曹妃甸主要入海河流與近岸海域污染趨勢(shì)及其相互關(guān)系研究

趙益棟，趙英杰

(交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院 水路交通環(huán)境保護(hù)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456)

1 引言

隨著我國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)展、圍填海工程的大量興建，區(qū)域生態(tài)問題日益突顯[1，2]，特別是河口毗鄰的海域、海灣和入海河口處的污染比較嚴(yán)重。河北省唐山市曹妃甸區(qū)位于河北省東北部，唐山市東南部55 km，海岸線長(zhǎng)約80 km，海域面積約2000 km2。歷年來(lái)的《河北省海洋環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，曹妃甸海域主要污染物為無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽。因此研究并分析曹妃甸區(qū)域主要入海河流和近岸海域污染變化趨勢(shì)及其相關(guān)關(guān)系，對(duì)于近岸海域環(huán)境生態(tài)綜合整治極具現(xiàn)實(shí)意義。

2 趨勢(shì)與相關(guān)關(guān)系分析方法

趨勢(shì)是某一現(xiàn)象在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)發(fā)展變化的總態(tài)勢(shì)，是時(shí)間序列最基本的構(gòu)成要素。最小二乘法是進(jìn)行線性擬合、趨勢(shì)分析等工作最有效、最簡(jiǎn)潔的方法[3]，如式(1)、(2)所示。

xi=A+B×ti|i=1,2,…,n

(1)

式(1)中，xi是指時(shí)間序列x1,x2,…,xi,…,xn在時(shí)刻ti對(duì)應(yīng)的值；n為變量的個(gè)數(shù)；A和B分別表示趨勢(shì)系數(shù)和常數(shù)，可采用最小二乘法計(jì)算而得，如式(2)所示。

(2)

相關(guān)性分析是研究多元隨機(jī)變量之間相關(guān)關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法[4]。

(3)

式(3)中，X和Y分別為兩個(gè)變量，n為變量中數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。

3 主要入海河流污染變化趨勢(shì)

曹妃甸區(qū)域及鄰近海域地處六河下梢，由西向東依次為：陡河、沙河(包括戟門河、黑沿子排干)、雙龍河、青龍河(包括曹妃甸區(qū)一排干)、溯河、小清河。其中，陡河位于灤河及潮白、薊運(yùn)、永定新河兩大水系之間，屬長(zhǎng)年河，是本區(qū)域最主要的入海河流，河流長(zhǎng)度為121.5 km，流域面積為1340 km2。近3年來(lái)，陡河的氨氮和總磷污染物變化過程與趨勢(shì)，如圖1所示。

圖1是陡河氨氮和總磷的變化趨勢(shì)圖，由圖可見：陡河水質(zhì)是有一定程度的改善的，陡河的氨氮濃度已有所下降；相反，總磷的濃度有所上升。根本原因在于唐山市制定了一系列的污染防治與減排支撐性工程如水產(chǎn)養(yǎng)殖清理、污水處理廠提標(biāo)改造等措施，對(duì)陡河等區(qū)域河流的總氮和氨氮實(shí)施削減，但減排工程中未涉及總磷，隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，氮和磷則呈現(xiàn)出一減一增的發(fā)展趨勢(shì)，因此未來(lái)的削減和相應(yīng)減排工程也應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注總磷。

4 近岸海域無(wú)機(jī)氮變化趨勢(shì)

近10多年來(lái)，曹妃甸近岸海域無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽污染平均水平的變化趨勢(shì)，如圖2和3所示。

從圖2可以看出：無(wú)機(jī)氮污染平均水平，除2012年和2015年滿足二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外，其余年份均滿足一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

從圖3中可以看出：活性磷酸鹽污染平均水平，除2005年滿足二三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外，其余年份均滿足一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 陡河污染趨勢(shì)分析

圖2 曹妃甸海域無(wú)機(jī)氮平均污染水平變化趨勢(shì)

5 相互關(guān)系分析

應(yīng)用相關(guān)關(guān)系分析方法，研究計(jì)算陸源排放氨氮污染物時(shí)間序列與海域內(nèi)部無(wú)機(jī)氮污染物時(shí)間序列以及陸源排放總磷污染物時(shí)間序列與海域內(nèi)部活性磷酸鹽污染物時(shí)間序列的相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)可高0.8以上，表明：陸源排污口是海域內(nèi)部污染物的重要來(lái)源，應(yīng)著重加強(qiáng)對(duì)入海排污口和入海河流流域的綜合管理、整治以及切實(shí)的解決方案。

圖3 曹妃甸海域活性磷酸鹽平均污染水平變化趨勢(shì)

6 結(jié)論

本文采用趨勢(shì)分析與相關(guān)性分析方法，對(duì)曹妃甸區(qū)域主要入海河流和近岸海域的污染變化趨勢(shì)和相互關(guān)系進(jìn)行了分析研究，研究結(jié)果表明：①氮是該區(qū)域最重要的污染物質(zhì)之一。②陸源排放是近岸海域污染的重要來(lái)源之一。③今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)總磷的管控與削減。因此為切實(shí)保障區(qū)域環(huán)境質(zhì)量向好發(fā)展，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)區(qū)域陸源入海河流等排污口的管理工作。