海洋功能變遷對(duì)大連大窯灣海域水質(zhì)的影響特征分析

高范+袁仲杰+田振萍+王冰+于大濤+姜恒志

摘要：根據(jù)大連大窯灣海域2004～2012年六次常規(guī)水質(zhì)調(diào)查的數(shù)據(jù)，分析了大窯灣海洋功能變遷（由養(yǎng)殖區(qū)變?yōu)楦劭诤竭\(yùn)區(qū)）對(duì)該海域水質(zhì)的影響特征。結(jié)果表明：隨著大窯灣海洋功能的變遷，該海域的氮素污染源由單一的海上養(yǎng)殖污染轉(zhuǎn)變?yōu)橐躁懺次廴緸橹鞯膹?fù)合污染源，主要污染物由有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為重金屬、懸浮物和石油類。依據(jù)該海域水質(zhì)污染的變化特征，基于此，提出了“控源為主，修治為輔”的防控措施。

關(guān)鍵詞：海洋功能變遷；大窯灣；水質(zhì)；富營(yíng)養(yǎng)化

中圖分類號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）20003204

1引言

大窯灣位于遼寧省大連市金普新區(qū)，遼東半島南端黃海水域，地理坐標(biāo)為N38°59′～39°2′、E121°50′～121°54′。大窯灣海域因其水深地形條件較好，適宜大型集裝箱碼頭建設(shè)，很早就被列為了國(guó)家規(guī)劃的集裝箱干線港行列[1]。目前，大窯灣海域已成為中國(guó)東北重要的集裝箱碼頭。大窯灣海域的海洋功能由最初的水產(chǎn)養(yǎng)殖變?yōu)楦劭诤竭\(yùn)[2]。

隨著該海域功能的變遷，海域的污染特征發(fā)生了改變，并且對(duì)該海域環(huán)境提出了不同的環(huán)境管理要求，特別是作為海洋環(huán)境核心要素的海水水質(zhì)環(huán)境。為了對(duì)該海域的水質(zhì)狀況進(jìn)行科學(xué)地評(píng)價(jià)和分析，并且探索功能變遷與水質(zhì)變化的聯(lián)系。本文根據(jù)2004、2005、2008、2009、2011、2012年6次常規(guī)水質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，研究近8年大窯灣海域功能變遷對(duì)海水水質(zhì)的影響，并研究分析該海域的污染特征，為該海域的環(huán)境保護(hù)和管理工作提供重要的科學(xué)依據(jù)。

2調(diào)查與研究方法

2.1海水水質(zhì)調(diào)查

國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心于2004年4月10～12日、2005年4月24～26日、2008年10月21～22日、2009年10月15～17日、2011年10月29～11月4日和2012年5月7～9日在大連市大窯灣海域進(jìn)行海水水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作，每次監(jiān)測(cè)設(shè)置9個(gè)站位，分別于大小潮采集水樣進(jìn)行常規(guī)水質(zhì)分析。調(diào)查站位分布如圖1所示，調(diào)查站位經(jīng)緯度見表1。在監(jiān)測(cè)工作期間，樣品采集、貯存、運(yùn)輸和分析測(cè)定均按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》[3]（GB17378.3-2007）中規(guī)定的分析方法進(jìn)行。

2.2研究方法

根據(jù)該海域的特點(diǎn)，本文重點(diǎn)對(duì)該海域水質(zhì)的富營(yíng)養(yǎng)化以及有機(jī)物污染的變化進(jìn)行分析研究。采用的研究方法分別為富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法[4]和有機(jī)物污染評(píng)價(jià)指數(shù)法[5]。

富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)（E）是評(píng)價(jià)海域富營(yíng)養(yǎng)化程度的指標(biāo)。富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)E的大小能夠反映出海域水體富營(yíng)養(yǎng)化情況，判斷標(biāo)準(zhǔn)見表2[4]。富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)（E）的具體的計(jì)算公式如下[4]：

3結(jié)果與討論

3.1大窯灣海域富營(yíng)養(yǎng)化的變化情況

富營(yíng)養(yǎng)化是我國(guó)近岸海域主要的海洋污染現(xiàn)象之一，其產(chǎn)生的主要原因是氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累[6，7]。2004～2012年對(duì)大窯灣海域水質(zhì)6次調(diào)查的氮、磷和COD的污染物濃度變化見圖2和表3。調(diào)查結(jié)果顯示COD濃度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，氮、磷的濃度呈現(xiàn)先增后減的波浪趨勢(shì)。根據(jù)調(diào)查結(jié)果和公式（1）計(jì)算得到2004～2012年該海域富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)（E）（如表3所示），結(jié)果顯示，大窯灣海域各年份的富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)均小于1.0，該海域?qū)儆谪殸I(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。這表明海洋功能的變遷（由養(yǎng)殖區(qū)變?yōu)楦劭诤竭\(yùn)區(qū)）沒有對(duì)大窯灣海域的富營(yíng)養(yǎng)化狀況產(chǎn)生較大影響。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道浮游植物吸收氮磷的比例為16∶1[8]，這與2009年該海域的N∶P值相近，富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)（E）計(jì)算結(jié)果顯示該年份的富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)（E）達(dá)到各年份的最高值0.26。這說明該海域的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象符合浮游植物的生長(zhǎng)規(guī)律，N∶P值過高或過低都會(huì)引起浮游植物的生長(zhǎng)受到某一相對(duì)含量低的元素的限制。圖2結(jié)果顯示該海域N∶P的值均高于浮游植物的氮磷吸收比例16∶1，該海域各年份磷元素相對(duì)短缺，處于磷限制貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，這也進(jìn)一步解釋了該海域海洋功能的變遷沒有對(duì)其富營(yíng)養(yǎng)化狀況產(chǎn)生較大影響的原因。

從圖2和表3，可以看出2004～2012年該海域雖然均處于貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，但是富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)（E）發(fā)生了一定的波動(dòng)并且與無機(jī)氮濃度的變化保持相對(duì)一致。這說明該海域的富營(yíng)養(yǎng)化影響因子主要是無機(jī)氮。圖2結(jié)果顯示，該海域的無機(jī)氮濃度隨著海洋功能的變遷發(fā)生

了較大變化，呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢(shì)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是隨著該海域海洋功能的變遷，無機(jī)氮污染源種類發(fā)生了變化，由單一的海水養(yǎng)殖污染源轉(zhuǎn)變?yōu)橐躁懺次廴緸橹鞯膹?fù)合污染源。2004年以前該海域大部分屬于養(yǎng)殖區(qū)，該海域的無機(jī)氮主要來源于海水養(yǎng)殖；2005年隨著養(yǎng)殖區(qū)的動(dòng)遷該海域的氮素污染有所下降，但是伴隨著該海域港口填海施工以及港口運(yùn)營(yíng)，該海域的氮素污染逐漸加重。這說明該海域的氮素污染源已經(jīng)由單一海水養(yǎng)殖污染源轉(zhuǎn)變?yōu)橐躁懺次廴緸橹骷骖櫢劭诖暗膹?fù)合污染源。表3結(jié)果顯示2011年該海域的無機(jī)氮濃度超過了《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》一類水質(zhì)的限值0.2 mg/L。這主要是由于該年周邊區(qū)域的城市污水處理廠進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造，導(dǎo)致污水廠無法正常運(yùn)行。結(jié)果顯示，隨著污水廠的正常運(yùn)行，該海域的氮素濃度在2012年出現(xiàn)了下降。

由此可見，無機(jī)氮是該海域富營(yíng)養(yǎng)化的主要影響因素，海洋功能的變遷不會(huì)對(duì)大窯灣海域的富化營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)產(chǎn)生較大影響，但是海洋功能區(qū)的變遷使大窯灣海域無機(jī)氮污染源由單一的海水養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變?yōu)橐躁懺次廴緸橹骷骖櫢劭诖暗膹?fù)合污染源，有效的陸上污染控制措施是該海域的氮素污染的主要防控措施。

3.2大窯灣海域有機(jī)物污染的變化情況

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，由公式（2）以一類海水水質(zhì)限值作為參照標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到2004～2012年大窯灣海域的有機(jī)污染評(píng)價(jià)指數(shù)（A）（如表4所示）。結(jié)果顯示該海域有機(jī)污染指數(shù)（A）均小于1，并且COD濃度均滿足海水水質(zhì)一類標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，該海域的有機(jī)物污染不明顯，有機(jī)物不是該海域的主要污染因素。根據(jù)表4，無機(jī)氮與有機(jī)污染指數(shù)（A）的變化趨勢(shì)一致，這表明無機(jī)氮是該海域有機(jī)物污染指數(shù)（A）的關(guān)鍵影響因子。endprint

另外，表4顯示該海域2004～2012年的溶解氧濃度出現(xiàn)波浪式變化，特別是從2009～2012年直線下降。這表明海域海洋功能區(qū)的變遷對(duì)該海域溶解氧濃度產(chǎn)生了影響。其主要原因是隨著周邊港口的建設(shè)，該海域無機(jī)氮等污染物濃度逐漸升高而磷元素含量相對(duì)較低導(dǎo)致該海域處于磷素限制狀態(tài)，引起浮游植物的光合作用受到抑制，同時(shí)無機(jī)氮的化學(xué)氧化需要消耗溶解氧。這說明無機(jī)氮通過影響溶解氧的變化對(duì)有機(jī)污染指數(shù)（E）產(chǎn)生了間接影響。

[7]中一類海水水質(zhì)規(guī)定的相應(yīng)污染物濃度限值，COD0=2.0 mg/L，DIN0=0.2 mg/L，DO0=6 mg/L

綜上所述，無機(jī)氮對(duì)有機(jī)污染指數(shù)（E）會(huì)產(chǎn)生直接和間接影響，同時(shí)鑒于無機(jī)氮濃度受該海域海洋功能的變遷的影響，因此該海域海洋功能的變遷會(huì)對(duì)有機(jī)污染產(chǎn)生影響。

3.3海域其他污染物變化情況

3.3.1重金屬

2004～2012年Cu、Pb、Zn、Cd等重金屬污染物濃度的變化如圖3所示。結(jié)果顯示：2004～2011年隨著大窯灣海域港口以及保稅區(qū)的建設(shè)，大窯灣海域的重金屬濃度呈現(xiàn)線性升高趨勢(shì)。2011～2012年該海域Cu的濃度以及2008～2012年該海域的Pb濃度滿足海水二類水質(zhì)[9]，該海域其他重金屬濃度均滿足海水一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值[9]。這說明該海域海洋功能的變遷對(duì)重金屬污染產(chǎn)生了影響。該海域的重金屬污染屬于陸源污染，受陸源污染物的變遷影響較大，但是在2012年大窯灣海域的重金屬污染明顯改善。這主要是由于該海域周邊的污水處理廠和城鎮(zhèn)市政管網(wǎng)進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)改造，污水得到有效收集和處理，外排污水水質(zhì)得到有效改善。由此可見，海洋功能區(qū)的變遷會(huì)對(duì)該海域的重金屬污染產(chǎn)生影響。鑒于重金屬污染物的特性，它們?cè)谒w中具有相當(dāng)高的穩(wěn)定性和難降解性，有效控制陸源重金屬污染物的排海是保護(hù)該海域水質(zhì)的重要保障[10，11]。

3.3.2懸浮物和石油類

該海域懸浮物和石油類等污染物濃度的變化如圖4所示。結(jié)果顯示，2004～2012年隨著該海域養(yǎng)殖區(qū)的動(dòng)遷和港池的建設(shè)，該海域的懸浮物濃度出現(xiàn)波浪式變化。2005～2009年該海域的懸浮物出現(xiàn)線性增長(zhǎng)，并且僅能滿足海水水質(zhì)三類標(biāo)準(zhǔn)的濃度限值[9]。懸浮物的污染主要是來源于入海河流、海洋的潮流運(yùn)動(dòng)以及海洋工程的建設(shè)。鑒于此，該海域的懸浮物濃度變化主要是進(jìn)行港口碼頭建設(shè)和填海施工引起的。隨著填海施工的結(jié)束，2010～2012年該海域的水質(zhì)濁度得到明顯改善，但是較2004～2005年懸浮物濃度提高了1.5倍。這主要是該海域成為港口航區(qū)以后，通航的船舶數(shù)量大幅上升并且碼頭非透水構(gòu)筑物的填海施工對(duì)灣內(nèi)的水文動(dòng)力環(huán)境產(chǎn)生了一定影響，導(dǎo)致該海域的懸浮物污染較2004～2005年有所加劇。由此可見，海洋功能的變遷對(duì)該海域的懸浮物污染產(chǎn)生了較大影響。

石油類是海洋環(huán)境的主要污染物之一，其主要來自陸域、船舶和海上鉆井平臺(tái)等[12]。根據(jù)調(diào)查結(jié)果（見圖4）2004～2012年該海域石油類污染物的濃度呈現(xiàn)拋物線變化，2008～2009年達(dá)到最大值80 μg/L，此時(shí)該海域的石油類污染物濃度僅滿足海水水質(zhì)三類標(biāo)準(zhǔn)[9]，2011～2012年該海域的石油類污染物濃度滿足海水水質(zhì)一類標(biāo)準(zhǔn)。這可能是由于填海施工過程中施工船舶的維護(hù)不當(dāng)造成的。施工結(jié)束后，海域的石油類污染狀況明顯改善。因此，海洋功能的變遷對(duì)該海域的石油類污染產(chǎn)生了短期影響。

4結(jié)語(yǔ)

大窯灣海洋功能的變遷對(duì)該海域水質(zhì)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)為：氮素污染源由單一海水養(yǎng)殖污染源轉(zhuǎn)變?yōu)橐躁懺次廴緸橹骷骖櫢劭诖暗膹?fù)合污染源；該海域的有機(jī)物污染不明顯，但是需要有效控制氮素污染提高該海域的溶解氧濃度；海洋功能變遷對(duì)懸浮物和重金屬污染產(chǎn)生了較大影響，懸浮物和部分重金屬分別僅能滿足三類、二類水質(zhì)要求；海洋功能變遷對(duì)石油類污染產(chǎn)生了短期影響，港口建成后通過有效的制度管理和監(jiān)督維持了該海域較好的水質(zhì)環(huán)境。

針對(duì)該海域海洋功能變遷帶來的上述影響，建議在實(shí)施建設(shè)和投入運(yùn)行時(shí)應(yīng)以“控源為主，修治為輔”的原則采取相應(yīng)的入海污染物防治措施，以減少陸源型污染物的入海，實(shí)現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

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Analysis on the Characteristics of Marine Functional Change Impact on Water Quality in Dalian Dayao Bay

Gao Fan， Yuan Zhongjie， Tian Zhenping， Wang Bing， Yu Datao， Jiang Hengzhi

（National Marine Environmental Monitoring Center， Liaoning， Dalian 116023， China）

Abstract： According to 2004-2012 six routine water quality survey data of Dalian Dayao Bay， the impact characteristics of marine functional change （from the culture area into Port Area for shipping） on the water quality were analyzed. With Dayao Bay marine functional change， nitrogen pollution source has changed from single marine aquaculture pollution to land-based pollution based on composite pollution source， and pollutants have been converted from organic pollutants into heavy metals， suspended solids and petroleum. According to the changing characteristics of water pollution in this area， the “Control source mainly， Repair as auxiliary” prevention and control measures were put forward.

Key words： marine functional change； Dayao Bay； water quality； eutrophicationendprint