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2009-2018年天津近岸海域水质状况及变化趋势分析

屠建波 陈燕珍 万萌萌 王江涛 谭丽菊 孙欢

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2009-2018年天津近岸海域水质状况及变化趋势分析

    作者简介: 屠建波(1980-),男,河南开封人,高级工程师,博士生,主要研究方向为海洋生态环境监测,E-mail:tujianbo@ncs.mnr.gov.cn;
    通讯作者: 谭丽菊,E-mail:lijutan@ouc.edu.cn
  • 基金项目: 国家重点研发计划项目(2019YFC1407801;2019YFC1407802);天津市重点研发计划科技支撑重点项目(19YFZCSN01130);天津市规划和自然资源局科技项目(ML2019-HP-F161)
  • 中图分类号: X55

Quality and development tendency of sea water in Tianjin coastal sea areas from 2009 to 2018

  • 摘要: 本文基于天津近岸海域2009-2018年的调查资料,系统分析了海水水质污染状况、变化趋势以及不同环境监测项目水质类别的情况。结果表明,天津近岸海域海水水质总体上呈现逐渐好转的趋势,但趋势并不明显,尚未形成根本改善的态势;主要污染物为氮和磷,化学需氧量(COD)和石油类的污染不明显,重金属浓度基本处于优良水质的范围;陆源输入是该海域主要污染物的主要来源,但大气沉降和海水养殖的输入也不可忽视;围填海工程对纳潮量和局地水动力的改变会导致沿岸区域物质的输运受阻,导致污染物集聚而影响局部海域的水质。建议在严控氮、磷污染物陆源排海的同时,加强对大气输入和水产养殖业的监管,优化产业结构,制定精准减排方案,确保陆海统筹下渤海湾环境保护与经济社会发展的和谐统一。
  • 图 1  渤海湾天津近岸海域2009-2018年海水水质监测站位

    Figure 1.  The sampling stations of Tianjin coastal sea areas in Bohai Bay

    图 2  2009-2018年各污染物含量的时间变化趋势

    Figure 2.  The change trends of pollutant content in 2009-2018

    图 3  2009-2018年各类海水水质海域面积年均占比

    Figure 3.  Annual average proportion of various types of sea water in 2009-2018

    图 4  2010-2018年天津近岸海区养殖规模和养殖方式的变化情况

    Figure 4.  Changes of aquaculture scale and mode in Tianjin coastal region in 2010-2018

    表 1  2009-2018年不同监测项目各类水质站位比例

    Table 1.  Statistics of water quality proportion of main environmental parameters in 2009-2018

    水质监测项目各类水质站位比例/(%)
    第Ⅰ类第Ⅱ类第Ⅲ类第Ⅳ类劣Ⅳ类
    DIN 8.8 14.7 23.5 29.4 23.5
    DIP 55.9 32.4 8.8 2.9 0
    COD 70.6 29.4 0 0 0
    石油类 91.2 8.8 0 0 0
    Hg 70 30 0 0 0
    Cd 100 0 0 0 0
    Cu 100 0 0 0 0
    Pb 15.8 44.1 2.9 0 0
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    表 2  2009-2018年天津近岸海域面积

    Table 2.  Area of Tianjin coastal region in 2009-2018

    年份2009201020112012201320142015201620172018
    海域面积/km22600260026002600190019001765176517651765
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-19
  • 录用日期:  2021-09-06
  • 刊出日期:  2021-12-20

2009-2018年天津近岸海域水质状况及变化趋势分析

    作者简介:屠建波(1980-),男,河南开封人,高级工程师,博士生,主要研究方向为海洋生态环境监测,E-mail:tujianbo@ncs.mnr.gov.cn
    通讯作者: 谭丽菊,E-mail:lijutan@ouc.edu.cn
  • 1. 中国海洋大学 化学化工学院,山东 青岛 266100
  • 2. 中国海洋大学 海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室,山东 青岛 266100
  • 3. 国家海洋局 天津海洋环境监测中心站,天津 300457
  • 4. 天津市海洋环境监测预报中心,天津 300457
基金项目: 国家重点研发计划项目(2019YFC1407801;2019YFC1407802);天津市重点研发计划科技支撑重点项目(19YFZCSN01130);天津市规划和自然资源局科技项目(ML2019-HP-F161)

摘要: 本文基于天津近岸海域2009-2018年的调查资料,系统分析了海水水质污染状况、变化趋势以及不同环境监测项目水质类别的情况。结果表明,天津近岸海域海水水质总体上呈现逐渐好转的趋势,但趋势并不明显,尚未形成根本改善的态势;主要污染物为氮和磷,化学需氧量(COD)和石油类的污染不明显,重金属浓度基本处于优良水质的范围;陆源输入是该海域主要污染物的主要来源,但大气沉降和海水养殖的输入也不可忽视;围填海工程对纳潮量和局地水动力的改变会导致沿岸区域物质的输运受阻,导致污染物集聚而影响局部海域的水质。建议在严控氮、磷污染物陆源排海的同时,加强对大气输入和水产养殖业的监管,优化产业结构,制定精准减排方案,确保陆海统筹下渤海湾环境保护与经济社会发展的和谐统一。

English Abstract

  • 渤海湾天津近岸海域位于我国经济发展“第三极”的滨海新区,海域资源得到了高度的开发利用,单位岸线GDP连续10年位居全国第一,坐落其中的天津港作为全国第七大港口,2018年货物吞吐量超过5亿吨。海洋生态系统承载了社会经济发展带来的巨大压力[1],经济快速发展的同时,大量有机物、营养盐、石油类和重金属等陆源污染物入海对天津近岸海域海水水质造成了较为严重的影响[1]。近10年来,大规模围填海工程建设也导致渤海湾天津近岸海域大量沿海滩涂湿地消失,海岸线发生巨大变化[2-3],纳潮量和水交换能力降低[4],水体半交换周期延长25天[5],减缓了污染物的迁移扩散,造成了局部海域水质恶化、滩涂和近岸海域严重污染、生境严重退化等问题[6],第Ⅰ、Ⅱ类优良海水水质面积占比仅为23.5%,长期处于全国最严重污染海域名单。

    针对这种状况,生态环境部、国家发展改革委、自然资源部于2018年联合印发《渤海综合治理攻坚战行动计划》,提出到2020年,渤海近岸海域水质优良(第Ⅰ、Ⅱ类水质)比例达到约73%,自然岸线保有率保持在35%左右,滨海湿地整治修复规模不低于6900公顷,整治修复岸线新增70 km左右。近年来天津近岸海域海水水质究竟污染到什么程度?各种治理和保护措施是否取得实效?为了分析这些问题,本文开展了2009-2018年天津近岸海域海水水质变化情况以及演变趋势的研究工作,为渤海环境保护和生态文明建设工作提供数据支持,为政府部门制定环境保护政策提供参考。

    • 本文选取渤海湾天津近岸海域为研究对象。研究区域经纬度范围为:117º20′E-118º10′E,38º35′N-39º20′N,传统管辖海域面积3000 km2,153.7 km长的岸线上拥有中国最大的盐场,分布着永定新河、海河、独流减河、子牙新河、青静黄排水渠和北排水河6大河口和36个排污口[7],大量沿海区域的工业、农业、生活污水及河流携带的污染物排入海洋。天津近岸海域水深范围为0~30 m,潮汐为不规则半日潮,最大潮差往往出现在8月,平均大潮潮差可达2.64 m,最小潮差出现在1月,平均最小潮差2.31 m。海洋经济方面,滨海旅游业、海洋油气业和海洋交通运输业是天津市的海洋支柱产业,海水淡化日产能力居全国首位[8]。天津近岸约370 km2的滩涂面积已被开发利用。

    • 按照天津近岸海域的海洋功能区划设置调查站位,对重点河口和排污口站位加密,并保持监测站位的延续性,具体采样站位如图1所示。从2009年至2018年,共进行了10年的跟踪监测。采样频次为每年的5月(春季)、8月(夏季)和10月(秋季)。

      图  1  渤海湾天津近岸海域2009-2018年海水水质监测站位

      Figure 1.  The sampling stations of Tianjin coastal sea areas in Bohai Bay

    • 主要监测项目包括活性磷酸盐(DIP)、无机氮(DIN包括硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐)、化学需氧量(COD)、石油类、Hg、Cd、Pb和Cu,样品的采样、储存、运输及实验室分析主要依据《海洋监测规范》(GB 17378-2007)[9]、《海洋调查规范》(GB/T 12763-2007)[10]和《海洋监测技术规程》(HY/T 147-2013)[11]进行。其中,DIP、硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐的检出限分别为0.02 μmol/L、0.05 μmol/L、0.02 μmol/L、0.05 μmol/L,精密度分别为±10%、±4.0%、±2.0%、±4.0%;COD、石油类的检出限分别为3.5 μg/L、0.20 mg/L,精密度分别为±4.0%、±2.7%;重金属Hg、Cd、Pb、Cu的检出限分别为0.4 μg/L、0.01 μg/L、0.03 μg/L、0.2 μg/L,精密度分别为±2.5%、±3.4%、±2.0%、±4.6%。

    • 利用Surfer软件中的克里金插值方法将2009-2014年的数据导入Mapinfo软件绘制水质类别面积,参与统计分析的项目包括营养盐(DIN、DIP)、石油类、COD和重金属(Hg、Cd、Pd、Cu)等。2015年以后,依据《海水质量状况评价技术规程》[12]的要求,统一按照国家海洋环境监测中心在2016年正式发布的海洋环境评价软件(采用改进的距离反比例法进行插值)计算,参评的监测项目统一为COD、DIN、DIP和石油类,同时,根据天津市的边界条件,充分考虑大规模围填海工程建设活动的影响,及时修正处理已成陆海域。

      根据《海水水质标准》(GB 3097-1997)[13]和《海水质量状况评价技术规程》[12],区域海水质量分为第一类到第四类海水水质,监测项目浓度高于第四类海水水质标准的归于劣四类海水水质,共计5个海水水质等级。

    • 2009-2018年主要污染物浓度的变化趋势如图2所示。由图2可见,各种监测项目中,氮、磷为最主要的污染要素,其浓度均出现不同程度的超出第四类海水水质标准的现象,DIN的浓度为0.13~0.73 mg/L,平均值为0.42 mg/L;DIP的浓度为0.002~0.056 mg/L,平均值为0.018 mg/L。DIN在2009年至2015年期间浓度一直较高,尤其是2011年和2012年,大多数站位的浓度超过第三类和第四类海水水质标准;2016年到2018年,DIN浓度整体呈现降低趋势,普遍低于第三类海水水质标准,海水质量整体趋好。2009-2018年30个月份的监测中,大部分月份的DIP浓度符合第一类海水水质标准(53.3%),只有13.3%的月份其浓度超出第二类和第三类海水水质标准。

      图  2  2009-2018年各污染物含量的时间变化趋势

      Figure 2.  The change trends of pollutant content in 2009-2018

      2009-2018年,调查海域石油类的浓度范围为0.01~0.07 mg/L,平均值为0.03 mg/L,均符合第二类海水水质标准。COD 的浓度范围为0.89~2.87 mg/L,平均值为1.79 mg/L,满足第二类海水水质标准。因此,除了少数几个滨海湿地海洋特别保护区(要求第一类海水水质标准)外,调查海域在绝大多数时间均符合所在功能区水质类别要求。

      2009-2018年,调查海域海水中Hg、Cd和Cu等重金属浓度均较低,全部符合第一类和第二类优良海水水质标准。重金属Pb浓度除了2009年5月出现短期高值,超过第三类海水水质标准外,其他时段均符合第一类和第二类优良海水水质标准,海洋功能区水质满足使用要求。同时考虑到该海域的主要经济功能为滨海旅游业、海洋油气业和海洋交通运输业,引入重金属污染的因素较少,综合考虑人力、物力等因素,可以适当降低重金属监测频次。

    • 2009-2018年各监测项目对水质类别的贡献情况如表1所示。由表1可见,除氮、磷之外,其他监测项目的浓度范围基本符合第一类和第二类海水水质标准。对于DIN,2015年之前(图2表1),DIN为第四类海水水质的站位占比最大(29.4%),其次为劣四类和第三类海水水质,占比均为23.5%,是影响该海域海水水质的最主要要素,2015年以后,DIN污染程度明显降低。对于DIP,符合第一类和第二类海水水质标准的站位占比高达88.3%,污染程度较轻。COD和石油类全部满足第二类海水水质标准,且大部分为第一类海水水质(占比分别为70.6%和91.2%)。重金属中,除了Pb有个别站位超出第二类海水水质标准外(占2.9%),海洋功能区水质满足使用要求。

      水质监测项目各类水质站位比例/(%)
      第Ⅰ类第Ⅱ类第Ⅲ类第Ⅳ类劣Ⅳ类
      DIN 8.8 14.7 23.5 29.4 23.5
      DIP 55.9 32.4 8.8 2.9 0
      COD 70.6 29.4 0 0 0
      石油类 91.2 8.8 0 0 0
      Hg 70 30 0 0 0
      Cd 100 0 0 0 0
      Cu 100 0 0 0 0
      Pb 15.8 44.1 2.9 0 0

      表 1  2009-2018年不同监测项目各类水质站位比例

      Table 1.  Statistics of water quality proportion of main environmental parameters in 2009-2018

    • 调查海域自2009年以来10年间各类海水水质面积的占比情况如图3所示。由图3可见,从2009年到2013年,整体水质较差,有4年主要为劣四类海水水质,分别占比:2010年为42.2%,2011年为38.5%,2012年为64.1%,2013年为56.8%。其中,2012年整体水质最差,没有第一类海水水质的海域,第二类海水水质占2.6%,第三类海水水质占7.2%,第四类海水水质占26.1%,劣四类海水水质占64.1%。从2014年开始,劣四类海水水质所占海域面积比例从56.8%逐渐降低到1.1%,同时开始出现第一类海水水质海域,其所占海域面积比例从1.8%逐渐上升到12.5%,水质状况整体呈现逐年好转趋势。尤其2018年,在5月、6月和10月的监测时段均未发现劣四类海水水质的海域。但第一类和第二类优良海水水质海域面积整体逐年增多的趋势并不明显。

      图  3  2009-2018年各类海水水质海域面积年均占比

      Figure 3.  Annual average proportion of various types of sea water in 2009-2018

    • 已有研究表明,陆源污染物入海是造成海洋环境恶化的主要原因。付青等[14]认为,目前进入海洋的全部污染物中有80%以上来自陆地污染源。王修林等[15]对环渤海COD的输入调查发现,陆源输入的COD占各源(包括陆源、海水养殖和大气沉降)输入总量的72.3%,是该海域污染物的主要来源。韩庚辰等[7]统计分析了工业、城镇居民生活、农业化肥、畜禽养殖、农村居民生活等各方面的污水排放入海情况,认为2013年通过河口入海的氮总量为1.72万吨,经由排污口排入的氮为0.13万吨,二者合计为1.85万吨;通过河口入海的磷总量为785吨,通过排污口的入海磷为89吨,二者合计为874吨。鉴于陆源污染物入海对天津近岸海域造成的严重影响,原国家海洋局于2012年将天津市列为海洋污染控制试点单位,确定了天津市海域的水环境质量改善和管理目标,提出陆源污染总量削减方案,在各种削减措施的联合作用下,各种污染物的入海通量有所降低,水质呈现逐渐向好的趋势,但趋势并不明显,尚未形成根本性改善的态势。

    • 海水养殖的自身污染问题已经成为人们普遍关心的海洋环境问题。除藻类养殖外,大多数水产品的海水养殖需要在养殖过程中投加饵料,饵料含有大量营养物质(氮和磷), 还通常添加抗生素等药物和微量元素(Zn、Cu和Fe等),这些物质只有少部分能被养殖生物摄取利用,大部分被释放到养殖水域中[16-19],造成滨海水环境富营养化等污染问题。王修林等统计了海水养殖对COD的贡献,发现在各输入源(包括陆源、海水养殖和大气沉降)中,海水养殖输入COD的比例仅占输入总量的2.6%,天津市在20世纪90年代的年平均输入量为0.43万吨[15]。天津市2010-2018年的养殖产量和方式统计结果如图4所示。由图4可见,天津市的海水养殖产量从2012年以后逐渐减少,在2015年出现低谷,虽然2016年逐渐回升,但相对2012年,产量仍在减少,其中2014年和2015年减少幅度最大,递减率为9.3%[20]。同时,天津市养殖模式也在不断发生改变,排污系数大的工厂化养殖所占比例在2014年达到最大(30.7%),之后逐年降低到19.0%,相反,排污系数小的池塘化养殖比例逐渐增大。产业结构调整和养殖规模缩小的共同影响,导致调查海区来自海水养殖的氮、磷污染从2012年以来逐渐降低。

      图  4  2010-2018年天津近岸海区养殖规模和养殖方式的变化情况

      Figure 4.  Changes of aquaculture scale and mode in Tianjin coastal region in 2010-2018

    • 由渤海湾周边的扬尘、燃煤、机动车、工业和航运等人类活动造成的主要大气源污染物有NOx、SO2、颗粒物(烟尘)、石油烃等[21],这些污染物通过大气干、湿沉降排放入海,直接造成该海域的营养盐、重金属、石油烃等污染物含量增加,影响该海域的生态环境。EANET网站的全球大气污染状况及大气沉降分析显示,我国环渤海地区大气沉降高居全球大气沉降通量之最,近年来,通过大气湿沉降进入渤海水体的氮通量为3.14~7.48 g N/(m2·a),平均年沉降通量达到5.13 g N/(m2·a);大气干沉降氮通量也高达3.00 ~11.20 g N/(m2·a)[22]。王修林等[15]估算认为,大气输入的COD 约占各源(包括陆源、海水养殖和大气沉降)排放总量的25.1%,天津地区输入总量约为4.41万吨。有研究表明,工业和电力部门燃煤排放的Pb占大气Pb总排放量的77.4%[23]。张国忠等[21]研究发现,大气输入中,最主要的输入物质为DIN,其次为重金属Pb。这可能也是导致天津近岸海区Pb浓度偶尔超标的原因之一。建议加强对大气污染物输入的长期监测,以便更准确地评估其影响,同时更好地指导渤海湾的精准攻坚治理。

    • 2009-2018年是天津围填海活动大规模展开的时段,《天津市海洋功能区划(2011-2020)》指出,天津传统管辖海域面积为3000 km2,受围填海活动影响,实际规划范围总面积为2146 km2,到2015年9月,最新卫星图片确定的评价海域使用面积为1765 km2表2)。岸线变化不会引起湾内物质明显的浓度升高,但会改变附近的水动力环境和水交换能力,继而影响沉积物环境、物质输运甚至海洋生态系统。已有研究表明,渤海湾的岸线变化使得湾内的物质扩散整体上有所加强,但也阻碍了沿岸的物质输运。在曹妃甸、天津滨海新区、黄骅港三个主要围填海区域,物质输运和聚集变化最为明显[24]。因此,在物质输运受到明显影响的区域,围填海工程会引起污染物质的聚集而影响原来的生态系统,如鱼卵仔鱼聚集区的消失或移动、近岸高浓度泥沙区或富营养区的改变等,需要引起重点关注。

      年份2009201020112012201320142015201620172018
      海域面积/km22600260026002600190019001765176517651765

      表 2  2009-2018年天津近岸海域面积

      Table 2.  Area of Tianjin coastal region in 2009-2018

    • (1)影响天津近岸海域水质的主要污染物是DIN,其次是DIP。石油烃、COD和重金属污染相对较轻。2009年至2015年,DIN浓度一直较高, 2012年的劣四类海水水质海域面积占比高达64.1%;2016年到2018年,DIN浓度呈现整体降低趋势,水质明显提升。DIP的浓度也有明显的向好趋势。

      (2)各重金属浓度基本上均符合第一类和第二类海水水质标准,考虑到天津近岸海域的主要经济功能为滨海旅游业、海洋油气业和海洋交通运输业,引入重金属污染的因素较少,综合考虑人力、物力等因素,建议可以适当降低重金属的监测频次。

      (3)陆地排水是污染物的主要输入途径,其次为大气干、湿沉降和海水养殖输入。围填海工程会影响河口、排污口附近海域污染物输运转移,进而对所在海域生态系统产生明显影响。

      (4)随着对陆源入海污染源治理管控的加强,天津近岸海域海水水质自2013年开始呈现好转的趋势,但尚未形成根本性改善的态势。建议在严控氮、磷污染物陆源排海管控的同时,加强对大气污染物的监测和海水养殖企业的监督管控,优化产业结构,制定精准减排方案,确保陆海统筹下渤海湾环境保护与经济的高质量可持续发展,实现渤海湾环境保护与经济社会发展的和谐统一。

参考文献 (24)

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