔业的可持续发展和钦州港天然深水条件构成潜在的威胁因素。茅尾海实施综合整治,旨在遏止上述不利态势,同时建设海洋生态保护区和海洋公园,服务于钦州滨海新城的建设发展。但综合整治涉及的范围大,清淤搅动泥沙悬浮扩散再沉降,将对茅尾海海底地形地貌、水质环境、底质环境、海洋生物造成暂时的较大影响,尤其是对海底地形地貌、海洋生物的影响时间将相对较长。数模分析结果表明,茅尾海综合整治水动力环境变化如下。   (1)纳潮量变化:茅尾海口门的平均进出潮量相对于综合整治前约增加0.427亿m3。   (2)水交换能力变化:茅尾海清淤后水体半交换周期增加20h。增加的原因主要是清淤后水深加大,原低潮时露滩的海域没有海水留存,而清淤后则仍有海水留存。清淤前水体半交换周期时高浓度区位于沙井港西侧南定坪海域;在各河流入海口由于有径流注入,浓度均较低。清淤后高浓度区基本位于清淤海域;各河流入海口浓度均较低。   (3)整治后回淤速率:清淤工程实施后茅尾海泥沙会有所回淤,回淤范围位于清淤区及围海造地前沿海域,清淤区回淤量不超过10cm/年,围海造地岸线凹角处可达16cm/年;在清淤区以南局部海域泥沙回淤强度有所降低,降低幅度可达-3cm/年,即呈冲刷状态。清淤后可减轻钦州港航道的泥沙淤积,对航道水深维护较为有利。预计清淤工程导致的泥沙回淤需要5年时间进行调整,在此期间泥沙回淤强度逐渐减弱,并达到一个新的平衡,进入自然冲淤状态。   茅尾海综合整治后的另一个重大变化是海洋产业将从比较单一的渔业养殖、渔货运输转向生产渔业与旅游渔业、生态保护与滨海旅游和游艇娱乐与海上运动等集群产业,提高海洋经济效益,推动当地社会经济发展。