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龙岛邻近海域水质状况调查与评价

韩彬 林法祥 丁宇 李景喜 郑立

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龙岛邻近海域水质状况调查与评价

    作者简介: 韩彬(1979-)男, 河南新乡人, 助研, 主要从事海洋生态环境质量评价及污染物监测技术方面的研究, E-mail:hanbin@fio.org.cn;
    通讯作者: 郑立, zhengli@fio.org.cn
  • 基金项目: 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目 2017Q05

    国家重点研发计划-海水总氮总磷在线监测仪器研制及产业化 2017YFC1403700

  • 中图分类号: X824

Survey and assessment of seawater quality in Long island adjacent waters

    Corresponding author: Li ZHENG, zhengli@fio.org.cn
  • CLC number: X824

  • 摘要: 依据2016年6月、11月对龙岛邻近海域表层海水的水质要素(包括温度、盐度、pH、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、亚硝酸盐(NO2-N)、硝酸盐(NO3-N)、铵氮(NH4-N)、活性磷酸盐(PO4-P)、硅酸盐、铜、铅、锌、镉、总铬、汞、砷和油类等)两个航次的调查数据,对龙岛邻近海域水质状况进行了评价。结果显示,该海域表层海水中各污染要素质量浓度大致呈现由龙岛向西南递增,向东南递减的趋势,且无机氮是主要的污染物。营养化评价模式和有机污染指数计算结果显示该海域表层海水总体营养水平较高,处于磷限制的潜在性富营养水平,有机污染程度较轻,水质状况良好。
  • 图 1  龙岛邻近海域采样站位

    Figure 1.  Sampling stations in the Long island adjacent waters

    图 2  2016年6月、11月各污染指标平面分布

    Figure 2.  Horizontal distributions of pollutant indexes in surface waters of the Long island in June and November, 2016

    图 3  2016年6月和11月龙岛邻近海域表层海水平均污染指数

    Figure 3.  Average pollution indexes of surface seawater in Long island adjacent waters in June and November 2016

    表 1  有机污染评价分级

    Table 1.  Evaluation grades of organic pollution

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    表 2  6月份龙岛邻近海域水质监测数据

    Table 2.  Monitoring data of sea water quality in Long island adjacent waters in June

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    表 3  11月份龙岛邻近海域水质监测数据

    Table 3.  Monitoring data of sea water quality in Long island adjacent waters in November

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    表 4  2016年6月龙岛邻近海域表层海水各污染指数、富营养化指数和有机污染指数

    Table 4.  Pollution indexes, eutrophication and organic pollution indexes of surface seawater in Long island adjacent waters in June, 2016

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    表 5  2016年11月龙岛邻近海域表层海水各污染指数、富营养化指数和有机污染指数

    Table 5.  Pollution indexes, eutrophication and organic pollution indexes of surface seawater in Long island adjacent waters in November, 2016

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-07-31
  • 录用日期:  2017-09-29
  • 刊出日期:  2019-04-20

龙岛邻近海域水质状况调查与评价

    作者简介:韩彬(1979-)男, 河南新乡人, 助研, 主要从事海洋生态环境质量评价及污染物监测技术方面的研究, E-mail:hanbin@fio.org.cn
    通讯作者: 郑立, zhengli@fio.org.cn
  • 1. 自然资源部第一海洋研究所, 海洋生态研究中心, 山东 青岛 266061
  • 2. 青岛科技大学 化工学院, 山东 青岛 266042
基金项目:  中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目 2017Q05国家重点研发计划-海水总氮总磷在线监测仪器研制及产业化 2017YFC1403700

摘要: 依据2016年6月、11月对龙岛邻近海域表层海水的水质要素(包括温度、盐度、pH、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、亚硝酸盐(NO2-N)、硝酸盐(NO3-N)、铵氮(NH4-N)、活性磷酸盐(PO4-P)、硅酸盐、铜、铅、锌、镉、总铬、汞、砷和油类等)两个航次的调查数据,对龙岛邻近海域水质状况进行了评价。结果显示,该海域表层海水中各污染要素质量浓度大致呈现由龙岛向西南递增,向东南递减的趋势,且无机氮是主要的污染物。营养化评价模式和有机污染指数计算结果显示该海域表层海水总体营养水平较高,处于磷限制的潜在性富营养水平,有机污染程度较轻,水质状况良好。

English Abstract

  • 龙岛位于河北省唐山市曹妃甸南部近海,面临渤海,居唐山湾三岛和曹妃甸之间,地势平坦,但面积较小,潮大时面积只有2.79 km2、而潮小时面积7.69 km2。该岛呈数字“7”状,西南-东北走向,由河流入海冲积形成。由于龙岛具有独特的地理位置和优越的自然条件,使其具有广阔的开发前景。近年来随着社会经济的发展需要,龙岛的开发利用不断深入,道路、码头及其它相关的基础建设不断加快,导致大量的污染物排放到龙岛邻近海域且污染物总量呈逐渐增多的趋势,该海域所面临的污染压力日益加重。为了解该海域的水质及营养现状,2016年6月和11月对龙岛及其邻近海域开展了两个航次的水质调查,对该海域的水质和富营养化状态进行了评价。目前,富营养化的评价标准,主要有单项指标评价、综合指标评价、模糊数学综合评价等[1-3]。为使龙岛邻近海域的营养状况与我国其他海域更具可比性,我们选了目前国内较常用的单项指标分析和营养化指数法[4-5]进行了评价,可为龙岛邻近海域生态环境保护以及合理用海提供数据支持。

    • 为了对龙岛近岸海域水质状况进行有效地评价,2016年6月、11月在龙岛邻近海域共布设5个监测断面、14个监测站位,进行水质现场采样。水质监测站位分布见图 1

      图  1  龙岛邻近海域采样站位

      Figure 1.  Sampling stations in the Long island adjacent waters

    • 测定分析项目包括:温度、盐度、pH、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、亚硝酸盐(NO2-N)、硝酸盐(NO3-N)、铵氮(NH4-N)、活性磷酸盐(PO4- P)、活性硅酸盐、重金属(Cu、Pb、Zn、Cd、总Cr、Hg和As)和油类。样品的现场处理及分析测量均按中华人民共和国国家标准《海洋监测规范-海水分析》(GB 17378.4-2007)[6]提供的标准方法执行。

    • 龙岛邻近海域为海水浴场和港口区相结合的功能区域,故采用《海水水质标准》(GB3097-1997)中二类评价标准对各点位水质状况进行评价[7]

      海水水质评价采用单因子评价法,DO以外的标准指数计算公式[8]如式(1),DO标准指数计算公式[8]如式(2)。

      式中:Si为评价因子i的标准指数;Ci为评价因子i的实测值;Cs为评价因子i的评价标准值。

      式中:SDO为DO的标准指数;DOi为DO的测量值(mg/L);DOf为与DO样品相同温度、相同盐度条件下DO的饱和浓度值(mg/L);DOS为DO的评价标准值(mg/L)。

      水质参数的标准指数大于1时,表明该水质参数超过了规定的水质标准,已经不能满足使用要求。

      采用应用比较广泛的富营养化指数法,计算公式[9]如式(3):

      式中:E为富营养化指数;COD为化学需氧量质量浓度(mg/L);DIN为无机氮质量浓度(mg/L);DIP为PO4-P质量浓度(mg/L)。

      采用有机污染评价指数法,评价公式[10]如式(4)及有机污染分级分类如表一所示:

      式中:A为有机污染指数;CODiDINiDIPiDOi为实测值(mg/L);CODsDINsDIPsDOs为第二类海水水质标准,其值分别为3 mg/L、0.30 mg/L、0.030 mg/L、5 mg/L。

      表 1  有机污染评价分级

      Table 1.  Evaluation grades of organic pollution

    • 2016年6月、11月龙岛近岸海域表层海水水质监测结果由表 2~3显示:6月表层水温为14.38~17.92℃,均值为15.94℃;11月表层水温为10.01~13.75℃,均值11.47℃;6月表层海水中COD为0.75~1.06 mg/L,均值0.92 mg/L,11月表层海水中COD为0.83~1.95 mg/L,均值1.29 mg/L;6月表层海水中DIN为0.08~0.51 mg/L,均值0.27 mg/L,11月表层海水中DIN为0.04~0.18 mg/L,均值0.08 mg/L;6月表层海水中DIP为0.006~0.026 mg/L,均值0.016mg/L,11月表层海水中DIP为0.007~0.020 mg/L,均值0.010 mg/L;6月表层海水中DSi为0.017~0.033 mg/L,均值0.026 mg/L,11月表层海水中DSi为0.03~0.36 mg/L,均值0.22 mg/L;6月表层海水中石油类为0.014~0.053 mg/L,均值0.027 mg/L,11月表层海水中石油类为0.009~0.052 mg/L,均值0.020 mg/L。海水中COD、DIP、DIN、DSi和石油类是与海洋富营养化程度直接相关的因素,由2016年6月和11月各要素的平面分布图(图 2)显示,6月和11月龙岛邻近海域表层海水中COD质量浓度分布趋势相同,均呈现由龙岛向西南方向呈递增的趋势,龙岛向东南方向递减的趋势;6月和11月的DIN浓度分布不同,6月份DIN浓度呈现出由龙岛向东南方向递减的趋势,较高浓度出现在龙岛附近海域;11月份DIN浓度呈现由龙岛向西部方向递增,向东南方向递减的趋势;6月和11月龙岛邻近海域表层海水中DIP质量浓度分布不同,6月份呈现出由龙岛向西南和东南方向递增的趋势,11月份DIP质量浓度呈现由龙岛向西南和东南方向递减的趋势;龙岛邻近海域6月和11月表层海水中DSi的质量浓度分布趋势相同,由龙岛向西南方向递增,向东南方向递减的趋势;6月和11月龙岛邻近海域表层海水中石油烃质量浓度分布不同,6月份石油烃质量浓度分布大致呈现由龙岛向西南和东南方向均呈现先增加后减少的趋势,11月份的石油烃质量浓度分布大致呈现有龙岛向东南和西南递减的趋势。通过各污染要素的平面分布图可以看出,6月和11月龙岛邻近海域表层海水中各污染要素的分布情况大致相同,均呈现由龙岛向西南方向递增,向东南方向递减的趋势。从站位信息图中可以看出,龙岛的西南方向有3个小岛,导致该水域各污染要素浓度较高的原因可能是由于岛上生活污水排放、码头建设及船舶运输有关。

      图  2  2016年6月、11月各污染指标平面分布

      Figure 2.  Horizontal distributions of pollutant indexes in surface waters of the Long island in June and November, 2016

      表 2  6月份龙岛邻近海域水质监测数据

      Table 2.  Monitoring data of sea water quality in Long island adjacent waters in June

      表 3  11月份龙岛邻近海域水质监测数据

      Table 3.  Monitoring data of sea water quality in Long island adjacent waters in November

    • 根据评价标准,对该海域中重要的污染指标进行评价,如表 4~5所示。评价结果显示,6月份所有站位的DO、COD、DIP和重金属类标准指数均小于1;6个站位DIN标准指数大于1,占所有站位的42.85%,站位分别为L3、L5、L7、、L9、L10、L13;1个站位石油类的标准指数大于1,站位为L3;11月所有站位的DO、COD、DIN、DIP和重金属标准指数均小于1,1个站位的石油类标准指数大于1,站位为L9。从2016年6月和11月,龙岛邻近海域表层海水中各项污染指标标准指数平均值来看(图 3),所有的污染指标均符合海域使用标准,与6月份调查结果相比较,11月调查海域大部分污染指标有减缓的趋势。

      图  3  2016年6月和11月龙岛邻近海域表层海水平均污染指数

      Figure 3.  Average pollution indexes of surface seawater in Long island adjacent waters in June and November 2016

      表 4  2016年6月龙岛邻近海域表层海水各污染指数、富营养化指数和有机污染指数

      Table 4.  Pollution indexes, eutrophication and organic pollution indexes of surface seawater in Long island adjacent waters in June, 2016

      表 5  2016年11月龙岛邻近海域表层海水各污染指数、富营养化指数和有机污染指数

      Table 5.  Pollution indexes, eutrophication and organic pollution indexes of surface seawater in Long island adjacent waters in November, 2016

    • 采用富营养化指数法,评价龙岛邻近海域富营养化状况。当富营养化指数E>1时,表明水体呈富营养化,E值越高,水体富营养化程度越严重。调查海域的富营养化指数计算结果,由表 3~4所示。从表中可以看出,6月份龙岛邻近海域海水中E值大于1的站位有5个,最高的站位为L13、L3,其余站位E值均小于1,其中57.14%的站位的富营养化指数都大于0.8,平均值为1;11月该海域表层海水中E值均小于1,营养化程度最大的站位为L3,值为0.55,平均值为0.24。总体来讲,龙岛邻近海域表层海水水质的富营养化程度总体水平较高,且11月比6月份的富营养化程度有逐渐降低的趋势。

    • RedfieL认为,一般海水中正常的N/P为16: 1,即浮游植物生长时N、P以16: 1的比例被消耗,高于此值为磷限制,低于此值为氮限制[11-15]。2016年6月和11月龙岛邻近海域表层海水富营养化指数,见表 3~4。从表中可以发现,6月份所有站位的比值均大于16: 1,其中站位L5的N/P比值最大,为66.43;11月份64.29%站位的N/P大于16: 1,站位L3的数值最大,为39.86。从6月和11月份的调查结果看,虽然11月份调查海域氮磷比值与6月份相比有一定程度的降低,甚至部分站位的氮磷比值低于16: 1,但大部分站位的氮磷比仍保持相对较高的水平。从结果中发现,龙岛邻近海域海水中氮磷比值严重偏离浮游植物的生长需求比例,水体中有一部分氮相对过剩,只有在水体得到适量磷的补充或者有部分氮消耗掉,使N: P值接近RedfieL值,相对过剩的氮对富营养化的贡献才能真正体现出来,这种现象即为磷限制潜在性富营养化。因此根据结果,认为龙岛邻近海域属于磷限制潜在性富营养化。

    • 采用有机污染评价指数法,来评价龙岛邻近海域有机污染状况,结果如表 4~5所示。从表中看出,6月份龙岛邻近海域50%的站位有机污染指数A大于0,其中站位L5的数值最大,为0.95,平均值为0.11;11月份该海域只有L3站位的有机污染指数A大于0,其它站位的A值都小于1,平均值为-0.40。根据有机污染分级,6月份龙岛邻近海域属于有机污染Ⅰ级,水质状况较好;11月份该海域属于有机污染0级,水质状况良好。从6月份和11月份两次有机污染指数可以看出,该岛邻近海域水质状况良好,有机污染程度较轻。

    • (1) 根据评价标准,对龙岛邻近海域中重要的污染指标进行评价。该海域6、11月表层海水中大部分污染指标符合海水二类标准,其中DIN总体水平较高,属该海域主要的污染物指标。与6月份调查结果相比较,11月调查海域大部分污染指标有减缓的趋势。从各要素的平面分布图发现,表层海水中各污染要素质量浓度大致呈现由由龙岛向西南方向递增,向东南方向递减的趋势。

      (2) 6月份龙岛邻近海域海水中E值大于1的站位有5个,其余站位E值均小于1。11月该海域表层海水中E值均小于1。龙岛邻近海域表层海水水质的富营养化程度总体水平较高,且11月比6月份的富营养化程度有逐渐降低的趋势。6月份所有站位的比值均大于16: 1;11月份64.29%站位的N/P大于16: 1。从6月和11月份的调查结果看,虽然11月份调查海域氮磷比值与6月份相比有一定程度的降低,甚至部分站位的氮磷比值低于16: 1,但大部分站位的氮磷比仍保持相对较高的水平。根据RedfieL值及富营养化指数来看,该海域为磷限制的潜在富营养化海域。6月份龙岛邻近海域50%的站位有机污染指数A大于0;11月份该海域只有L3站位的有机污染指数A大于0,其它站位的A值都小于1。根据有机污染分级,该海域有机污染等级较低,水质状况良好。

参考文献 (15)

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