夏季三亞半山半島帆船港附近海域水質(zhì)環(huán)境特征分析*

駱麗珍，龐勇

(海南省海洋與漁業(yè)科學院 ?？?570125)

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夏季三亞半山半島帆船港附近海域水質(zhì)環(huán)境特征分析*

駱麗珍，龐勇

(海南省海洋與漁業(yè)科學院 ?？?570125)

三亞半山半島帆船港是海南第一座世界級的帆船港，是“沃爾沃”國際帆船賽亞洲唯一經(jīng)停港，位于三亞珊瑚礁國家自然保護區(qū)實驗區(qū)的北部邊緣。為了解帆船港運營以來對附近海域的水質(zhì)環(huán)境影響，根據(jù)三亞半山半島帆船港附近海域2013年6月的水質(zhì)調(diào)查資料，對該海域環(huán)境質(zhì)量狀況進行了分析，運用單項水質(zhì)參數(shù)法、水體有機污染指數(shù)法和富營養(yǎng)化指數(shù)法對三亞半山半島帆船港附近海域水質(zhì)進行分析和評價。結(jié)果顯示：帆船港附近海域水質(zhì)主要受三亞河徑流影響，帆船港附近海域水質(zhì)處于良好狀態(tài)，帆船港的運行未對附近海域的水質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生較大影響。采用主成分分析法得出影響海水富營養(yǎng)化的主要驅(qū)動因子，結(jié)合歷史資料分析，提出對半山半島帆船港水域環(huán)境質(zhì)量管理的措施，為相關(guān)部門提供管理的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

半山半島帆船港；水質(zhì)環(huán)境；富營養(yǎng)化；特征分析

三亞灣地處海南島最南端三亞市西南部，平均水深約15 m，面積約120 km2，海水潔凈。三亞半山半島帆船港是海南第一座世界級的帆船港，位于三亞灣東南方向，三亞珊瑚礁國家自然保護區(qū)實驗區(qū)的北部邊緣，是《三亞市城市發(fā)展總體規(guī)劃》確定的旅游用地的集中區(qū)域，也是三亞市生態(tài)旅游開發(fā)的重點區(qū)域。三亞半山半島帆船港于2011年11月竣工，是“沃爾沃”國際帆船賽亞洲唯一經(jīng)停港。三亞半山半島帆船港水上部分基礎(chǔ)設(shè)施面積達15萬m2，擁有325個全天候的泊位，可以停靠10～40 m不等的船只，并設(shè)有專門的小摩托艇停泊區(qū)域。根據(jù)2013年的水質(zhì)調(diào)查結(jié)果，運用單項水質(zhì)參數(shù)法、水體有機污染指數(shù)法和富營養(yǎng)化指數(shù)法對三亞半山半島帆船港附近海域水質(zhì)進行了分析和評價，同時采用主成分分析法得出影響海水富營養(yǎng)化的主要驅(qū)動因子，并結(jié)合歷史資料分析，提出對半山半島帆船港附近海域水質(zhì)環(huán)境管理的措施，為相關(guān)部門提供管理的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 樣品采集與分析

2013年6月對三亞半山半島帆船港附近海域進行了水質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測，共設(shè)調(diào)查站位22個(圖1)。

圖1 研究海域及站位

調(diào)查項目包括pH、溫度(Tem)、鹽度(Sal)、溶解氧(DO)、化學需氧量(COD)、無機氮(DIN)、無機磷(DIP)、葉綠素a(Chl-a)、石油類(Oil)、懸浮物(SS)、銅(Cu)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、汞(Hg)和砷(As)等16項。

水質(zhì)調(diào)查項目分別采集表層和底層水樣進行監(jiān)測，采樣及其預(yù)處理與分析監(jiān)測方法均根據(jù)《海洋監(jiān)測規(guī)范》進行[1]。

1.2 評價方法

1.2.1 單項水質(zhì)參數(shù)法

水質(zhì)單因子污染指數(shù)計算公式為

(1)

式中：Si為某一水質(zhì)要素的污染指數(shù);Ci為某一水質(zhì)要素的實測值;Cs為與Ci對應(yīng)的水質(zhì)要素的海水水質(zhì)標準值。利用單因子水質(zhì)參數(shù)法進行評價，水質(zhì)評價因子的標準指數(shù)大于1，則表明該項水質(zhì)已超過了規(guī)定的水質(zhì)標準。

1.2.2 水體有機污染指數(shù)法[2-4]

有機污染指數(shù)計算公式為

(2)

式中：A為有機污染指數(shù)；ICOD、IDIN、IDIP、IDO分別為化學需氧量、無機氮、無機磷及溶解氧的實測值；SCOD、SDIN、SDIP、SDO分別為化學需氧量、無機氮、無機磷及溶解氧對應(yīng)的海水水質(zhì)標準。有機污染評價分級標準見表1。

表1 有機污染指數(shù)評價分級標準

1.2.3 富營養(yǎng)化指數(shù)法[3-4]

富營養(yǎng)化指數(shù)計算公式為

(3)

式中：E為富營養(yǎng)化指數(shù)；CCOD為化學需氧量含量(mg/L)；CDIN為無機氮含量(mg/L)；CDIP為無機磷含量(mg/L)。當E>1時，表明水體呈富營養(yǎng)化，E值越高，水體富營養(yǎng)化程度越嚴重。

1.2.4 富營養(yǎng)化驅(qū)動因子的主成分分析法[5]

利用統(tǒng)計分析軟件SPSS 19.0 對海水水質(zhì)進行主成分分析， 對結(jié)果進行KMO 檢驗以及Bartlett球形檢驗。當KMO 檢驗數(shù)大于0.6， Bartlett 球形檢驗顯著性概率P<0.05 時， 該組因子間相互獨立，可以進行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要環(huán)境要素平面分布特征

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，表層水溫平均為30.40℃，鹽度平均為33.345，pH值平均為8.10，化學需氧量含量的變化范圍為0.03～0.91 mg/L，最高值在8號站位表層，最低值在3號站位表層，靠近帆船港、三亞河河口及三亞灣浴場附近的站位化學需氧量相對較高。溶解氧含量變化范圍為6.35～8.80 mg/L，最高值在21號站位表層，最低值在17號站位表層，在三亞灣錨地區(qū)域及三亞河河口區(qū)域的溶解氧較高，鹿回頭以南的站位溶解氧相對較低，較高區(qū)域主要受人類活動影響，尤其是錨地區(qū)，三亞灣主要的大型船舶均在該區(qū)域停泊。無機氮含量變化范圍為0.020～0.266 mg/L，最高值在19號站位表層，最低值在12號站位底層。無機磷含量變化范圍為0.001 5～0.007 2 mg/L，最高值在19號站位表層，最低值在18號站位底層。無機氮和無機磷的平面分布相似，主要受三亞河影響，從平面分布上看，在三亞河河口區(qū)及小青州至鹿回頭沿岸區(qū)域的營養(yǎng)鹽較高。個別站位的葉綠素a含量較高，19號站位和21號站位表層測值較大，為25.33 μg/L和17.66 μg/L，平均值為2.95 μg/L；各測站表底測值有一定的差異，但是大都變化不大，從平面分布看，營養(yǎng)鹽濃度高的區(qū)域葉綠素a的濃度也相應(yīng)較高。表層油類含量變化范圍為0.008～0.019 mg/L，最高值在21號站位，最低值在10號站位，從油類的平面分布看，油類濃度較高的區(qū)域主要分布在三亞港航道區(qū)域，受往來船舶影響較大。

鎘含量變化范圍為0.05～0.01 μg/L，最高值在8號站位底層，其中1號站位、5號站位、11號站位底層、12號站位、13號站位表層、14號站位、16號站位底層、17號站位表層、19號站位表層、20號表層、21號站位均未檢出重金屬鎘，從平面分布看，帆船港南部的鎘的含量較高，較高的海域日常?？枯^多的大型船舶，對該區(qū)的水質(zhì)環(huán)境有一定的影響。鉛含量變化范圍為0.07～0.90 μg/L，最高值在12號站位底層，最低值在4號站位表層，在三亞灣-小青州-帆船港沿岸一帶含量較高，主要受游船影響較多。銅含量變化范圍為1.26～3.89 μg/L，最高值在11號站位底層，最低值在13號站位底層，主要在小青州-帆船港沿岸及錨地區(qū)含量相對較高。汞含量變化范圍為0.012～0.047 μg/L，最高值在16號站位底層，最低值在9號站位表層和10號站位底層；砷含量變化范圍為0.51～0.82 μg/L，最高值在21號站位底層，其中2號站位表層、3號站位底層、6號站位、7號站位表層、9號站位底層、10號站位、11號站位、18號底層、20號站位、22號站位底層均未檢出砷，汞和砷主要分布在三亞河河口及帆船港附近海域，受三亞河影響較大。

2.2 評價結(jié)果

2.2.1 單項水質(zhì)評價結(jié)果

根據(jù)《海南省海洋功能區(qū)劃》(2011-2020)和《海水水質(zhì)標準》GB3097-1997等相關(guān)要求，單項水質(zhì)評價指數(shù)特征值見表2，除了無機氮在三亞河河口超標外，其他站位均符合相應(yīng)執(zhí)行的標準。各評價因子的污染指數(shù)平均值最大為無機氮，其次是銅，最小值為砷，可見，半山半島附近海域受三亞河影響較大，無機氮受徑流影響尤其嚴重。根據(jù)單因子評價結(jié)果，超標因子無機氮主要分布于三亞河河口區(qū)域及小青州附近海域，主要超標原因是三亞河徑流帶來大量的無機氮?？傮w上看，三亞半山半島帆船港附近海域水質(zhì)處于良好的狀態(tài)。

表2 單項水質(zhì)評價指數(shù)特征值

2.2.2 有機污染評價結(jié)果

根據(jù)有機污染評價分級標準，帆船港附近海域水質(zhì)的有機污染指數(shù)計算結(jié)果見表3，僅在17號站位及18號站位的表層有機污染指數(shù)在0～1之間，其他站位有機污染指數(shù)均小于零，可見，帆船港附近海域的水質(zhì)有機污染程度較低，海水質(zhì)量良好。

表3 有機污染指數(shù)計算結(jié)果

2.2.3 富營養(yǎng)化評價結(jié)果

研究海域富營養(yǎng)化指數(shù)計算結(jié)果見表4，所監(jiān)測站位中富營養(yǎng)化指數(shù)E值最大值為0.285，最小值為0.001，所有站位E值均小于1，表明該海域海水水質(zhì)良好。

表4 富營養(yǎng)化指數(shù)計算結(jié)果

續(xù)表

綜合各評價結(jié)果，結(jié)合何雪琴等[6]在1998—1999年對三亞灣水質(zhì)狀況的評價結(jié)果，三亞灣的水質(zhì)狀況主要受降雨和徑流影響較大，尤其受三亞河影響，在三亞河口及三亞港港區(qū)測值均較高，河口水質(zhì)接近嚴重污染，本文中單因子評價中僅在河口區(qū)域的站位DIN超標，可見，三亞灣海域水質(zhì)受三亞河徑流影響較大，而帆船港對附近海域水質(zhì)的影響并不明顯。

2.3 歷史資料比較分析

三亞灣作為海南最南邊的海灣，有其獨特的海洋資源，近年來隨著國際旅游島的建設(shè)，三亞灣海洋環(huán)境質(zhì)量逐漸受到大眾的關(guān)注。

在2001—2003年期間，王漢奎等對三亞灣營養(yǎng)鹽進行了研究[7]，無機氮的范圍在0.017～0.036之間，無機磷的范圍在0.002～0.005之間，營養(yǎng)化程度相對較弱；李巧香等對2004-2008年三亞灣海水水質(zhì)進行了研究[8]，化學需氧量的變化范圍在0.080～1.380之間，平均水平在0.1～0.4之間，最大值分布在三亞河河口區(qū)域，而溶解氧的水平基本上保持一致，沒有較大的變化，營養(yǎng)鹽年際水平變化不大，個別較大值主要分布在三亞河河口區(qū)域(表6)。宋星宇等2006年夏季對三亞灣水質(zhì)環(huán)境進行了調(diào)查[9]，海水表層水溫平均為28.12℃，表層鹽度平均為33.530，pH值平均為8.14，無機氮平均為0.043 mg/L，最大值為0.165 mg/L，無機磷平均為0.005 mg/L，最大值為0.017 mg/L。車志偉等在2005—2008年對三亞灣海水水質(zhì)進項了研究[10-11](表6)，主要的污染因子為油類、化學需氧量、無機氮和無機磷，其中個別區(qū)域的油類為四類海水水質(zhì)標準，化學需氧量和無機氮為二類海水水質(zhì)標準，無機磷超過了四類海水水質(zhì)標準，水質(zhì)較差的區(qū)域均位于三亞河河口區(qū)域。王慧棋等對2009—2011年三亞灣氮磷營養(yǎng)鹽進行了研究[12]，個別站位的氮營養(yǎng)鹽均超三類海水水質(zhì)標準，無機氮最大值達到了0.412 mg/L，無機磷最大值達到了0.028，也超過一類海水水質(zhì)標準。

表5 調(diào)查海域水質(zhì)情況與歷史資料的比較[8] mg/L

續(xù)表

注:2004—2008年數(shù)據(jù)來源于參考文獻[8]；2013年數(shù)據(jù)來源于本研究。

表6 調(diào)查海域水質(zhì)情況與歷史資料的比較[10-11] mg/L

注:2004—2008年數(shù)據(jù)來源于參考文獻[10-11]；2013年數(shù)據(jù)來源于本研究。

本研究主要污染因子無機氮，結(jié)合歷史資料分析可知，主要的超標區(qū)域位于三亞河河口區(qū)域，根據(jù)近10年的數(shù)據(jù)分析，三亞河徑流帶來的大量營養(yǎng)物質(zhì)，是三亞灣營養(yǎng)鹽超標的主要原因，而半山半島帆船港的建設(shè)及運營，并未直接對其附近海域的水質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生影響。

3 討論

海洋環(huán)境中各種因子之間關(guān)系復(fù)雜，現(xiàn)場調(diào)查的環(huán)境因子較多，數(shù)據(jù)量大，要從大量數(shù)據(jù)中找出一定的規(guī)律，了解海區(qū)的實際情況，必須對各種因子進行選擇舍取，采用多元統(tǒng)計分析方法是一種可行性較高的分析方法。其中，主成分分析方法就是以去掉冗繁多余信息來提高分析的準確性為目的的方法，這也是目前環(huán)境因子綜合分析的常用方法。三亞灣水質(zhì)環(huán)境受到多種環(huán)境因子的共同制約，因此，主成分分析法可以從眾多環(huán)境因子中找到影響三亞灣水質(zhì)環(huán)境的主要因子。選擇溫度(Tem)、鹽度(Sal)、溶解氧(DO)、化學需氧量(COD)、油類(Oil)、無機氮(DIN)和無機磷(DIP)等可能影響到三亞灣水質(zhì)的環(huán)境因子進行綜合分析，篩選出影響帆船港附近海域水質(zhì)環(huán)境的主要因子。KMO的統(tǒng)計量為0.6，Bartlett球形檢驗的P=0.04，因而可以做因子分析。

根據(jù)特征值大于1的原則，從原來的7個變量中共提取了3個主成分，原來的7個變量重新組合后變成3個變量，方差的積累貢獻率達68.721%，因此，這3個主成分能夠比較全面地反映原來的7個環(huán)境因子的信息(表7)。第一主成分F1的方差貢獻率最高，達到30.446%，第二主成分(F2)和第三主成分(F3)的方差貢獻率分別為24.241%和14.034%。從各因子的載荷矩陣得知，鹽度、化學需氧量、溶解氧、溫度和油類在第一主成分上有較高載荷，其中溫度和鹽度的相關(guān)系數(shù)較高，超過0.7。pH和無機氮在第二主成分上有較高的載荷，相關(guān)系數(shù)均大于0.6。無機磷在第三主成分上具有較高的載荷，相關(guān)系數(shù)也超過了0.6。

對提取出來的3個主成分進行進一步的分析，F(xiàn)1中鹽度、溫度和化學需氧量占的荷載較大。根據(jù)相關(guān)分析(表8)。鹽度與溫度、溶解氧、化學需氧量、油類、無機氮和無機磷均呈顯著負相關(guān)，而鹽度主要受三亞河徑流影響，徑流攜帶陸源污染物，能間接反映海域的初級生產(chǎn)力水平和浮游植物量，因此，在F1中主要反映徑流對海域環(huán)境的影響狀況；F2中，占主導(dǎo)作用的是pH，無機氮也有較高荷載，pH與海洋酸堿度有直接關(guān)系，而海洋中酸堿度主要受降雨、沿岸酸性污染，由此可知，F(xiàn)2主要是反映降雨和沿岸污染對帆船港附近海域環(huán)境的影響。F3中占主導(dǎo)作用的是無機磷，無機磷能夠反映生活污水排放對海域環(huán)境的影響狀況。根據(jù)各主成分的貢獻率可知，帆船港附近海域的水質(zhì)環(huán)境主要受三亞河徑流和沿岸生活污水排放的影響。

根據(jù)因子載荷矩陣，結(jié)合特征值，利用A=B/SQR(I0)。I0為相應(yīng)的特征值，可以得到因子的特征向量矩陣，再結(jié)合主成分的方差貢獻率，得到考慮方差貢獻率的特征向量矩陣，因此，帆船港附近海域影響海洋環(huán)境質(zhì)量的主要影響因子由大到小依次為：無機磷、油類、pH、溶解氧、鹽度、無機氮、溫度、化學需氧量。

表7 主成分分析結(jié)果-因子載荷和解釋方差

由以上分析可知，三亞河徑流和沿岸生活污水排放對帆船港附近海域的水質(zhì)環(huán)境狀況影響最為顯著。近年來，隨著國際旅游島建設(shè)的不斷推進，三亞作為海南的旅游勝地，吸引了大量的外來游客，由此給三亞海洋環(huán)境帶來巨大的壓力，同時由于城市基礎(chǔ)設(shè)施落后經(jīng)濟的發(fā)展，導(dǎo)致大量的污染物無序排放，使近海海洋環(huán)境面臨著巨大挑戰(zhàn)。

表8 環(huán)境因子的相互關(guān)系

注：** Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed)；* Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed).

4 結(jié)論及建議

(1)三亞半山半島帆船港附近海域水質(zhì)處于良好的狀態(tài)，帆船港的運營未對附近海域的水質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生較大影響，該海域水質(zhì)主要受三亞河徑流影響。

(2)為確保帆船港運營中保持周邊良好的水質(zhì)環(huán)境，需加強管理，制定碼頭調(diào)度和運行的規(guī)章制度，并不斷持續(xù)改進，不斷完善；及時配備各項安全生產(chǎn)設(shè)備、設(shè)施，完善廢水收集系統(tǒng)，包括生活污水、船舶含油廢水收集、處理及達標處置，嚴禁污水直排入海；做好環(huán)保宣傳和員工的技術(shù)、素質(zhì)培訓，增強員工的生態(tài)保護意識；制定污染事故應(yīng)急預(yù)案，防止污染物外排、溢油等事故造成海洋環(huán)境污染。

(3)帆船港位于三亞國家級珊瑚礁自然保護區(qū)范圍內(nèi)，屬于非常敏感的區(qū)域，建議定期對帆船港及附近海域開展環(huán)境監(jiān)測，了解港口及附近海域海洋環(huán)境狀況，減小對周邊環(huán)境影響程度。

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A

1005-9857(2015)11-0104-07