粵港澳大灣區2015—2019年入海河口水質變化趨勢

董斯齊，黃 翀，李 賀，劉慶生，顏鳳芹，蘇奮振

(1.中國科學院地理科學與資源研究所資源與環境信息系統國家重點實驗室，北京 100101；2.中國科學院大學資源與環境學院，北京 100049)

珠江三角洲地區位于廣東省東南部，海陸交通便利，被稱為我國的“南大門”，憑借著優越的區位條件和政策的大力扶持，工業化和城市化進程飛速推進，如今已成為我國開放程度最高、經濟最活躍的地區之一。2015年，國家發展改革委員會、外交部和商務部聯合發布《推動共建絲綢之路經濟帶和21世紀海上絲綢之路的愿景與行動》，其中明確提出“打造粵港澳大灣區”。2019年，國務院發布《粵港澳大灣區發展規劃綱要》(簡稱“發展綱要”)，“粵港澳大灣區”逐步取代“珠三角城市群”，上升為國家層面的重大發展戰略。發展規劃綱要指出，推進粵港澳大灣區開發建設，要對標紐約灣區、舊金山灣和東京灣等國際一流灣區的生態環境質量和治理水平，將實施最嚴格的生態環境保護制度[1]。改革開放以來，粵港澳大灣區人口增長和城市化的快速發展，生產生活污水大量排放，導致區域內陸水體和近岸海域污染嚴重，其中入海河流帶來的污染是海灣最主要的陸域污染源[1]。近年來，地方政府投入了大量的人力物力，污水減排取得一定效果[2-3]，但目前的水環境質量相比國際一流灣區建設要求仍有較大差距。“十三五”期末(2020年底)，廣東省人均GDP約15 000美元，根據發達國家的經驗，這一階段大多數污染物將達到排放峰值，也是生態環境質量轉變的“拐點期”[4]。加強粵港澳大灣區水環境污染治理，保障水環境容量安全，是粵港澳大灣區城市群可持續發展的前提和基礎。明確影響大灣區主要入海河流水質的主要污染物，分析大灣區水質污染現狀和變化趨勢，對粵港澳大灣區近岸海域污染治理和生態環境保護具有重要的指導意義。國內外學者基于污染指數法、主成分分析法和回歸分析法等方法，對粵港澳大灣區不同城市水質狀況進行了廣泛研究[5-14]，但研究內容主要集中于城市內部河流、湖泊及水庫等地表水的水質評價，缺乏對入海河口的水質評價和變化趨勢研究。實際上，入海河口的水質狀況更能體現陸源污染對海域的影響。本文針對粵港澳大灣區2015—2019年入海河口水質污染狀況和污染物濃度變化趨勢進行分析，以期為粵港澳大灣區水環境污染治理提供參考。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

粵港澳大灣區(111°21′E～114°53′E，21°28′N～24°29′N)位于我國東南部沿海，地處珠江流域下游和粵東粵西沿海，是由廣東省廣州、深圳、珠海、佛山、惠州、東莞、中山、江門和肇慶等9個城市，以及香港、澳門兩個特別行政區組成的城市群，陸域總面積約為5.6萬km2[15]。大灣區地勢北高南低，西部、北部和東部為丘陵山地環繞，中部、南部以沖積平原為主，呈相對閉合的“三面環山、一面臨海、三江匯流、八口出?！钡莫毺氐匦蔚孛瞇16]。大灣區氣候屬亞熱帶海洋季風氣候，年均降水量1 720 mm，區域內河網水系密布，水道縱橫交錯，相互貫通，匯集了西江、北江、東江和眾多中小河流，各類河流324條，河道總長1 600 km，河網密度高達 0.83 km/km2[17]。大灣區主要包括西北江三角洲流域、東江流域、粵東諸河流域和粵西諸河流域，其中西北江三角洲流域包括西江和北江流域。西江、北江流域主要為肇慶市，西北江三角洲流域包括江門、佛山、廣州、中山、珠海、澳門，東江流域包括惠州、廣州、東莞、深圳、香港。區域內河口海灣眾多，如珠江河口、大亞灣、大鵬灣、廣海灣及北海灣等，充沛的降水和密集的河網帶來了豐富的水資源，水資源總量約3 742億m3。但由于城市建設和工業的快速開發，以及密集的人口和工業活動帶來的高強度負荷，水體污染情況較為普遍。

1.2 數據來源

粵港澳大灣區入海河口水質監測數據來源于廣東省生態環境廳公眾網(http://gdee.gd.gov.cn/)公布的2015—2019年的廣東省入海河流水質監測數據，該數據逐月記錄了大灣區主要入海河口監測斷面的30多項水質信息?；浉郯拇鬄硡^行政區劃和河流水系數據來自國家基礎地理信息數據庫(http://www.webmap.cn/main.do?method=index)。

本文收集的入海河口水質監測資料，包括蓮花山、沙田泗盛、蕉門、洪奇瀝、中山港碼頭、珠海大橋、雞啼門大橋、蒼山渡口等8個監測斷面，其中，蓮花山、沙田泗盛位于東江流域，其余6個監測斷面位于西北江三角洲流域，監測斷面分布見圖1。水質監測頻率為每月1次，監測項目包括pH值、高錳酸鹽指數、BOD5、NH3-N、TN、TP和石油類等30項指標。評價指標的選擇是在對監測數據初步篩選后進行，排除監測結果長期為未檢出或滿足Ⅰ類水質要求的監測項目。最終，選用我國GB 3838—2002《地表水環境質量標準》中BOD5、NH3-N、COD、TP、TN和重金屬元素污染物Hg、Pb、Cu、Zn、Cr6+、Cd等11項指標進行研究。

圖1 粵港澳大灣區入海河口水質監測斷面分布

1.3 研究方法

1.3.1污染指數法

污染指數法是國內外評價河流污染水平時比較常用的一種方法，評價指標涉及各類有機污染物和無機污染物等。本文所使用的污染指數包括單因子污染指數和內梅羅綜合污染指數。

單因子指數法基于水質實測數據和水質評價標準進行對比分析，選取水質最差的類別即為評價結果，計算公式為

(1)

式中：Ii為評價因子i的污染指數；Ci為評價因子i的實測值；Coi為評價因子i的水質標準值。參照GB 3838—2002《地表水環境質量標準》確定評價標準，對于越小越優的指標，Ii≤1即為符合標準，對于越大越優的指標，Ii≥1即為符合標準。

內梅羅綜合污染指數法是考慮所有參加評價的污染因子的方法，計算公式為

(2)

式中：Ip為內梅羅指數，Ip≤1說明水質較好，Ip>1說明水質較差；Iimax為所有評價因子中污染指數最大值；ˉI為所有評價因子的單因子污染指數平均值。

1.3.2季節性Kendall檢驗法

季節性Kendall檢驗法是由Hirsch等[18]于1982年提出的一種水質評價方法，是一種非參數統計方法，因其不受樣本值、分布類型及少數異常值等因素的干擾而較為廣泛地應用于水文、氣象等要素系列呈現非正態分布的領域[19-22]。該方法原理是將歷年相同月的水質資料進行比較，避免了由于河流徑流量季節周期變化對以濃度為單位的水質指標檢測值產生的影響。

季節性Kendall檢驗法計算公式可參考文獻[23]，比較前后兩年相同月的水質污染物的濃度值，若后一年份的值高于前一年的值則記為“+1”，小于前一年的值記為“-1”，相等記為“0”。若“+1”的次數比“-1”次數多，則可能為上升趨勢，反之則可能為下降趨勢，若“+1”和“-1”的個數相等，則不存在上升或下降趨勢。

2 結果與分析

2.1 單因子污染程度

根據廣東省生態環境廳公布的《廣東省水環境功能區劃》河流部分的水質控制目標，可知大灣區各入海河口監測斷面的水質控制目標：蓮花山為Ⅳ類，沙田泗盛為Ⅱ類，蕉門、洪奇瀝、中山港碼頭、珠海大橋、雞啼門大橋和蒼山渡口均為Ⅲ類。按照 GB 3838—2002《地表水環境質量標準》，計算2015—2019年大灣區8個入海河口水質監測斷面11個指標單因子污染指數，對大灣區入海河口氮磷污染、有機污染及重金屬污染情況進行分析。

2.1.1氮磷污染狀況

由于氮磷營養元素的含量超過水生生物生長需求而造成的水質惡化現象稱為氮磷污染。對水體而言，最嚴重的問題是氮磷等營養物質大量進入引起水中營養元素過剩導致水體富營養化。通過計算得到2015—2019年粵港澳大灣區主要入海河口水質監測斷面的NH3-N、TN、TP 3個指標的單因子污染指數，結果見圖2。由圖2可見，TN超標最為嚴重，除2015年在珠海大橋和雞啼門大橋斷面符合控制標準外，2016—2019年污染指數在8個斷面均超標，介于1.5～5.0之間。2015—2019年，除沙田泗盛斷面外，其余各斷面的NH3-N和TP的污染指數均小于1，表明粵港澳大灣區入海河口的NH3-N和TP污染情況較輕。污染最嚴重的沙田泗盛斷面，TN、TP和NH3-N的污染指數均呈下降趨勢?？傮w上，導致粵港澳大灣區主要入海河口氮磷污染的物質為TN，TP與NH3-N污染較輕。

(a) 蓮花山

2.1.2有機污染狀況

水體有機污染主要是指由城市污水、食品工業和造紙工業等排放含有大量有機物的廢水所造成的污染，有機污染物在水中進行生物氧化分解過程中，需消耗大量氧，COD和BOD5是水體受有機物污染的代表性指標。通過計算得到2015—2019年粵港澳大灣區入海河口水質監測斷面的COD和BOD5的單因子污染指數如圖3所示。由圖3可見，在8個入海河口監測斷面中，除沙田泗盛外，其余斷面的COD與BOD5的污染指數均小于1，符合其水環境功能區水質控制標準。沙田泗盛斷面有機污染相對較重，BOD5的污染指數在1.0～1.5之間，但呈逐漸下降趨勢。

(a) 蓮花山

2.1.3重金屬污染狀況

水體的重金屬污染是工業生產過程中產生的含有Cr6+、Cd、Cu、Hg等重金屬離子的廢水進入水體造成的污染。計算2015—2019年大灣區入海河口水質監測斷面的Hg、Pb、Cu、Zn、Cd、Cr6+重金屬元素的單因子污染指數，結果見圖4。由圖4可見，2015—2018年8個監測斷面的重金屬污染指數均為達標狀態，其值介于0～0.4之間；2018年后，沙田泗盛與雞啼門大橋兩個斷面的Hg污染指數急速上升，超過1.0，變為不達標，其中雞啼門大橋斷面2019年Hg污染指數達到水質標準的1.6倍，污染嚴重超標。從污染物類型看，Hg的污染指數要大于其他重金屬污染物，除蒼山渡口外的7個斷面Hg的污染指數在2018—2019年均呈上升趨勢?？傮w上看，大灣區入海河口重金屬污染狀況較輕，污染主要集中在沙田泗盛和雞啼門大橋斷面，主要污染物為Hg。

(a) 蓮花山

2.2 綜合污染程度

根據內梅羅綜合污染指數對水體污染等級進行劃分，可以確定水體的綜合污染等級。綜合污染指數等級分級標準為：小于1為清潔水質，介于1～2之間為輕度污染水質，2～3之間為中度污染水質，3～5之間為重度污染水質，大于5為嚴重污染水質。各斷面的內梅羅綜合污染指數變化情況見圖5，可見粵港澳大灣區入海河口水環境污染狀況不容樂觀，所有8個監測斷面均長期處于污染狀態。其中，污染最嚴重的是沙田泗盛斷面，2015年為重度污染，2016—2019年為中度污染，其內梅羅指數呈下降趨勢，說明污染有好轉趨勢。雞啼門大橋和珠海大橋兩個監測斷面在2015年為清潔狀態，2016—2019年為輕度污染，其內梅羅指數為上升趨勢，說明污染呈加重趨勢。蓮花山、蕉門、洪奇瀝、中山港碼頭和蒼山渡口5個斷面的內梅羅指數在1.5～2.0之間波動，均為輕度污染狀態，變化不明顯。

圖5 各監測斷面的水質內梅羅綜合污染指數變化

2.3 主要污染指標濃度變化趨勢

由前文分析結果可知，目前粵港澳大灣區主要入海河口水環境污染的主要類型為氮磷污染和有機污染?；浉郯拇鬄硡^屬亞熱帶海洋季風氣候，其河流流量具有季節特征，每年4—9月為汛期，10月至次年3月為非汛期[24]，由于水質評價標準為污染物濃度值，因此評價結果受河流流量影響較大。在進行粵港澳大灣區入海河口污染指標的濃度變化分析時，為避免季節性對監測數據的影響，對2015—2019年粵港澳大灣區入海河口水質監測數據采用季節性Kendall檢驗法進行趨勢分析，結果見表1。

表1 大灣區入海河口監測斷面水質趨勢分析結果

由圖4和表1可知，沙田泗盛斷面水質現狀為中度污染，但所有水質指標濃度均為高度顯著下降趨勢。洪奇瀝斷面的TN濃度顯著下降，但COD濃度高度顯著上升，氮污染好轉，有機污染加重。蕉門斷面COD和TP濃度均顯著上升，有機污染和富營養化污染加重。雞啼門大橋和珠海大橋斷面目前為輕度污染等級，BOD5、NH3-N、COD濃度雖均呈高度顯著下降趨勢，在TP持續排放的同時，其主要污染TN濃度為高度顯著上升趨勢，水體富營養化呈加重趨勢。中山港碼頭斷面水質污染較輕，除NH3-N濃度無明顯變化外，其他水質指標濃度高度顯著下降，且呈快速好轉趨勢。蒼山渡口斷面NH3-N濃度呈高度顯著下降，但由于NH3-N污染指數已經很小，而其他主要污染物排放無顯著變化，斷面水質好轉趨勢不明顯。

從流域看，東江流域入海河口水質污染現狀為中度污染，但蓮花山和沙田泗盛2個監測斷面趨勢分析數據顯示大多數污染物濃度下降，總體上呈好轉趨勢。西北三角洲流域各入海河口監測斷面污染較輕，但其主要污染物TN濃度呈上升狀態，水質有惡化趨勢。從監測項目看，BOD5濃度下降趨勢最為顯著，有7個斷面(蓮花山、沙田泗盛、洪奇瀝、蕉門、雞啼門大橋、珠海大橋、中山港碼頭)的BOD5濃度均顯著下降。此外，5個斷面(蓮花山、沙田泗盛、雞啼門大橋、珠海大橋、蒼山渡口)的NH3-N和4個斷面(沙田泗盛、雞啼門大橋、珠海大橋、中山港碼頭)的COD濃度下降明顯，改善情況較好。TP和TN濃度變化趨勢不容樂觀，90%的斷面顯示TP濃度無下降趨勢，近50%斷面的TN污染無好轉趨勢，TN是影響大灣區入海河口水環境質量的主要污染物。

2.4 水環境質量變化驅動因素分析

張偉等[25-26]的研究結果顯示，珠江口及毗鄰海域由無機氮、活性磷酸鹽引起的海域營養鹽含量超標現象突出。梁志宏等[27]基于深圳灣、珠江口、水質凈化廠尾水、面源與截排溢流水體等水質數據，系統分析了深圳灣水質時空分布特征及其污染物來源，結果表明深圳灣現狀水質不達標，關鍵污染因子為無機氮(DIN)和活性磷酸鹽(DIP)。這些研究結果與本研究結果一致，當前影響粵港澳大灣區入海河口水質的主要污染類型仍為氮磷污染，氮磷污染依然是粵港澳大灣區水污染防治的主要問題，且氮污染程度高于磷污染。

粵港澳大灣區不同入海河口重金屬污染狀況存在差異。重金屬污染分析結果顯示，位于廣州、東莞和珠海的入海河口重金屬含量略高，Hg濃度較高的區域分布于沙田泗盛、雞啼門大橋、洪奇瀝和中山港碼頭附近，蒼山渡口和珠海大橋重金屬污染物主要為Cr6+，這可能是由污染來源不同造成的。劉寶林等[28]發現珠江干流的重金屬污染呈現明顯的城市來源特征，經濟發展程度存在差異的不同城市河段重金屬污染存在明顯差異，重金屬Cu、Zn、Pb、Cr、Ni主要來自工業廢水、生活污水及混合排放污水。張起源等[29-30]對過去珠江出海口及近岸海域的重金屬污染程度進行了分析，八大出?？陂T水體受重金屬污染程度在清潔到輕度污染之間，重金屬綜合生態風險處于“低等”水平，這與本文分析結果一致，近年來粵港澳大灣區重金屬污染維持在較低水平。

污染最嚴重的區域為東江南支流入海口的沙田泗盛斷面，單因子污染指數分析結果顯示，2015—2019年該斷面BOD5、TN、NH3-N均未達到水質控制標準，其中TN、NH3-N嚴重超標。綜合污染指數結果顯示該斷面2015—2019年污染程度在中度污染以上，最高達到3.49，為重度污染。東莞市于2019年初開展了斷面水質達標攻堅行動，制定并實施了污水處理設施提標改造方案，要求東莞市近岸海域匯水區域內的污水處理設施出水達到廣東省《水污染物排放限值》的較嚴值，并明確規定了沙田泗盛斷面的水質目標由Ⅳ類水質在2020年改善到Ⅲ類。從沙田泗盛斷面的水質變化趨勢可以看出，在主要污染物TN濃度及綜合污染指數持續上升2年后，于2019年顯著下降，這表明落實嚴格的水環境保護政策是改善入海水質的重要途徑。

陸源污染物經河流入海是近岸海域水環境與生態系統的主要威脅。廣東省海洋與漁業局調查顯示，2015年珠江攜帶入海的污染物總量為 243.68萬t，2017年為325.27萬t，增加了81.59萬t。2017年珠三角地區沿岸的32個入海排污口中，有5個排污口存在排放超標現象，超標指標為COD、NH3-N和TP等[31]。由綜合污染等級分析結果可知，流經廣州和東莞等城市的河流，在入海河口水質污染等級較高，廣州和東莞經珠江口排放的污染物是粵港澳大灣區近岸海域主要的陸源污染源，由珠海、澳門和香港入海的污染物較少。根據當前粵港澳大灣區陸源污染物經河口流入海的污染趨勢看，包含氮磷元素的營養鹽排放量呈上升趨勢，這導致粵港澳大灣區海域赤潮災害頻繁發生，2017年發生了5起赤潮，受災面積達91.2 km2[31]。粵港澳大灣區水生態足跡研究結果表明，2000—2014年粵港澳大灣區水資源生態足跡呈上升趨勢，在結構上，水污染足跡占水資源生態足跡的比例最大，城鎮生活污水、人均GDP、工業廢水是影響水資源生態足跡的最主要因素[32]。雖然2010—2017年粵港澳大灣區萬元GDP水資源生態足跡下降40.7%，但水生態容量現狀仍然為赤字[33]。隨著粵港澳大灣區經濟和城市化的快速發展，雖然人均水資源量遠高于全國平均水平，但由于水污染導致的水質型缺水問題已經成為影響粵港澳大灣區水資源可持續利用的關鍵因素。

世界先進灣區的水環境都經歷了先污染后治理的過程，實現粵港澳大灣區經濟社會可持續發展的根本途徑，是對入海污染物實施總量控制。當前粵港澳大灣區入海河口水質污染問題，實質上是陸源污染物入?？偭靠刂茊栴}，需要通過由海向陸地追溯污染物來源，基于“海陸統籌、以海定陸”的原則，由陸向海針對性地提出污染治理措施，實現海陸統籌下的治理體系，從而促進粵港澳大灣區可持續發展。

3 結 論

a.2015—2019年，粵港澳大灣區主要入海河口的8個監測斷面中TN、COD和Hg超出廣東省水環境功能區劃的控制標準。

b.當前粵港澳大灣區主要入海河口的水環境污染類型主要為氮磷污染，有機污染和重金屬污染較輕，污染最為嚴重的監測斷面是位于東莞市的東江入海口沙田泗盛斷面，主要污染物為TN和NH3-N。

c.2015—2019年，粵港澳大灣區入海河口水質指標中，BOD5濃度下降趨勢最為顯著，NH3-N和COD濃度下降明顯，TP和TN濃度無明顯好轉趨勢，重金屬元素Hg的污染在2019年呈快速上升趨勢。

d.東江流域入海河口污染程度大于西北三角洲流域，東江流域污染呈好轉趨勢，西北江三角洲流域呈加重趨勢。