大亞灣中央列島海域水質分析

聶永康， 陳丕茂， 余 景， 馮 雪， 袁華榮， 趙 漫

(1.中國水產科學研究院南海水產研究所，農業部南海漁業資源環境科學觀測實驗站，中國水產科學研究院海洋牧場技術重點實驗室，廣東廣州 510300；2.上海海洋大學海洋科學學院，上海 201306)

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大亞灣中央列島海域水質分析

聶永康1,2， 陳丕茂1*， 余 景1， 馮 雪1， 袁華榮1， 趙 漫1,2

(1.中國水產科學研究院南海水產研究所，農業部南海漁業資源環境科學觀測實驗站，中國水產科學研究院海洋牧場技術重點實驗室，廣東廣州 510300；2.上海海洋大學海洋科學學院，上海 201306)

摘要[目的]調查并分析大亞灣中央列島海域水質情況。[方法]采用單因子指數法、模糊綜合評價法和富營養化水平評價法對2014年3、6、9和12月大亞灣中央列島海域水質情況進行分析與評價。[結果]大亞灣中央列島海域2014年各調查時期各站位表層和底層海水溶解氧(DO)、活性磷酸鹽(PO4-P)含量、表層海水石油類含量均達到第一類海水水質標準，化學需氧量(COD)含量絕大多數達到第一類海水水質標準，9、12月各調查時期底層海水無機氮含量均達到第一類海水水質標準，其他均有個別站位無機氮未達到第一類海水水質標準；模糊綜合評價法評價結果表明該海域各調查時期表層和底層整體水質均達到了Ⅰ級，整體水質良好；該海域各調查時期各站位表層和底層海水均處于貧營養化狀態。[結論]該研究可為大亞灣中央列島生態環境的保護和研究提供參考。

關鍵詞大亞灣；中央列島；水質分析

大亞灣位于廣東省東部紅海灣與大鵬灣之間，屬于大灣套小灣的結構，海底較平坦，島嶼暗礁眾多，無大河匯入，鹽度穩定，溫度適宜，水產資源豐富，1983年廣東省政府批準建立大亞灣水產資源自然保護區，現大亞灣水產資源省級自然保護區核心區總面積126 km2，中央列島位于大亞灣水產資源自然保護區核心區，主要海水水質保護管理要求是執行海水水質一類標準[1]。惠州市位于廣東省中南部東江之濱，南臨大亞灣，該地區的社會經濟和石化工業發達，人類活動頻繁，這必然會給大亞灣海洋環境質量帶來較大的壓力，因此，調查并評價大亞灣的水質情況對于該海域的生態環境保護和科學管理等方面具有重要意義。

海水水質評價是指對某一海域海水環境因子的分析，依據相應的標準對其水質優劣狀況進行定量評價[2]。目前關于大亞灣水質的研究較少，而且僅集中于20世紀末～21世紀初大亞灣整體或近岸海域水質的研究，如何桐等[3]對大亞灣海域2007年春季營養狀況進行了分析與評價；袁國明和何桂芳[4]對大亞灣2004～2008年春夏季水環境進行了分析；吳梅林等[5]用主成分分析法研究了大亞灣2003年生態環境的時空變化特征及相應的影響因素。但目前尚未見專門針對中央列島海域水質的研究。鑒于此，筆者對2014年3、6、9、12月大亞灣中央列島海域水質進行調查，并對大亞灣中央列島海域水質現狀進行分析，進而提出水質調控保護措施，以期為大亞灣中央列島生態環境的保護和研究提供參考。

1材料與方法

1.1調查站位與時間在大亞灣中央列島海域設置12個調查站位，如圖1所示。調查時間分別為2014年3、6、9、12月。

圖1　調查站位分布示意Fig. 1　Distribution of investigated stations

1.2調查項目與方法海水水質調查項目包括溶解氧(DO)、化學需氧量(COD)、無機氮(DIN)、活性磷酸鹽(PO4-P)、石油類(Oil)共5項。各項調查和采樣方法均按《海洋調查規范》(GB12763—2007)[6]和《海洋監測規范》(GB17378—2007)[7]規定方法進行。海水分表層(0.5 m)和底層(離底1.0 m)2層采集樣品，石油類只測表層海水含量。采用《海水水質標準》(GB3097—1997)[8]中第一類水質標準對海水水質進行評價，確定大亞灣中央列島海域各調查站位海水各評價指標所隸屬的水質類別。

1.3海水水質評價方法

1.3.1單因子指數法。單因子指數法計算公式：

Ii=Ci/Si

(1)

式中，Ii為i項評價因子的標準指數；Ci為i項評價因子的實測濃度；Si為i項評價因子評價標準。

海水中溶解氧標準指數Qj計算公式：

(2)

式中，Cj為評價因子實測值；C0為評價因子的評價標準值；Cmax為調查期間飽和溶解氧的最大值。

1.3.2模糊綜合評價法。根據《海水水質標準》(GB 3097—1997)[8]將海水水質分為4個等級，相應的評價等級集合：V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ}(數字越小代表水質越好)。選擇數據中表層和底層海水均有的、代表性較強的4項水質指標(DO、COD、DIN、PO4-P)作為評價因子，建立評價因子集合：U= {X1(DO)，X2(COD)，X3(DIN)，X4(PO4-P)}。計算各月份的模糊分析的權重集W和各月份的隸屬度矩陣[R]，建立模糊綜合評價模型，評價對象所屬級別，相關公式及方法參考文獻[9]。

1.3.3富營養化水平評價法。海域富營養化狀況采用富營養化指數法[10]評價，公式：

(3)

式中，當E值≥1時即為水體富營養化(COD、DIN、DIP的單位均為mg/L)，E值越高，富營養化程度越嚴重。

2結果與分析

2.1水質調查結果大亞灣中央列島海域2014年各調查月份海水水質調查結果見表1。

表1　2014年大亞灣中央列島海域水質調查結果

2.2水質評價結果與分析

2.2.1單因子指數法評價結果與分析。大亞灣中央列島海域3月調查期間各站位表、底層海水DO、PO4-P含量、表層海水石油類含量和底層海水COD含量均達到第一類海水水質標準；8.3%的站位(D5)表層海水COD含量超第一類海水水質標準；8.3%的站位(D1)表、底層海水無機氮含量超第一類海水水質標準，表層海水無機氮含量高于底層海水無機氮含量。6月調查期間各站位表、底層海水DO、PO4-P含量、表層海水石油類含量和底層海水COD含量均達到第一類海水水質標準；8.3%的站位(D5)表層海水COD含量超第一類海水水質標準；66.7%的站位(D1～D4、D6、D8、D9、D11)表層海水無機氮含量超第一類海水水質標準，16.7%的站位(D1、D9)底層海水無機氮含量超第一類海水水質標準；表層海水無機氮含量高于底層海水無機氮含量。9月調查期間表、底層海水DO、COD和PO4-P含量、表層海水石油類含量和底層海水無機氮均達第一類海水水質標準；33.3%的站位(D2、D8～D10)表層海水無機氮含量超第一類海水水質標準。12月調查期間各站位表、底層海水DO、COD、PO4-P含量、表層海水石油類含量和底層無機氮含量均達第一類海水水質標準；33.3%的站位(D3、D5、D8、D9)表層海水無機氮含量超第一類海水水質標準。由表2可知，除6月表層無機氮指數值大于1.00外，其余各指標指數值均小于1.00，說明該海域2014年整體水質良好。

表2水質單因子指數法評價結果

Table 2Evaluation results of single factor index method of water quality

調查時間InvestigationtimeQDO表層Surface底層BottomICOD表層Surface底層BottomIDIN表層Surface底層BottomIPO4-P表層Surface底層BottomIOil2014-030.480.520.610.530.790.690.210.180.352014-060.290.380.450.371.160.890.080.080.382014-090.140.310.480.350.950.720.080.080.392014-120.350.370.400.290.900.730.070.070.39

注：指數值小于 1.00表示該因子達到第一類海水水質標準。

Note：Index value smaller than 1.00 indicated that this factor reached the sea water quality standard of first class.

2.2.2模糊綜合評價法評價結果與分析。根據最大隸屬度原則，大亞灣中央列島海域2014年各調查時期表層和底層海水均為Ⅰ級水質隸屬度最大(表3)，表明各調查時期各站位表層和底層海水水質均為Ⅰ級(表4)，因此，模糊綜合評價法評價結果顯示該海域2014年整體水質良好。

表3　各調查站位水質等級的隸屬度

表4模糊綜合評價法評價結果

Table 4Evaluation results of fuzzy comprehensive evaluation method

站位Station采樣水層Waterlayer水質等級Gradeofwaterquality2014-032014-062014-092014-12D1表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD2表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD3表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD4表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD5表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD6表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD7表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD8表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD9表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD10表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD11表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD12表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠ

2.2.3富營養化指數法評價結果與分析。由圖2可知，大亞灣中央列島海域2014年3、6、9、12月各站位表層和底層海水富營養化指數E值均小于1，表明該海域各調查時期海水均處于貧營養水平。

3結論與討論

3.1大亞灣中央列島海域水質評價結果的可靠性單因子指數法簡單、方便，它是將所評價指標與評價標準進行比較來確定各評價指標的類別，目前使用甚多[11-12]；Zadeh[13]于1965年提出模糊集合的概念，經過多年發展與廣泛應用[14-18]，模糊綜合評價法已成為常見、有效的水質評價方法[19-20]，它可反映出各種因子共同作用下的水質狀況和各環境因子對水質的貢獻率且考慮到了水質界限的模糊性，相對傳統的綜合指數法而言，其克服了人為清晰化的不足，結果可比性強；富營養化指數評價法是水質科學管理的基本手段和人們認識水環境質量的重要途徑，可以直觀地反映出調查海域的富營養化程度。海水水質狀況受多個環境因子共同影響，各因子之間也存在著復雜的聯系。該研究采用單因子指數法、模糊綜合評價法和富營養化指數評價法對大亞灣中央列島海域水質狀況進行評價，結果更加可靠。

3.2大亞灣中央列島海域水質變動情況中央列島位于大亞灣水產資源自然保護區中部核心區，何桐等[3]于2007年4月對大亞灣海域的調查結果顯示，大亞灣中部海域表層與底層海水DIN和PO4-P含量均符合第一類海水水質標準，整體屬貧營養水平，水質良好；柯東勝等[21]于2005年12月對中央列島附近的大辣甲海域進行研究，結果表明DIN只有一個樣品輕微超標，DO、COD、PO4-P、石油類均未超標；2004年3、7月及2005年3、7月南海環境監測中心在大辣甲島附近海域進行調查[22]，2005年5月中國科學院南海海洋研究所對大辣甲島南、北部進行調查[23]，結果均顯示DO、COD、DIN、PO4-P和石油類等的濃度達到第一類海水水質標準。大辣甲和中央列島距離較近且同處于大亞灣水產資源自然保護區核心區，整體水質較為接近。綜上所述，20世紀90年代～2007年大亞灣水產資源自然保護區中部核心區整體水質較好。

該研究結果表明：大亞灣中央列島海域2014年各調查時期各站位表層和底層整體水質良好，均處于貧營養化狀態。大亞灣海域能保持整體水質良好且較為穩定的重要原因是該海域水交換能力總體較強[23]，大亞灣中部海域受灣外南海海水交換影響較大[24]。

注：a. 表層海水；b. 底層海水。Note：a. Surface of sea water; b. Bottom of sea water. 圖2　各調查站位水體富營養化指數Fig. 2　Index of water body eutrophication of each investigation station

3.3大亞灣中央列島海域水質保護建議人類活動(尤其是陸源污染及水產養殖)、潮流和浮游植物是影響大亞灣N、P營養鹽分布的主要因素[25-28]，大亞灣是個半封閉的海灣，目前大亞灣中央列島海域水質狀況良好，為保持位于大亞灣水產資源自然保護區核心區的中央列島海域的生態環境，應防止水體產生富營養化，所以加大力度保持甚至更進一步提升海洋環境質量是必要的。首先，應加強該海域生態環境監測管理；其次，應提高科技和基礎研究能力；再次，注重保護沿岸海域的生態環境，限制養殖業和工業的不良發展，對入海污染物及排放量進行嚴格控制，實行分期、分批排放，提高污水再利用率，降低氮、磷等對大亞灣生態系統健康的不利影響；最后，應持續拓展生態漁業，鼓勵開展島礁養殖、底播養殖，積極探索海洋牧場建設，推進灣外抗風浪深水網箱、循環水養殖等設施養殖。

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基金項目國家科技支撐計劃項目(2012BAD18B02，2012BAD18B01-2)；海洋公益行業科研專項經費項目(201205021-3)。

作者簡介聶永康(1990 -)，男，河南新鄉人，碩士研究生，研究方向：海洋生態修復。*通訊作者，研究員，從事漁業資源保護與利用研究。

收稿日期2016-05-11

中圖分類號X 824

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)16-057-04

Analysis of Water Quality in the Central Islands of Daya Bay

NIE Yong-kang1,2,CHEN Pi-mao1*，YU Jing1et al

(1. South China Sea Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Scientific Observing and Experimental Station of South China Sea Fishery Resources and Environment of Ministry of Agriculture,Key Laboratory of Marine Ranch Technology of CAFS,Guangzhou,Guangdong 510300; 2. College of Marine Science,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306)

Abstract[Objective] To investigate and analyze the water quality in the central islands of Daya Bay. [Method] By using the single factor index method,fuzzy comprehensive evaluation method and the eutrophication level evaluation method,the water quality of the central islands in Daya Bay was analyzed and evaluated in March,June,September and December 2014. [Result] DO,PO4-P content and oil content all reached the first category water quality standards. Most COD content reached the first category water quality standards. The whole water quality of each survey period reached grade Ⅰ by fuzzy comprehensive evaluation. Surface and bottom seawater in each survey period was in the state of poor nutrition. [Conclusion] This research provides references for the protection and research of ecological environment in central islands of Daya Bay.

Key wordsDaya Bay; Central islands; Water quality evaluation