沙頭角灣海水污染物的時空分布特征研究

摘要：利用2016年11月現(xiàn)場調(diào)查的數(shù)據(jù)和2007年～2016年的監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了沙頭角灣海水無機氮、活性磷酸鹽的時空分布特征，結(jié)果表明沙頭角灣海水無機氮含量存在一定的季節(jié)差異性，活性磷酸鹽指標變化范圍較小，沒有明顯的季節(jié)性差異；采用富營養(yǎng)化指數(shù)評價方法對海水富營養(yǎng)化水平進行分析評價，結(jié)果表明沙頭角灣海水富營養(yǎng)化指數(shù)在介于富營養(yǎng)和非富營養(yǎng)狀態(tài)間波動；結(jié)合鹽田污水處理廠排放口和大鵬灣海域中各形態(tài)無機氮含量的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析證明沙頭角灣中無機氮的主要來源是鹽田污水處理廠

關(guān)鍵詞：時空分布；無機氮；活性磷酸鹽；海水富營養(yǎng)化

中圖分類號： X52 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）04-0090-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.041

Abstract： Based on the data of field survey in November 2016 and the monitoring data from 2007 to 2016， the temporal and spatial distribution characteristics of inorganic nitrogen and active phosphate in Shatou Bay were analyzed. The results showed that there was no significant difference The results showed that the eutrophication index of Shatoujiao Bay was analyzed by eutrophication index. The results showed that the seawater eutrophication index was significant and the seasonal variation was not significant. The results showed that the main source of inorganic nitrogen in Shatoujiao Bay was Yantian Wastewater Treatment Plant， which was the main source of inorganic nitrogen in Shatoujiao Bay. The results showed that the main source of inorganic nitrogen in Shatoujiao Bay was the same as that of Yantian Sewage Treatment Plant

Key words： Temporal and spatial distribution； Inorganic nitrogen； Active phosphate； Seawater eutrophication

沙頭角灣位于廣東省深圳市鹽田區(qū)，是沙頭角海入南海的狹長海灣，西北面為深圳鹽田港，東南為香港亞公灣，風(fēng)景秀麗，海景宜人。其地處亞熱帶，夏季長、冬季短，氣候溫和潮濕，呈亞熱帶海洋性氣候。另外，由于沙頭角灣是大鵬灣海域的一個小海灣，大鵬灣海域漲潮時海水呈向灣內(nèi)流動的趨勢，落潮時海水向灣外流動，大潮時漲落潮流速明顯大于小潮期漲落潮流速，并且無論是大潮期還是小潮期表層流速明顯大于低層流速，因此，無論是漲潮還是落潮，相對于大鵬灣灣口，沙頭角灣海域的流速較小，整個流場的變化呈往復(fù)流特征。隨著工業(yè)、旅游業(yè)以及港口的發(fā)展，人口的大量增加，使得沙頭角灣的生態(tài)環(huán)境發(fā)生了較大的變化，海水無機氮超標的情況偶有發(fā)生。

本文以2016年11月現(xiàn)場調(diào)查的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了沙頭角灣海水中機氮、活性磷酸鹽的分布特征，并采用富營養(yǎng)化指數(shù)評價方法對海水富營養(yǎng)化水平進行分析評價，為沙頭角灣的環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查站位及調(diào)查項目

2016年11月共布設(shè)15個調(diào)查站位，調(diào)查站位分布圖1所示。調(diào)查項目包括化學(xué)需氧量、無機氮、活性磷酸鹽、硝酸鹽、汞和陰離子表面活性劑等。本文主要對無機氮（DIN）和活性磷酸鹽（PO4-P）的調(diào)查結(jié)果進行討論。

1.2 樣品采集與分析

樣品的采集、預(yù)處理、以及分析測試均按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB 17378-2007）[1]的相關(guān)標準方法進行。利用鹽田區(qū)環(huán)境保護監(jiān)測站2007年～2016年的監(jiān)測數(shù)據(jù)對沙頭角灣無機氮、活性磷酸鹽以及富營養(yǎng)化水平進行分析，監(jiān)測站位詳見圖2。

1.3 富營養(yǎng)化評價方法

1.3.1 富營養(yǎng)化指數(shù)（E）

富營養(yǎng)化指數(shù)評價法以《海洋調(diào)查規(guī)范》第九部分：海域生態(tài)調(diào)查指南（GB/T 12763.9-2007）[2]為依據(jù)。針對沙頭角灣海水氮、磷的超標問題，采用富營養(yǎng)化指數(shù)評價沙頭角灣富營養(yǎng)化水平狀況，計算公式如下。

式中，E為富營養(yǎng)化指數(shù)；COD為化學(xué)需氧量（mg/L）；DIN為無機氮含量（mg/L）；DIP為活性磷酸鹽含量（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。

1.3.2 潛在的富營養(yǎng)化評價

一般海水中正常的N/P值為16：1，浮游植物大約以16：1的比例從海水中攝取N和P，因此必然有一部分氮（對磷限制水體而言）或磷（對氮限制水體而言）相對過剩。因此利用氮、磷富營養(yǎng)鹽作為評價參數(shù)的新富營養(yǎng)化評價模式[3]，對沙頭角灣潛在的富營養(yǎng)化水平進行評價，詳見表1。

2 沙頭角灣海水污染物（氮、磷）時間分布特征

從沙頭角灣無機氮的年平均變化圖來看，詳見圖3，無機氮的含量在2007年～2016年始終處于波動的狀態(tài)，2016年的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2016年枯水期沙頭角灣海水無機氮劣于第四類海水水質(zhì)標準，說明了沙頭角灣整體的水環(huán)境質(zhì)量處在一個介于達標與超標的臨界值狀態(tài)。2016年沙頭角灣海水剛好滿足第三類海水水質(zhì)標準的要求。

從沙頭角灣活性磷酸鹽的年平均變化圖來看，詳見圖4，活性磷酸鹽的含量在2007年～2016年存在一定的濃度波動?？赡苁鞘艿禁}田區(qū)陸源污染截污工程逐步完善的影響，2012年后出現(xiàn)含量出現(xiàn)逐漸下降的趨勢。

3 沙頭角灣海水污染物（氮、磷）空間分布特征

根據(jù)2016年11月沙頭角灣水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查的15個站位數(shù)據(jù)和2個站位復(fù)測數(shù)據(jù)，繪制無機氮、活性磷酸鹽、氨氮、硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度空間分布圖，見圖5，主要超標因子為無機氮，其中1#站位～8#站位無機氮的單因子評價結(jié)果均為第四類或劣四類海水水質(zhì)標準，9#站位～15#站位的無機氮的單因子評價結(jié)果多為第一類海水水質(zhì)標準。離岸越近，污染物濃度越高，由鹽田污水處理廠排放口附近監(jiān)測站位向周圍水域呈現(xiàn)濃度逐漸降低的趨勢。

近10年來沙頭角灣富營養(yǎng)化指數(shù)的變化情況詳見圖6。沙頭角灣海水2010年、2012年、2014年和2016年呈現(xiàn)富營養(yǎng)化的態(tài)勢，但除2014年外，其余年份富營養(yǎng)化指數(shù)在介于富營養(yǎng)和非富營養(yǎng)狀態(tài)間波動，這與沙頭角灣海水自凈能力較弱存在一定的關(guān)系。

沙頭角灣潛在富營養(yǎng)化評價見表2。對N/P、無機氮和磷酸鹽的分析表明，沙頭角灣2010年、2012年、2014年和2016年呈現(xiàn)富營養(yǎng)化的態(tài)勢，這與富營養(yǎng)化指數(shù)評價的結(jié)果一致。

4 無機氮（三氮）比例及時空特征

參照2016年和2017年3月鹽田污水處理廠排放口和沙頭角灣的監(jiān)測數(shù)據(jù)，詳見表3，計算可知，2016年鹽田污水處理廠排放口氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽占無機氮的百分比分別為31.7%、3.2%和65.1%，氨氮和硝態(tài)氮的占比分別為31.7%和68.3%。沙頭角灣氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽占無機氮的百分比分別為40.9%、2.4%和56.8%，氨氮和硝態(tài)氮的占比分別為40.9%和59.1%。2017年3月鹽田污水處理廠排放口氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽占無機氮的百分比分別為0.52%、0.54%和98.93%，氨氮和硝態(tài)氮的占比分別為0.52%和99.48%。沙頭角灣氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽占無機氮的百分比分別為15.25%、3.19%和81.56%，氨氮和硝態(tài)氮的占比分別為15.25%和84.75%。

對比周凱等對大鵬灣海域中各形態(tài)無機氮含量的研究[2]，監(jiān)測數(shù)據(jù)詳見表4。大鵬灣海域氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽占無機氮的百分比分別為61.2%、9.9%和28.9%，氨氮和硝態(tài)氮的占比分別為61.2%和38.8%。沙頭角灣氨氮和硝態(tài)氮比例高于大鵬灣海域，說明沙頭角灣無機氮超標并非源于大鵬灣海域?qū)ζ涞挠绊?，主要原因是由于硝態(tài)氮的含量較高。沙頭角灣氨氮和硝態(tài)氮的比例與鹽田污水處理廠排放口一致，受其影響較大。

5 結(jié)論

（1）2007年～2016年間，無機氮含量存在一定的季節(jié)差異性，表現(xiàn)出明顯的由鹽田污水處理廠排放口1#向周圍濃度逐漸降低的態(tài)勢。沙頭角灣海水環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)出平水期較差，豐水期、枯水期較好的時間變化差異，這主要是與降水量及氣候有關(guān)。2016年沙頭角灣無機氮含量處在一個介于達標與超標的臨界值狀態(tài)。

（2）活性磷酸鹽指標表現(xiàn)出近岸高、中部低的濃度分布情況，沒有明顯的季節(jié)性差異。沙頭角灣海水活性磷酸鹽整體濃度的變化范圍較小，基本能滿足第三類海水水質(zhì)標準。

（3）多數(shù)時間內(nèi)，沙頭角灣海水富營養(yǎng)化指數(shù)在介于富營養(yǎng)和非富營養(yǎng)狀態(tài)間波動，這與沙頭角灣海水自凈能力較弱存在一定的關(guān)系。

（4）沙頭角灣中無機氮的主要來源是鹽田污水處理廠，雖然污水經(jīng)處理后均能滿足排放標準排放，但由于排放標準閾值和第三類海水水質(zhì)標準不同，海水對排放口排放水體的稀釋作用緩慢，達標排放的水體進入海灣，亦會導(dǎo)致排放口附近海水水質(zhì)超標。

參考文獻

[1] GB 17378.4-2007，海洋監(jiān)測規(guī)范 第四部分：海水分析[S].

[2] GB 12763.9-2007，海洋調(diào)查規(guī)范 第九部分：海域生態(tài)調(diào)查指南[S].

[3] 郭衛(wèi)東，章小明，楊逸萍等.中國近岸海域潛在性富營養(yǎng)化程度的評價[ J] .臺灣海峽， 1998 ， 17 （1）：64-70.

[4] 周凱，李緒錄，夏華永.大鵬灣海水中各形態(tài)無機氮的分布變化[J].熱帶海洋學(xué)報， 2011， 30（3）：105-111.

作者簡介：羅慧謀（1979-），男，碩士研究生，工程師， 研究方向為環(huán)境監(jiān)測工作。