夏季北戴河赤潮監(jiān)控區(qū)海水水質(zhì)狀況評(píng)價(jià)與趨勢(shì)分析*

陳 燕，陳武軍，張建樂，李 莉，趙書利

（1.國(guó)家海洋局秦皇島海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 秦皇島 066002；2.河北省海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 秦皇島 066002）

夏季北戴河赤潮監(jiān)控區(qū)海水水質(zhì)狀況評(píng)價(jià)與趨勢(shì)分析*

陳 燕1，2，陳武軍1，2，張建樂1，2，李 莉1，2，趙書利1，2

（1.國(guó)家海洋局秦皇島海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 秦皇島 066002；2.河北省海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 秦皇島 066002）

文章根據(jù)2008—2012年夏季北戴河赤潮監(jiān)控區(qū)海水調(diào)查結(jié)果，應(yīng)用單因子法、有機(jī)污染指數(shù)法和富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法，對(duì)該海域海水的質(zhì)量狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)與分析，采用秩相關(guān)系數(shù)法對(duì)該海域5年的水質(zhì)狀況進(jìn)行趨勢(shì)分析。結(jié)果表明，北戴河近岸海域主要污染物含量均存在不同程度的超標(biāo)，其中無(wú)機(jī)氮污染程度明顯加重；該海域水質(zhì)由良好和較好轉(zhuǎn)變?yōu)殚_始受到有機(jī)污染，有機(jī)污染程度整體呈加重趨勢(shì)；該海域富營(yíng)養(yǎng)化水平由貧營(yíng)養(yǎng)升至高富營(yíng)養(yǎng)，富營(yíng)養(yǎng)化水平呈逐年顯著上升趨勢(shì)，上升幅度逐漸加大。

北戴河；海水；赤潮；評(píng)價(jià)；趨勢(shì)

北戴河位于河北省東北部，隸屬秦皇島市，南鄰渤海，是我國(guó)開發(fā)最早的濱海度假區(qū)。隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，北戴河海域海洋環(huán)境承受的壓力也愈來愈大，赤潮頻發(fā)，尤其是自2009年，北戴河海域每年都會(huì)發(fā)生由微微型藻類赤潮，造成持續(xù)數(shù)月的水色異常，海水環(huán)境質(zhì)量下降。

同時(shí)，入海河流攜帶的營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)質(zhì)進(jìn)入該海域，使該海域出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化。本研究對(duì)2008—2012年夏季北戴河赤潮監(jiān)控區(qū)的表層海水狀況進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)，對(duì)北戴河海域整治和發(fā)展決策、合理利用海域資源、污染防治措施的落實(shí)具有一定的指導(dǎo)性，為北戴河海域水環(huán)境的管理與規(guī)劃提供了必要的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣時(shí)間和站位

本研究采用了2008—2012年連續(xù)5年在北戴河赤潮監(jiān)控區(qū)的調(diào)查資料，每年8月上旬和下旬共調(diào)查2次。

北戴河赤潮監(jiān)控區(qū)共布設(shè)了6個(gè)常年定點(diǎn)監(jiān)測(cè)站位（圖1）。

圖1 調(diào)查海區(qū)及站位

1.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與方法

測(cè)定項(xiàng)目為：p H值、溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（COD）、無(wú)機(jī)氮（DIN）、活性磷酸鹽（PO3－4-P），海水樣品的采集和檢測(cè)均按照《海洋調(diào)查規(guī)范》［1］和《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》［2］的要求進(jìn)行。

1.3 評(píng)價(jià)方法與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本研究采用單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)法［3］、有機(jī)污染指數(shù)法［4］和鄒景忠［5］所用的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)調(diào)查海域水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3.1 單因子污染指數(shù)法

海水水質(zhì)評(píng)價(jià)采用單因子污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，污染程度隨實(shí)測(cè)濃度增大而加重。公式為

式中：Pi為某污染因子的污染指數(shù)，即單因子污染指數(shù)；Ci為某污染因子的實(shí)測(cè)濃度；Cio為某污染因子的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)p H值的特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)值為7.8～8.5，p H值的評(píng)價(jià)模式為

式中：Sp H為p H值的污染指數(shù)；p H為本次調(diào)查實(shí)測(cè)值；p Hsu為海水p H值標(biāo)準(zhǔn)的上限值；p Hsd為海水p H值標(biāo)準(zhǔn)的下限值。

水中溶解氧采用下式計(jì)算：

式中：DOf為現(xiàn)場(chǎng)水溫及氯度條件下，水樣中氧的飽和含量（mg／L）；DOs為溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值；DO為溶解氧的測(cè)定值。

凡是單因子指數(shù)小于或等于1者，為該監(jiān)測(cè)站水體沒有遭受該要素的污染，大于1者為遭受污染，該值越大污染越重。

1.3.2 水質(zhì)有機(jī)污染指數(shù)法

評(píng)價(jià)公式為

式中：A為有機(jī)污染指數(shù)；CODi、DINi、DIPi、DOi分別為COD、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽及溶解氧的實(shí)測(cè)值；CODo、DINo、DIPo、DOo分別為COD、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽及溶解氧的海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值。水質(zhì)有機(jī)污染程度分級(jí)見表1。

表1 水質(zhì)有機(jī)污染狀況分級(jí)

1.3.3 鄒景忠等營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法

鄒景忠關(guān)于海域富營(yíng)養(yǎng)化公式為

式中：E為富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)；COD為化學(xué)需氧量含量，mg／L；DIN為無(wú)機(jī)氮含量，mg／L；PO3－4為活性磷酸鹽含量，mg／L。營(yíng)養(yǎng)水平分級(jí)見表2。

表2 水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)水平評(píng)價(jià)分級(jí)

1.3.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《河北省海洋功能區(qū)劃》，北戴河近岸海域?qū)儆诼糜螉蕵穮^(qū)，采用《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB3097－1997）［6］二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 主要污染因子監(jiān)測(cè)及單因子評(píng)價(jià)結(jié)果

2008—2012年夏季北戴河近岸海域主要污染因子監(jiān)測(cè)單因子指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

2.1.1 p H值

2008—2012年夏季北戴河近岸海域p H值的范圍在7.90～8.53之間，各年平均值分別為：7.99、8.07、8.08、8.25和8.29；單因子污染指數(shù)平均值分別為0.47、0.25、0.23、0.43和0.46，2011年8月上旬5＃站p H值超過二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，符合三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，其余調(diào)查期p H值含量均符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。p H值空間分布近岸略低于遠(yuǎn)岸。

表3 主要污染因子監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果

2.1.2 化學(xué)需氧量（COD）

COD是反映海水中有機(jī)污染程度的綜合指標(biāo)，表示一定條件下可被氧化有機(jī)污染物耗氧量總和。2008—2012年夏季北戴河近岸海域COD的范圍在1.04～4.20 mg／L之間，各年平均值分別為：1.20 mg／L、2.06 mg／L、1.40 mg／L、1.79 mg／L和2.07 mg／L；單因子污染指數(shù)平均值分別為0.40、0.69、0.47、0.60和0.69，2011年8月上旬1＃站COD含量超過三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，符合四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其余調(diào)查期COD均符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。COD空間分布大體呈現(xiàn)近岸高于遠(yuǎn)岸的趨勢(shì)。

COD的變化是調(diào)查海域影響赤潮發(fā)生的必要條件［7－9］，而且赤潮生物消亡后大量藻類殘骸分解釋放大量含有有機(jī)物。調(diào)查期間COD超標(biāo)的主要原因是2011年8月北戴河金山嘴至人造河近岸海域發(fā)生夜光藻赤潮，對(duì)北戴河近岸的赤潮應(yīng)急監(jiān)測(cè)顯示，赤潮發(fā)生期海域的COD變化范圍為1.52～55.2 mg／L，局部海域COD含量超標(biāo)嚴(yán)重。

2.1.3 溶解氧（DO）

海水表層的DO主要來源于大氣的溶解和海洋中藻類及浮游植物光合作用的釋放。2008—2012年夏季北戴河近岸海域DO的范圍在4.62～10.4 mg／L之間，各年平均值分別為：6.73 mg／L、5.51 mg／L、7.14 mg／L、7.31 mg／L和8.54 mg／L；單因子污染指數(shù)平均值分別為0.45、0.95、0.48、0.66和0.25，除2009年、2011年超標(biāo)外，其余調(diào)查期DO均符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。DO的空間分布規(guī)律性不強(qiáng)，連續(xù)5年的監(jiān)測(cè)最低值80%出現(xiàn)在洋河口的1＃站。

DO虧氧嚴(yán)重出現(xiàn)在2009年8月下旬1＃、2＃、5＃站，超過二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，符合三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)其他站位DO也處于較低水平。王巧寧提出，河口及近岸水體低氧程度不斷加劇的主要原因有富營(yíng)養(yǎng)化、赤潮過程和全球氣候變化［10］。本次調(diào)查DO虧氧的主要原因是秦皇島海域在2009年6月下旬至9月初發(fā)生微微藻赤潮，造成大面積水色異常，8月COD和DO含量均處于下降狀態(tài)，處于赤潮藻類的消亡期，死亡后產(chǎn)生的有機(jī)物逐漸被分解，消耗海水中的溶解氧，導(dǎo)致北戴河近岸海水溶解氧降低，而2010—2012年雖然每年在秦皇島海域均發(fā)生水色異常，但都在7月之前結(jié)束，沒有對(duì)8月該海域水質(zhì)產(chǎn)生影響，因此，沒有大范圍的虧氧現(xiàn)象。DO高于標(biāo)準(zhǔn)值出現(xiàn)在2011年8月上旬5＃站，超過二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，符合三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，主要原因?yàn)槌喑卑l(fā)生期大量的浮游植物通過光合作用產(chǎn)生大量O2，使水體表層的DO含量迅速上升。

2.1.4 營(yíng)養(yǎng)鹽

無(wú)機(jī)氮和無(wú)機(jī)磷是海洋浮游植物生長(zhǎng)繁殖所必需的成分，也是海洋初級(jí)生產(chǎn)力和食物鏈的基礎(chǔ)。2008—2012年夏季北戴河近岸海域DIN的范圍在0.054 3～0.715 mg／L之間，各年平均值分別為：0.079 0 mg／L、0.101 mg／L、0.095 7 mg／L、0.212 mg／L和0.581 mg／L；單因子污染指數(shù)平均值分別為0.26、0.34、0.64、0.70和1.94。2008—2012年夏季北戴河近岸海域PO43－-P的范圍在0.001 71～0.051 9 mg／L之間，各年平均值分別為：0.006 09 mg／L、0.005 44 mg／L、0.009 47 mg／L、0.0113 mg／L和0.012 8 mg／L；單因子污染指數(shù)平均值分別為0.20、0.18、0.32、0.38和0.43，除2012年外，其余調(diào)查期DIN和PO43－-P含量均符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽的空間分布一般呈現(xiàn)近岸高于遠(yuǎn)岸的趨勢(shì)，最大值70%出現(xiàn)在洋河口的1＃站。

DIN和PO3－4-P于2012年8月超標(biāo)，DIN污染指數(shù)為1.42～2.38，大部分站位DIN含量符合劣四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；PO3－4-P污染指數(shù)為0.12～1.73，8月上旬6＃符合劣四類標(biāo)準(zhǔn)，其余站位PO3－4-P含量均符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。DIN和PO3－4-P超標(biāo)原因是2012年秦皇島受到1996年以來最強(qiáng)降水影響，7月、8月尤為嚴(yán)重，大量污染物被地表徑流集中攜帶入海，造成該海域無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽濃度升高，超標(biāo)嚴(yán)重。

2.2 有機(jī)污染狀況評(píng)價(jià)

2008—2012年夏季北戴河近岸海域水質(zhì)有機(jī)污染狀況見表4，該海域有機(jī)污染指數(shù)A值分別為：－0.48、0.10、－0.33、0.22和1.34。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示2008年和2010年有機(jī)污染指數(shù)小于0，該海域水質(zhì)環(huán)境良好；2009年和2011年有機(jī)污染指數(shù)介于0～1之間，污染程度等級(jí)為2，該海域水質(zhì)環(huán)境較好；2012年有機(jī)污染指數(shù)大于1，海域開始受到有機(jī)污染。

表4 調(diào)查海域有機(jī)污染狀況

2.3 富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)

2008—2012年夏季北戴河近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況見表5，該海域富營(yíng)養(yǎng)化水平指數(shù)分別為：0.13、0.25、0.28、0.96和3.42。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示2008—2010年富營(yíng)養(yǎng)化水平小于0.5，該海域處于貧營(yíng)養(yǎng)水平；2011年富營(yíng)養(yǎng)化水平指數(shù)介于0.5～1之間，海域處于中營(yíng)養(yǎng)化水平；2012年富營(yíng)養(yǎng)化水平指數(shù)大于3，海域處于高富營(yíng)養(yǎng)水平。

表5 調(diào)查海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況

2.4 水質(zhì)狀況趨勢(shì)分析

2008—2012年夏季北戴河近岸海域水質(zhì)單因子污染指數(shù)年際變化見圖2，有機(jī)污染指數(shù)年際變化見圖3，富營(yíng)養(yǎng)化水平指數(shù)年際變化見圖4。采用spearman秩相關(guān)系數(shù)法［11］對(duì)北戴河近岸海域水質(zhì)顯著性變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，秩相關(guān)系數(shù)法計(jì)算公式為：

式中：rs為秩相關(guān)系數(shù)；xi為污染物從小到大的排列序號(hào)；yi為時(shí)間順序排列的序號(hào)；n為時(shí)間周期數(shù)，取5。spearman秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表見表6。如果rs＞wp（wp為臨界值），表示變化趨勢(shì)有顯著意義，如果rs≤wp，表明變化趨勢(shì)沒有顯著意義，有關(guān)統(tǒng)計(jì)變量指標(biāo)變化平穩(wěn)；rs是負(fù)值，表明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)，有關(guān)統(tǒng)計(jì)變量指標(biāo)變化呈下降趨勢(shì)，rs是正值，表明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)，有關(guān)統(tǒng)計(jì)變量指標(biāo)變化呈上升趨勢(shì)，或加重趨勢(shì)。

圖2 單因子污染指數(shù)年際變化

圖3 有機(jī)污染指數(shù)年際變化

圖4 富營(yíng)養(yǎng)化水平指數(shù)年際變化

表6 秩相關(guān)系數(shù)rs的臨界值（wp）

圖2表明，p H值污染指數(shù)在2008—2010年下降，2010—2012年上升，秩相關(guān)系數(shù)為－0.100，表明p H值呈不顯著下降趨勢(shì)，變化平穩(wěn)；COD污染指數(shù)在2008—2009年上升，2009—2010年下降，2010—2012年小幅上升，秩相關(guān)系數(shù)為0.650，表明COD呈不顯著上升趨勢(shì)；DO污染指數(shù)在2008—2012年呈現(xiàn)上升—下降—上升—下降的變化，秩相關(guān)系數(shù)為－0.300，表明DO呈不顯著下降趨勢(shì)，變化平穩(wěn)；DIN和DIP污染指數(shù)在2008—2012年整體上升，秩相關(guān)系數(shù)分別為1.000和0.900，無(wú)機(jī)氮污染指數(shù)上升幅度較大，污染顯著加重，活性磷酸鹽污染指數(shù)上升比較緩慢，污染程度有所增加。

圖3表明，該海域的有機(jī)污染指數(shù)在2009—2010年有一個(gè)下降趨勢(shì)，其他年份均為上升趨勢(shì)，秩相關(guān)系數(shù)為0.900，表明該海域的有機(jī)污染程度整體上呈加重趨勢(shì)。

圖4表明，2008—2012年夏季該海域富營(yíng)養(yǎng)化水平指數(shù)一直呈上升趨勢(shì)，2008—2010年上升較緩，2010—2012年上升幅度較大，秩相關(guān)系數(shù)為1.000，說明該海域富營(yíng)養(yǎng)化程度明顯呈逐年上升趨勢(shì)。

3 結(jié)論與建議

（1）2008—2012年夏季對(duì)北戴河近岸海域監(jiān)測(cè)與分析表明，2008年和2010年的調(diào)查海域各監(jiān)測(cè)因子均符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；2009年、2011年和2012年監(jiān)測(cè)因子均出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，受赤潮影響，2009年DO超標(biāo)，2011年p H值、COD和DO超標(biāo)；受強(qiáng)降水影響，陸源污染物入海量增加，2012年DIN和PO43－-P超標(biāo)。調(diào)查海域除p H值和DO污染程度呈不顯著下降趨勢(shì)外，其余監(jiān)測(cè)因子污染程度均呈上升趨勢(shì)，其中無(wú)機(jī)氮污染程度明顯加重。

（2）2008年和2010夏季北戴河近岸海域水質(zhì)有機(jī)污染狀況為良好，2009年和2011年為較好，2012年開始受到污染，2008—2012年夏季對(duì)北戴河近岸海域有機(jī)污染程度整體上呈加重趨勢(shì)。

（3）2008—2010年夏季北戴河近岸海域水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化程度為貧營(yíng)養(yǎng)水平，2011年為中營(yíng)養(yǎng)水平，2012年大幅升高為高富營(yíng)養(yǎng)水平，該海域富營(yíng)養(yǎng)化水平呈逐年上升趨勢(shì)，且在2010—2012年上升幅度較大。

（4）北戴河近岸海域水質(zhì)有機(jī)污染和富營(yíng)養(yǎng)化程度加重的趨勢(shì)應(yīng)引起有關(guān)部門的重視，洋河口近岸海水的營(yíng)養(yǎng)鹽含量高、溶解氧低的問題突出，為保護(hù)海洋環(huán)境、合理開發(fā)旅游資源，應(yīng)實(shí)施嚴(yán)格的陸地污染源排放總量控制，加強(qiáng)該區(qū)域入海河流污染物監(jiān)測(cè)，對(duì)排污口上游沿岸污染源的治理和監(jiān)督，在污染嚴(yán)重區(qū)域開始綜合整治工程。

［1］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB／T 12763－2007海洋調(diào)查規(guī)范［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［2］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 17378－2007海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［3］ 第二次全國(guó)海洋污染基線調(diào)查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.第二次全國(guó)海洋污染基線調(diào)查技術(shù)規(guī)程［Z］北京：海洋出版社，1997.

［4］ 賈曉平，林欽，甘居利，等.紅海灣水產(chǎn)養(yǎng)殖示范區(qū)水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)［J］.湛江海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，22（4）：37－43.

［5］ 鄒景忠，董麗萍，秦保平.渤海灣富營(yíng)養(yǎng)化和赤潮問題的初步探討［J］.海洋環(huán)境科學(xué)，1983，2（2）：41－54.

［6］ 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.GB3097－1997海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)［S］.1997.

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［8］ 張永山，吳玉霖，鄒景忠，等.膠州灣浮動(dòng)彎角藻赤潮生消過程［J］.海洋與湖沼，2002，33（1）：56－61.

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國(guó)家海洋局北海分局2012年海洋科技項(xiàng)目“用微藻培養(yǎng)方法監(jiān)測(cè)近岸海域水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀況的應(yīng)用研究”（2012B11），海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“北戴河鄰近海域典型生態(tài)災(zāi)害與污染監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)集成應(yīng)用”（201305003）.