海洋环境影响评价中溶解氧评价方法的改进初探：以官井洋为例

鲁超，石志洲，覃宝，郭玉臣，方文，凌信文，徐炳旭，刘炜，李益云，王金辉

（1.国家海洋局宁德海洋环境监测中心站，福建宁德352100；2.国家海洋局海洋赤潮灾害立体监测技术与应用重点实验室，上海200137）

海洋环境影响评价中溶解氧评价方法的改进初探：以官井洋为例

鲁超1，2，石志洲1，2，覃宝1，2，郭玉臣1，2，方文1，2，凌信文1，2，徐炳旭1，2，刘炜1，2，李益云1，2，王金辉1，2

（1.国家海洋局宁德海洋环境监测中心站，福建宁德352100；2.国家海洋局海洋赤潮灾害立体监测技术与应用重点实验室，上海200137）

2014年官井洋增养殖区溶解氧含量在4.24~8.62 mg/L之间，平均值为6.70 mg/L，在夏季形成低氧环境（<5 mg/L），使得鲍鱼在养殖中受到溶解氧影响，虽影响不大（溶解氧标准指数不超过1.5），应引起重视。水温对全年溶解氧含量变化起到主要因素。海洋环境影响评价中溶解氧评价方法的改进：1）首先在《环境影响评价技术导则地面水环境》（HJ/T 2.3-1993）中饱和溶解氧含量计算公式基础上增加盐度影响因子，统一饱和溶解氧含量的计算方法；2）并针对现有评价方法存在赋值不正常以及结果无法描述实际情况等的不足，在建议修改《海水水质标准》中溶解氧的分类范围的基础上，提出新的溶解氧标准指数算法，并将取样层次内所有（或特定）生物安全生存的溶解氧浓度作为溶解氧评价标准。

海洋环境影响评价；溶解氧；评价；改进；官井洋

海洋中溶解氧（dissolved oxygen，DO）分布受着大气、生物、化学及各种物理过程的影响（于圣睿等，1980；李道季等，2002）。其不仅与海洋浮游植物的生长繁殖有着密切关系，还与大多数海洋生物生存有关。比如鱼类为满足生长需要一般要求6 mg/L的溶解氧，虾蟹需要2~3.5 mg/L以上的溶解氧，若水中溶解氧浓度低于2 mg/L，成年鱼会死亡，孵卵生境遭到破坏，渔业资源将会衰退（Gray et al，2002）。因此溶解氧含量是海水水质评价的一个重要参数。

在《海洋工程环境影响评价技术导则》（国家海洋局海洋环境保护研究所，2004）中，溶解氧一般采用单项水质参数评价方法，即标准指数法；参照《环境影响评价技术导则地面水环境》（北京市环境保护科学研究所，1993）执行，具体计算方法见公式1（以下称折线指数算法），其中饱和溶解氧含量计算公式只考虑温度的影响（见公式3，以下称淡水估算公式）；在《近岸海域环境监测规范》（中国环境监测总站和浙江省舟山海洋生态环境监测站，2008）中，溶解氧的评价方法同样采用折线指数算法，但其对饱和溶解氧含量采用回避方式处理。海水中溶解氧饱和浓度还要受到盐度的影响，《海洋调查规范第四部分：海水化学要素调查》（国家海洋局第三海洋研究所等，2007）中给出了海水经验公式（见公式4）。目前学者对于溶解氧评价方法的探讨主要集中在两方面问题，一方面对于溶解氧饱和含量估算存在不同看法，如：张朝能（1999）指出淡水估算公式与实际中有偏差，并且在地表水评价中需要考虑气压变化对饱和溶解氧含量的影响；夏炳训等（2013）则指出在正常海水盐度范围（25~35）内，两种饱和溶解氧含量估算公式结果以及由此得到的溶解氧标准指数偏差较大，认为对饱和溶解氧含量估算不能简单套用淡水估算公式，而应该使用海水经验公式。另外一方面认为该溶解氧标准指数不利于与其他污染物标准指数对比（朱延盛，1997）。

式中：SDO，i为溶解氧的标准指数；DOi为溶解氧的实测浓度，mg/L；DOs为溶解氧的评价标准，mg/L；DOf为饱和溶解氧浓度，mg/L；T为现场温度，℃；T'为现场热力学温度，K；S为现场盐度；DOf'为在现场温度和盐度下氧在海水中的饱和浓度，μmol/L；A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3：为常数。

为了解决上述问题，本文使用2014年管井洋增养殖区表层海水水质探头数据，探讨改进海洋环境影响评价中溶解氧评价方法。

1 原始数据采集与处理方法

在线水质探头型号为HACHRhydrolab DS5，在水体溶解氧含量为8.0 mg/L左右时，与传统的碘量法数据比对发现，水质探头获得的数据偏大0.06~0.17 mg/L之间，平均0.12 mg/L；此外夏季污损生物生长会影响溶解氧探头的准确度，具体内容将另外撰写论文进行讨论，本文旨在讨论溶解氧的评价方法。在线水质探头投放于斗帽岛西南部增养殖区内的鲍鱼养殖网边的水下1 m处（见图1），每5 min采集一次数据。

其中仪器故障缺少2014年8月5日到2014年9月14日之间的数据；另外其他月份由于仪器维护原因，每月缺少几天的数据。为了简化数据，将每日数据求算均值，作为本文使用的数据；并将每日数据求算标准偏差作为数据离散程度的指标。

2 结果与讨论

2.1表层海水溶解氧年变化与影响因素

2014年管井洋增养殖区日均表层溶解氧含量变化与水温变化相反，在2月到3月溶解氧含量较高，大于8 mg/L，最高值为8.62 mg/L；在7月到9月溶解含量较低，大多数低于5 mg/L，最低值为4.24 mg/L；全年溶解氧平均含量为6.70 mg/L。日均溶解氧标准偏差较小，大部分小于0.2 mg/L；其中6月到9月相对较大，但小于0.4 mg/L。结果显示在官井洋增养殖区形成了独特的夏季低溶解氧现象，且最低值与其他研究者结果具有一致性（王颢等，2014；邵留等，2014）。

图1 水质探头监测站点图

图2 2014年溶解氧（a）与水温（b）和盐度（c）日均值和标准偏差变化趋势

监测站点盐度变化不大（26~32），但是水温变化明显（11.7℃~29.3℃），溶解氧含量与水温呈现明显负相关；说明此监测站点水温是影响溶解氧含量的主要因素，并主要体现在两方面：一方面水温升高使得饱和溶解氧含量降低；另外一方面水温升高加速水体中养殖碎屑分解消耗溶解氧；此外水体中初级生产力较低，产氧能力弱（王颢等，2014）等共同作用导致夏季低氧现象发生。

2.2饱和溶解氧含量估算方法的探讨

海水经验公式虽然可以应用于淡水中饱和溶解氧含量的估算，但是2种估算方法在水温0~35℃之间对淡水饱和溶解氧含量估算存在差异（-0.22~ 0.02 mg/L之间）；可是由于淡水估算公式不仅在陆地水体评价中被广泛引用，还被写入了《海洋工程环境影响评价技术导则》（国家海洋局海洋环境保护研究所，2004）中。因而如果简单套用海水经验公式一方面不利于水体中溶解氧饱和含量运算公式的统一；另外一方面不利于简化计算过程。为此本文建议在淡水估算公式的基础上增加盐度影响因子统一咸淡水饱和溶解氧含量的估算方法（见公式4，以下称咸淡水估算公式），其中a为温盐协同效应，b为盐度效应。通过SPSS软件对水温在0~35℃之间和盐度在0~39之间的饱和溶解氧数据（国家海洋局第三海洋研究所等，2007）拟算得到未知参数：a=0.005，b=0.245。此条件能够覆盖绝大多数中国近海自然环境条件，咸淡水估算公式与海水经验公式的绝对误差在-0.14~0.22 mg/L之间，平均值为-0.01 mg/L；相对误差在-1.4%~1.7%之间，平均值为-0.1%。说明咸淡水估算公式在绝对误差和相对误差上基本可以满足在海洋环境条件下对饱和溶解氧含量的估算。

2.3溶解氧折线指数算法的不足

1）标准指数有出现非正常赋值或错误赋值情况在海水中由于高温高盐的共同影响可以使得饱和溶解氧含量介于5 mg/L到6 mg/L之间，使用第一类海水水质标准评价时，溶解氧含量不低于6 mg/L时（即溶解氧处于饱和或过饱和状态），计算公式分母会出现负值或者零的现象。即使上述现象出现概率较低，但是却存在这种可能。

正常情况下，水质参数的标准指数>1，表明该水质参数超过了规定的水质标准（北京市环境保护科学研究所，1993）。在溶解氧评价方面存在两种例外：

①当溶解氧含量等于评价标准值时，溶解氧含量超标（国家海洋局第三海洋研究所和青岛海洋大学，1997）；此时溶解氧标准指数为1，即未超标（北京市环境保护科学研究所，1993）。

②在赤潮发生时，浮游植物大量繁殖所产生的溶解氧积累在海水中，就是发生溶解氧含量过高，但却标准指数大于1的现象。

因而认为在溶解氧含量等于评价标准以及部分赤潮发生时，标准指数出现错误的赋值，无法与《海水水质标准》（国家海洋局第三海洋研究所和青岛海洋大学，1997）一致。

2）标准指数无法准确描述实际情况在溶解氧超标的情况下，溶解氧标准指数与溶解氧含量呈现线性负相关；同时在所有水质标准条件下，标准指数最大值都是10，且1的单位溶解氧含量的降低所引起的标准指数增加值随着水质评价标准降低而增加（见公式1）。在现实环境条件下，随着水体溶解氧含量降低，对生物体的影响梯度增加：从生长、到新陈代谢再到死亡（Gray et al,2002；王巧宁，2012）；当水体中溶解氧含量过低，不足以维持生物生命活动时，会出现大量生物死亡的死亡区（Dybas,2005）。因而认为标准指数用简单的线性增加和唯一确定的标准指数最大值很难描述现实情况；同时此算法也没有正确体现出饱和溶解氧含量与评价标准变化对标准指数的影响。

2.4溶解氧标准指数算法的改进

1）分类评价条件下的改进针对溶解氧折线指数算法出现的不足，本文建议海水水质标准对溶解氧含量标准进行修改：将大于评价标准含量符合海水水质标准修改为大于等于评价标准含量符合海水水质标准。这样有利于使用标准指数法评价时，溶解氧评价结果与其他要素的评价结果一致。然后在修改海水水质标准的基础上提出如下新的算法（见公式5，以下称新指数算法，其中DOa为调节性溶解氧含量，本文取值为2 mg/L）。

新指数算法用饱和溶解氧含量与评价标准的几何平均值除以调节性溶解氧含量的商作为标准指数指数性增加的底数；将评价标准与溶解氧含量差值除以调节性溶解氧含量的商作为指数。通过上述修改，标准指数赋值只能大于0，杜绝了标准指数非正常赋值情况；指数函数也使得标准指数随溶解氧含量降低呈现指数增加，修正了简单的线性负相关关系；标准指数的响应斜率绝对值同时也随着饱和溶解氧含量和评价标准含量降低而降低，正确表达了饱和溶解氧含量与评价标准对标准指数的影响。将新指数算法应用到本文数据，发现一个公式计算结果与两个公式计算得到的折线指数法计算结果具有相同的趋势性分布，并将不同水质标准结果较好的分离开（见图3）。

2）现实环境条件下的改进由于海洋生物对氧气的需求不一样（Gray et al，2002），即使在相同的溶解氧标准指数条件下，对不同生物的影响也不一样：例如在长江口低氧区内多毛类是最多的底栖生物种类，对低氧环境的耐受程度较高（王春生，2010；刘志国等，2012）。因而上节对溶解氧的标准指数算法的修改只是针对现行评价体系的修改，为了能够更好得将新指数算法应用于现实环境的评价，需要合理选定溶解氧的评价标准值而不是简单引用海水水质标准作为溶解氧评价标准。

本文建议溶解氧的评价标准应该为取样层次内适应所有（或特定）生物安全生存浓度值，如Yang等（1989）建议九孔鲍鱼养殖过程中溶解氧应该维持在5 mg/L之上，所以针对本文的监测站点的溶解氧评价标准应该取5 mg/L。通过对2014年监测站点溶解氧标准指数分析可知，鲍鱼养殖过程中溶解氧的影响主要发生在夏季，虽然标准指数相对较低不超过1.5（见图3右，II）,但是夏季在官井洋增养殖区内进行鲍鱼养殖时需要格外留意。

图3 官井洋原（左）/新（右）溶解氧标准指数随时间变化趋势（Ⅰ，DOs=6 mg/L；Ⅱ，DOs=5 mg/L；Ⅲ，DOs=4 mg/L）

3 结论

通过本文分析得出如下结论：

（1）2014年官井洋增养殖区表层海水溶解氧含量在4.24~8.62 mg/L之间，平均值为6.70 mg/L，并在夏季发生低氧现象；水温对溶解氧年度含量变化起到主要因素。鲍鱼养殖过程中溶解氧的影响主要发生在夏季，虽然标准指数相对较低不超过1.5，但是夏季鲍鱼养殖时仍需要格外留意。

（2）鉴于饱和溶解氧含量计算方法不统一，并考虑到《环境影响评价技术导则》中饱和溶解氧含量计算公式使用的广泛性，建议在此公式的基础上加入盐度影响因子，统一饱和溶解氧含量的计算方法。

（3）现有溶解氧标准指数计算公式存在无法正常赋值、错误赋值以及无法准确描述实际情况等不足。建议在《海水水质标准》中溶解氧的分类标准范围由大于改为不小于确保与其他指标一致的基础上，提出新的溶解氧标准指数计算公式，修正了原有计算公式的不足，并得到本文数据的检验。针对现实环境中的溶解氧标准指数计算过程中，不能简单引用《海水水质标准》中溶解氧的评价标准值进行计算，本文建议溶解氧的评价标准值为取样层次内所有或特定生物安全生存浓度。

致谢与声明：感谢朱峰提供的原始数据；感谢其他同事在数据处理与写作过程中的帮助。本文在淡水饱和溶解氧计算公式的基础上，提出同时适应淡水和海水的饱和溶解氧计算公式，简化了溶解氧标准指数计算过程。并针对溶解氧折线指数算法的不足，提出了新的指数算法，弥补了折线指数算法的不足；但引入了新的未知参数（DOa），使得本文的取值应用范围受到一定影响。此外在线监测数据溶解氧探头在夏季受到污损生物的影响，溶解氧数据出现较大波动。

Dybas C L,2005.Dead zones spreading in world oceans.BioScience,55 (7):552-557.

Gray J S,Wu R S,Or Y Y，2002.Effects of hypoxia and organic enrichment on the coastal marine environment.Marine Ecology Progress Series,238:249-279.

Yang H H,Ting Y Y,1989.Land-Based Culture Method of Taiwan Abalone.Tainan Branch,Taiwan Fisheries Research Institute, Tainan,Taiwan.43 pp.

北京市环境保护科学研究所，HJ/T 2.3-1993，环境影响评价技术导则地面水环境.北京：中国环境科学出版社，1993.

国家海洋局第三海洋研究所，国家海洋局第二海洋研究所，国家海洋局海洋环境监测中心，等，GB/T 12763.3-2007，海洋调查规范第四部分：海水化学要素调查.北京：中国环境科学出版社，2007.

国家海洋局第三海洋研究所和青岛海洋大学，GB 3097-1997，1997.海水水质标准.北京：中国标准出版社.

国家海洋局海洋环境保护研究所，GB/T 19485-2004，2004.海洋工程环境影响评价技术导则.北京：中国标准出版社.

李道季，张经，吴莹，等，2002.长江口外氧的亏损.中国科学（D辑：地球科学），32（8）：686-694.

刘志国，徐韧，刘材材，等，2012.长江口外低氧区特征及其影响研究.海洋通报，31（5）：588-593.

邵留，于克锋，吴海龙，等，2014.三沙湾海域水质周年变化分析与评价.上海海洋大学学报，32（2）：228-237.

王春生，2010.长江口季节性低氧及生物效应.杭州：浙江大学.

王颢，魏姗姗，阳藻，等，2014.福建三沙湾夏季海水溶解氧分布及低氧现象初探.海洋湖沼通报，3：167-174.

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朱延盛，1997.关于溶解氧污染指数计算方法的探讨.甘肃环境研究与监测，10（4）：48-49.

（本文编辑：袁泽轶）

Preliminary study on the method improvement for the assessment of dissolved oxygen in the marine environmental impact assessment: a case study of the Guanjingyang Bay

LU Chao1,2,SHI Zhi-zhou1,2,QIN Bao1,2,GUO Yu-chen1,2,FANG Wen1,2, LING Xin-wen1,2,XU Bing-xu1,2,LIU Wei1,2,LI Yi-yun1,2,WANG Jin-hui1,2
（1.Ningde Marine Environment Monitoring Center,SOA,Ningde 352100,China；2.Key Laboratory of Integrated Monitoring and Applied Technology for Marine Harmful Algal Blooms,SOA,Shanghai 200137,China）

The concentration of dissolved oxygen(DO)in the culture area of the Guanjingyang Bay is from 4.24 mg/L to 8.62 mg/L,with the average value of 6.70 mg/L.The low DO concentration(<5 mg/L)arises in summer,which could affect the cultivation of abalone with the standard index of DO less than 1.5.The temperature of seawater is the main influencing factor for the change of dissolved oxygen.The authors first added the salinity as the influence factor to calculate the saturated concentration of DO based on the formula in the technical guidelines for environmental impact assessment(HJ/T 2.3-1993). As for the problems about the pollution index of DO,such as the abnormal values or the normal value not according with the reality,we made a new equation for computing the standard index of DO with the safe concentration of DO for all(or specific)marine organisms as the assessment standard concentration of DO in the sampling layer.

marine environmental impact assessment;dissolved oxygen;assessment;improvement;Guanjingyang Bay

P76

A

1001-6932（2017）02-0168-06

10.11840/j.issn.1001-6392.2017.02.007

2015-04-01；

2016-01-20

鲁超（1985-），硕士，工程师，主要从事海洋环境监测与评价、海洋生物地球化学研究。电子邮箱：luchao@eastsea.gov.cn。

王金辉，教授级高工。电子邮箱：wangjinhui@eastsea.gov.cn。