黃河口水域水質時空分布特征及環(huán)境質量評價

師吉華，曹振杰，董貫倉張金路，冷春梅，劉 飛

（山東省淡水水產研究所，山東濟南250117）

黃河是我國第二長河和渤海輸入流量最大的河流，每年向萊州灣及渤海注入豐富的營養(yǎng)物質。而河口作為海陸交互作用的重要地帶，是一個多功能的復雜生態(tài)系統(tǒng)，具有水動力強烈、泥沙輸移和物質交換頻繁、水文環(huán)境條件復雜、河口環(huán)境因子 （如徑流、鹽度、溫度、水團、人為活動、潮汐和懸浮物等）變化劇烈等特點［1］。據統(tǒng)計，我國近岸2／3的河口及近海受到營養(yǎng)鹽污染，水體質量等生境狀況惡化［2］，沉積物污染的綜合潛在風險增加，生物質量亦受到威脅。本研究選取海淡水交匯附近的黃河口水域，進行了水體營養(yǎng)鹽、重金屬和石油烴等污染物調查，分析了黃河口水環(huán)境質量狀況及其時空分布特征，以期為黃河口水體的保護和利用提供基礎理論依據。

1 材料與方法

1.1 調查站位設置

根據代表性原則，自黃河口新灘浮橋 （汊二浮橋）至河口攔門沙外側海域每隔3km布設1個調查站位，實測站位見圖1（受8月份黃河淡水流入量增大影響，增設海水范圍內的HH07站位1處）。

1.2 調查方法

分別于2011年5月、8月、11月和2012年2月在黃河口河道段的設立6個調查 （8月增設HH07站位1處）。使用5L有機玻璃采水器采取水體表層約0.5m深度的水樣，現(xiàn)場測定水體溫度 （WT）、鹽度 （S）、pH、溶氧量（DO）、電導率和氧化還原電位；水體營養(yǎng)鹽、懸浮物（SS）、葉綠素a （Chl－a）、硅酸鹽 （Si）、銅 （Cu）、鎘（Cd）、鋅 （Zn）、鉛 （Pb）和石油烴等指標含量按國家標準現(xiàn)場固定，立即送回室內檢測分析。

1.3 檢測與評價標準

圖1 黃河口水域調查站位設置

水環(huán)境指標的測定參照 《中國環(huán)境保護標準匯編－水質分析方法》［3］、《海洋監(jiān)測規(guī)范》［4］和 《湖泊富營養(yǎng)化調查規(guī)范》［5］；水環(huán)境質量評價參照 《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838－2002）Ⅲ類標準、《中華人民共和國海水水質標準》（GB3097－1997）、 內 梅 羅 指 數(shù) 法［8］（表1）和 《湖泊 （水庫）富營養(yǎng)化評價方法及分級技術規(guī)定》中的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法［8］（表2）。

1.4 數(shù)據處理

所得數(shù)據采用SPSS 16.0進行統(tǒng)計分析，以P＜0.05作為差異顯著性標準。

2 結果與分析

表1 內梅羅指數(shù)（I）污染等級劃分

表2 淡水湖泊（水庫）營養(yǎng)狀態(tài)分級

2.1 水環(huán)境狀況

本調查區(qū)域位于黃河口海淡水交匯附近水域，水環(huán)境指標狀況見圖2及表3。研究區(qū)HH01－HH05調查站位為淡水水域 （S為0.44）；HH06站位 （8月為HH07站位）為海水水域 （S為26.05）。

圖2 各站點主要環(huán)境因子比較

表3 黃河口水環(huán)境指標及內梅羅指數(shù)評價結果

2.2 水環(huán)境質量評價

2.2.1 內梅羅指數(shù)法

表3為依據內梅羅指數(shù)法評價的黃河口水環(huán)境質量狀況。由表3可知，黃河口水域受到一定程度的輕微污染，周年水質等級為Ⅲ類，其中5月為Ⅰ類，8月和11月為Ⅲ類，2月為Ⅱ類。污染指數(shù)大小順序為11月＞8月＞2月＞5月。水體主要污染源為氮，氨氮的周年污染指數(shù)為1.98，其次為TP，周年污染指數(shù)為1.75，TP和TN的年超標率分別為83.33%和66.67%。其他監(jiān)測項目基本不超標。

2.2.2 富營養(yǎng)化評價

表4為黃河口水體富營養(yǎng)化評價結果。除了少數(shù)的站位 （5月HH06）為中度營養(yǎng)外，黃河口水質基本為中度富營養(yǎng)化和重度富營養(yǎng)化。從此結果看，綜合營養(yǎng)指數(shù)法是否適合評價黃河水質，值得商榷，因為畢竟黃河水的泥沙含量很高，水體的透明度及葉綠素含量與真實值之間有一定的差距。牛明穎等［10］指出由于黃河泥沙的分布具有時空不均衡的特點，往往隨機性較大，這就使得對測定總量的參數(shù)的監(jiān)測結果缺乏可比性，無法控制和精確確定水體中污染的含量，出現(xiàn)多沙水體執(zhí)行國家標準中所出現(xiàn)的特殊問題。

表4 調查水體營養(yǎng)狀態(tài)分級

2.3 黃河口水域水質時空分布特征

2.3.1 氮、磷的時空變化特征

氮、磷等營養(yǎng)物質的輸入和富集是水體發(fā)生富營養(yǎng)化的最主要原因［6，7］，由圖2可以看出，黃河口水域氮、磷含量相對較高。TN含量為1.98mg／L，屬Ⅴ類水質標準，其中HH01、HH02和HH04均為劣Ⅴ類，HH03和HH05為Ⅴ類；8月和2月為劣Ⅴ類，11月為Ⅴ類，5月為Ⅱ類?？臻g上，TN由內陸河口至近海呈逐漸降低的趨勢，HH01最高，如8月HH01的TN為3.5mg／L，HH07則僅為0.32mg／L；時間上，各季節(jié)大小順序為8月 （2.94mg／L）＞2月 （2.28mg／L）＞11月 （1.59mg／L）＞5月 （0.47mg／L）（P＜0.05）。TP含量為0.38mg／L，屬V類水質標準。各季節(jié)大小順序為11月（0.68mg／L）＞8月 （0.44mg／L）＞5月 （0.11mg／L）＞2月 （0.09mg／L） （P＜0.05），分別為劣Ⅴ類、劣Ⅴ類、Ⅲ類和Ⅱ類，NH＋4－N含量為0.21mg／L，屬Ⅱ類水質標準，最高值為8月HH01的0.68mg／L。季節(jié)大小順序為8月＞11月＞3月＞5月 （P＜0.05），其中8月和11月為Ⅱ類，2月和5月為Ⅰ類。NO－2－N含量為0.04mg／L，3月最高為0.06mg／L，11月最低0.018mg／L，其大小順序為3月＞8月＞5月＞11月（P＜0.05）。NO－3－N含量為1.22mg／L，8月HH04最高為2.5mg／L，季節(jié)大小順序為8月＞3月＞11月＞5月。DIN （DIN為氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮含量之和）中，硝態(tài)氮的含量最高，季節(jié)差異明顯，8月＞11月＞2月＞5月，亞硝態(tài)氮含量各季節(jié)差異不明顯，氨氮無論是淡水還是還是海水含量都很低。

3.2 DO、CODMn的時空變化特征

水體溶解氧水平是反映水生生物生長狀況和環(huán)境污染狀態(tài)的重要指標［8，9］.浮游生物的光合作用吸收營養(yǎng)鹽，釋放氧氣，使水體中溶解氧水平提高，而浮游植物死亡時，有機質降解則會消耗水體中的溶解氧，并使營養(yǎng)鹽水平提高。因此，溶解氧是一個直接反映水體污染程度和評判水體新鮮程度的重要指標。淡水靜態(tài)水體及流動緩慢的河流溶解氧季節(jié)變化主要是因為溫度和光照等因素影響，但黃河應該是例外，首先黃河泥沙含量高，泥沙對污染物的吸附和解析可以改變水體溶解氧的含量，水溫升高可使污染物降解，但溶解又可使溶解氧降低，牛明穎等［10］研究發(fā)現(xiàn)，在高含沙水流中，水體中的溶解氧隨水溫、含沙量的增高而降低，呈負相關。

黃河口水體DO含量較高 （圖1），淡水水域總體符合Ⅰ類水質標準 （其中3／4位次為Ⅰ類，其余為Ⅱ類），除2月份外，其余各點空間變化不明顯，季節(jié)變化為2月＞11月＞5月＞8月，除5月與8月外其他月份間差異顯著 （P＜0.05）；海水水域年平均含量為8.81mg／L，總體符合Ⅰ類水質標準，其中8月為Ⅱ類，其余3位次為Ⅰ類，季節(jié)變化為2月＞5月＞11月＞8月。各站點間，2月HH01最高位17.59mg／L，8月HH07最低為5.33mg／L。黃河口水體CODMn含量存在顯著的時空分布特征。黃河口水體CODMn含量為2.98mg／L，屬Ⅱ類水質，總體由內陸河口至近海呈降低趨勢。5月、8月、11月及2月分別為1.56、4.61、2.11及2.90mg／L，季節(jié)均值為8月＞2月＞11月＞5月 （P＜0.05），其中8月為Ⅲ類，2月和11月為Ⅱ類，5月為Ⅰ類。

從檢測數(shù)據分析，高錳酸鉀指數(shù)不高，水體高錳酸鉀指數(shù)低說明黃河泥沙本身含有的有機質、還原物質以及所吸附的有機污染物質，在通常的黃河水環(huán)境條件下難以浸溶出來，即在天然河水中，泥沙可以起到降解有機污染，凈化水體的作用。

3.3 重金屬及石油類的時空變化特征

監(jiān)測結果表明，黃河口水體Cu、Pb和Cd未檢出，Zn含量為14.25μg／L，除5月為Ⅱ類外均為Ⅰ類水質。石油烴類含量為25μg／L，除2月HH04屬Ⅱ類外，其余均為Ⅰ類。

4 小結

（1）內梅羅指數(shù)和綜合富營養(yǎng)化評價結果表明：黃河口水域pH為弱堿性，水體溶氧含量充足，CODMn含量較低 （2.98mg／L，Ⅱ類水質），水體主要污染因子為 TN （1.98mg／L，Ⅴ類水質）、TP（0.38mg／L，Ⅴ類水質）和NH＋4－N，石油類和Hg污染不明顯，其他重金屬含量均未超標。

（2）時間尺度上，黃河口水域DO含量較高，淡水水域總體符合Ⅰ類水質標準，季節(jié)變化為2月＞11月＞5月＞8月，除5月與8月外其他月份間差異顯著 （P＜0.05），海水水域符合Ⅰ類水質標準，季節(jié)變化為2月＞5月＞11月＞8月；總氮含量季節(jié)均值為8月＞2月＞11月＞5月 （P＜0.05），平均含量為1.98mg／L，屬Ⅴ類水質標準；總磷含量11月＞8月＞5月＞2月 （P＜0.05），平均含量為0.38mg／L，屬Ⅴ類水質標準；化學需氧量質量濃度8月＞2月＞11月＞5月 （P＜0.05），年平均含量為2.98mg／L，屬Ⅱ類水質標準。

（3）空間尺度上，黃河口水域總氮分布呈由內陸河口至近海逐漸降低的趨勢，總磷空間分布差異不大，CODMn總體上呈內陸河口至近海逐漸降低的趨勢。

（4）時空分布表明，黃河口水域水質參數(shù)呈現(xiàn)出不同的時空變化特征，DO含量較高，無論是淡水還是海水都符合Ⅰ類水質標準；總氮、總磷均已達到富營養(yǎng)化水平，以富營養(yǎng)化指標氮磷最為嚴重，總氮平均濃度已接近地表水環(huán)境Ⅴ類標準值 （2mg／L），總磷平均濃度已超過地表水環(huán)境Ⅴ類標準值（0.2mg／L），屬于劣Ⅴ類。

（5）受黃河高含量泥沙吸附影響，黃河口水質存在總量的參數(shù)的監(jiān)測結果缺乏可比性，無法控制和精確確定水體中污染的含量，出現(xiàn)多沙水體執(zhí)行國家標準中所出現(xiàn)的特殊問題［10］。

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