虚拟海洋环境

2024-09-11

虚拟海洋环境（精选3篇）

虚拟海洋环境篇1

0概述

现代战争是复杂条件下的一体化联合作战,是高技术装备体系之间的对抗,战场态势瞬息万变,各种信息数据极其丰富。作战模拟是现代条件下研究战争、进行军事训练、论证武器装备效能、作战方案评估等问题的有效手段[1]。随着战争研究不断地发展,各种新战争形态的出现,以往那种关注局部问题的作战模拟已经不能适应现代战争在体系对体系方面的新需求[2]。在虚拟战场模拟显示技术中,传统的二维桌面显示模式可以在一定程度上观察整个战场态势,但面对综合环境中巨大的信息量也暴露出了多方面的局限性,不能直观显示空间立体信息,不利于指挥人员进行空间范围的部署和战术决断。传统的三维场景显示能够将复杂抽象的事物以直观、用户熟悉的方式显示出来,同时实现用户与三维场景的交互操作,提供身临其境的临场感,但通常只能对观察人员视野范围内较小的局部战场进行描绘。观察人员对视野外的战场信息则一般无法直观获取,显然在全局态势显示方面存在局限性[3]。目前,二维地图显示与三维虚拟场景显示之间相互响应的思想,在城市规划、交通系统中已有不少应用,因此,在实时战场仿真领域,从人员处理信息、解决问题的角度,将二维地图与三维虚拟场景有机结合,能够更好地增强战场感知能力,提升作战仿真研究的效果。

1 虚拟战场的信息表现

虚拟战场中的态势表现形式包括面向观察操作人员把握战场总体情况的二维态势,如各种地图、航线、轨迹、状态信息;面向观察操作人员的三维态势,如地形、风浪、天气、光照、各种平台毁伤效果、各传感器的电磁作用范围等。这些态势的相互融合,涉及电子地图、三维建模显示、立体音效等,开发工作量大,技术复杂[4]。

1.1 二维态势显示

作为虚拟战场显示的一个重要组成部分,二维态势模块主要实现了操作人员与仿真应用之间的接口,它提供给操作人员动态变化的态势信息,帮助用户实时建立战场的全局印象,把握实体的位置、属性和状态等信息。二维态势显示主要提供地图服务,战场实体要素服务,基于此实现地图浏览、平面空间分析、实体查询标注、轨迹绘制、分层管理等功能。目前的工具型GIS系统都提供了功能强大的接口,可以根据应用目的,选择使用通用软件开发工具实现所需的功能,如图层控制、改变视口、地图信息查询、缩放、平移、测量等,同时可以通过态势标绘,将战场演练过程中发生的情况用约定的符号标记在二维地图上,全面、准确、及时的反映虚拟战场攻防对抗的态势,包括双方的兵力部署、运动实体的军标和轨迹、仿真过程中的关键事件等。二维态势表现在实体信息查询、空间分析等方面已经非常成熟,但在战场具体环境的表现上缺乏空间直观性。

1.2 三维态势表现

三维态势显示是将仿真中形成的大量复杂、动态、可见或不可见的数据,以三维图像的形式直观形象的表达出来,并进行交互处理,可以清晰地表达局部范围的战斗行动,使操作人员具有身临其境的感觉,增强战场态势观察的效果。三维虚拟战场视景仿真开发内容可大致分为两部分:战场实体及环境的三维场景建模和仿真驱动,其实现框架如图1所示。

1.2.1 三维实体的建模与渲染

在三维态势表现中,为了给操作人员创建一个能沉浸其中的环境,三维场景必须能准确逼真地显示客观世界,同时还要保证操作人员和虚拟环境交互的实时性。逼真度与实时性是三维态势仿真的两大要求,也是相互矛盾的两方面。实时性是判断三维态势图像是否满足人眼连续图像感受的指标。由于人眼的视觉暂留现象,实时仿真要求数据更新率大于等于24 f/s,否则人眼就会感到图像抖动及延迟,影响三维态势表现效果[5]。所以,在进行三维实体建模时,不仅要求模型在外形、质感等方面逼真,而且需要最终能够通过实时系统的调用和检验,满足实时仿真要求。虚拟战场中涉及的三维模型种类繁多,包括各种飞机,舰艇及武器平台等,所以在设计模型库时就应通过纹理映射、细节层次、外部引用等技术,寻找模型逼真度和满足仿真实时性这一矛盾的平衡点,利用以上原理和技术开发的系统三维模型库部分模型如图2所示。

1.2.2 三维战场视觉环境仿真

战场环境模拟的逼真度直接影响仿真训练效果,由此产生的沉浸感是仿真可信度的先决条件[6]。随着计算机图形技术的发展和仿真训练的广泛应用,用户对仿真系统模拟显示的逼真度要求也越来越高。在增强三维战场场景环境效果方面,系统中采用粒子系统模拟雨雪等天气情况,以光照度及颜色的变化模拟时间变化等等,可以逼真再现地形、海洋等环境效果,同时建立了真实战场中人眼不可见的各类电磁、红外辐射、传感器探测范围、噪声等的可视化模型,增强三维态势显示的表现效果,以适应信息化条件下的作战仿真训练要求。系统中实现的地形、水下、探测及烟火效果如图3所示。

1.2.3 实时战场听觉信息仿真

在战场环境中,声音是不可或缺的重要组成部分。听觉信息仿真主要是通过对战场中各实体的音效、方位、音量及多普勒效应的模拟来保证虚拟战场信息的完整性,增强态势仿真的真实感,降低对视觉信息的依赖,引导操作人员进行更细微的分析判断[7]。

三维声音建模的重点在于虚拟环境中的声音变换。三维虚拟声音不仅要在三维虚拟空间中把实际声音信号定位到虚拟声源所处的特定位置,还要实时跟踪虚拟声源相对于听者的位置变化而变化。为正确描绘出声音效果,需要对声音传播路径的延迟及强度的增强与衰减进行模拟。比如说,随着飞机距离观察者的远、近,或者速度的快慢,感觉到引擎声音的增强与衰弱;又如随着机载导弹的发射听到尾迹声逐渐变弱等。声音控制采用触发机制,虚拟战场中包括水声、爆炸声、机器引擎的声音等,可以通过特殊效果触发、固定时间触发、碰撞触发或随机触发等,具有很好的灵活性。同时,声音效果要与实时变化的视觉相一致,才能产生视觉和听觉的叠加与同步效应,增强真实感。

除了实体在交互过程中产生的声音事件外,由于虚拟战场环境中观察范围很大,在系统中还需要充分考虑全局因素,适当加入一些声音背景和提示音,如在比较小的音量范围内产生一定数量的背景声,根据想定中的控制标志实时播放指挥人员下达的命令声等,可以更好的烘托战场环境,使用户能够清晰地理解仿真所表达的内容,增强对虚拟战场的体验感。

2 二维三维态势信息的融合交互

2.1 集成交互

二维态势与三维场景一体化集成交互设计的主要目标是根据战情的推演和用户的操作,实时在二维电子地图和三维虚拟战场环境中实现相互响应的态势显示。集成后系统从逻辑上可分为数据服务层、业务逻辑层和用户界面层。数据服务层主要包括地理数据、音视频、三维模型和纹理等。各类数据的请求和传输服务均由业务逻辑层提供,系统结构和数据组织如图4所示。

在本系统中,二维态势与三维场景一体化主要体现在以下几个方面:

(1)二维态势与三维态势在位置、状态等各方面的显示一致。二维态势与三维场景一体化集成交互的基本要求就是在任一给定时刻,它们显示的场景内容是相同的,不同的只是提供给用户的显示形式,一个以二维图标线条为主,一个以三维模型效果为主。

(2)二维、三维态势驱动数据同步。态势显示系统中的公用驱动数据包括仿真时间、目标位置、状态、作战指令等,如表1所示。二维战场态势显示节点负责实时显示更新军标位置与方向,并对作战区域、威胁范围等进行标注;三维态势节点负责根据驱动数据实时更新三维实体模型位置、姿态,渲染战场环境,接收控制指令,改变观察视角。二维、三维态势集成交互时,驱动数据都从战场仿真导演节点获得,确保二维、三维态势信息驱动数据的一致性。

(3)二维、三维态势的操作控制同步。二维、三维态势操控同步也就是要求无论用户在哪一种态势显示方式下进行实体查询、标绘等操作时,另一种态势显示方式会实时响应,动态显示该区域的场景或目标,保证态势显示的统一。

由于二维、三维显示系统位于不同的进程,各自独立运行,所以需要建立同步机制来实现二者的实时交互。这种同步机制的实质是二维态势和三维场景两个空间集合建立惟一映射及双向通信,即建立二者坐标系的惟一对应和仿真实体间的一一对应[8]。一般实际应用中,二维电子地图采用地理坐标系,三维虚拟场景采用右手坐标系。二维三维坐标系的惟一对应可以通过点匹配的方式来实现。根据二维地图和三维场景中某个明显对应的特征点,通常选择二维地图中心坐标和三维场景原点为参照点,二维地图或三维场景中其他任一点都可以转换成与参照点相对的坐标。仿真实体间可以采用实体惟一标志号匹配来实现一一对应。操作控制同步一般通过事件消息驱动方式实现。当用户在任意一种态势显示方式下进行查询、漫游等操作时,该系统中的事件响应函数调取另一系统相关接口,进行相应变换操作,保证二维态势和三维场景中实体位置、状态等显示的一致。二维与三维态势集成效果如图5所示。

2.2 场景视点规划

视点是图形坐标系统中的一个瞬间空间位置,仿真中的视点方式就是从空间某一个具体的位置,按照一定的规律运动、以合适的角度观看某个局域场景,它控制着视锥体内的视觉表现[9]。空间战场中实体数量多、事件形式复杂,存在大量的需要显示的信息,将这些信息同时显示,不仅会超出指挥人员对信息的分析和利用能力,而且即使是同一仿真系统、同一想定,用户每次进行仿真时所关注的对象和内容也可能不同,单一的窗口和视点规划难以将战场细节很好地表达出来。

在实际应用中必须根据需求显示相应的信息,通过预先规划路径自动漫游、重要事件触发、人机输入设备切换控制等方式组合规划视点。操作人员对虚拟战场实体进行跟随观察时,可以利用三维场景实时接收二维态势中用户点击查询的目标编号,综合利用键盘灵活控制视点与被观测实体间的距离和角度等状态,实时观察该目标,同时通过对二维态势的观察对整个战场形势进行全面分析,克服单独在三维空间环境中漫游产生的迷失感,使操作控制人员能够实时、全面掌握战场态势,缩短决策、评估时间。

3 数据平滑及回放

由于虚拟战场各仿真平台推进的步长不同,态势显示中各数据接收的周期也不同。当数据接收周期大于40 ms时,数据间隔较大,若不加处理,三维态势显示画面会产生跳跃,严重影响仿真效果。实际应用中,可以采用对仿真数据进行插值或预估递推的方法来解决三维图像的平滑显示问题,即保存仿真实体最新的两周期数据,当接收到某仿真实体当前仿真数据时,开始更新上一帧数据。在接收到的两个数据点间,根据仿真数据推进周期T和帧刷新周期∆t确定插值数TΔt,保证每次图像刷新时,实体的位置均匀变化。但这样会造成三维显示总是滞后仿真系统一个仿真周期T。当T较大造成三维显示滞后较多时,也可采用预估递推的方法,通过接收到的少量数据,根据图像的刷新率需要,计算推测未知点的数据,当预估实体数据与收到的即时数据存在较大偏差时,就直接使用收到的即时数据同步推进显示,保证图像渲染平滑。

同时,记录仿真对象的状态和它们之间的交互信息,仿真推演结束后回放评估,在战场仿真试验过程中也是不可缺少的功能。采用C++文件输入输出流的方法将实体的运动数据保存为数据文件,比用VCR方式记录的视频数据要高效,并且可节省大量的系统资源和磁盘空间,回放过程也可进行人工操控,并按照不同需求进行数据插值或跳点读取,实现不同的回放速度,实现仿真过程的重演。

4 结语

为综合表现虚拟战场态势,将二维地图与三维虚拟场景有机结合,使二维数字地图操作与三维场景展示在数据、显示、操控等方面实现同步一致,消除了三维态势对整个战场态势认识的不足和漫游时产生的方向迷失感,又弥补了二维电子地图认知战场环境所带来的缺陷。应用于某虚拟海洋战场系统[10],实现了战略层面上战场态势的宏观展示和战术层面上参战实体细节的微观表达,取得了较好的效果。

参考文献

[1]张野鹏.作战模拟基础[M].北京:高等教育出版社,2004.

[2]顾浩,王祥祖,程健庆.海上区域作战模拟分析系统技术[J].计算机仿真,2005,22(10):13-18.

[3]吴家铸.视景仿真技术及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001.

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[5]庞国峰.虚拟战场导论[M].北京:国防工业出版社,2007.

[6]黄安祥.空战虚拟战场设计[M].北京:国防工业出版社,2007.

[7]庄庆鸿,李宁.虚拟环境中的低成本实时立体声显示[J].计算机仿真,2009,26(8):72-76.

[8]刘明皓,康凤举.空间战场一体化视景仿真系统设计与实现[J].火力与指挥控制,2011,36(7):149-155.

[9]刘卫东.可视化与视景仿真技术[M].西安:西北工业大学出版社,2012.

[10]杜阳华,曹志敏.海上区域作战虚拟训练系统设计及关键技术[J].火力与指挥控制,2011,36(4):52-57.

虚拟海洋环境篇2

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教学目标

1.了解海洋环境问题的表现，产生的根源，以及监测防治的措施。

2.了解海洋权益和《联合国海洋法公约》的内涵，专属经济区的划分，以及如何处理好相邻国家间关于海洋权益的争端问题。教学建议

1.关于海洋环境保护：海洋环境问题包括海洋污染和海洋生态破坏两个方面。在教学中，教师可先引导学生读《海洋污染物质来源》示意图，分析各经济生产部门所产生的污染物质的种类，污染物泄漏和排放到海洋的途径,给海洋生态带来的危害,给人类带来的威胁等。在分析了海洋污染问题之后，可自然过渡到海洋生态破坏的问题上。针对海洋生态破坏问题，可引导学生从自然因素和人为因素两方面进行分析，特别着重在人为因素的的分析上。关于海洋环境保护问题，也可在课堂上向学生播放有关的录像资料，使学生获得直观的、生动的印象。

2．关于石油污染和监测防治：在教学中，教师将此部分内容合并到海洋环境保护标题下，在讲海洋石油污染时，以阿拉斯加的油轮泄漏为例，说明造成的危害和监测防治措施。关于海洋石油泄漏清污方法，可以用有关的科教片进行展示，比用语言描述效果要好。

3．关于海洋权益和《联合国海洋法公约》：在这部分教材内容的教学中，教师可采取课堂阅读讨论的方式，通过阅读课文内容和读《专属经济区》示意图，了解海洋权益和《联合国海洋法公约》的内涵，专属经济区的划分，讨论如何处理好相邻国家间关于海洋权益的争端问题。

关于海洋环境问题的教学分析

海洋环境问题是伴随着人类开发利用海洋而产生的。海洋形成已有几十亿年了，人类利用海洋也已有几千年的历史，但并未发生严重污染问题，就是因为海洋对有害物质具有自净能力。污染物质进入海洋以后，经过物理过程（扩散、稀释）、化学过程（氧化、还原）、生物过程（降解等）的作用，一部分或全部被海水吸收、沉降、稀释或转化，海洋环境又会恢复到原来的状况。海水的自净能力是有限度的，如果污染物质的浓度和数量超出了环境的自净和容纳能力，便会使海洋环境遭到污染。海洋环境容量是衡量海水自净能力大小的标志，它是指在不危害人类生存和自然生态的前提下，某一海洋环境所能容纳污染物的最大负荷量。海洋环境容量是海洋环境质量控制和产业规划的一个依据。

20世纪以来，人类及其日益发展的技术，给海洋环境和海洋资源带来了巨大的冲击，反过来海洋污染又对海洋生物资源、工业用水质量和人类自身的健康造成日益严重的威胁。教材投产业部门讲述了海洋污染物质的来源及其造成的危害。从类型上说，目前危害较大的海洋污染物质主要有石油、重金属、农药、有机物质、放射性物质、固体废物和废热水中的热能等。海洋污染的特点是：污染源广，污染物质种类多，影响范围大，危害深远，控制复杂，治理难度大。海水中赤潮的发生与海洋环境污染有着直接和密切的关系。赤潮是指海水中某些微小浮游植物、原生动物或细菌，在一定的环境条件下，短时间内发生突发性的增殖和聚集，引起水体变色和水质恶化的现象。赤潮的发生有自然因素的作用，古代曾有赤潮现象的记录。但是，人类无节制地向海洋排放、倾倒废弃物是目前赤潮时有发生的主要原因。如果学生对这一现象感兴趣，教师可作适当讲解。关于石油对海洋造成的污染的教学分析

石油是各种污染物中入海量较大的一种。由于人们对矿物燃料特别是石油的需求量不断增加，海洋石油开发和运输迅速发展，海洋中石油溢出事件无疑会更加频繁，石油污染将是一种持续的海洋污染现象。20世纪60年代末，随着海洋石油运输业的飞速发展，油轮溢油事件开始频繁发生。时至今日，恶性的油轮油溢事件仍时有发生。在海洋石油开来活动中，石油的自然渗出、偶然发生的井喷、油污排泄等，也可能造成油溢。清理石油污染的化学物质还可能造成二次污染。油污染对海洋环境的现时影响和长期影响是：（1）破坏海洋生态；（2）危害渔业生产；（3）破坏海滨娱乐场所；（4）使整个海岸环境退化。关于世界海洋管理的教学分析和建议

世界海洋的管理一直是人类面临的挑战之一。海洋面积辽阔，涉及150多个独立国家的国界。维护公海自由的斗争持续了几个世纪。不仅；因海国家对部分海域有主权要求，一些内陆国家也要求分享海洋。

某些国家甚至因各自要求的领土管辖范围上的冲突而发生纠纷。海洋环境区域差异很大，工业发达国家向海洋中排放的污染物，要比发展中国家多得多。20世纪60年代初，大洋多金属结核的发现，在国际上引起了关于国际海底及其资源的法律地位的激烈争论。因此，与海洋有关的环境问题、领土要求问题与资源所有权等问题始终是国际海洋法会议的主要议题。

20世纪中叶以来，国际海洋法律制度发生了根本性的变革。在40年代，世界海洋还被置于少数霸权国家的控制之下。进入60年代后，国际形势和国际关系力量对比发生转折，世界民族解放运动取得决定性胜利，这些新独立的国家和已取得独立的发展中国家纷纷提出反对海洋霸权、争取平等的海洋权的要求。早在1958年，联合国第一次海洋法会议就提及海洋和海洋资源是人类的共同继承遗产。1970年，第25届联大通过了“各国管辖范围以外海底及其底上的原则宣言”，表明国际海底及其资源适用于人类的共同继承财产原则，已经得到国际上的普遍承认。1973年12月，联合国召开了第三次海洋法会议，经过9年会议上的争论，在1982年4月通过了《联合国海洋法公约》，确认公海、国际海底的海洋资源属国际共管、共享。

公约所确立的新的海洋法制度的主要特点是扩大了沿海国家的管辖海域面积和管辖权力，确认沿海国家对于管辖海域的海洋资源享有主权权利。国家管辖海域按其法律地位的差别，可分为内海、领海、专属经济区、大陆架这四种主要区域。从行使资源主权权利方面讲，国家管辖海域可以被视为海洋国土，这些管辖海域中的海洋资源应当与陆地国土一样，得到重视和开发。

在教学中，可结合其他学科（如历史、政治）的知识内容，对20世纪以来国际政治、经济形势的格局与发展适当予以介绍，使学生理解新的国际海洋法律制度确立的背景及其与国际海权思想发展、国际海洋权益斗争间的关系。教学设计方案〖引入新课〗

1.读图引入：读《海洋污染物质来源》示意图

2.提问：海洋污染物质来源于哪些经济部门，它们是通过什么途径进入到海洋中，从而产生海洋环境问题的。〖海洋环境保护的教学〗

1．讲述：海洋环境问题包括两个方面：一是海洋污染，即海洋污染物质进入海洋，超过海洋本身的自净能力；二是海洋生态的破坏，即在各种人为因素和自然因素的影响下，海洋生态受到的破坏。海洋的污染物绝大部分来源于陆地上的生产过程。其中，工业生产过程中排出的废弃物是海洋污染物的主要来源,它们集中于大型港口和工业城市附近。这些污染物进入河流后汇入海洋中，危害海洋生物，逐渐在海洋生物体内富集，人食用了污染了的水产品，会危及人类健康。此外，农业生产中由于大量使用农药，残留的农药随水循环进入海洋；核电站和工厂排出的冷却水流入河口或海洋中，由于水温较高，往往会影响海洋生物；沿海石油化工工业、石油进出口港口、海上石油钻井平台、油轮失事等，都可能造成石油泄漏，污染海洋环境。

2.阅读：课本《阿拉斯加的油轮泄漏》一文及插图、图表《海上石油泄漏清污方法》

3.提问：海洋污染会给海洋生态环境带来什么影响；海洋生态的破坏是否都是人为因素？

4.讲解：除海洋污染外，人类的不合理的生产活动，如破坏海岸环境和生态系统的工程建设；人类对某些海洋生物的过度捕捞；缺乏科学论证的围海造田工程；都会导致海洋生态环境恶化，海洋生物数量和种类不断减少，甚至部分物种濒临灭绝。另外，自然环境的变化，如全球气候变暖和海平面上升，以及一些自然灾害，如海底火山爆发、海啸、海底地震等，也会使海洋生态环境受到破坏和改变。但是，人为因素对海洋生态的破坏更为突出。〖海洋权益和《联合国海洋法公约》的教学〗

1.阅读和读图：课本相关部分内容，并且读《专属经济区》示意图

虚拟海洋环境篇3

关键词亚龙湾；海洋环境；现状分析

中图分类号 P76

Abstact We monitored the coastal waters of the Yalong Bay in August ， 2015. And use the single factor index method， organic pollution index method and the method of water quality eutrophication to research the environment of Yalong Bay coastal waters. The results show that the environment of Yalong Bay is good in 2015. The content of DO， COD， DIN， DIP and heavy metal is low in the seawater of Yalong Bay， it meets the first kind of sea water quality standard. Although the measurement values of sediments of heavy metal， petroleum material， organic carbon and sulfide's content are different， they change very little. And they all meet the first kind of sea water quality standard. The values of single factor evaluation index are less than 1 ， and they are not more than the standard. The organic pollution index is low. The organism pollution factor index of 65% monitoring stations is less than zero in monitoring area. A-value of 35% monitoring stations changes from zero to one. The assessment level of organic pollution is always good.The degree of water quality eutrophication level is weak. Except that individual monitoring stations are at the medium level of eutrophication， the vast majority of monitoring sites are at the very low level of eutrophication. Through comparing with the historical datas， each chemical factor's measured value of marine environment changes little in Yalong bay inshore coastal waters these years.These results attest that the tourism activities in the Yalong Bay don't cause obvious adverse effect to marine ecological environment.

Key words Yalong Bay ； marine environment ； analysis of the situation

亚龙湾位于三亚市东南28 km处，是海南最南端的一个半月形状的月牙湾，古称琅琊湾，覆盖长度为7.5 km，是海南著名景观之一，不仅呈现明显的热带海洋性气候，充分体现了海洋、沙滩、阳光、绿色、新鲜空气融为一体，且适宜四季游泳和开展各类海上运动。基于地理位置、环境、气候的特殊性，近年来亚龙湾海域开发的海底世界已成为国际知名的海洋旅游景点，每年吸引众多的游客来亚龙湾观赏海底珊瑚景观，促进了三亚市经济的发展，增加了就业机会，对海南国际旅游岛建设具有重要意义。同时也给中国沿海海洋环境带来了较大的影响[1-4]，结合近年来中国著名的丽江古城[5]、宁夏沙湖[6]、福州国家森林公园[7]、重琴金府山水房泉[8]等景区附近水体质量随着旅游活动的频繁而有所下降。本试验关注如何保护亚龙湾近岸海域海洋环境等问题及其关注，主要分析亚龙湾滨海旅游活动发展对附近海域水质、沉积物环境带来的影响，这对三亚市旅游行业可持续发展具有重要意义[9-11]。

nlc202309031453

1 材料与方法

1.1 样品采集分析

调查海域为亚龙湾近岸海域，在该海域布设14个水质调查站位、4个沉积物站位，并于2015年8月采集样品，调查范围为109°36′55.36″E-109°39′18.85″E，18°12′57.49″N-18°13′52.28″N，调查站位见图1。

本调查主要分析水质溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、氨氮、活性磷酸盐、亚硝酸盐、硝酸盐、水温、盐度、铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）共12项指标含量，及沉积物油类、锌、镉、铅、铜、有机碳、硫化物共7项指标。

海水样品使用有机玻璃采水器采取，样品的采集、保存、分析均按中华人民共和国国家标准《海洋监测规范》和《海洋调查规范》[12-13]有关规定执行，并使用孔径0.45 μm的混合滤膜对样品进行过滤预处理，用碘量瓶单独装DO样品及时固定，其余样品用洗净5 L聚乙烯桶装，采样过程中注意各个细节以免污染样品。表层海洋沉积物样品用抓斗式采泥器采集，样品经自然风干、研磨和过筛（80目）后进行分析。

1.2 评价方法

为了了解旅游业对亚龙湾近岸水质、沉积物等海洋环境的影响，本试验主要采用单因子污染指数法[14]、有机污染指数法[15]和富营养化指数法[16]对亚龙湾近岸海域海洋环境进行分析及评价。

1.2.1 单因子污染指数法

计算公式某一项水质要素参数i在j中占的标准指数（即所占的百分数）。

Sij=Cij/Csj

式中：Sij表示单项水质参数i在第j点的标准指数，Cij表示污染物i在监测点j的浓度（mg/L或者μg/L），Csj表示水质参数i的海水水质标准（mg/L或者μg/L）。海水评价标准及海洋沉积物评价标准见表1和表2。

1.2.2 有机体污染指数法[17-19]

式中：ICOD、IDIN、IDIP、IDO分别代表监测海域海水COD、DIN、DIP、DO含量；SCOD、SDIN、SDIP、SDO分别表示海洋功能区划所要求水质COD、DIN、DIP、DO的标准值；A表示水质中有机体污染指数，是评价水质中COD、DIN、DIP、DO综合含量的指标；当A<0时表明水质良好，当A在0-1间变化时说明调查海域水质较好，当A>1时表示水质受污染，A值越大水质受有机体污染程度就越严重，有机体污染水平评价等级见表3。

1.2.3 水质富营养化标准指数法[17-19]

式中：CCOD、CDIN、CDIP分别表示监测海域海水COD、DIN、DIP含量的测定值；CCOD、CDIN、CDIP计量单位均为mg/L，E表示监测海域水质营养化水平指数，其水质营养化水平等级见表4。

2 结果与分析

2.1 主要环境要素平面分布特征

2.1.1 水质分析

（1）盐度和水温：于2015年8月对监测海域进行现场调查结果表明，海水盐度约为33 ‰，变化范围不超过1 ‰，各监测站位盐度测值变化幅度较小，测值较稳定。世界海洋盐度的平均值为35 ‰，此次盐度测值较世界海洋盐度值偏低，可能因为是近岸海域。由于本次调查正处于夏季，海水水温较高，表层水温测值范围为29.90-31.20 ℃，均值为30.37 ℃，属该季节正常变化范围。

（2）溶解氧和化学需氧量：溶解氧是生物在水中生存需要的重要指标之一，其含量受水温、气压、盐度等因素影响，主要来源于大气中氧的供给，海洋植物光合作用产生。

本次监测溶解氧含量较高，测值均在8 mg/L以上，含量变化范围为8.05-8.80 mg/L，平均值为8.51 mg/L，11号站位出现最大值，最小值出现在3号站位，优于第1类海水水质标准。而化学需氧量含量较低，最小测值为0.31 mg/L，最大测值为0.44 mg/L，均值为0.37 mg/L；各调查站位COD测值含量变化较小，分布十分均匀，符合第1类海水水质标准。

（3）无机氮和磷酸盐：水质无机营养盐主要由氮磷元素组成，无机营养盐不仅是浮游植物进行光合作用过程中所必须的元素，也是海洋生物新陈代谢的主要能源和赖以生存所需要的条件，随着经济的发展，含有大量氮磷元素的陆源污染物排入是造成水体营养化的主要原因，因此分析水质中氮、磷含量分布特征对评价亚龙湾水质营养化水平十分重要。

监测海域硝酸盐含量为0.011-0.030 mg/L，均值为0.017 mg/L；水质中硝酸盐含量分布均匀，较为稳定。铵盐含量为0.002-0.020 mg/L，均值为0.008 mg/L。亚硝酸盐含量较低，变化范围为0.001-0.003 mg/L，均值为0.002 mg/L。通常水质无机氮由硝酸盐、铵盐、亚硝酸盐组成；监测海区无机氮均值为0.027 mg/L，测值变化范围控制在0.019-0.038 mg/L，较为稳定，各调查站位海水无机氮含量无明显变化，均满足第1类海水水质标准要求（≤0.2 mg/L）；而且硝酸盐、铵盐、亚硝酸盐在无机氮中所占的百分含量分别为64.5 %、29.3 %、6.2 %。因此，海水无机氮的形态构成主要以硝酸盐为主，其次为铵盐，最后为亚硝酸盐。

磷酸盐含量分布过程复杂，受海洋水质、沉积物运作等影响；调查结果显示无机磷最大测值为0.005 mg/L，出现在12-14号站位；最小值为0.002 mg/L，均值为0.003 mg/L；各监测站位之间DIP测值较小且变化幅度不大。

（4）水质铜、铅、锌、镉：重金属具有毒性较大、易富集、不易被代谢的特征，一旦被生物体吸入腹中，容易造成重金属中毒现象，输入海中会造成水环境污染，对海洋生物的生存造成威胁。

监测海域铜含量变化范围为0.70-1.72 μg/L，均值为1.46 μg/L；在6号站位和8号站位分别出现最大值和最小值，均优于第1类水质标准要求。铅的监测范围为0.50-0.83 μg/L，均值为0.66 μg/L；镉含量极低且分布均匀，测值在0.05-0.08 μg/L间变化，均值为0.07 μg/L；锌的测定范围为6.70-13.31 μg/L，均值为10.49 μg/L；最大值出现在13号站位，最小值出现在11号站位；各调查站位间锌含量变化幅度不大。

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2.1.2 沉积物特征分析

进入水体的各类物质最终都会沉降到水底，被海底的沉积物保存下来，而当遇到沉积环境变化时，这些保存在沉积物中的物质，又会被释放出来。因此，沉积物不仅记录了沉积海区的环境变化，同时也是污染物再次释放的一个潜在来源[20]。研究结果表明水体中高浓度的重金属等要素均对海洋生物具有毒害作用[21-22]，且沉积物中这些元素含量能侧面反映出水体状态。

分析亚龙湾近岸海区表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、有机碳、石油类、硫化物等元素的分布特征。结果表明亚龙湾近岸海域海洋沉积物石油类含量变化范围为2.87×10-6-18.26×10-6，均值为7.25×10-6，符合第1类海洋沉积物标准；Zn含量变化不大，最大值、最小值分别为20.12×10-6、18.14×10-6，均值为19.16×10-6，均小于第1类沉积物标准要求（150×10-6）；Cd的最大值出现在1号站位，测值为0.24×10-6，最小值出现在9号站位，测值为0.09×10-6，优于第1类海洋沉积物标准；Pb和Cu的测值范围分别为8.08×10-6-11.34×10-6、1.28×10-6-2.03×10-6；有机碳含量较低，且分布十分均匀，测值范围为0.27×10-2-0.36×10-2，满足第1类海洋沉积物要求；硫化物最大测值为19.10×10-6，出现在5号站位。

2.2 评价结果

2.2.1 单因子指数评价

根据《海南省海洋功能区划》（2011-2020）和GB 3097-1997《海水水质标准》及GB 18668-2002《海洋沉积物标准》等相关要求[8]，以单因子指数1.0作为判定该监测要素是否超标，进而了解其对海洋环境产生的影响；本次水质单因子指数变化范围为0.05-0.85；沉积物指数变化范围为0.01-0.48，各要素指数值均小于1，未出现超标站位，表明亚龙湾近岸海域水质、沉积物良好，水质、沉积物单因子评价指数分别见表5和表6。

2.2.2 有机体污染指数评价

水体污染分为无机物污染和有机体污染，有机体在水中分布具有含量低且种类多的特点；采用水质有机体污染因子对水质有机物含量进行分析，结果见表7。由表7可知，调查海域水质有机体含量较低，个别站位（1、2、3、10号站位）的有机体污染因子A值在0-1间变化，其余站位A值均小于0，说明亚龙湾近岸海域水质有机体污染较小，水质较好。

2.2.3 水质富营养化评价

营养化水平是一项评价水质污染的综合指标，主要与水质中总磷、总氮、化学需氧量等因素有关；监测海域大部分站位水质营养化水平指数E值在0-0.5间变化，属于贫营养水平；有个别站位在0.5-1.0范围内，说明监测海域有部分站位出现中营养化现象；但总体而言，亚龙湾水质营养化程度较低，水质较好，水质营养化水平等级评价见表8。

3 讨论与结论

近年来，随着亚龙湾旅游业的迅速发展，其对近岸海域海洋环境的影响也受到国内外的关注。根据郑洋等[23]对海南省三亚湾珊瑚礁区水体环境特征研究，亚龙湾水体中无机氮的最大值含量为0.13 μmol/L，且有逐年降低的趋势；硅酸盐的含量在0.78-8.86 μmol/L之间变化，总体分布较为均为，各年测值无明显变化；总氮的含量变化范围为0.98-49.6 μmol/L，而总磷的含量在0.11-0.43 μmol/L间变化，并伴有逐年上升趋势。均符合第1类海水水质标准。李巧香等于2004-2008年对三亚湾近岸海域的水质监测，化学需氧量的变化范围为0.080-1.380 mg/L，平均水平为0.1-0.4 mg/L，而溶解氧分布较为均匀，各年测值均无太大变化，营养盐年际水平变化不大，三亚湾水质良好[24]。周永召等于2005-2009年对三亚亚龙湾海水浴场环境质量状况评价，结果显示，浴场1月水温最低，平均测值为22.5 ℃，5-10月水温较高，平均为28.0 ℃[25]；同时，浴场pH、DO含量测值保持在第1类海水水质范围内，亚龙湾海水浴场全年水质良好。2012年国家海洋局海口海洋环境监测中心站对亚龙湾周边海域环境进行调查研究，pH测值保持在8.00以上，COD含量范围为0.06-0.67 mg/L，无机氮含量变化范围为0.036-0.044 mg/L，无机磷含量较低且分布均匀，测值在0.001 mg/L左右变化，石油类最大值为0.017 mg/L，均符合第1类海水水质对应的标准要求[26]。

本研究结果为监测海域水质盐度值约为33 ‰，稍比世界海洋盐度值低；水温较高，均值为30.37 ℃，由于调查正处于夏季，海南气候较为炎热；DO、COD、DIN、DIP及水质重金属具有含量低、分布均匀、稳定性高等特点，因此符合第1类海水水质标准。沉积物重金属、石油类、有机碳、硫化物含量测值存在一定差异，但变化较小，均在第1类海洋沉积物标准要求范围内；有机体污染指数较低，监测海区有65 %的站点有机体污染因子指数小于0，有35 %的站位A值在0-1间变化；有机体污染水平评价多为良好；水质富营养化程度较弱，除了个别站位出现中等营养化水平，其余监测站点属于贫营养化，2015年亚龙湾近海海域海洋环境良好。结合历史分析，近年来亚龙湾近岸海域海洋环境各化学要素测值存在差异但变化幅度不大；说明亚龙湾开展旅游活动对海洋生态环境未造成明显的不利影响。

参考文献

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