深圳大鹏湾近岸海水水质综合评价.doc

第1期 张顺枝，霍振海：深圳大鹏湾近岸海水水质综合评价 7深圳大鹏湾近岸海水水质综合评价张顺枝霍振海（中国地质调查局广州海洋地质调查局，广州5本文2006年11月收到。0760）摘要深圳大鹏湾地区降水主要由锋面天气系统和热带天气系统引起，由北到南年平均降水1 900.02 214.0 mm。工作区主要位于大鹏湾深圳海区，从营养化现状评价、有机污染现状评价和海水水质现状评价等3个方面对大鹏湾海水水质进行了综合评价，认为大鹏湾近岸海水不能完全达到一类海水水质标准，表、底层以清洁级为主，轻污染级为次。单项因子进一步分析表明：大鹏湾水力作用偏弱，潮流对污染物的稀释、混合和扩散作用较小，余流对污染物的运移作用也很弱，形成了沿岸污染高于离岸、离岸高于外海的分布格局。关键词水质综合评价海水 近岸深圳大鹏湾深圳大鹏湾位于深圳市东部水域，毗邻香港。沿海山势陡峻，山脊狭窄，基岩裸露，多悬崖峭壁，近邻海滨，山坡陡然入海。湾口宽约10 km，南北长约30 km，水域面积约390 km2（包括深圳水域和香港水域）。湾口水深超过20 m，湾内大部分水深逾16 m，是一个良好的深水海湾。素有深圳特区“东部黄金海岸”之美誉。大鹏湾湾内无大河流入，其地形主要特征是岸线曲折，湾内有湾，在湾内散布有盐田、大梅沙、小梅沙、溪涌、上洞、屯洋、沙鱼涌口、迭福、下沙、水沙头等十多个小海湾，小海湾湾口大多是沙坝发育，湾后有小河注入。大鹏湾地区降水主要由锋面天气系统和热带天气系统引起。大鹏湾由北到南年平均降水1 9002 214 mm，最大降水量出现在8月。受季风环流的影响，大鹏湾具有明显的干湿季。干季为11月至翌年3月，以降水少、湿度低为其特点，月平均降水量23.475.1 mm，累计降水量200220 mm，约占全年降水10%；湿季为410月，降水丰沛，湿度高，占全年降水90%。盛夏79月月降水量高达252.8391.0 mm，占湿季降水50%以上。降水的地域差异较为明显，南部69月，月平均降水量均超过340 mm，比北部高13%。1研究样品与方法本次工作主要在大鹏湾深圳海区进行。采样设备为国家海洋局天津海洋技术研究所生产的QCC10-5型球阀式采水器和QCC9-1型表层油类采水器，容量分别为1.7 L和1 L。工作方式为“开闭”式：采水之前，先测量水深，计算出表、底层各层采水深度，将各采水器挂在绞车钢缆上，施放到预定深度采水，采水后立即用橡胶软管将采水器的海水灌入玻璃瓶内，再对水样进行固化、标定、分装等现场处理。本次工作设计采样站位21个(图1)，比较均匀地分布在调查区内，共采集表层水样和深层水样42个。实验室共对水样进行了温度、溶解氧、pH、Eh、悬浮物、硫化物铜、铅、锌、镉、六价铬、汞、砷、硝酸氮、亚硝酸氮、氨氮、生化需氧量、化学需氧量、活性磷酸盐、叶绿素、石油、挥发性酚等21个项目进行了分析。图1 大鹏湾海水水质分析2海水水质评价海水水质综合评价从3个方面进行：营养化现状评价、有机污染现状评价和海水水质现状评价。2.1营养化现状评价营养化是水体衰老的特征之一。浮游植物有了过多营养物质基础，往往会引发赤潮。广东沿岸频繁出现赤潮，造成了严重的环境灾害，而大鹏湾赤潮发生率位居全省前列。浮游植物的物质基础有碳、氮、磷、硫、镁以及铁等20余种元素，其中最重要的是氮、磷，浮游植物对二者摄取量最大。常见水体营养状态分为4类：贫营养；中营养；富营养；超营养化。尽管营养化问题得到了广泛的研究，但由于其机理复杂，影响因素众多，不同国家甚至不同水域有不同的分析判别方法。我国尚未有统一的标准，一般根据理论和实际结合的方法进行分析划分。国内常用富营养化综合指数来确定富营养化阀值：上式中，COD、DIN和DIP分别表示化学需氧量（mg/L）、溶解性无机氮(g/L)和溶解性无机磷（g/L）。溶解性无机氮和溶解性无机磷主要以硝酸盐和磷酸盐形式存在。当Ie1，表示水体富营养化。评价结果见表1。Ie变化范围0.020.04，未达到富营养化程度，从站位分布看，以东区数值略有偏高。表1 富营养化指数和有机污染指数区域营养化指数有机污染指数表层底层平均值表层底层平均值北区0.030.020.031.40.91.2东区0.040.040.041.50.61.0全区0.040.030.041.50.81.12.2 有机污染现状评价夏季较高气温和水温会使水体和底质中养殖残饵、动植物排泄物腐解和有机质氧化，导致水体的有机污染增加。使用有机污染指数对有机污染程度进行评价：式中，分子项和分母项为实测值和水质标准值（按一类海水水质标准），COD意义同上，N、P、O分别表示无机氮、磷和溶解氧。IO4表示有机污染严重。评价结果见表1，由表可知，调查区IO均小于2，表明总体有机污染水平中等偏低。2.3 海水水质现状评价2.3.1 评价标准和评价因子评价标准为国家环保局1997年颁布的中华人民共和国海水水质标准（GB3097-1997），此标准列出各类海水水质理化类、生物和微生物类指标，有关理化评价因子及标准见表2。表2 海水水质标准因 子一类海水二类海水三类海水因 子一类海水二类海水三类海水pH7.88.5铅(g/L)1510溶解氧(mg/L)654六价铬(g/L)51020化学需氧量(mg/L)234砷(g/L)203030生化需氧量(mg/L)134铜(g/L)51010无机氮(g/L)200300400锌(g/L)2050100非离子氨(g/L)202020硫化物(g/L)2050100磷酸盐(g/L)153030挥发性酚(mg/L)0.0050.0050.01汞(g/L)0.050.20.2石油类(mg/L)0.060.060.3镉(g/L)1552.3.2 评价方法评价方法采用水质综合指数法，即对于某个站位i，其综合指数计算方法如下：（in, jm, n=21, m=17）式中，n为站位数，m为参与评价因子数；Ci,j、Si,j、Pi,j为某站位某项评价因子实测数据、评价标准（一类海水水质标准）和单项指数；WQIi为某站位水质综合指数，站位和评价因子项形成ij的行列式。其中，由于溶解氧和pH值较为特殊，分别采用如下方法评价计算：式中,Csat为溶解氧饱和浓度，一般为8 mg/L，Ci,Do为溶解氧实测值，Cs,Do为评价标准；Ci,pH、Cmax、Cs,pH分别为pH实测值、评价标准(7.88.5)上限和平均值。2.3.3 评价和分析结果各站综合评价指数和达标率统计如表3，从表中可以看出，大鹏湾各站层均不能完全达到一类海水水质标准。其中北区表层综合指数0.450.90，底层0.390.77，海水水质等级范围均为清洁级轻污染级；东区表层为0.480.75，底层为0.430.96，海水水质等级以清洁级轻污染级，站位DPS18底层综合指数为0.96，水质达到中污染级，北区表层轻污染级所占比例最大，为50.0%，其余海区表、底层以清洁级为主，轻污染级为次（图1）。表3 调查区各站位综合评价指数和达标统计区域站位表 层底 层平 均等级评价水质指数参考指标综合指数达标率综合指数达标率综合指数达标率北区DPS10.5688.2%0.6773.3%0.6280.8%清洁级WQI0.70，清洁级；0.70WQI0.95，轻污染级；0.95WQI1.20，中污染级；WQI1.20，重污染级。DPS20.6170.0%0.6575.0%0.6372.5%清洁级DPS30.6170.0%0.5386.7%0.5778.3%清洁级DPS40.5475.0%0.6466.7%0.5970.8%清洁级DPS50.5960.0%0.6575.0%0.6267.5%清洁级DPS60.7562.5%0.7666.7%0.7664.6%轻污染级DPS70.6262.5%0.6475.0%0.6368.8%清洁级DPS80.5573.3%0.7762.5%0.6667.9%清洁级DPS90.7270.0%0.7050.0%0.7160.0%轻污染级DPS100.9062.5%0.6375.0%0.7668.8%轻污染级DPS110.6675.0%0.3975.0%0.5375.0%清洁级DPS120.4582%0.5480.0%0.4981.2%清洁级DPS130.5387.5%0.5762.5%0.5575.0%清洁级平均0.6272.2%0.6271.0%0.6271.6%清洁级东区DPS140.7575.0%0.4875.0%0.6275.0%清洁级DPS150.6562.5%0.5675.0%0.6168.8%清洁级DPS160.7670.0%0.5853.3%0.6761.7%清洁级DPS170.7270.6%0.5073.3%0.6172.0%清洁级DPS180.7276.5%0.9666.7%0.8471.6%轻污染级DPS190.5584.6%0.4875.0%0.6379.8%清洁级DPS200.4875.0%0.4373.3%0.5574.2%清洁级DPS210.5282.4%0.6664.3%0.6773.3%清洁级平均0.6474.6%0.5869.5%0.6572.0%清洁级2.4 主要污染因子和污染类型综合指数反映的是各站水质的总体情况，对单项因子作进一步分析，可以划分污染类型，追溯污染源。对于某项评价因子j，其综合指数计算方法如下：式中各项意义同上，计算结果及达标率见表4。由表可见，调查区各项因子综合指数变化较大，表层除砷小于0.09、石油小于0.16和挥发性酚小于0.4外，余下范围在0.041.81，达标率4.5%100%；底层砷小于0.22，石油和挥发性酚未检出，综合指数变化范围0.051.36，达标率10.0%100%。各因子综合指数分析结果为：pH值：综合指数为0.801.0，水质属轻污染级中污染级；氧平衡因子：化学需氧量水质为清洁级，溶解氧和生化需氧量则为中污染级重污染级；无机氮、磷酸盐和非离子氨：指数偏低，水质达到清洁级；有害重金属和砷：表层汞、镉、锌、砷的指数小于0.75，水质达到清洁级，底层汞指数0.73，达轻污染级，铅的指数范围0.020.90，水质属清洁级轻污染级，六价铬指数范围表4 调查区因子项综合指数和达标统计项目表 层底 层平 均等级评价综合指数达标率综合指数达标率综合指数达标率pH1.0043.0%0.8067.0%0.9555.0%中污染级溶解氧1.0238.1%1.3510.0%1.1824.0%中污染级化学需氧量0.38100%0.25100%0.32100%清洁级生化需氧量1.814.5%0.9842.6%1.4023.6%重污染级无机氮0.5495.2%0.5381.0%0.5488.1%清洁级非离子氨0.40100%0.6092.0%0.5096.0%清洁级磷酸盐0.12100%0.13100%0.13100%清洁级汞0.3783.3%0.7381.8%0.5582.6%清洁级镉0.07100%0.05100%0.06100%清洁级铅0.0985.7%0.9060.0%0.5072.9%清洁级六价铬1.2050.0%1.3631.2%1.2840.6%重污染级砷0.09100%0.22100%0.00100.0%清洁级铜0.8371.4%1.0181.8%0.9276.6%轻污染级锌0.53100%0.6570.0%0.5985.0%清洁级硫化物0.292%0 .390%0.2591%清洁级挥发性酚0.4100%100%0.4100%清洁级石油类0.16100%100%0.16100%清洁级1.21.36，水质属中污染级重污染级，铜属于轻污染级中污染级。以上分析统计可知，调查期间，氧平衡因子生化需氧量和溶解氧、有害重金属六价铬综合指数相对较高，水质分别达到中污染重污染级，平均权重分别占19.0%、13.0%、14.5%，这说明调查区海水污染主要由此3个因子造成，因此以重污染级为划分标准，将调查区主要污染类型简要分为3类：氧平衡因子类型、氧平衡因子有害重金属类型、有害重金属类型。根据上述结果，调查区海水主要污染类型分布见图2。4结语深圳大鹏湾沿岸水质比离岸差，这与沿岸污染源分布关系密切。沿岸的港口码头、工业区、旅游区、生活区和养殖区较多，其排污主要采用管道向潮间带直接排放的方式，沿岸个别地方还发现直接倾倒固体废物。工业和生活废水富含有害重金属及氮、磷等。有害重金属水解生成物容易被水体中胶体吸附聚集；沉降分解于养殖区的有机及无机污染物在潮流扰动下，可重新进入水体，形成二次污染。大鹏湾水力作用偏弱，潮流对污染物的稀释、混合和扩散作用较小，余流对污染物的运移作用也很弱，形成了沿岸污染高于离岸、离岸高于外海的分布格局。图2