改造者：陳燕珍　鄧 爽　王 靜　劉希剛　趙 杰

臨時(shí)海洋傾倒區(qū)傾倒實(shí)驗(yàn)

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(shí)海洋傾倒區(qū)開展疏浚物傾倒實(shí)驗(yàn)，分析在傾倒過程及傾倒完成后一段時(shí)間內(nèi)，懸浮物的擴(kuò)散范圍。傾倒實(shí)驗(yàn)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(kuò)散范圍有限。

目前我國大部分的海洋傾倒區(qū)設(shè)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(shì)必形成一定的懸浮物擴(kuò)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(shí)海洋傾倒區(qū)是2011年7月批復(fù)設(shè)立的，傾倒區(qū)中心點(diǎn)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(shí)驗(yàn)，擬通過連續(xù)的跟蹤監(jiān)測(cè)，掌握傾倒疏浚物擴(kuò)散影響情況。

實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)《傾倒區(qū)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》，本次實(shí)驗(yàn)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(jìn)行采樣，分析疏浚物傾倒形成的懸浮物在時(shí)間和空間上的變化。試驗(yàn)用船三艘，一艘固定于疏浚物傾倒投放點(diǎn)，觀測(cè)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(tuán)”運(yùn)移路徑交替采樣。投放量為1000 m3，投放方式為瞬時(shí)底開門，投放歷時(shí)3 min。

實(shí)驗(yàn)日期選擇

懸浮物的擴(kuò)散與潮流漲落有很大的關(guān)系。在傾倒實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該選擇整個(gè)監(jiān)測(cè)過程中潮流流向保持一致的時(shí)間段，以此來呈現(xiàn)懸浮物的最大可能擴(kuò)散范圍。若在跟蹤監(jiān)測(cè)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(kuò)散范圍。

本次傾倒實(shí)驗(yàn)選擇了2012年11月21日（農(nóng)歷十月初八）進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)間為上午10：15。根據(jù)表1可以看出，在白天可視時(shí)間段內(nèi)，8時(shí)的潮高最低，為138 cm，9時(shí)以后潮高開始持續(xù)增加，此時(shí)為漲潮流，一直漲至14、15時(shí)之間，之后開始落潮形成落潮流。在9～14時(shí)間段內(nèi)開展傾倒實(shí)驗(yàn)，可以確定潮流主方向應(yīng)不發(fā)生大的變化。

實(shí)施步驟

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

2.定點(diǎn)錨泊船在該位置拋錨，測(cè)風(fēng)和海流。在該海域當(dāng)時(shí)處于漲潮時(shí)間內(nèi)，潮流的主要方向是東北方向。

3.根據(jù)海流情況按計(jì)劃計(jì)算好交替采樣船每一時(shí)刻點(diǎn)的位置。

4.交替采樣船分別到達(dá)第一個(gè)時(shí)刻點(diǎn)，按照指令與定點(diǎn)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(diǎn)錨泊船的上流向方向盡可能靠近定點(diǎn)錨泊船準(zhǔn)備傾倒，本實(shí)驗(yàn)拋泥船與定點(diǎn)錨泊船距離約為15 m。

王鶴鵬[4]等在基于VR技術(shù)的汽車拆裝實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)改革探索中認(rèn)為，VR技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決實(shí)訓(xùn)場地要求較大，試驗(yàn)材料及教學(xué)成本較高且存在一定事故隱患等問題。蔣斌[5]在發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)課程中引入翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法。李軍功[6]在發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與拆裝實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)中采用項(xiàng)目教學(xué)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(nèi)完成瞬時(shí)傾倒并低速駛離。

7.三只采樣船按照計(jì)劃在每一時(shí)刻采樣，同時(shí)錨泊船定時(shí)觀測(cè)海流和風(fēng)向。

擬定跟蹤位置見圖1，采樣進(jìn)度安排見表2。

海流觀測(cè)資料與跟蹤路線的驗(yàn)證

海流觀測(cè)結(jié)果見表3，海流矢量圖見圖2。

由觀測(cè)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(shè)計(jì)的跟蹤船只的跟蹤方向大體一致。

圖1　采樣船隨時(shí)刻位置示意圖

表1　2012年11月21日潮位隨時(shí)間變化

表2　采樣進(jìn)度安排表

圖2　流速流向矢量圖

表3　流速流向觀測(cè)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.定點(diǎn)錨泊采樣點(diǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

定點(diǎn)錨泊采樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反映了懸浮物隨時(shí)間擴(kuò)散沉降的程度。

從實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)可以看出，定點(diǎn)錨泊點(diǎn)的表層懸浮物未出現(xiàn)明顯的波動(dòng)現(xiàn)象，未傾倒時(shí)的背景值為10.6 mg/ L，除在25 min時(shí)刻點(diǎn)懸浮物值達(dá)到18.2 mg/L外，其余時(shí)刻點(diǎn)懸浮物含量值均位于7.6 mg/L～15 mg/L之間，可以認(rèn)為表層含量值未受傾倒影響。

中層的懸浮物0時(shí)刻的背景值為9.0 mg/L；其0～30 min時(shí)刻間未發(fā)生明顯變化，其波動(dòng)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(shì)，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(shí)刻的背景值為11.4 mg/L；5 min時(shí)刻間未發(fā)生明顯變化，值為12.6 mg/L；10 min時(shí)刻間達(dá)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(fù)到背景值，其含量范圍在8.0 mg/ L～14.4 mg/L。

圖3　定點(diǎn)錨泊點(diǎn)懸浮物含量隨時(shí)刻變化

圖4　采樣船1船懸浮物含量隨時(shí)刻變化

圖5　采樣船2船懸浮物含量隨時(shí)刻變化

表4　定點(diǎn)錨泊采樣點(diǎn)隨時(shí)刻懸浮物含量

2.交替采樣船實(shí)驗(yàn)結(jié)果

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

背景調(diào)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(shí)驗(yàn)開始后在60 min時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：（1）中層和底層懸浮物的含量隨位置和時(shí)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(dá)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(jié)果討論

無論就定點(diǎn)錨泊采樣點(diǎn)，還是交替采樣船只，各時(shí)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(diǎn)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(kuò)散的范圍有限，交替采樣船最遠(yuǎn)到達(dá)的距離大約為700 m，在該范圍內(nèi)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(nèi)擴(kuò)散范圍很小。

若再次開展類似實(shí)驗(yàn)，應(yīng)考慮將定點(diǎn)錨泊船只的采樣點(diǎn)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(tuán)，并適當(dāng)?shù)卦黾邮杩Ｎ镆淮蝺A倒量，分析疏浚物的物理性質(zhì)，以更好地闡述疏浚物擴(kuò)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(cè)中心站

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.07.025