秦皇島海水浴場溶解氧評價及其影響因素分析

楊 超 傅圓圓* 楊義明 李微微

(國家海洋局秦皇島海洋環境監測中心站，河北 秦皇島 066002)

溶解氧作為水質評價的其中一項重要指標，其含量變化能夠反映出海水質量狀況和受污染程度，同時控制著整個水生生態的生產力[1]，其變化受到多種因素的影響，物理、化學和生物等過程均會影響到溶劑氧含量的變化[2-3]。李兆欽等研究表明，海水溶解氧濃度以季節變化為主,秋季至冬季升高,冬季至夏季降低，海水溫度是影響溶解氧的主要因素，溶解氧濃度隨著溫度的季節性變化而變化[4]。除受海水溫度的影響，溶解氧含量的變化還受到其他因素的影響，叢明琦等對2019 年春季秦皇島近岸海域表層溶解氧飽和度進行分析，得出溶解氧飽和度高、近岸海域溶解氧飽和度低的趨勢，溶解氧飽和濃度主要受鹽度、水溫和氣溫的影響[5]。魯超等以官井洋為例對溶解氧進行評價，得出水溫是影響溶解氧含量變化的主要因素[6]。作為水質評價的其中一項重要指標，溶解氧含量的高低，直接影響到海水中生物的生長情況，如果溶解氧含量出現急劇下降，將直接影響浴場水質狀況，甚至出現水體發臭、魚類窒息死亡的情況[7]。

秦皇島地處渤海遼東灣西岸，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，北戴河、南戴河等多處天然浴場的形成使其擁有豐富的濱海旅游資源，是北方主要的濱海旅游城市之一，濱海旅游業也是拉動秦皇島市經濟增長的主要力量。近年來，秦皇島海水浴場受游客人數及周邊環境壓力的影響，其水質狀況壓力不斷增大，目前海水浴場水質狀況具有一定的代表性。根據溶解氧對秦皇島海水浴場水質進行評價，并對其影響因素進行研究具有重要意義。

本文基于2015～2018 年秦皇島四個海水浴場溶解氧監測數據，四個海水浴場分別為南戴河浴場、北戴河浴場、西浴場和東山浴場，對溶解氧進行評價，并分析水文氣象等因素與溶解氧的相關性。

1 數據來源

1.1 監測站位：共6 個監測站位，南戴河浴場、西浴場和東山浴場在游泳者密度最大的點各取一個監測站位，北戴河浴場取三個監測站位，三個監測站位均勻分布于整個海水浴場，具體位置見圖1。

圖1 浴場監測站位圖

1.2 監測頻率與時間：四個海水浴場共6 個站位監測，于每年6 月24～10 月7 日每周二、周六各監測一次。樣品采集、儲存及運輸方法按《海洋監測規范》進行[9]。

1.3 檢測方法：碘量法HY/T 126。

2 結果與分析

2.1 溶解氧評價

按照二類海水水質標準對溶解氧進行評價。2.1.1 評價方法

采用單因子污染指數法，公式為：

(其中：DOf=468/(31.6+t))

式中：DOf- 現場水溫及氯度條件下，水中氧的飽和含量(mg/L)；Dos- 溶解氧標準值；DO- 溶解氧的測定值。

當指數小于或等于1 時，為該監測站水體未受污染，大于1時為遭受污染，值越大污染越重。

2.1.2 評價結果

表1～表4 給出了2015～2018 年各浴場溶解氧按二類水質評價指數統計結果。從表中可以看出，2015 年四個浴場中僅西浴場溶解氧出現超出二類水質情況，超標率為13.3%；2016 年和2017 年四個浴場溶解氧均有超出二類水質情況，其中西浴場超標率最高，分別為26.7%和12.9%；2018 年除東山浴場，其他三個浴場溶解氧均有超出二類水質情況，同樣是西浴場超標率最高，為16.7%。綜合分析，2015 年四個浴場水質狀況相對較好，2018 年次之，2016 年和2017 年水質狀況較差，其中西浴場在四個海水浴場中水質狀況最差，南戴河浴場、北戴河浴場和東山浴場水質狀況較好。

表1 2015 年各浴場溶解氧評價指數統計表

表2 2016 年各浴場溶解氧評價指數統計表

表3 2017 年各浴場溶解氧評價指數統計表

表4 2018 年各浴場溶解氧評價指數統計表

2.1.3 水質變化趨勢

依據《海水水質標準》[6](GB3097-1997)中海水浴場執行二類水質標準，溶解氧含量大于5 mg/L 時，浴場水質適宜游泳，對2015～2018 年秦皇島市四個海水浴場水質游泳適宜度年際變化進行統計，結果如圖2 所示。從圖中可以看出，2015 年四個海水浴場適宜游泳的天數最多，占全年監測天數的96.7 %，2016 年四個海水浴場適宜游泳天數為四年最低值，占全年監測天數的80.2 %。2016 年到2018 年，四個海水浴場水質適宜游泳天數所占比例呈逐年上升趨勢，2017 年四個海水浴場適宜游泳天數占全年監測天數的88.4 %，2018 年適宜游泳天數占全年監測天數的93.4 %，2018 年所占比例僅次于2015 年。

圖2 秦皇島市四個海水浴場游泳適宜度年際變化圖

2.2 影響因素

海水中的溶解氧受到生物、化學和物理等多種因素的影響，選取2015～2018 年秦皇島海洋站觀測數據中的水溫、氣溫和氣壓數據，分析這些水文氣因素與溶解氧的相關性。

采用Pearson 相關系數法，兩個變量之間的Pearson相關系數定義為兩個變量之間的協方差和標準差的商：

上式定義了總體相關系數，常用希臘小寫字母p作為代表符號。估算樣本的協方差和標準差，可得到Pearson 相關系數，常用英文小寫字母γ 代表：

式中，γ 介于-1 與1 之間，其絕對值越大，相關性越強：

當0＜γ＜1 時表示X 和Y 正相關關系；

當-1＜γ＜0 時表示X 和Y 負相關關系；

當γ=1 時表示X 和Y 完全正相關，γ=-1 表示X 和Y 完全負相關。

2.2.1 水溫與溶解氧的關系

表5 給出了各浴場溶解氧與水溫的相關系數。結合表可知，溶解氧與水溫呈負相關關系，即水溫高時溶解氧低，水溫低時，溶解氧高。南戴河浴場溶解氧與水溫的相關性最強，相關系數為-0.4856，北戴河浴場和東山浴場次之，西浴場溶解氧與水溫的相關性較弱，相關系數為-0.1082。

表5 各浴場溶解氧與水溫的相關系數

2.2.2 氣溫與溶解氧的關系

表6 給出了各浴場溶解氧與水溫的相關系數。結合表可知，溶解氧與氣溫呈負相關關系，即氣溫高時溶解氧低，氣溫低時，溶解氧高。南戴河浴場溶解氧與氣溫的相關性最強，相關系數為-0.5471，北戴河浴場和東山浴場次之，西浴場溶解氧與氣溫的相關性較弱，相關系數為-0.1617。

表6 各浴場溶解氧與氣溫的相關系數

2.2.3 氣壓與溶解氧的關系

表7 給出了各浴場溶解氧與氣壓的相關系數。結合圖表可知，溶解氧與氣壓呈正相關關系，即隨著大氣壓的升高，水體中的溶解氧含量也逐漸升高。溶解氧與氣壓呈正相關，主要有兩方面原因，一是由于壓力越大，水中氧氣含量越多；二是在壓力增大的情況下，會相應減少水體底部污染物的向上翻騰，從而減少對表層溶解氧的消耗，因此溶解氧的質量分數也會相應增加[8]。南戴河浴場和北戴河浴場溶解氧與氣壓的相關性最強，相關系數均為0.4558，西浴場次之，東山浴場溶解氧與氣壓的相關性較弱，相關系數為0.2770。

表7 各浴場溶解氧與氣壓的相關系數

3 結論

對四個海水浴場2015～2018 年溶劑氧進行評價，并分析四個海水浴場水溫、氣溫、氣壓與溶解氧的相關性，得出結論如下：

3.1 2015 年四個浴場水質狀況相對較好，2018 年次之，2016年和2017 年水質狀況較差，其中西浴場在四個海水浴場中水質狀況最差，南戴河浴場、北戴河浴場和東山浴場水質狀況較好。以游泳適宜度所占比例分析歷年海水浴場水質變化趨勢，2015年四個海水浴場適宜游泳的天數最多，2016 年最少。2016 年到2018 年，四個海水浴場水質適宜游泳天數所占比例呈逐年上升趨勢。

3.2 水溫、氣溫與溶解氧呈負相關關系，即溫度越高，溶解氧含量越低；氣壓與溶解氧呈正相關關系，氣壓越高，溶解氧含量越高。四個浴場比較，南戴河浴場溶解氧與各影響因素之間的相關性最強，北戴河浴場和東山浴場次之，西浴場溶解氧與各影響因素之間的相關性較弱。由于影響溶解氧含量的因素多種多樣，而西浴場周邊排污口眾多，且受綠潮影響嚴重，推斷影響西浴場溶解氧含量的因素較為復雜，對溶解氧含量的變化成因有待進一步探討。