海洋溢油生态危害与生态损失评估

　　[摘要]本文阐述了溢油对海洋生态系统的危害和损失，介绍了预测海洋溢油生态损失的方法和步骤，提出了用生态损失的数学期望预测评估溢油造成的生态损失。该方法考虑了不同风向出现的概率，预测结果具有代表性，可以为海洋环境管理提供参考。

　　[关键词]海洋溢油生态损失数学期望

　　[中图分类号] X834 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-10-256-2

　　随着我国经济的高速增长，国内对石油的需求量越来越大，海洋作为石油生产重要产地和石油运输的主要通道，这使得发生海洋溢油的风险大大增加。溢油对海洋生态系统的危害是极大的，造成的生态系统损失也是巨大的，为了预测海洋溢油造成的生态损失，对溢油造成的生态损失有一个量化概念，为海洋环境管理提供参考，本文将就这一问题进行探讨。

　　1海洋溢油生态危害

　　1.1海洋溢油的危害

　　（1）对浮游植物的危害。浮游植物是海洋有机质的主要生产者，是浮游动物的基础饵料，也是海洋食物网的基础环节，在海洋生态系统的物质循环与能量转换过程中起着重要作用。发生溢油时，大部分溢油浮于水面并扩散成油膜，阻碍海水与大气之间的物质交流和热量交换，使得海水中的溶解氧浓度降低，导致大量浮游植物窒息死亡；而且油膜的存在降低了海水透光率，影响浮游植物的光合作用，从而降低了溢油海域的初级生产力。

　　（2）对浮游动物的危害。海洋浮游动物是海洋食物链中的主要环节，在海洋生态系中对物质循环和能量流动、海域生物生产力及其调节机制都起着不可忽视的作用。浮游动物对石油类的敏感性较高。实验表明，石油浓度超过50mg/L时，桡足类动物在24h内将发生有害影响，并且幼体的对石油的敏感性高于成体[1]。另外，溢油发生时大部分溢油浮于水面并扩散成油膜，阻碍海水与大气之间的物质交流和热交换，使得海水中的溶解氧浓度降低，导致部分浮游动物窒息死亡。

　　（3）对底栖生物的危害。底栖生物是海洋生态系统的重要组成部分，它不仅受海水中石油的影响，而且也受沉降到海底的石油的影响。一方面，几乎所有的双壳类软体动物都是滤食性的，当海水中有大量小石油滴时，就会被软体动物吸入入水管，聚集在套膜腔内。如果石油呈乳化状或被吸附在泥粒上，也可能粘在鳃上或进入肠胃中，损害其生理机能，甚至引起死亡。在比较大型的底栖动物中，棘皮动物对水质的任何污浊都十分敏感。另一方面，溢油导致海水中二氧化碳和有机质含量升高，溶解氧浓度则急剧下降。此外，细菌对石油进行分解消耗大量氧气，通常，1L石油完全氧化需要消耗40万L海水中的溶解氧。因此，一起大规模的溢油事故能引起大面积海区严重缺氧，对海洋生物造成严重危害，特别是对潮间带的底栖生物影响较大。

　　（4）对渔业资源的危害。溢油对渔业资源的危害主要表现在三个方面：首先，它会改变鱼类的摄食、洄游和种群繁殖，亦可使其个体失去平衡从而导致资源量的变动。溢油对对鱼类最明显的影响是急性致死效应，尽管有些成体鱼类可产生回避反应，但部分仍会产生中毒甚至死亡，特别是幼体生物、浮游动物、浮游植物等无法逃脱死亡的命运，从而造成对渔业生态结构的严重破坏。其次，鱼类、贝类等有积累石油烃的能力，溢油使得海洋生物致油臭而降低其产品质量，不仅使市场价格明显低于其它海域的同类品种，而且人类食用后还影响到身体健康。再次，经济鱼类的浮性卵、仔鱼等极易遭受浮在海面油膜的危害。油膜对卵子的粘着、渗透等直接影响鱼卵的孵化率及孵化质量，而仔稚鱼对油污染反应极敏感，较小的油浓度即能引起仔稚鱼的死亡和畸变。

　　1.2海洋溢油的生态损失

　　海洋溢油造成的海洋生态损失包括直接损失和间接损失。直接损失包括海洋生态服务功能损失和海洋环境容量损失；间接损失包括生境修复费、生物种群恢复费和调查评估费。用公式表示如下[2]：

　　L=Lzj+ Ljj （1）

　　Lzj=Le + Lw （2）

　　Ljj=Lh + Lp + M （3）

　　其中，L为溢油造成的海洋生态损失，万元；Lzj为溢油造成的直接损失，万元；Ljj为溢油造成的间接损失，万元；Le为海洋生态服务功能损失，万元；Lw为海洋环境容量损失，万元；Lh为生境修复费，万元；Lp为生物种群恢复费，万元；M为调查评估费，万元。

　　1.3溢油预测及生态损失评估方法

　　先建立溢油海域海流模型，再运用粒子追踪法模拟油膜的漂移轨迹及扫海面积，根据油膜经过的海洋功能区即可计算溢油生态损失。

　　溢油漂移预测

　　建立海流模型

　　潮流运动的动力学方程组为：

　　其中u、v、w为x，y，z方向上的流速；p为该点压强；ρ为海水密度；τ为海水切应力；f=2Ωsinφ为柯氏参数；Ω为地转角速度；φ为地理纬度。

　　将计算海域进行三维网格剖分，将上面的方程组进行层积分，再结合一定的边界条件和初始条件，即可求解该海域流场。

　　油膜漂移轨迹及扫海面积：

　　油膜由大量油粒子组成，油粒子的运动包括确定性运动和随机性运动。确定性运动即在表层流和海面风联合左右下的平流运动，可用表层流与海面风的合成来计算；随机性运动即剪流和湍流引起的扩散过程，可用随机走动法模拟。确定性运动和随机性运动的合成即为粒子的实际运动。在已经求解的海域流场的基础上，采用欧拉-拉格朗日方法，进行油粒子轨迹的预测。油粒子漂移速度，取决于海面风速与表层流速，是空间和时间的函数，其值用油粒子点所在网格的速度插值计算。某时刻某网格节点上的流速为[3]：

　　v' = vc + α·vw （4）

　　其中，v'为表层海流与海面风速的合成速度矢量，vc为网格点上表层流速矢量，vw为网格点上的预报风速矢量， α为风速因子。

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