基于ArcGIS的舟山近岸海域营养盐空间分布研究

王柳柱，朱望远，夏枫峰

（1.浙江海洋学院海洋科学与技术学院，浙江舟山 316022；2.舟山市海洋与渔业局，浙江舟山 316000）

海岸带是人类活动的聚集地带，世界人口的50%以上居住在海岸线60 km以内的范围[1]，也因此受到各种人类活动的影响，产生一系列海洋环境问题。为了解海域环境质量状况，我国设立了覆盖各大海区的多级海洋环境监测网络，并适时发布海域环境质量公报。历年的海洋环境质量公报均显示[2]，近岸海域水体富营养化已成为目前我国海洋环境污染比较突出的问题，特别是长江口、杭州湾所在的东海海域，受到长江冲淡水与杭州湾（钱塘江等上游入海水）水系一起合并沿岸南下的影响，海域的营养盐含量长期处于较高水平。

一方面，海洋环境质量公报能够反映一定范围内环境质量的概况，但由于监测点位的限制，很难提供高分辨率（时间、空间）的环境质量分布信息，不利于对污染源进行溯源及管理。另一方面，根据海洋环境保护相关法律法规，我国对涉海类项目进行严格的环境影响评价制度，要求对建设项目进行环境质量现状评价与跟踪监测评估，积累了大量环境数据，但这些数据多数分散于各个监测单位，存在数据重复测定、利用效率低的问题。因此，建立统一的管理平台，利用已有数据，形成数据库，对区域监测数据进行统一管理与使用，将会极大提高数据的利用效率，并且可以通过数据集成，获得高分辨率的区域环境质量状况分布图。本研究拟借助GIS空间分析模块，充分利用积累的实测数据，通过数据的提取、分析，以舟山海域为例，尝试实现区域海洋环境质量的详细分布制图，为海域环境数据共享平台构建，污染源溯源等管理工作提供研究基础。

1 研究区域概况

1.1 社会经济与自然环境

舟山位于长江三角洲南翼，是中国东部重要的水陆通道连接点，海洋开发活动众多。舟山市辖2区2县，定海区、普陀区、岱山县、嵊泗县，2010年全市总人口96.77万人；1988年，被国家列入沿海经济开放区。2011年正式升格为舟山新区。是中国沿海经济开放区和长江三角洲地区先行规划和开发的城市之一。

舟山所在海域岛屿广布、水道纵横，水文环境主要受由长江、钱塘江等河流冲淡水形成的江浙沿岸流控制，近岸浅水区悬沙浓度高，海域环境受到陆源、海上源的双重影响，生态环境问题复杂且日益严峻。

1.2 环境质量现状

舟山海域属于我国近岸海域环境质量形势最为严峻的海域之一，其中以氮、磷为代表的营养盐污染是该海域当前的主要环境问题。根据2003-2012年舟山市海洋环境质量公报[3]，舟山海域2003-2012年，严重污染海域（劣Ⅳ类）海水水域面积呈上升趋势，从2003年的23%上升为2012年的58%，海域水环境质量下降趋势显著，营养盐污染为主要污染类型，并由此衍生出赤潮、鱼类及其他海洋生物死亡、贝类生物毒素、重要生境消失等生态环境影响，使区域经济蒙受重大损失。

根据2012年舟山市海洋环境质量公报，定海海域水质全部劣于第四类海水水质标准（1 090 km2）。岱山海域83.6%的面积水质劣于第四类海水（4 582 km2）。嵊泗海域59.0%的面积水质劣于第四类海水（4 553 km2）。普陀海域28.3%的面积水质劣于第四类海水（1 844 km2）海域主要超标因子为无机氮和活性磷酸盐，全海域无第一类海水水质标准海域。总体上位于主岛及其附近的定海、岱山海域水质较差，其次为嵊泗海域，普陀海域位于南部位置，水质总体较好。

图1 研究区域及单元海域位置（Ⅰ-Ⅳ）Fig.1 Location of study area and sub-area(Ⅰ-Ⅳ)

2 研究方法

2.1 区域离散

研究区域为舟山海域，基于现有数据分布情况，结合行政单元划分，对整个研究区域进行离散处理，选择资料相对丰富的四个海域单元，建立各单元营养盐污染数据库。分别输出营养盐污染空间分布图。四个海域单元分别为舟山岛西部和北部海域（Ⅰ）、舟山岛南部及普陀山、朱家尖、桃花附近海域（Ⅱ）、衢山附近海域（Ⅲ）、泗礁山、黄龙岛附近海域（Ⅳ）（图1）。涵盖四个行政单元的主要海洋经济活动海域。

2.2 数据建库与处理

首先，建立基础地理数据库。利用ArcGIS 9.0软件对定海港至石浦港的航保图和南汇嘴至定海港的航保图（1:150 000比例尺，WGS-84坐标系）进行数字化，完成舟山地区地图的地理数据库。

其次，指标确定及提取。根据海域污染特征，选择无机氮、活性磷酸盐为主要营养盐指标。搜集各个环评报告中舟山海域近年来的营养盐的数据，包括无机氮（未直接列出的取硝氮、亚硝氮和氨氮之和）和活性磷酸盐，由于表底层的无机氮、活性磷酸盐的含量变化范围较小，本研究取其算术平均值。春秋2季的数据由于调查站位的不同，则分别在图上显示。

最后，进行空间分析。利用ArcGIS9.0的空间分析模块，根据《海水水质标准》（GB3097-1997）中的分类标准，对数据库中的无机氮和活性磷酸盐的数据进行分类，并在图上以渐变颜色显示出来。

2.3 数据来源与说明

论文研究所有数据均引自相关环评报告中未正式发表数据，数据搜集由浙江省海洋与渔业项目支持完成。本研究所引数据监测单位包括宁波市海洋环境监测中心、浙江省海洋水产研究所、舟山市海洋环境监测预报中心、浙江省海洋生态环境监测站、国家海洋局第二海洋研究所。同一研究单元存在多年数据时，选择最新监测数据，数据除部分海域外均为2010-2013年最新监测数据。

3 研究结果

对选取的4个区域进行空间分析后，各区域无机氮和活性磷酸盐的空间分布如图2～5。

图2 舟山岛西北和部海域营养盐空间分布（2011年）Fig.2 Nutrients concentration distribution in north-western part of Zhoushan(2011)

区域Ⅰ数据相对丰富，分布较均匀。区域位于舟山西北部海域，隶属定海区，包括金塘、册子、长白等海岛，从图上可以看出，活性磷酸盐全部超过四类海水标准，属于劣四类水质。无机氮区域内有一定变化，总体上，西部海域水质劣于东部，西部册子岛附近所有站位均为四类劣四类水质，长白岛附近，仍存在三类海水水质。

图3 舟山岛南部及普陀山、朱家尖、桃花附近海域营养盐空间分布（2010年）Fig.3 Nutrients concentration distribution in southern part of Zhoushan,Putuo,Zhujiajian,Taohua Islands sea area(2010)

区域Ⅱ位于舟山南部，包括长峙岛、西白莲岛、朱家尖岛、鲁家峙岛与舟山本岛南部附近海域，隶属普陀海域与定海海域。如图所示，区域Ⅱ范围内活性磷酸盐全部为劣四类，无机氮除普陀山附近海域出现三类、四类海水水质外，其余全部为劣四类海水。

图4 衢山附近海域营养盐空间分布（2008年）Fig.4 Nutrients concentration distribution near Qushan Island(2008)

区域Ⅲ数据相对比较少。衢山海域，包括衢山、鼠浪湖岛、黄泽山岛附近海域，位于岱山海域，海域活性磷酸盐全部为劣四类水质，无机氮北部海域总体较差，为四类到劣四类水质，衢山至鼠浪湖海域为三类水质。

图5 泗礁山、黄龙岛附近海域营养盐空间分布（2012年）Fig.5 Nutrients concentration distribution near Sijiao and Huanglong Island(2012)

区域Ⅲ位于嵊泗海域。该海域的数据点相对均衡，可以看出，活性磷酸盐依然为全部超过劣四类水质，无机氮有一定的区域差异，枸杞附近海域为劣四类，泗礁岛南部随离岸水质逐渐变好，泗礁岛北部，金鸡山海域水质较好，有三类以上水质。

4 分析与讨论

4.1 区域营养盐空间分布总体特征

总体说来，数据分布以岛屿为中心，与海域开发利用程度相关。从上述四组图可以看出，海域活性磷酸盐全面超标，无机氮空间变化显著。变化规律为，以舟山海岛基本走向为轴线，轴线下方，舟山海域西部、南部海域无机氮超标较严重，多为劣四类水质，北部、东部位置则相对水质较好；嵊泗海域与岱山海域污染水平分布大体与开发利用活动相关，两者可能属于不同的污染源控制，前者可能受大陆径流影响较大，而后者则以局地的污染源影响为主，具体情况需要进一步分析。

整个舟山海域，总体上区域受大陆径流污染源控制为主，营养盐本底值高。但局部海域可能会叠加局地的影响，加上海域岛屿纵横，水道分隔，使得海域的潮流非常复杂。

图6 2012年舟山市海域水质状况分布示意图（引自舟山市海洋环境质量公报，2012）Fig.6 Map of sea water quality distribution of Zhoushan in 2012 (source from Zhoushan marine environmental quality bulletin,2012)

4.2 与环境质量公报对比

对比公布的海洋环境质量公报与局部区域的营养盐分布情况，可以看出，两者反映的区域环境质量状况总体一致。按照质量公报所采用的评价方法，任意一项水质参数超标，即说明其不能满足水质要求了，本研究中活性磷酸盐全面超过四类水质标准，故本海域海水水质总体均属于劣四类海水。而除此之外，本研究还能反映局部海域的变化，如不同区域无机氮的污染水平。

4.3 存在问题与改进

首先是数据的精度、准确度问题，本研究主要以数据搜集为主，数据来源多样，需要尽可能的搜集具有良好监测能力单位的数据，以保证分析结果的可靠性。其次，由于资料来源有限，数据点分布不均，这样也会造成信息不全面，影响污染分布趋势以及污染源的判断。

另外，本研究的数据可能来自不同的季节，存在季节差异，而有些点位只有一季数据，则不能体现全年的平均水平，所以，在今后处理数据时要不断更新、补充数据，同时增加不同年份的数据，进行营养盐分布的时间序列分析。

5 结语

浙江省作为国家海洋经济发展示范区，舟山市是我国唯一以群岛设置的新区，海域生态环境状况是新区海洋经济发展的重要保障。本研究以现有资料为基础，应用GIS技术进行空间展布，较好地呈现出区域之间以及区域内部的差异，能够更好的为污染源溯源提供依据。研究一方面可以提供可视化、高分辨率的空间分布资料，可以为科学的污染源管理提供研究基础；另一方面，还可以对各类环评资料进行再利用，提高数据资料的利用率，为建立数据共享平台做好准备，在不断充实资料与数据的基础上，更好的服务区域海洋生态环境保护。

[1]WOODROFFE C D.Coasts,form,process and evolution[M].Cambridge:Cambridge University Press,2003:1-2.

[2]国家海洋局.中国海洋环境质量公报(2000-2013)[EB/OL].http://www.coi.gov.cn/gongbao/huanjing/.

[3]舟山市海洋与渔业局.舟山市海洋环境质量公报(2003-2012)[EB/OL].http://www.zsoaf.gov.cn/00066.html.