山東省威海市劉公島周邊海域海水質量評價

摘要：為全面系統掌握劉公島周邊海域海水質量狀況，為水環境管理和科學合理用海提供數據支撐，本文根據劉公島周邊海域20站位監測數據，采用單因子污染指數法、有機污染指數法、營養化指數法和綜合污染指數法進行了海水質量評價。結果表明：劉公島周邊海域的pH、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、無機氮、活性磷酸鹽的單因子污染指數均小于1，均符合海水一類水質標準；有機污染指數A的范圍為-0.48～0.08，平均值為-0.26，整體水質狀況良好；營養化指數E的范圍為0.02～0.10，平均值為0.04，均為貧營養化；表層重金屬綜合污染指數WQI的范圍為0.29～0.50，平均值為0.43，整體屬于清潔水平。

關鍵詞：海水質量評價；周邊海域；劉公島；山東省威海市

中圖分類號：F124.5;P74" " " 文獻標識碼：A" " " " doi：10.12128/j.issn.1672-6979.2024.12.001

引文格式：袁星芳，楊明爽，李恒猛，等.山東省威海市劉公島周邊海域海水質量評價［J］.山東國土資源，2024，40（12）：1-7.YUAN Xingfang，YANG Mingshuang，LI Hengmeng， et al. Evaluation of Seawater quality in the Surrounding Waters of Liugong Island in Weihai City in Shandong Province［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（12）：1-7.

0引言

威海市北、東、南三面環海，海岸線總長986km，約占山東省海岸線總長的1/3，全國海岸線總長的1/18，岸線曲折，岬灣交錯，擁有各類岬角20余個、各類海灣30余個、大小島嶼104個，劉公島為威海市最大的島嶼，其周邊海灣威海灣是威海市航運、漁業發展的主要灣區，是威海市實現中心崛起、兩軸支撐、環海發展、一體化布局戰略的重要支撐。因此，保護好劉公島周邊海域生態環境對于戰略布局的實施和漁業資源的發展具有重要現實意義［1］。

近年來，隨著威海灣功能的進一步擴展，劉公島周邊海域生態環境越來越受到社會各界的關注，而海水質量狀況是客觀反映劉公島周邊海域生態環境的重要指標［2］。因此，本文采用單因子污染指數法、有機污染指數法、營養化指數法和綜合污染指數法［3-19］，全面系統分析其海水質量狀況，以期為劉公島周邊海域水環境管理和科學合理用海提供必要數據依據。

1樣品采集與測試方法

1.1樣品采集

為分析劉公島周邊海域海水質量狀況，2022年5月在其周邊海域布設20站位進行海水樣品采集，具體位置分布見圖1。

1.2測試方法

根據《海水水質標準（GB3097—1997）》［20］，對劉公島周邊海域海水進行分析測試，測試項目包括：嗅和味、懸浮物質、pH、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、無機氮、活性磷酸鹽、汞、鎘、鉛、六價鉻、砷、銅、鋅、鎳等。海水樣品采集［21］、貯存、運輸和預處理嚴格按照《海洋監測規范（GB17378.4—2007）》、《海洋調查［22］規范（GB/T12763.4—2007）》的有關規定和要求執行。

2海水質量評價

2.1評價方法

本次采用單因子污染指數法、有機污染指數法和營養化指數法進行海水質量評價，應用綜合污染指數法進行重金屬污染綜合評價。

2.1.1評價標準

國內外目前使用的標準分為兩類：一類為海水天然背景值；一類為國家制定的海水質量標準［5］。調查海域目前難以確定海水天然背景值，因而本次選用《海水水質標準》（GB3097—1997）的一類標準作為評價標準。

2.1.2單因子污染指數法

單因子污染指數法計算公式（1）［3-6］為：

式中：Pi—某因子的污染指數；Ci—某因子的實測濃度；Cio—某因子的評價標準。

根據pH的特點，標準值為7.8～8.5，其評價模式為公式（2）—公式（4）：

式中：SpH—pH的污染指數，pH—本次的實測值；pHsu—pH標準的上限值；pHsd—pH標準的下限值。

溶解氧（DO）評價公式（5）為：

式中：DO—溶解氧的實測值（mg/L）；DOf—現場水溫計氯度條件下水中氧的飽和含量（mg/L）；DOs—溶解氧的評價標準值（mg/L）。

2.1.3有機污染指數法

有機污染指數法計算公式（6）［5，13］如下：

式中：CODi、DINi、DIPi、DOi分別為化學需氧量（COD）、無機氮、活性磷酸鹽及溶解氧（DO）的實測值；CODo、DINo、DIPo、DOo分別為化學需氧量（COD）、無機氮、活性磷酸鹽及溶解氧（DO）的海水水質標準值。水質有機污染程度分級見表1。

2.1.4營養化指數法

富營養化指數（E）［9-11］是衡量海水富營養化水平的重要因子見公式（7）：

式中：E為營養化指數；CCOD、CDIN、CDIP分別為海水中的化學需氧量、無機氮、活性磷酸鹽的含量（mg/L）。水質營養化水平評價分級見表2。

2.1.5綜合污染指數法

目前，對于海域重金屬污染評價方法不盡相同，執行標準也不盡統一。本文選用綜合污染指數法對海水水質進行污染評價［5，12，15］，其計算公式（8～9）如下：

式中：Cif、Cis、Cin分別為某金屬i的單項指數、第i站位重金屬的實測值、一類重金屬含量的標準限制；n為參與評價的金屬元素總數，當Cif≤1時，表示海水中重金屬含量符合標準，當Cif＞1時，表示海水中重金屬含量超過標準限值；WQI為海水重金屬綜合污染指數，污染程度評價分級見表3。

2.2評價結果

2.2.1單因子污染結果

劉公島周邊海域主要污染因子評價結果見表4。

pH：變化范圍為8.13～8.20，呈上下波動之勢，基本保持穩定，平均值為8.17，呈堿性，11、12、15站位最高，1、17站位最低。以海水一類水質為評價標準，pH污染指數范圍為0.143～1.000，平均值為0.527，說明20站位pH均符合海水一類水質標準。

溶解氧（DO）：變化范圍為9.180～10.400 mg/L，平均值為9.723 mg/L，8站位最高，19站位最低。以海水一類水質為評價標準，溶解氧污染指數范圍為0.005～0.257，平均值為0.133，說明20站位溶解氧值均符合海水一類水質標準。

化學需氧量（COD）：反映海水受還原物質污染的程度，其值的高低直接反映海水質量的好壞［23-26］。變化范圍為0.792～1.600 mg/L，平均值為1.196 mg/L，6站位最高，9站位最低。以海水一類水質為評價標準，化學需氧量污染指數范圍為0.396～0.800，平均值為0.598，說明20站位化學需氧量值均符合海水一類水質標準。

無機氮（DIN）：是海洋浮游植物生長繁殖所必需的營養鹽，若濃度過低，將降低海洋初級生產力；若濃度過高，將導致富營養化和赤潮發生，破壞海洋生態環境［26］。區內無機氮變化范圍為0.0926～0.184 0 mg/L，平均值為0.1316 mg/L，4站位最高，3站位最低。以海水一類水質為評價標準，無機氮污染指數范圍為0.463～0.920，平均值為0.658，說明20站位無機氮值均符合海水一類水質標準。

活性磷酸鹽（DIP）：是海洋浮游植物繁殖和生長不可缺少的營養鹽，反映海水中有機物被利用的程度和生物新陳代謝的活動規律［27］。區內活性磷酸鹽變化范圍為0.0007～0.0021 mg/L，平均值為0.0010 mg/L，2站位最高，5、8、10站位最低。以海水一類水質為評價標準，活性磷酸鹽污染指數范圍為0.0473～0.1400，平均值為0.0689，說明20站位活性磷酸鹽值均符合海水一類水質標準。

2.2.2有機污染狀況

劉公島周邊海域有機污染指數A的范圍為-0.48～0.08，平均值為-0.26，污染程度分級為1級，水質良好（圖2）。A值＜0的站位分布較多，占取樣總數的90%，說明區內大部分海域水質良好。A值為0～1的站位零星分布，僅有4和18號，占取樣總數的10%，說明劉公島北部和劉公島養殖場南部的局部海域水質較好，可能受周邊海水養殖影響。整體來說，劉公島周邊海域水質狀況良好，未受有機物污染。

2.2.3營養化水平

營養化指數反映水體富營養化程度，若營養化指數過高，將導致富營養化，造成浮游生物過度繁殖，進而誘發赤潮［3-5］。劉公島周邊海域營養化指數E的范圍為0.02～0.10，平均值為0.04，營養化水平分級為1級，為貧營養化，說明劉公島周邊海域海水適合浮游生物繁育和生長（圖3）。整體呈現近岸向遠海營養化指數降低的趨勢，但局部海域受海水養殖影響，營養化指數略有增加。

2.2.4綜合污染程度

（1）重金屬含量分布特征。

含量分布特征：重金屬含量由大到小順序為鋅（Zn）＞銅（Cu）＞鎳（Ni）＞砷（As）＞鉻（Cr）＞鎘（Cd）＞鉛（Pb）＞汞（Hg）。且所有監測站位中汞（Hg）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鎳（Ni）含量均低于國家一類海水水質標準限值，說明劉公島周邊海域海水水質未受重金屬污染。

空間分布特征：汞、砷元素含量呈西高東低的趨勢，即由近岸向遠海濃度逐漸降低，說明其與近岸人類工程活動息息相關；鉛元素含量呈西北低東南高的趨勢，說明其可能與近海養殖以及船舶行駛相關；鋅、銅、鉻、鎳元素含量呈西南低東北高的趨勢，說明其可能與劉公島東北部海域養殖區分布有關；鎘元素含量呈西北高東南低的態勢，即由近岸向遠海濃度逐漸降低，說明其與近岸人類工程活動有關（圖4）。

（2）重金屬污染評價。

劉公島周邊海域海水表層重金屬綜合污染指數WQI值為0.29～0.50，平均值為0.43，WQI均小于1，污染程度分級為1級，說明劉公島周邊海域海水未受重金屬污染，整體屬于清潔水平（圖5）。

3結論

（1）劉公島周邊海域的pH、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、無機氮、活性磷酸鹽的單因子污染指數均小于1，符合海水一類水質標準。

（2）劉公島周邊海域的有機污染指數A的范圍為-0.48～0.08，平均值為-0.26，污染程度分級為1級，說明劉公島周邊海域水質狀況良好，未受有機物污染。

（3）劉公島周邊海域的營養化指數E的范圍為0.02～0.10，平均值為0.04，均為貧營養化，說明劉公島周邊海域海水適合浮游生物繁育和生長。

（4）劉公島周邊海域海水表層重金屬綜合污染指數WQI的范圍為0.29～0.50，平均值為0.43，WQI均小于1，說明劉公島周邊海域海水未受重金屬污染，整體屬于清潔水平。

（5）為保護劉公島周邊海域生態環境，建議加強陸域污水管網的規劃和建設，實施嚴格的陸源排放總量控制，禁止各類污水肆意排放入海，優化沿岸海域產業結構，規范沿岸居民行為。加快建設海洋環境監控與預警系統，逐步實現近岸海域環境質量的實時監控和在線預警。劉公島周邊海域養殖區分布較密集，建議優化網箱養殖模式，減少對周邊海域生態環境的破壞。

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Abstract：In order to comprehensively and systematically learn present conditon of the seawater quality in the surrounding waters of Liugong Island， and provide data support for water environment management and scientific and rational use of the sea， by using single factor pollution index method， organic pollution index method， eutrophication index method， and comprehensive pollution index method， seawater quality has been evaluated based on monitoring data from 20 stations in the surrounding waters of Liugong Island. It is "showed that the single factor pollution indices of pH， dissolved oxygen （DO）， chemical oxygen demand （COD）， inorganic nitrogen， and active phosphate in the surrounding waters of Liugong Island are all less than 1. It can meet the first-class seawater quality standards. The range of organic pollution index A is -"0.48～0.08， the average value is -"0.26. The overall water quality is good. The range of nutritional index E is 0.02～0.10， the average value is 0.04， and all are malnutrition. The comprehensive pollution index （WQI） of surface heavy metals ranges from 0.29 to 0.50， the average value is 0.43， and is in an overall clean level.

Key words：Seawater quality assessment；surrounding sea area；Liugong Island; Weihai city in Shandong province

收稿日期：20240103；修訂日期：20240117；編輯：曹麗麗

基金項目：山東省地質勘查項目，山東省自然資源廳，山東省威海市劉公島及周邊海域綜合地質調查，魯勘字〔2021〕54號

作者簡介：袁星芳（1990—），女，山西大同人，高級工程師，主要從事水工環地質工作；E-mail：lywhyxf@163.com

*通訊作者：楊明爽（1974—），男，山東煙臺人，研究員，主要從事水工環地質工作；E-mail：1396590274@qq.com