臨時海洋傾倒區(qū)傾倒實驗

改造者：陳燕珍　鄧 爽　王 靜　劉希剛　趙 杰

臨時海洋傾倒區(qū)傾倒實驗

改造者：陳燕珍鄧 爽王 靜劉希剛趙 杰

本文通過在莊河港區(qū)黃圈碼頭通用泊位工程臨時海洋傾倒區(qū)開展疏浚物傾倒實驗，分析在傾倒過程及傾倒完成后一段時間內，懸浮物的擴散范圍。傾倒實驗表明在傾倒量為1000 m3的底開方式傾倒情況下，傾倒疏浚物很快沉降到海底，懸浮物擴散范圍有限。

目前我國大部分的海洋傾倒區(qū)設置的主要目的是用來容納傾倒港池、航道等疏浚物。向海洋傾倒區(qū)傾倒疏浚物，勢必形成一定的懸浮物擴散和遷移，影響水體和沉積物中的懸浮物的含量和成分，造成一定的海洋環(huán)境影響。

莊河港區(qū)黃圈碼頭通用泊位工程臨時海洋傾倒區(qū)是2011年7月批復設立的，傾倒區(qū)中心點為123°20′00″E、39°33′00″N，半徑1 km，面積3.14 km2，在此傾倒區(qū)開展傾倒實驗，擬通過連續(xù)的跟蹤監(jiān)測，掌握傾倒疏浚物擴散影響情況。

實驗方法

根據(jù)《傾倒區(qū)監(jiān)測技術規(guī)程》，本次實驗采用船舶直接采樣分析法。

在海上現(xiàn)場投放傾倒物，用船只直接進行采樣，分析疏浚物傾倒形成的懸浮物在時間和空間上的變化。試驗用船三艘，一艘固定于疏浚物傾倒投放點，觀測海流，并在傾倒船投放疏浚物后連續(xù)采樣；另兩艘跟蹤“疏浚物云團”運移路徑交替采樣。投放量為1000 m3，投放方式為瞬時底開門，投放歷時3 min。

實驗日期選擇

懸浮物的擴散與潮流漲落有很大的關系。在傾倒實驗中應該選擇整個監(jiān)測過程中潮流流向保持一致的時間段，以此來呈現(xiàn)懸浮物的最大可能擴散范圍。若在跟蹤監(jiān)測過程中出現(xiàn)相反方向的流向，則難以體現(xiàn)懸浮物的最大擴散范圍。

本次傾倒實驗選擇了2012年11月21日（農歷十月初八）進行，實驗開始時間為上午10：15。根據(jù)表1可以看出，在白天可視時間段內，8時的潮高最低，為138 cm，9時以后潮高開始持續(xù)增加，此時為漲潮流，一直漲至14、15時之間，之后開始落潮形成落潮流。在9～14時間段內開展傾倒實驗，可以確定潮流主方向應不發(fā)生大的變化。

實施步驟

1.安排拋泥船裝載疏浚物后到傾倒區(qū)中心點待命，同時三只監(jiān)測船也到該位置集中。

2.定點錨泊船在該位置拋錨，測風和海流。在該海域當時處于漲潮時間內，潮流的主要方向是東北方向。

3.根據(jù)海流情況按計劃計算好交替采樣船每一時刻點的位置。

4.交替采樣船分別到達第一個時刻點，按照指令與定點錨泊船一起在未傾倒前采集背景樣品。

5.采集完成后安排拋泥船在定點錨泊船的上流向方向盡可能靠近定點錨泊船準備傾倒，本實驗拋泥船與定點錨泊船距離約為15 m。

王鶴鵬[4]等在基于VR技術的汽車拆裝實訓課程教學改革探索中認為，VR技術的應用可以有效解決實訓場地要求較大，試驗材料及教學成本較高且存在一定事故隱患等問題。蔣斌[5]在發(fā)動機拆裝實訓課程中引入翻轉課堂的教學方法。李軍功[6]在發(fā)動機構造與拆裝實訓課程的教學中采用項目教學的方法。

6.采集完成后通知拋泥船瞬間傾倒，拋泥船3分鐘內完成瞬時傾倒并低速駛離。

7.三只采樣船按照計劃在每一時刻采樣，同時錨泊船定時觀測海流和風向。

擬定跟蹤位置見圖1，采樣進度安排見表2。

海流觀測資料與跟蹤路線的驗證

海流觀測結果見表3，海流矢量圖見圖2。

由觀測資料可以看出，海流的主流向方向在北偏東方向，主體方向設計的跟蹤船只的跟蹤方向大體一致。

圖1　采樣船隨時刻位置示意圖

表1　2012年11月21日潮位隨時間變化

表2　采樣進度安排表

圖2　流速流向矢量圖

表3　流速流向觀測結果

實驗結果

1.定點錨泊采樣點實驗結果

定點錨泊采樣實驗數(shù)據(jù)反映了懸浮物隨時間擴散沉降的程度。

從實驗分析數(shù)據(jù)可以看出，定點錨泊點的表層懸浮物未出現(xiàn)明顯的波動現(xiàn)象，未傾倒時的背景值為10.6 mg/ L，除在25 min時刻點懸浮物值達到18.2 mg/L外，其余時刻點懸浮物含量值均位于7.6 mg/L～15 mg/L之間，可以認為表層含量值未受傾倒影響。

中層的懸浮物0時刻的背景值為9.0 mg/L；其0～30 min時刻間未發(fā)生明顯變化，其波動范圍為7.6 mg/L ～17.4 mg/L；在30 min ～50 min懸浮物的含量出現(xiàn)了上升趨勢，從10.2 mg/L上升到28.8 mg/L；50 min ～60 min懸浮物的含量又出現(xiàn)了下降，下降至16.4 mg/L。

底層的懸浮物0時刻的背景值為11.4 mg/L；5 min時刻間未發(fā)生明顯變化，值為12.6 mg/L；10 min時刻間達到最大值，值為28.0 mg/L；在15 min ～60 min懸浮物的含量基本恢復到背景值，其含量范圍在8.0 mg/ L～14.4 mg/L。

圖3　定點錨泊點懸浮物含量隨時刻變化

圖4　采樣船1船懸浮物含量隨時刻變化

圖5　采樣船2船懸浮物含量隨時刻變化

表4　定點錨泊采樣點隨時刻懸浮物含量

2.交替采樣船實驗結果

由于交替采樣船的位置在主流向方向上每一時刻均發(fā)生變化，所以交替采樣船的實驗數(shù)據(jù)用來反映懸浮物的水平尺度擴散程度。

背景調查的總體情況為：底層懸浮物含量＞表層懸浮物含量＞中層懸浮物含量，但總體水體垂直方向較為均勻。

傾倒實驗開始后在60 min時間內，實驗數(shù)據(jù)表明：（1）中層和底層懸浮物的含量隨位置和時間未發(fā)生明顯變化；（2）表層懸浮物的含量分別在203位置20 min和104位置25 min出現(xiàn)了波峰，其值分別達到了33.6 mg/L和24.6 mg/L，分別是背景值的3.23倍和2.28倍；（3）表層懸浮物含量＞底層懸浮物含量＞中層懸浮物含量。

結果討論

無論就定點錨泊采樣點，還是交替采樣船只，各時刻的懸浮物濃度增加值不明顯，甚至在距離傾倒船僅15 m的錨泊船都難以捕捉到明顯的懸浮物顯著增加之狀況：定點錨泊船的懸浮物最高值僅比背景值高出19.8 mg/L，交替采樣船最高值也僅比背景值分別增加13.8 mg/L和 23.2 mg/L。

懸浮物擴散的范圍有限，交替采樣船最遠到達的距離大約為700 m，在該范圍內均未采集到高濃度的懸浮物樣品，說明懸浮物很可能快速地沉降到了海底（水深約為15 m，按照物理基本規(guī)律，較重的顆粒很快將沉降到海底），在水平空間內擴散范圍很小。

若再次開展類似實驗，應考慮將定點錨泊船只的采樣點移至傾倒船只上，以在安全的條件下更好地捕捉懸浮泥沙云團，并適當?shù)卦黾邮杩Ｎ镆淮蝺A倒量，分析疏浚物的物理性質，以更好地闡述疏浚物擴散特征。

陳燕珍鄧 爽王 靜劉希剛趙 杰

國家海洋局大連海洋環(huán)境監(jiān)測中心站

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.07.025