• 中文核心期刊
  • 中国科技核心期刊
  • ISSN 1007-6336
  • CN 21-1168/X

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

辽东湾近岸海域开发利用对海水环境质量的影响

张广帅 闫吉顺 吴婷婷 孟庆辉 王权明 蔡悦荫

引用本文:
Citation:

辽东湾近岸海域开发利用对海水环境质量的影响

    作者简介: 张广帅(1989-),男,山东淄博人,助理研究员,博士,主要研究方向为海洋综合治理与生态评估,E-mail:978662898@qq.com;
    通讯作者: 孟庆辉,工程师,E-mail:qhmeng@nmemc.org.cn
  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(42030409);国家海洋环境监测中心博士启动基金项目(2019-A-03);北京市企业家环保基金会青年学者资助项目(ST202002015);辽宁省博士科研启动基金项目(2019-BS-091)
  • 中图分类号: X37

The impact of the development and utilization of the coastal areas of Liaodong Bay on the environmental quality of seawater

  • 摘要: 为定量评估近岸海域开发利用水平及沿海城市经济产业结构对海水环境质量的影响,本文以辽东湾近岸海域为研究对象,运用水质综合评价指数、内梅罗指数和主成分指数对近岸海域水质环境进行了评价;基于方差分解分析,研究了近岸海域开发利用水平、经济产业结构等对海水环境质量的影响贡献率。结果表明,大连和葫芦岛近岸海域水质环境显著优于辽河口附近的盘锦、营口和锦州;海洋功能区和海水质量指数具有一定的空间关联性,但不同功能区之间差异性不显著;海域开发利用水平和海水水质综合评价指数及内梅罗指数呈极显著正相关性,沿海城市人均GDP和海水水质指数呈“倒U形”的库兹涅兹曲线关系;方差分解分析表明,海域开发利用强度能够累计解释海水环境质量变化的42.3%,经济产业结构能够累计解释海水环境质量变化的31.8%,海域开发利用水平和经济产业结构直接影响贡献率为16.5%,而自然地理位置与海域开发利用强度以及自然地理位置与经济产业结构交互作用的累计解释贡献率为58.9%。研究结果表明,围填海管控、近岸海域综合治理及沿海产业结构优化对改善近岸海域环境质量具有重要作用。
  • 图 1  辽东湾近岸海域采样站位分布

    Figure 1.  Distribution of sampling stations in the coastal waters of Liaodong Bay

    图 2  辽东湾海域不同城市海水水质指数及其空间分布

    Figure 2.  Seawater water quality index and its spatial distribution of different cities in Liaodong Bay

    图 3  近岸海域开发利用水平(a)及人均GDP(b)与海水环境质量的关系

    Figure 3.  The relationship between the level of development and utilization of coastal waters (a) and per capita GDP (b) and sea water quality and environment

    图 4  地理位置、近岸海域开发利用强度和经济产业结构对海水环境质量影响的方差分解分析

    Figure 4.  Variance decomposition analysis of the environmental impact of geographical location, coastal waters development and utilization intensity and economic industrial structure

    表 1  近岸海域不同海洋功能区水质指数

    Table 1.  Water quality index of different marine functional areas in coastal waters

    功能区3月5月
    RINIPIRINIPI
    保留区6.98±4.151.42±2.260.66±0.907.29±4.15b1.13±1.35bc0.42±0.72b
    工业与城镇用海区5.80±4.110.68±0.57−0.17±0.887.01±3.41b1.45±1.19c0.31±0.37ab
    农渔业区5.59±4.691.05±0.890.39±0.704.45±3.36ab0.66±0.89ab0.17±0.62ab
    海洋保护区4.55±2.960.55±0.34−0.28±1.102.84±1.68ab0.28±0.42a−0.30±0.55ab
    港口航运区4.54±2.850.58±0.49−0.30±0.753.86±2.93ab0.60±0.49ab−0.15±0.55ab
    特殊利用区2.69±0.530.23±0.08−0.82±0.201.68±0.18a0.16±0.05a−0.64±0a
    旅游休闲娱乐区2.36±1.260.34±0.06−0.70±0.274.38±1.69ab0.85±0.23abc−0.02±0.10ab
    F1.320.981.373.61**5.00**3.12**
    注:** 表示在0.05水平上具有显著差异;同列不同字母表示不同功能区各评价指标在0.05水平上具有显著差异
    下载: 导出CSV

    表 2  不同城市和功能区对近岸海域水质指数影响的双因素方差分析结果

    Table 2.  Two-factor analysis of variance results of the impact of different cities and functional areas on the water quality index of coastal waters

    时间项目RINIPI
    dfFdfFdfF
    3月 城市 4 16.09*** 4 3.4** 4 7.26***
    功能区 6 0.76 6 0.20 6 0.52
    城市×功能区 11 1.01 11 0.52 11 0.96
    5月 城市 4 19.02*** 4 23.6*** 4 14.5***
    功能区 6 0.59 6 2.45** 6 1.08
    城市×功能区 11 1.8 11 3.56** 11 2.3**
    注:***表示在0.01水平上呈极显著差异,**表示在0.05水平上呈显著差异
    下载: 导出CSV

    表 3  辽东湾海域空间开发利用现状评价结果

    Table 3.  Evaluation results of the current situation of space development and utilization in Liaodong Bay

    城市人工岸线
    比例/(%)
    非开放式
    用海比例/(%)
    海域使用率/
    (%)
    岸线围填海
    强度/ha·km−1
    单位岸线用海
    支持度/ha·km−1
    近岸海域
    围填海率/(%)
    海域开发利用
    水平指数
    用海多样性
    指数
    DL29.708.5614.8630.04148.393.010.090.08
    YK82.2515.3733.7040.90273.805.030.700.25
    PJ68.1814.0823.5826.75203.843.090.380.14
    JZ86.5414.8243.8838.45267.376.310.850.09
    HLD65.4121.3418.3315.42209.591.350.380.15
    下载: 导出CSV
  • [1] MA C, ZHANG X C, CHEN W P, et al. China’s special marine protected area policy: trade-off between economic development and marine conservation[J]. Ocean & Coastal Management, 2013, 76: 1-11.
    [2] 于永海, 王 鹏, 王权明, 等. 我国围填海的生态环境问题及监管建议[J]. 环境保护, 2019, 47(7): 17-19.
    [3] LIU X H, LIU D Y, WANG Y J, et al. Temporal and spatial variations and impact factors of nutrients in Bohai bay, China[J]. Marine Pollution Bulletin, 2019, 140: 549-562. doi: 10.1016/j.marpolbul.2019.02.011
    [4] HU W J, LIU J, MA Z Y, et al. China's marine protected area system: evolution, challenges, and new prospects[J]. Marine Policy, 2020, 115: 103780. doi: 10.1016/j.marpol.2019.103780
    [5] DALTON T, THOMPSON R, JIN D. Mapping human dimensions in marine spatial planning and management: An example from Narragansett Bay, Rhode Island[J]. Marine Policy, 2010, 34(2): 309-319. doi: 10.1016/j.marpol.2009.08.001
    [6] LONGLEY K, LIPSKY A. Human use characterization and visualization in marine spatial planning efforts in the Northeast[C]//2013 Oceans-San Diego. San Diego, CA, USA: IEEE, 2013: 1-8.
    [7] ANDERSEN J H, HALPERN B S, KORPINEN S, et al. Baltic Sea biodiversity status vs. cumulative human pressures[J]. Estuarine, Coastal & Shelf Science, 2015, 161: 88-92.
    [8] 张建丽, 宋德瑞, 初佳兰, 等. 基于数据挖掘的海域使用现状研究——以辽宁省近岸海域为例[J]. 海洋环境科学, 2020, 39(3): 407-412. doi: 10.12111/j.mes20200313
    [9] 张 云, 宋德瑞, 张建丽, 等. 近25年来我国海岸线开发强度变化研究[J]. 海洋环境科学, 2019, 38(2): 251-255, 277. doi: 10.12111/j.cnki.mes20190213
    [10] WU Z X, YU Z M, SONG X X, et al. A methodology for assessing and mapping pressure of human activities on coastal region based on stepwise logic decision process and GIS technology[J]. Ocean & Coastal Management, 2016, 120: 80-87.
    [11] 方春洪, 梁湘波, 刘容子. 基于海湾空间的海洋经济差异分析——以辽东湾、渤海湾、莱州湾为例[J]. 中国人口·资源与环境, 2012, 22(2): 170-174. doi: 10.3969/j.issn.1002-2104.2012.02.028
    [12] HU B Q, LI J, ZHAO J T, et al. Heavy metal in surface sediments of the Liaodong bay, Bohai sea: distribution, contamination, and sources[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2013, 185(6): 5071-5083. doi: 10.1007/s10661-012-2926-0
    [13] 于大涛, 高 范, 姜恒志. 辽东湾西北部近岸海域水质现状调查及污染特征分析[J]. 海洋环境科学, 2016, 35(4): 540-544, 550.
    [14] GB/T 12763.4-2007, 海洋调查规范 第4部分: 海水化学要素调查[S].
    [15] GB/T 17378.4-2007, 海洋监测规范 第4部分: 海水分析[S].
    [16] 杜培培, 吴晓青, 都晓岩, 等. 莱州湾海域空间开发利用现状评价[J]. 海洋通报, 2017, 36(1): 19-26. doi: 10.11840/j.issn.1001-6392.2017.01.003
    [17] GB 3097-1997, 海水水质标准[S].
    [18] GB 3838-2002, 地表水环境质量标准[S].
    [19] 刘玲玲, 阳文静, 游清徽, 等. 基于雷达图的鄱阳湖湿地水质评价[J]. 水生态学杂志, 2020, 41(4): 1-8.
    [20] BRADY J P, AYOKO G A, MARTENS W N, et al. Development of a hybrid pollution index for heavy metals in marine and estuarine sediments[J]. Environmental Monitoring & Assessment, 2015, 187(5): 306.
    [21] 褚 帆, 刘宪斌, 刘占广, 等. 天津近岸海域海水富营养化评价及其主成分分析[J]. 海洋通报, 2015, 34(1): 107-112. doi: 10.11840/j.issn.1001-6392.2015.01.016
    [22] 田思瑶, 于晓彩, 塔荣凤, 等. 辽东湾中部近岸海域COD、石油类、叶绿素分布特征及富营养化状态评价[J]. 大连海洋大学学报, 2019, 34(5): 739-745.
    [23] 王焕松, 雷 坤, 李子成, 等. 辽东湾北岸主要入海河流污染物入海通量及其影响因素分析[J]. 海洋学报, 2011, 33(6): 110-116.
    [24] 虞 阳, 申 立, 武祥琦. 海洋功能区划与海域生态环境: 空间关联与难局破解[J]. 生态经济, 2015, 31(3): 161-165. doi: 10.3969/j.issn.1671-4407.2015.03.035
    [25] 侯西勇, 张 华, 李 东, 等. 渤海围填海发展趋势、环境与生态影响及政策建议[J]. 生态学报, 2018, 38(9): 3311-3319.
  • [1] 梁淼李德鹏路波孙钦帮鞠茂伟孙丽艳陈兆林 . 辽东湾西北部海域表层沉积物重金属含量的空间分布特征与污染状况评价. 海洋环境科学, 2019, 38(6): 874-883. doi: 10.12111/j.mes20190609
    [2] 杨斌方怀义许丽莉钟秋平黎树式 . 钦州湾水质污染时空变化特征及驱动因素. 海洋环境科学, 2017, 36(6): 877-883. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2017.06.013
    [3] 陈生涛苗安洋温婷婷杨晓飞褚忠信 . 辽东湾表层沉积物重金属污染特征及潜在生态危害评价. 海洋环境科学, 2019, 38(2): 256-262. doi: 10.12111/j.mes20190214
    [4] 胡超魁李楠吴金浩赵海勃王召会 . 辽东湾近岸海域沉积物石油类分布特征及污染状况. 海洋环境科学, 2020, 39(4): 551-556. doi: 10.12111/j.mes.20190118
    [5] 狄乾斌李霞 . 中国沿海11省市海洋产业结构与海域承载力脉冲响应分析. 海洋环境科学, 2018, 37(4): 561-569. doi: 10.12111/j.cnki.mes20180413
    [6] 李轶平王小林郭栋刘修泽付杰董婧 . 辽东湾潮间带夏季大型底栖动物群落结构研究. 海洋环境科学, 2016, 35(2): 214-220. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2016.02.010
    [7] 曹慧慧陈元赵骞王晶 . 辽东湾东部秋季海流特征的同步观测研究. 海洋环境科学, 2019, 38(4): 615-620. doi: 10.12111/j.mes20190420
    [8] 王传珺吴英超王玉广付元宾李晴于姬蔡悦荫宫玮 .  辽东湾滨海地区土壤盐渍化分布及盐分特征分析. 海洋环境科学, 2015, 34(6): 937-941. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2015.06.022
    [9] 李卫卫孙昭晨梁书秀 . 辽河口区径流对污染物漂移扩散的影响. 海洋环境科学, 2019, 38(2): 294-302. doi: 10.12111/j.mes20190219
    [10] 于大涛高范姜恒志 . 辽东湾西北部近岸海域水质现状调查及污染特征分析. 海洋环境科学, 2016, 35(4): 540-544. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2016.04.010
    [11] 张朝文关春江徐鹏柳圭泽徐启萌叶金清王旭赵博强 . 辽东湾东部海域核电冷源取水区的风险生物分析. 海洋环境科学, 2019, 38(1): 41-45. doi: 10.12111/j.mes20190107
    [12] 刘永青李辉辉史文奇孔飞刘雪琴袁帅许宁 . 单层平整冰厚设计条件推算方法的比较——以辽东湾JZ20-2海域为例. 海洋环境科学, 2017, 36(6): 941-946. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2017.06.023
    [13] 赵博强关春江徐鹏罗劲松柳圭泽张怡蒲红宇王孝程贾川 . 点篮子鱼(Siganus guttatus)对辽东湾核电厂冷源取水海域海藻生态防治的初步探讨. 海洋环境科学, 2020, 39(1): 46-52. doi: 10.12111/j.mes20200107
    [14] 叶祖超孙燕高劲松申友利 . 无居民海岛开发利用适宜性评价——以防城港市六墩岛为例. 海洋环境科学, 2018, 37(6): 843-848, 856. doi: 10.12111/j.mes20180607
    [15] 梁婷婷柯丽娜王权明 . 长兴岛附近海域利用动态变化及开发环境压力评价. 海洋环境科学, 2020, 39(5): 738-745. doi: 10.12111/j.mes.20190098
    [16] 韩彬林法祥丁宇李景喜郑立 . 龙岛邻近海域水质状况调查与评价. 海洋环境科学, 2019, 38(2): 244-250. doi: 10.12111/j.mes20190212
    [17] 张锗任宏伟牟亮胡玉斌 . 春季青岛鳌山湾沿岸海水水质状况分析与评价. 海洋环境科学, 2021, 40(4): 515-520. doi: 10.12111/j.mes.20200173
    [18] 李妙聪刘文胜江锦花 . 乐清湾海水养殖环境水质质量时空变化及富营养化状况评价. 海洋环境科学, 2021, 40(5): 724-731. doi: 10.12111/j.mes.20200044
    [19] 秦华伟刘霞张娟谷伟丽苏博何鑫张昀昌张秀珍 . 莱州湾海域水质石油类的分布特征. 海洋环境科学, 2016, 35(5): 739-742. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2016.05.016
    [20] 马新东林忠胜王立军穆景利于丽敏王燕张哲张志锋 . 大连湾海域水质主要污染因子及污染源贡献分析. 海洋环境科学, 2016, 35(3): 417-421. doi: 10.13634/j.cnki.mes.2016.03.015
  • 加载中
图(4)表(3)
计量
  • 文章访问数:  219
  • HTML全文浏览量:  164
  • PDF下载量:  11
出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-28
  • 录用日期:  2021-09-17
  • 刊出日期:  2021-12-20

辽东湾近岸海域开发利用对海水环境质量的影响

    作者简介:张广帅(1989-),男,山东淄博人,助理研究员,博士,主要研究方向为海洋综合治理与生态评估,E-mail:978662898@qq.com
    通讯作者: 孟庆辉,工程师,E-mail:qhmeng@nmemc.org.cn
  • 1. 国家海洋环境监测中心,辽宁 大连 116023
  • 2. 国家环境保护海洋生态环境整治修复重点实验室,辽宁 大连 116023
  • 3. 大连指南针海洋工程咨询有限公司,辽宁 大连 116023
基金项目: 国家自然科学基金项目(42030409);国家海洋环境监测中心博士启动基金项目(2019-A-03);北京市企业家环保基金会青年学者资助项目(ST202002015);辽宁省博士科研启动基金项目(2019-BS-091)

摘要: 为定量评估近岸海域开发利用水平及沿海城市经济产业结构对海水环境质量的影响,本文以辽东湾近岸海域为研究对象,运用水质综合评价指数、内梅罗指数和主成分指数对近岸海域水质环境进行了评价;基于方差分解分析,研究了近岸海域开发利用水平、经济产业结构等对海水环境质量的影响贡献率。结果表明,大连和葫芦岛近岸海域水质环境显著优于辽河口附近的盘锦、营口和锦州;海洋功能区和海水质量指数具有一定的空间关联性,但不同功能区之间差异性不显著;海域开发利用水平和海水水质综合评价指数及内梅罗指数呈极显著正相关性,沿海城市人均GDP和海水水质指数呈“倒U形”的库兹涅兹曲线关系;方差分解分析表明,海域开发利用强度能够累计解释海水环境质量变化的42.3%,经济产业结构能够累计解释海水环境质量变化的31.8%,海域开发利用水平和经济产业结构直接影响贡献率为16.5%,而自然地理位置与海域开发利用强度以及自然地理位置与经济产业结构交互作用的累计解释贡献率为58.9%。研究结果表明,围填海管控、近岸海域综合治理及沿海产业结构优化对改善近岸海域环境质量具有重要作用。

English Abstract

  • 海洋作为食品、能源、原材料供给和人类生产、生活空间的战略性开发基地,有力地支撑了沿海地区社会经济和城市建设的快速发展[1]。以围填海为主要方式的近岸海域资源开发利用虽然促进了区域社会经济的快速发展,但是对海洋生态环境造成了严重的威胁,加剧了近岸海域水环境污染,破坏了生物栖息环境,导致海洋生物多样性丧失,海洋生态系统服务价值锐减[2-4]。近年来,针对海域资源开发利用及其生态环境效应,国内外展开了大量研究。国外,DALTON等通过多源数据整合,分析了美国罗德岛州-纳拉干塞特湾人类活动对生态环境的压力类型及其影响[5];LONGLEY[6]、ANDERSEN[7]等通过空间地统计学方法,分析了生态环境敏感区内人类开发利用活动的生态环境影响强度。国内研究多以人类开发利用强度及其对生态环境的压力评价为主[8-10],而较少考虑到其与沿海地区经济发展水平的交互作用,对人类社会经济发展和海洋空间规划管理驱动下近岸海域开发利用强度与水质环境的定量关系的研究更是不足。

    辽东湾作为渤海三大海湾之一,是辽宁沿海经济带建设的重要区域,也是渤海北部海域资源开发与生态环境治理的重点海域[11]。辽东湾海域整体开发利用程度较高,工业、港口产业集聚区密集,分布有8个国务院批准设立的经济技术开发区。近几十年来,辽东湾海岸带区域经济高速发展、人口急剧增长、人类活动日益频繁,导致辽东湾近岸海域生态环境压力不断加剧,生态系统结构和功能持续恶化。据统计,近10年来,辽宁劣四类海域主要分布在辽河口、锦州湾和普兰店湾,双台子河口生态系统自2015-2019年一直处于亚健康状态,锦州湾海水呈富营养状态且受到严重的石油类污染,这将会对高人口密度、高经济发展水平的沿海地区造成不可估量的损失[12-13]。本研究以辽东湾近岸海域为研究对象,以地级市为评价单元,分析了近岸海域开发利用强度和海洋功能区规划管理对海水环境质量的影响,建立了近岸海域开发利用强度以及社会经济发展水平与海水环境质量的定量关系模型,能够为辽东湾海域管理和海域生态环境保护提供决策支持。

    • 为全面掌握辽东湾近岸海域水质环境现状,国家海洋环境监测中心设置了82个水质调查站位(图1),并分别于2020年3月和5月开展了两次调查。本研究选取的评价参数有化学需氧量(COD)、总无机氮(TIN)、总氮(TN)、活性磷酸盐(SRP)和石油类物质(Oil)。样品的采集和分析方法均严格按照《海洋调查规范》(GB/T 12763.4-2007)[14]与《海洋监测规范》(GB 17378.4-2007)[15]执行。

      图  1  辽东湾近岸海域采样站位分布

      Figure 1.  Distribution of sampling stations in the coastal waters of Liaodong Bay

      海域开发利用强度评价中的辽东湾岸线开发利用数据来自2017年辽宁省岸线调查统计成果。沿海城市经济产业结构主要选取第一、第二和第三产业增加值来表示,数据来源于《辽宁省国民经济和社会发展统计公报》。

    • 选取人工岸线比例、海域使用率、非开放式用海比例、近岸海域围填海率、岸线围填海强度、单位岸线用海支持度6个指标对辽东湾海域开发利用现状水平进行单因子和多因子综合评价,选取用海类型多样性指数进行辽东湾海域空间开发利用结构分析[16]。主要指标计算公式如下:

      (1)人工岸线比例

      式中:$ \alpha $为人工岸线比例;h为评价海域人工岸线长度;H为评价海域大陆海岸线总长度。

      (2)海域使用率

      式中:$ \beta $为海域使用率;$ {S}_{Y} $为评价海域内已开发利用的海域面积;S为评价海域总面积。

      (3)近岸海域围填率

      式中:$ \delta $为近岸海域围填率;$ {S}_{W} $为离岸一定范围内的围填海面积;$ {S}_{K} $为离岸一定范围内的海域总面积,考虑评价海域特点和用海现状,本研究选择各评价单元管辖海域范围。

      (4)非开放式用海比例

      式中:$ \gamma $为非开放式用海比例;$ {S}_{F} $为非开放式用海面积;$ {S}_{Y} $为评价海域内已开发利用的海域面积。

      (5)岸线围填海强度

      式中:$ R $为围填海强度指数;$ {S}_{T} $为评价海域内围填海总面积;$ H $为评价海域大陆海岸线长度。

      (6)单位岸线用海支持度

      式中:$ Z $为单位岸线用海支持度;$ {S}_{Y} $为评价海域内已开发利用的海域面积;$ H $为评价海域大陆海岸线长度。

      (7)海域空间开发利用水平综合指数

      将上述6个指标进行加权综合计算,得到海域空间开发利用综合指数(Qi),用来反映辽东湾海域空间开发利用的现状水平,计算公式为:

      式中:$ {Q}_{i} $为海域空间开发利用水平综合指数,取值0~1,值越大,空间利用水平越高;$ {w}_{j} $为以上6个评价指标的权重,由特尔菲法确定,人工岸线比例、海域使用率、非开放式用海比例、近岸海域围填海率、岸线围填海强度和单位岸线支持度的权重分别为0.04、0.38、0.26、0.16、0.06和0.10;$ {x}_{ij} $为由上述6个公式计算得到的指标分值经过极差归一方法处理后所得的归一化数值。

      (8)用海类型多样性指数

      式中:$ GM $为用海类型多样性指数;n为评价海域内用海类型数;$ {S}_{i} $为区域第i种用海类型的面积。$ GM $取值为0~1,其中,值为0时表示区域只有一种类型;类型越多样,则区域用海发展越均衡,$ GM $越接近于1。

    • 水质综合评价指数能够在对对象进行整体性和全局性评价的基础上,最大程度地保存多维数据的原始信息。本研究选取的6个水质评价参数中,化学需氧量、总无机氮、活性磷酸盐和石油类物质的评价依据《海水水质标准》(GB 3097-1997)中的分级标准[17],海水总氮和总磷的评价参考《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中的Ⅰ-Ⅵ类分级标准[18]。根据单因子水质指数法计算每项水质参数对应的水质指数,具体公式[19]如下:

      式中:RIi为第i项水质参数的单因子评价指数;Ci为第i项水质参数的实测值;$ {C}_{ik{上}} $为第i项水质参数在k类水质标准区间的上限值;$ {C}_{ik{下}} $为第i项水质参数在k类水质标准区间的下限值。当水质参数为Ⅰ类且未达到上限值时,其下限值取0用于计算RIi值;当水质参数劣于Ⅵ类时,RIi=5。

      各监测站位综合水质评价指数采用等权重加和的方法,计算方法如下:

      式中:RI为水质综合评价指数;RIi为第i项水质参数的单因子评价指数;n为所选取的水质参数的个数。RI的变化范围为(0,30],数值越小,表示水质综合状况越好。

    • 内梅罗指数法可有效突出污染程度较高的因子,是一种兼顾水质因子中的极值与均值的多因子计权型环境质量指数,其计算方法[20]如下:

      式中:NI为内梅罗指数;Ci为水质参数i的实测值;Si为水质参数i的最大容许浓度,本研究中选取Ⅱ类水质标准;$ {\left(\dfrac{{C}_{i}}{{S}_{i}}\right)}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}^{2} $为所有水质参数Ci/Si值中的最大值,${\left(\dfrac{{C}_{i}}{{S}_{i}}\right)}_{{\rm{ave}}}^{2}$为所有水质参数Ci/Si值中的平均值。

    • 主成分分析能够用较少的互不相关的综合指标提取原有数据集的主要信息,通过有效降维把多水质参数变量转变成少数代表性的变量,从而简化变量,同时保留了重要信息,更集中、更典型地反映海水环境特征,具体方法参见文献[21]。

    • 不同城市及海洋功能区海水水质指数的对比分析采用单因素方差分析及LSD多重比较;采用Kriging空间内插法对辽东湾近岸海域水质综合状况进行空间异质性分析;城市与海洋功能区对海水水质指数的交互作用采用多因素方差分析;采用回归分析定量判别水质指数与海域开发利用强度及沿海城市社会经济发展水平之间的关系;采用方差分解分析定量研究近岸海域开发利用强度、地理位置和社会经济发展水平对近岸海域海水环境质量的影响。数据分析使用SPSS 18.0软件,空间异质性制图使用Arc Gis 10.0软件,方差分解分析使用Canoco 5.0软件,不同城市水质指数对比图及回归分析图的绘制使用Origin Pro 8软件。

    • 2018年,我国开始实施渤海综合治理攻坚战,近岸海域经过综合整治后,海水水质呈稳中向好趋势[22]。据《中国海洋生态环境公报》统计,辽东湾劣五类水质从2018年的18.2%降至2020年的0%,达到了基本消除劣五类的近岸海域水环境治理成效。辽东湾近岸海域海水水质3月的综合评价指数、内梅罗指数和主成分指数的变化范围分别是0.99~21.30、0.11~9.55、−1.20~7.09,平均值分别为5.37、0.84、0.05;5月的变化范围分别是1.21~15.80、0.13~2.73、−0.73~2.00,平均值分别为4.66、0.66、0.02(图2)。辽东湾近岸海域污染物主要来源于辽河、大辽河等主要入海河流以及近海养殖业所排放的污染物通量输入[23],因此,辽东湾近岸海水水质指数高值区域主要分布在北部的辽河口附近海域(图2)。不同城市之间,从综合评价指数来看,3月,葫芦岛、大连最低(P<0.05),而盘锦最高(P<0.05);5月,葫芦岛、大连最低(P<0.05),而营口最高(P<0.05)。从内梅罗指数来看,3月,盘锦最高(P<0.05),葫芦岛和大连最低,但与营口和锦州相比差异性不显著(P>0.05);5月,营口最高(P<0.05),大连最低(P<0.05)。从主成分指数来看,3月和5月均为大连、葫芦岛最低(P<0.05),盘锦最高(P<0.05)。

      图  2  辽东湾海域不同城市海水水质指数及其空间分布

      Figure 2.  Seawater water quality index and its spatial distribution of different cities in Liaodong Bay

    • 海洋功能区划制度的实施在一定程度上影响了辽东湾近岸海域水质的空间格局。结果表明(表1),总体上,不同海洋功能区水质指数呈现出保留区、工业与城镇用海区、农渔业区相对较高,而特殊利用区、旅游休闲娱乐区、海洋保护区相对较低的趋势,尤其在5月,不同海洋功能区的水质综合指数差异显著,保留区、工业与城镇用海区三类水质综合指数均最高(P<0.05),而特殊利用区最低(P<0.05)。不同城市和海洋功能区对近岸海域水质指数影响的双因素方差分析结果表明(表2),海洋功能区和城市的不同对5月的水质内梅罗指数与主成分指数表现出显著的交互作用(P<0.05),说明海洋功能区与近岸海域生态环境质量具有一定程度的空间关联性,但是沿海城市对海岸带及近海资源的开发利用强度、经济产业规划、城市发展格局等对近岸海域生态环境的影响更为显著,近岸海域环境受到海洋环境容量与陆域社会经济发展的双重约束[24]

      功能区3月5月
      RINIPIRINIPI
      保留区6.98±4.151.42±2.260.66±0.907.29±4.15b1.13±1.35bc0.42±0.72b
      工业与城镇用海区5.80±4.110.68±0.57−0.17±0.887.01±3.41b1.45±1.19c0.31±0.37ab
      农渔业区5.59±4.691.05±0.890.39±0.704.45±3.36ab0.66±0.89ab0.17±0.62ab
      海洋保护区4.55±2.960.55±0.34−0.28±1.102.84±1.68ab0.28±0.42a−0.30±0.55ab
      港口航运区4.54±2.850.58±0.49−0.30±0.753.86±2.93ab0.60±0.49ab−0.15±0.55ab
      特殊利用区2.69±0.530.23±0.08−0.82±0.201.68±0.18a0.16±0.05a−0.64±0a
      旅游休闲娱乐区2.36±1.260.34±0.06−0.70±0.274.38±1.69ab0.85±0.23abc−0.02±0.10ab
      F1.320.981.373.61**5.00**3.12**
      注:** 表示在0.05水平上具有显著差异;同列不同字母表示不同功能区各评价指标在0.05水平上具有显著差异

      表 1  近岸海域不同海洋功能区水质指数

      Table 1.  Water quality index of different marine functional areas in coastal waters

      时间项目RINIPI
      dfFdfFdfF
      3月 城市 4 16.09*** 4 3.4** 4 7.26***
      功能区 6 0.76 6 0.20 6 0.52
      城市×功能区 11 1.01 11 0.52 11 0.96
      5月 城市 4 19.02*** 4 23.6*** 4 14.5***
      功能区 6 0.59 6 2.45** 6 1.08
      城市×功能区 11 1.8 11 3.56** 11 2.3**
      注:***表示在0.01水平上呈极显著差异,**表示在0.05水平上呈显著差异

      表 2  不同城市和功能区对近岸海域水质指数影响的双因素方差分析结果

      Table 2.  Two-factor analysis of variance results of the impact of different cities and functional areas on the water quality index of coastal waters

    • 辽东湾近岸海域空间开发利用强度评价指标各项分值如表3所示。从岸线人工化程度和海域使用率来看,锦州最高,营口次之,大连最低;从非开放式用海比例来看,葫芦岛最高,营口次之,大连最低;从岸线围填海强度来看,营口最高,锦州次之,葫芦岛最低;从单位岸线用海支持度来看,营口最高,锦州次之,大连最低;从近岸海域围填海率来看,锦州最高,营口次之,葫芦岛最低。综合来看,锦州海域开发利用水平最高,其次为营口,大连海域开发利用水平最低。从海域空间开发利用类型的多样性上看,营口最高,葫芦岛次之,大连和锦州海域空间开发利用类型相对单一。回归分析结果表明,近岸海域开发利用指数与海水水质综合评价指数和内梅罗指数都呈极显著的正相关性(P<0.001),即近岸海域开发利用水平越高,海水水质综合指数越高,海水环境质量越差(图3),这说明高强度的近岸开发利用水平对海水环境质量具有显著不利影响,一方面,围填海工程能够降低海域的水交换能力和污染物自净能力;另一方面,围填海形成的水产养殖、港口码头和临港工业等增大了近岸海域污染物的排放量[25]。此外,辽东湾沿岸各城市人均GDP与水质综合评价指数和内梅罗指数的关系均表现为“倒U形”的库兹涅茨曲线,不同城市随着人均GDP的升高,水质指数先增大后减小,当人均GDP为7.2万元和7.3万元时,水质综合评价指数与内梅罗指数分别达到最大值(图3)。

      城市人工岸线
      比例/(%)
      非开放式
      用海比例/(%)
      海域使用率/
      (%)
      岸线围填海
      强度/ha·km−1
      单位岸线用海
      支持度/ha·km−1
      近岸海域
      围填海率/(%)
      海域开发利用
      水平指数
      用海多样性
      指数
      DL29.708.5614.8630.04148.393.010.090.08
      YK82.2515.3733.7040.90273.805.030.700.25
      PJ68.1814.0823.5826.75203.843.090.380.14
      JZ86.5414.8243.8838.45267.376.310.850.09
      HLD65.4121.3418.3315.42209.591.350.380.15

      表 3  辽东湾海域空间开发利用现状评价结果

      Table 3.  Evaluation results of the current situation of space development and utilization in Liaodong Bay

      图  3  近岸海域开发利用水平(a)及人均GDP(b)与海水环境质量的关系

      Figure 3.  The relationship between the level of development and utilization of coastal waters (a) and per capita GDP (b) and sea water quality and environment

      方差分解分析结果表明(图4),自然地理位置、近岸海域开发利用强度和城市的经济产业结构能够累计解释辽东湾近岸海域海水水质空间分异的75.4%(F=28.9, P=0.002)。其中,近岸海域开发利用强度的累计解释贡献率最高为42.3%,其中可以单独解释8.4%;沿海城市的经济产业结构的累积贡献率为31.8%,其中可以单独解释8.1%。海湾内空间位置不同,水动力条件和交换能力等自然属性特征不同,本研究用自然地理位置表征研究样点自然属性上的空间分异。自然地理位置对近岸海域水质的影响主要来自近岸海域开发利用强度和沿岸城市经济产业结构的交互作用,其中,自然地理位置和近岸海域开发利用强度对海水水质空间分异的累计解释贡献率为33.9%,自然地理位置与城市经济产业结构的累计解释贡献率为23.7%。辽东湾近岸海域开发利用水平及经济产业结构对海水环境质量的直接或交互影响说明,采取围填海严格管控、实施退围还海和海洋生态保护修复战略、优化沿海经济产业发展格局是提升近岸海域环境容量以及改善海水环境质量的有效途径。

      图  4  地理位置、近岸海域开发利用强度和经济产业结构对海水环境质量影响的方差分解分析

      Figure 4.  Variance decomposition analysis of the environmental impact of geographical location, coastal waters development and utilization intensity and economic industrial structure

    • (1)辽东湾近岸海域海水水质指数高值区主要分布在辽东湾北部辽河口附近的盘锦、营口、锦州,而低值区主要分布在辽东湾东西海域开阔处的大连和葫芦岛。

      (2)海洋功能区与近岸海域生态环境质量具有一定程度的空间关联性,表现为保留区、工业与城镇用海区和农渔业区水质指数较高,而特殊利用区、旅游休闲娱乐区、海洋保护区水质指数较低,但沿海不同城市之间海水环境质量差异更为显著。

      (3)近岸海域开发利用水平指数和海水水质综合评价指数及内梅罗指数都呈极显著正相关性,近岸开发利用水平强度越高,海水环境质量越差;沿海各城市人均GDP和近岸海域海水水质指数的关系表现为“倒U形”的库兹涅兹曲线。

      (4)近岸海域开发利用强度能够累计解释海水环境质量变化的42.3%,其中直接影响贡献率为8.4%;沿海城市经济产业结构能够累计解释海水环境质量变化的31.8%,其中直接影响贡献率为8.1%。

参考文献 (25)

目录

    /

    返回文章