秦皇島近岸海域水環境質量評價

郗艷娟，肖國華，慕建東，楊超臣，閆 麗，姚新悅，劉 盼，何鴻雁

(1.河北省海洋與水產科學研究院，河北 秦皇島 066000；2.河北省海洋生物資源與環境重點實驗室，河北 秦皇島 066000；3.滄州市水產技術推廣站，河北 滄州 061000)

秦皇島海域是河北海域的一部分，地處渤海西部，北與遼寧海域相接，南與唐山海域毗鄰。海岸線東起山海關環海寺地嘴燈塔，西止昌黎縣灤河口，總長162.7 km[1]。隨著近年沿海經濟的快速發展，生物資源逐年衰退，赤潮頻發，生態環境遭到破壞，由沿岸灤河、新開河、湯河、洋河、戴河、石河等排海的陸源污染物、海上運輸(船舶的壓載水、清洗艙水、各種生活污水)以及海洋工程建設和海水養殖、海洋石油勘探開發是秦皇島海域污染的主要因素[1]。秦皇島近岸水域是十分重要的魚、蝦、蟹、貝的產卵、索餌、育肥場，防治海洋生態環境污染，修復海洋環境，實現海洋資源的可持續利用是當務之急。本文根據2018年春季和夏季對秦皇島近岸海域海水環境各因素的調查結果，分析有機污染和富營養化的時空分布及原因，旨在全面了解該海域的環境質量及其污染現狀，為海洋開發利用決策和海洋生態環境修復策略提供依據。

1 調查和方法

1.1 監測站位與監測時間

2018年在秦皇島近岸海域共布設25個站位，如圖1和表1所示。秦皇島沿岸有秦皇島碼頭，并臨近京唐港，海上往來的一部分船舶經20#—25#站位所屬海區到達京唐港、另一部分經18#、11#和6#站位所屬海域至秦皇島港，5#、6#、10#和11#為船舶的西錨地所在地，6#、7#和12#站位為東錨地。調查時間為每年的5月(春季)和8月(夏季)。

表1 海洋生態環境監測站位布設

圖1 秦皇島近岸海域調查站位

1.2 樣品采集和分析

1.3 評價方法

1.3.1 調查因素的水平評價

根據《海水水質標準》 (GB 3097-1997)[4]中各監測要素I～IV標準值進行評價，如表2所示。

表2 海水水質標準

1.3.2 有機污染評價

有機污染狀況進行評價，其計算公式如下[5]。

式中：CCOD1、CDIN1、CDIP1、CDO1分別為化學需氧量、無機氮、活性磷酸鹽、溶解氧評價標準值，為對應要素為一類海水水質標準，其值分別為2.0、0.2、0.015 mg/L和6 mg/L。有機污染水平分級見表3[5]。

表3 有機污染評價分級

1.3.3 營養狀況評價

本研究采用營養指數法對調查海域營養狀況進行評價。其計算公式[5]為：

式中：E為富營養化指數；DIN為無機氮含量，mg/L；DIP為活性磷酸鹽含量， mg/L；COD為化學需氧量，mg/L。

富營養化指數等級劃分如表4[6]所示。

1.4 數據處理

數據的統計分析采用 Excel 2017； 采用Arcgis軟件繪制各調查因子的時空分布圖。

2 結果

2.1 秦皇島近岸海域水質現狀

2.1.1 各環境因子的水平狀況

秦皇島近岸海域各環境因子的季節性變化如表5所示。

表5 各因子季節變化趨勢

2.1.1.1 水溫調查海域水溫的變化范圍為15.5～30.1 ℃，平均水溫為22.5 ℃，夏季比秋季的平均水溫高11 ℃,經單因素方差分析，春季與夏季的平均溫差呈顯著性差異(P<0.05)。

2.1.1.2 DODO的變化范圍為4.50～8.48 mg/L，平均值為6.66 mg/L，春季大于夏季，并存在顯著差異(P<0.05)，春季DO處于I類海水水質標準的面積占調查總面積的92%，II類為8%，夏季DO符合I～III類海水水質標準的占比分別為52%、40%和8%。

2.1.1.3 pH值pH值的變化范圍為7.90～8.26，春季略高于夏季，無顯著季節性變化，全部站位的pH值均符合I類海水水質標準。

2.1.1.5 DIP水體內部DIP來源分別為生物有機殘體的分解礦化、沉積物的釋放、水生生物的分泌與排泄，外部來源主要為降水、沖刷土壤地表徑流以及生活污水。春季和夏季兩個調查航次 DIP的濃度范圍為0.001～0.018 mg/L，均值為0.004 mg/L。 春季所有站位的DIP值均符合I類海水水質標準，夏季符合I類和II類海水水質標準的面積分別占調查面積的96%和4%，春季和夏季的DIP含量具有顯著差異(P<0.05)，夏季大于春季。

2.1.1.6 CODCOD 是在一定條件下以化學氧化劑氧化水中的有機物和還原性無機污染物所消耗的氧量，是表征水中還原性物質多少的指標[9]。調查期間COD的變化范圍為0.68～2.50 mg/L，平均值為1.25 mg/L。春季所有站位的COD值均符合I類海水水質標準；夏季符合I類和II海水水質標準的面積占調查面積的80%和20%，夏季高于春季，呈顯著差異性(P<0.05)。

2.1.2 各環境因子的空間分布變化

圖2 2018年春季秦皇島近岸水域pH分布

圖3 2018年夏季秦皇島近岸水域pH分布

圖4 2018年春季秦皇島近岸水域水溫分布

圖5 2018年夏季秦皇島近岸水域水溫分布

圖6 2018年春季秦皇島近岸水域DO分布

圖7 2018年夏季秦皇島近岸水域DO分布

圖8 2018年春季秦皇島近岸水域分布

圖9 2018年夏季秦皇島近岸水域分布

圖10 2018年春季秦皇島近岸水域分布

圖11 2018年夏季秦皇島近岸水域分布

圖12 2018年春季秦皇島近岸水域分布

圖13 2018年夏季秦皇島近岸水域分布

圖14 2018年春季秦皇島近岸水域DIN分布

圖15 2018年夏季秦皇島近岸水域DIN分布

圖16 2018年春季秦皇島近岸水域DIP分布

圖17 2018年夏季秦皇島近岸水域DIP分布

圖18 2018年春季秦皇島近岸水域COD分布

圖19 2018年夏季秦皇島近岸水域COD分布

2.2 有機污染評價

春季秦皇島近岸海域有機污染指數的范圍為-0.67～5.08，平均值為0.33，其分布如圖20所示。春季有機污染指數的空間分布與無機氮的分布相同，有機污染主要是由無機氮濃度嚴重超標引起。以航道處附近海域為中心形成了污染程度為5級的區域，處于嚴重有機污染狀態，占調查海域的4%。洋河口附近海域為中度污染。調查海域有機污染級別處于良好(0級，A<0)和較好(1級，0≤A<1)狀態的面積分別占總調查面積的68%和12%，開始受污染和中度污染的面積均占8%。如圖21所示。

圖20 2018年春季秦皇島近岸水域有機污染空間分布

圖21 2018年春季秦皇島近岸水域有機污染級別占比

夏季秦皇島近岸海域有機污染綜合指數的范圍為-0.23～5.33，平均值為0.70，其分布如圖22所示，有機污染的中心轉移至灤河口附近海域，有機污染指數高達5.33，以此為中心，污染區域逐漸向外擴大，形成占比為4%的嚴重有機污染狀態區域。與春季相比，夏季處于良好狀態的海域面積大幅減少，占比從68%降低至28%，有機污染處于較好狀態的站位從12%上升至48%，開始受污染和輕度污染的占比分別為16%和4%。如圖23所示。

圖22 2018年夏季秦皇島近岸水域有機污染空間分布

圖23 2018年夏季秦皇島近岸水域有機污染級別占比

2.3 秦皇島近岸海域營養水平狀況評價

春季秦皇島近岸海域的富營養化指數的范圍為0.00～0.93，平均值為0.08。如圖24所示，所有站位的富營養化指數均小于1.0；夏季秦皇島近岸海域的富營養化指數的范圍為0.01～3.75，平均值為0.29，如圖25所示，在灤河口附近海域形成了的富營養化指數為3.75的高值區域，達到中度富營養狀態，為總調查面積的4%，其它海域的富營養化指數均小于1.0，處于貧營養狀態。兩個航次調查中，所有站位的平均富營養化指數為0.18。

圖24 2018年春季秦皇島近岸水域營養化指數分布

圖25 2018年夏季秦皇島近岸水域營養化指數分布

3 結論

春季和夏季兩個航次的調查結果表明，DO、DIN、DIP和COD均存在不同程度的超標，其中DIN超標嚴重，在春、夏季的兩個調查航次中，春季DIN處于劣IV類水平的站位位于洋河口和船舶航道附近海域，夏季則轉移至灤河口附近海域。各調查因子全部站位的均值均符合海水水質標準一類標準。據資料顯示，洋河在秦皇島入海河流中水量居于首位，主要接納農業非點源污染物和沿途村莊工業及生活污水[7]，秦皇島港年均進出港的大型船舶達到2萬多艘次[1]，其壓艙水、清洗艙水和各種生活污水直排入海，灤河接納兩岸共有造紙、選礦、化工等149家企業的工業廢水和縣城生活污水直接和間接的排入，全年接納沿岸工業廢水和城市生活污水約70 t，懸浮物0.255 t[10]。因此，在洋河口、灤河口和航道附近海域出現嚴重超標污染物的存在有其必然性。

春季和夏季兩個航次的調查中秦皇島近岸海域有機污染指數均值為0.52，有機污染級別處于良好(0級，A<0)和較好(1級，0≤A<1)狀態的面積分別占總調查面積的54%和26%，開始受污染和輕度污染的面積占2%和4%，處于中度和嚴重有機污染狀態的面積分別為6%和8%。根據空間分布圖顯示，春季和夏季處于嚴重污染狀態的海域與無機氮嚴重超標的海域重合，調查海域有機污染主要由無機氮含量過高所致。

在春季和夏季兩個航次的調查中，秦皇島近岸海域的營養指數均值為0.18，整個調查海域基本處于貧營養狀態。夏季受大陸徑流的影響，灤河口附近海域處于中度富營養的狀態，占調查總面積的4%。

秦皇島近岸海域的水環境質量主要受大陸徑流和船舶排污的影響。應實施嚴格的陸地污染源排放總量控制，完善主要河流和城市管網入海口環境監測設置，建設船舶油污水和垃圾接收處理，開展各種教育宣傳活動，培養公眾的海洋保護意識，建立健全相關法律法規，改善海域的水質狀況。