秦皇島近岸海域水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

郗艷娟，肖國華，慕建東，楊超臣，閆 麗，姚新悅，劉 盼，何鴻雁

(1.河北省海洋與水產(chǎn)科學(xué)研究院，河北 秦皇島 066000；2.河北省海洋生物資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 秦皇島 066000；3.滄州市水產(chǎn)技術(shù)推廣站，河北 滄州 061000)

秦皇島海域是河北海域的一部分，地處渤海西部，北與遼寧海域相接，南與唐山海域毗鄰。海岸線東起山海關(guān)環(huán)海寺地嘴燈塔，西止昌黎縣灤河口，總長162.7 km[1]。隨著近年沿海經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生物資源逐年衰退，赤潮頻發(fā)，生態(tài)環(huán)境遭到破壞，由沿岸灤河、新開河、湯河、洋河、戴河、石河等排海的陸源污染物、海上運(yùn)輸(船舶的壓載水、清洗艙水、各種生活污水)以及海洋工程建設(shè)和海水養(yǎng)殖、海洋石油勘探開發(fā)是秦皇島海域污染的主要因素[1]。秦皇島近岸水域是十分重要的魚、蝦、蟹、貝的產(chǎn)卵、索餌、育肥場，防治海洋生態(tài)環(huán)境污染，修復(fù)海洋環(huán)境，實(shí)現(xiàn)海洋資源的可持續(xù)利用是當(dāng)務(wù)之急。本文根據(jù)2018年春季和夏季對秦皇島近岸海域海水環(huán)境各因素的調(diào)查結(jié)果，分析有機(jī)污染和富營養(yǎng)化的時(shí)空分布及原因，旨在全面了解該海域的環(huán)境質(zhì)量及其污染現(xiàn)狀，為海洋開發(fā)利用決策和海洋生態(tài)環(huán)境修復(fù)策略提供依據(jù)。

1 調(diào)查和方法

1.1 監(jiān)測站位與監(jiān)測時(shí)間

2018年在秦皇島近岸海域共布設(shè)25個(gè)站位，如圖1和表1所示。秦皇島沿岸有秦皇島碼頭，并臨近京唐港，海上往來的一部分船舶經(jīng)20#—25#站位所屬海區(qū)到達(dá)京唐港、另一部分經(jīng)18#、11#和6#站位所屬海域至秦皇島港，5#、6#、10#和11#為船舶的西錨地所在地，6#、7#和12#站位為東錨地。調(diào)查時(shí)間為每年的5月(春季)和8月(夏季)。

表1 海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站位布設(shè)

圖1 秦皇島近岸海域調(diào)查站位

1.2 樣品采集和分析

1.3 評價(jià)方法

1.3.1 調(diào)查因素的水平評價(jià)

根據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》 (GB 3097-1997)[4]中各監(jiān)測要素I～I(xiàn)V標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行評價(jià)，如表2所示。

表2 海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2 有機(jī)污染評價(jià)

有機(jī)污染狀況進(jìn)行評價(jià)，其計(jì)算公式如下[5]。

式中：CCOD1、CDIN1、CDIP1、CDO1分別為化學(xué)需氧量、無機(jī)氮、活性磷酸鹽、溶解氧評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，為對應(yīng)要素為一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其值分別為2.0、0.2、0.015 mg/L和6 mg/L。有機(jī)污染水平分級見表3[5]。

表3 有機(jī)污染評價(jià)分級

1.3.3 營養(yǎng)狀況評價(jià)

本研究采用營養(yǎng)指數(shù)法對調(diào)查海域營養(yǎng)狀況進(jìn)行評價(jià)。其計(jì)算公式[5]為：

式中：E為富營養(yǎng)化指數(shù)；DIN為無機(jī)氮含量，mg/L；DIP為活性磷酸鹽含量， mg/L；COD為化學(xué)需氧量，mg/L。

富營養(yǎng)化指數(shù)等級劃分如表4[6]所示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析采用 Excel 2017； 采用Arcgis軟件繪制各調(diào)查因子的時(shí)空分布圖。

2 結(jié)果

2.1 秦皇島近岸海域水質(zhì)現(xiàn)狀

2.1.1 各環(huán)境因子的水平狀況

秦皇島近岸海域各環(huán)境因子的季節(jié)性變化如表5所示。

表5 各因子季節(jié)變化趨勢

2.1.1.1 水溫調(diào)查海域水溫的變化范圍為15.5～30.1 ℃，平均水溫為22.5 ℃，夏季比秋季的平均水溫高11 ℃,經(jīng)單因素方差分析，春季與夏季的平均溫差呈顯著性差異(P<0.05)。

2.1.1.2 DODO的變化范圍為4.50～8.48 mg/L，平均值為6.66 mg/L，春季大于夏季，并存在顯著差異(P<0.05)，春季DO處于I類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的面積占調(diào)查總面積的92%，II類為8%，夏季DO符合I～I(xiàn)II類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的占比分別為52%、40%和8%。

2.1.1.3 pH值pH值的變化范圍為7.90～8.26，春季略高于夏季，無顯著季節(jié)性變化，全部站位的pH值均符合I類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.1.5 DIP水體內(nèi)部DIP來源分別為生物有機(jī)殘?bào)w的分解礦化、沉積物的釋放、水生生物的分泌與排泄，外部來源主要為降水、沖刷土壤地表徑流以及生活污水。春季和夏季兩個(gè)調(diào)查航次 DIP的濃度范圍為0.001～0.018 mg/L，均值為0.004 mg/L。 春季所有站位的DIP值均符合I類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，夏季符合I類和II類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的面積分別占調(diào)查面積的96%和4%，春季和夏季的DIP含量具有顯著差異(P<0.05)，夏季大于春季。

2.1.1.6 CODCOD 是在一定條件下以化學(xué)氧化劑氧化水中的有機(jī)物和還原性無機(jī)污染物所消耗的氧量，是表征水中還原性物質(zhì)多少的指標(biāo)[9]。調(diào)查期間COD的變化范圍為0.68～2.50 mg/L，平均值為1.25 mg/L。春季所有站位的COD值均符合I類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；夏季符合I類和II海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的面積占調(diào)查面積的80%和20%，夏季高于春季，呈顯著差異性(P<0.05)。

2.1.2 各環(huán)境因子的空間分布變化

圖2 2018年春季秦皇島近岸水域pH分布

圖3 2018年夏季秦皇島近岸水域pH分布

圖4 2018年春季秦皇島近岸水域水溫分布

圖5 2018年夏季秦皇島近岸水域水溫分布

圖6 2018年春季秦皇島近岸水域DO分布

圖7 2018年夏季秦皇島近岸水域DO分布

圖8 2018年春季秦皇島近岸水域分布

圖9 2018年夏季秦皇島近岸水域分布

圖10 2018年春季秦皇島近岸水域分布

圖11 2018年夏季秦皇島近岸水域分布

圖12 2018年春季秦皇島近岸水域分布

圖13 2018年夏季秦皇島近岸水域分布

圖14 2018年春季秦皇島近岸水域DIN分布

圖15 2018年夏季秦皇島近岸水域DIN分布

圖16 2018年春季秦皇島近岸水域DIP分布

圖17 2018年夏季秦皇島近岸水域DIP分布

圖18 2018年春季秦皇島近岸水域COD分布

圖19 2018年夏季秦皇島近岸水域COD分布

2.2 有機(jī)污染評價(jià)

春季秦皇島近岸海域有機(jī)污染指數(shù)的范圍為-0.67～5.08，平均值為0.33，其分布如圖20所示。春季有機(jī)污染指數(shù)的空間分布與無機(jī)氮的分布相同，有機(jī)污染主要是由無機(jī)氮濃度嚴(yán)重超標(biāo)引起。以航道處附近海域?yàn)橹行男纬闪宋廴境潭葹?級的區(qū)域，處于嚴(yán)重有機(jī)污染狀態(tài)，占調(diào)查海域的4%。洋河口附近海域?yàn)橹卸任廴?。調(diào)查海域有機(jī)污染級別處于良好(0級，A<0)和較好(1級，0≤A<1)狀態(tài)的面積分別占總調(diào)查面積的68%和12%，開始受污染和中度污染的面積均占8%。如圖21所示。

圖20 2018年春季秦皇島近岸水域有機(jī)污染空間分布

圖21 2018年春季秦皇島近岸水域有機(jī)污染級別占比

夏季秦皇島近岸海域有機(jī)污染綜合指數(shù)的范圍為-0.23～5.33，平均值為0.70，其分布如圖22所示，有機(jī)污染的中心轉(zhuǎn)移至灤河口附近海域，有機(jī)污染指數(shù)高達(dá)5.33，以此為中心，污染區(qū)域逐漸向外擴(kuò)大，形成占比為4%的嚴(yán)重有機(jī)污染狀態(tài)區(qū)域。與春季相比，夏季處于良好狀態(tài)的海域面積大幅減少，占比從68%降低至28%，有機(jī)污染處于較好狀態(tài)的站位從12%上升至48%，開始受污染和輕度污染的占比分別為16%和4%。如圖23所示。

圖22 2018年夏季秦皇島近岸水域有機(jī)污染空間分布

圖23 2018年夏季秦皇島近岸水域有機(jī)污染級別占比

2.3 秦皇島近岸海域營養(yǎng)水平狀況評價(jià)

春季秦皇島近岸海域的富營養(yǎng)化指數(shù)的范圍為0.00～0.93，平均值為0.08。如圖24所示，所有站位的富營養(yǎng)化指數(shù)均小于1.0；夏季秦皇島近岸海域的富營養(yǎng)化指數(shù)的范圍為0.01～3.75，平均值為0.29，如圖25所示，在灤河口附近海域形成了的富營養(yǎng)化指數(shù)為3.75的高值區(qū)域，達(dá)到中度富營養(yǎng)狀態(tài)，為總調(diào)查面積的4%，其它海域的富營養(yǎng)化指數(shù)均小于1.0，處于貧營養(yǎng)狀態(tài)。兩個(gè)航次調(diào)查中，所有站位的平均富營養(yǎng)化指數(shù)為0.18。

圖24 2018年春季秦皇島近岸水域營養(yǎng)化指數(shù)分布

圖25 2018年夏季秦皇島近岸水域營養(yǎng)化指數(shù)分布

3 結(jié)論

春季和夏季兩個(gè)航次的調(diào)查結(jié)果表明，DO、DIN、DIP和COD均存在不同程度的超標(biāo)，其中DIN超標(biāo)嚴(yán)重，在春、夏季的兩個(gè)調(diào)查航次中，春季DIN處于劣IV類水平的站位位于洋河口和船舶航道附近海域，夏季則轉(zhuǎn)移至灤河口附近海域。各調(diào)查因子全部站位的均值均符合海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)一類標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)資料顯示，洋河在秦皇島入海河流中水量居于首位，主要接納農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染物和沿途村莊工業(yè)及生活污水[7]，秦皇島港年均進(jìn)出港的大型船舶達(dá)到2萬多艘次[1]，其壓艙水、清洗艙水和各種生活污水直排入海，灤河接納兩岸共有造紙、選礦、化工等149家企業(yè)的工業(yè)廢水和縣城生活污水直接和間接的排入，全年接納沿岸工業(yè)廢水和城市生活污水約70 t，懸浮物0.255 t[10]。因此，在洋河口、灤河口和航道附近海域出現(xiàn)嚴(yán)重超標(biāo)污染物的存在有其必然性。

春季和夏季兩個(gè)航次的調(diào)查中秦皇島近岸海域有機(jī)污染指數(shù)均值為0.52，有機(jī)污染級別處于良好(0級，A<0)和較好(1級，0≤A<1)狀態(tài)的面積分別占總調(diào)查面積的54%和26%，開始受污染和輕度污染的面積占2%和4%，處于中度和嚴(yán)重有機(jī)污染狀態(tài)的面積分別為6%和8%。根據(jù)空間分布圖顯示，春季和夏季處于嚴(yán)重污染狀態(tài)的海域與無機(jī)氮嚴(yán)重超標(biāo)的海域重合，調(diào)查海域有機(jī)污染主要由無機(jī)氮含量過高所致。

在春季和夏季兩個(gè)航次的調(diào)查中，秦皇島近岸海域的營養(yǎng)指數(shù)均值為0.18，整個(gè)調(diào)查海域基本處于貧營養(yǎng)狀態(tài)。夏季受大陸徑流的影響，灤河口附近海域處于中度富營養(yǎng)的狀態(tài)，占調(diào)查總面積的4%。

秦皇島近岸海域的水環(huán)境質(zhì)量主要受大陸徑流和船舶排污的影響。應(yīng)實(shí)施嚴(yán)格的陸地污染源排放總量控制，完善主要河流和城市管網(wǎng)入?？诃h(huán)境監(jiān)測設(shè)置，建設(shè)船舶油污水和垃圾接收處理，開展各種教育宣傳活動，培養(yǎng)公眾的海洋保護(hù)意識，建立健全相關(guān)法律法規(guī)，改善海域的水質(zhì)狀況。