羅源灣近十年水域環(huán)境質(zhì)量變化趨勢研究

吳燁飛

(福建省環(huán)境監(jiān)測中心站，福建 福州 350003)

羅源灣為福建省六大深水港灣之一，位于福建省東北部沿海。羅源灣口小腹大，是典型的半封閉型港灣，總面積226.7 km2，僅在東北角由可門口與東海相通，口寬2 km，是羅源灣出海的唯一通道[1]。羅源灣周邊地區(qū)共有7個沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)，根據(jù)《2019年福州市統(tǒng)計年鑒》，2009—2018年，該區(qū)域常住人口由75.0×104增長到80.5×104，增長7.3%[2]。

2000年以后，羅源灣水質(zhì)開始惡化(1)陳克亮，林志蘭，時亞樓，等.羅源灣氮磷污染特征及其外源輸入分析[C]//福建省海洋學會.2014年學術(shù)年會暨福建省科協(xié)第十四屆學術(shù)年會分會場論文集，2014.，主要超標指標為無機氮和活性磷酸鹽。大規(guī)模的圍海造地、臨港工業(yè)生產(chǎn)、高密度的海水養(yǎng)殖活動是影響羅源灣海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要因素。近二十年以來，羅源灣作為福州主要的海水養(yǎng)殖基地，養(yǎng)殖活動幾乎完全覆蓋了整個海灣[3]，截止至2016年底，灣內(nèi)已全面完成退養(yǎng)工作。羅源灣圍填?；顒邮加?0世紀60年代，大規(guī)模的圍填海活動基本發(fā)生在80年代后[4]，截止至2016年底，填海造地面積約45.1 km2(不含養(yǎng)殖用海)。隨著羅源灣周邊地區(qū)社會經(jīng)濟的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，圍填海功能逐漸發(fā)生變化，逐步轉(zhuǎn)向以火電能源、鋼鐵冶煉加工、港口物流、船舶修造等為主的工業(yè)活動，因此大規(guī)模的工業(yè)活動對羅源灣海洋環(huán)境造成更大的壓力。

本文根據(jù)2009—2018年羅源灣海水和沉積物監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用富營養(yǎng)指數(shù)法和環(huán)境質(zhì)量分級綜合評價法對羅源灣水域環(huán)境質(zhì)量進行分析，為保護和合理開發(fā)羅源灣提供了科學的依據(jù)。

1 調(diào)查與方法

1.1 調(diào)查時間和站位

羅源灣共設(shè)置了15個水質(zhì)和8個沉積物監(jiān)測站位，于2009至2018年開展水質(zhì)、沉積物監(jiān)測，其中：海水監(jiān)測采集表層水樣，沉積物監(jiān)測采集表層沉積物樣品。監(jiān)測站位分布見圖1，01#、02#、05#、08#、09#、11#、13#和15#共計8個站位采集沉積物，監(jiān)測指標、頻率和時間見表1。樣品的采集、貯存、運輸和預(yù)處理及實驗內(nèi)分析測定均按GB 17378—2007《海洋監(jiān)測規(guī)范》進行。

表1 羅源灣海域監(jiān)測指標、頻率和時間Tab.1 Monitoring indicators，frequency and time in Luoyuan Bay

1.2 評價方法

1.2.1 富營養(yǎng)指數(shù)法(E)

無機氮和活性磷酸鹽是影響羅源灣海域水質(zhì)的主要超標指標，因此采用營養(yǎng)指數(shù)來表征羅源灣水域水質(zhì)的富營養(yǎng)化狀況，富營養(yǎng)化指數(shù)(Nutrition index,E)公式如下：

上式單位以mg/L表示，如果E≥1，則水體呈富營養(yǎng)化狀態(tài)；1≤E≤3為輕度富營養(yǎng)化；39為重度富營養(yǎng)化[5]。

1.2.2 環(huán)境質(zhì)量分級綜合評價法

多要素綜合評價是目前海洋環(huán)境綜合評價發(fā)展的趨勢，本文借鑒美國NCCR[6]中的環(huán)境質(zhì)量分級評價法，結(jié)合羅源灣環(huán)境特點和現(xiàn)有的海洋環(huán)境質(zhì)量評價標準和技術(shù)規(guī)程，建立適用于羅源灣的海洋環(huán)境質(zhì)量分級評價法。環(huán)境質(zhì)量分級評價法是指單個指標根據(jù)標準定出評價等級，每個區(qū)域的總體狀況等級通過對現(xiàn)有各項指標按評價等級賦分，然后通過加權(quán)平均計算進行綜合評價。綜合評價前先采用單因子評價法對水環(huán)境、沉積環(huán)境監(jiān)測的所有數(shù)據(jù)進行評價，得到各介質(zhì)各個指標的評價結(jié)果，采用90%保證率的觀測值作為海灣環(huán)境質(zhì)量評價的結(jié)果[7]。

表2 評價指標選取和說明Tab.2 Selection and description of evaluation indicators

水質(zhì)評價標準參照NCCR[7]，將分級評價標準的等級定為三級，即良好、一般和較差。沉積物評價標準采用《海洋沉積物質(zhì)量綜合評價技術(shù)規(guī)程》[8](試行)，等級同樣定為良好、一般和較差三級，各單項指標的分級評價標準見表3，各項指標的單個站位和區(qū)域狀況評價標準見表4。

表3 各單項指標的評價標準Tab.3 Evaluation criteria of each indicators

表4 各項指標的單個站位和區(qū)域狀況評價標準Tab.4 Evaluation criteria for individual stations and regional status of each indicators

根據(jù)評價標準，依照評價海域的監(jiān)測結(jié)果分別對水質(zhì)和沉積物指標的各評價指標進行評價，獲得各評價指標所屬的質(zhì)量級別。最后通過各指標分值(良好為5分，一般為3分，較差為1分)相加，再除以指標個數(shù)而得出。本研究參考美國做法，不考慮指標間的權(quán)重，即所有指標均為相同權(quán)重。

2 結(jié)果

2.1 羅源灣水域海水富營養(yǎng)化狀況分析

富營養(yǎng)化指數(shù)在海水評價中被廣泛應(yīng)用，從COD、DIN和DIP多方面考慮了各要素對水體富營養(yǎng)化水平的影響[9]。根據(jù)富營養(yǎng)化指數(shù)公式計算，結(jié)果見表5和圖2。羅源灣水域海水富營養(yǎng)化指數(shù)季節(jié)變化明顯，1月(冬季)和11月(秋季)普遍高于5月(春季)和8月(夏季)。2009—2014年羅源灣水域富營養(yǎng)化指數(shù)E值大于3，達到了中度富營養(yǎng)化程度，2015年后呈現(xiàn)大幅下降趨勢，主要是由于2015年福州市頒布了《福州市羅源灣海域水產(chǎn)養(yǎng)殖退出工作總體方案》，全面推進羅源灣水產(chǎn)養(yǎng)殖退養(yǎng)工作，至2016年底，羅源灣已全面完成灣內(nèi)退養(yǎng)工作。密集的養(yǎng)殖活動是影響海灣水質(zhì)的重要因素，特別是養(yǎng)殖過程投入的餌料和殘餌的生成是造成養(yǎng)殖污染的重要原因。全面退養(yǎng)后網(wǎng)箱養(yǎng)殖污染達到零排放，之前污染物積累不斷降解消耗，水質(zhì)逐漸改善。

表5 2009—2018年羅源灣水域富營養(yǎng)化指數(shù)Tab.5 Nutrition index of Luoyuan Bay from 2009 to 2018

2.2 羅源灣水域綜合評價結(jié)果

根據(jù)2009至2018年羅源灣海域水質(zhì)、沉積物監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用環(huán)境質(zhì)量分級評價法進行評價，羅源灣水域近十年的環(huán)境質(zhì)量綜合評價結(jié)果見表6。由表6可見，近十年來羅源灣水域環(huán)境質(zhì)量評價等級由“一般”→“較差”→“良好”，2014年環(huán)境質(zhì)量狀況最差，評價等級為“較差”，2018年環(huán)境質(zhì)量狀況轉(zhuǎn)為“良好”。近十年來羅源灣海域環(huán)境的主要問題為水環(huán)境污染嚴重。

表6 2009—2018年羅源灣水域環(huán)境質(zhì)量分級評價結(jié)果

從評價介質(zhì)來看，2010—2017年水質(zhì)指標均為“較差”，為更好地分析羅源灣水域歷年水質(zhì)的變化趨勢，本文通過計算2009—2018年羅源灣四類、劣四類各站位占比來評價羅源灣水質(zhì)變化。羅源灣歷年水質(zhì)均以四類、劣四類為主，占比在73.3%～100%之間，2009—2014年呈現(xiàn)逐年惡化趨勢，劣四類水質(zhì)占比達到了100%；2015—2017年呈好轉(zhuǎn)趨勢，劣四類水質(zhì)比例下降到6.7%；2017年出現(xiàn)二、三類水質(zhì)；2018年水質(zhì)略微下降，以四類為主，占比93.3%。歷年超標指標均為無機氮和活性磷酸鹽。近十年羅源灣5月(春季)和8月(夏季)水質(zhì)優(yōu)于11月(秋季)和1月(冬季)，1月(冬季)水質(zhì)最差，其中2011—2015年均為劣四類，8月(夏季)水質(zhì)最好，優(yōu)良水質(zhì)占比在0%～93.3%。5月(春季)和8月(夏季)羅源灣呈現(xiàn)灣口水質(zhì)優(yōu)于灣頂和灣中部水質(zhì)，11月(秋季)和1月(冬季)則整體較差，這和進入秋季后因閩浙沿岸水勢力加強而帶來大量的營養(yǎng)物質(zhì)有關(guān)[10]。

沉積物中，2014年以前，各監(jiān)測指標含量均符合第一類海洋沉積物質(zhì)量標準，2014年部分站位石油烴含量超出第一類海洋沉積物質(zhì)量標準，個別站位甚至超出第三類標準。2015年起，沉積物質(zhì)量總體良好，各監(jiān)測指標含量基本符合第一類海洋沉積物質(zhì)量標準。

表7 2009—2018年羅源灣水質(zhì)情況一覽表Tab.7 Water quality in Luoyuan Bay from 2009 to 2018

3 討論

3.1 羅源灣入海污染源分析

2009—2014年羅源灣水域環(huán)境質(zhì)量狀況持續(xù)惡化，2015年開始趨向好轉(zhuǎn)，羅源灣主要問題為水環(huán)境污染嚴重，超標指標為無機氮和活性磷酸鹽。

羅源灣的污染源主要來自陸域和海域兩大部分，其中海域污染源中的水產(chǎn)養(yǎng)殖污染是影響羅源灣水質(zhì)的重要因素，根據(jù)2010年統(tǒng)計數(shù)據(jù)[11]，羅源灣養(yǎng)殖面積8 203 hm2，占低潮線以下水域面積的97.2%，養(yǎng)殖活動幾乎完全覆蓋了整個海灣，養(yǎng)殖產(chǎn)量達205 617 t，養(yǎng)殖品種主要有魚類、貝類、藻類、蝦類和蟹類，分別占總產(chǎn)量的12%、41%、40%、5%、2%，分別占總養(yǎng)殖面積的7%、35%、20%、21%、14%，其中魚類和蝦蟹類為投餌集約型養(yǎng)殖類型，養(yǎng)殖過程中投入的餌料和殘餌的生成是造成污染的重要原因。陳克亮等①對羅源灣氮磷污染外源輸入進行分析，2009—2010年海水養(yǎng)殖對總磷的貢獻達66%，對總氮的貢獻達36%，說明養(yǎng)殖密度過大和不合理的投放餌料是造成羅源灣氮磷嚴重超標的主要原因之一。2010—2013年羅源灣水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模持續(xù)壯大，養(yǎng)殖產(chǎn)量連年攀高，養(yǎng)殖污染不斷加劇[12]，2015年開始推進羅源灣水產(chǎn)養(yǎng)殖退養(yǎng)工作，截止至2016年底，羅源灣所有的水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施和養(yǎng)殖水產(chǎn)品實現(xiàn)了全面退養(yǎng)，這一舉措對羅源灣環(huán)境質(zhì)量狀況改善起到了很大的促進作用。從監(jiān)測結(jié)果也可以看出，2015年至2018年水質(zhì)和沉積物質(zhì)量均呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)趨勢，水質(zhì)中劣四類水質(zhì)比例下降，沉積物中各監(jiān)測指標含量基本符合第一類海洋沉積物質(zhì)量標準。

根據(jù)陳克亮等①研究，2009—2010年羅源灣陸源總氮輸入1 826 t/a，對總氮的貢獻為46%，總磷輸入177.5 t/a，對總磷的貢獻為26%。羅源灣內(nèi)基本無大河溪注入，僅在灣的西北部有一條小溪(起步溪)注入，年徑流量小，對灣內(nèi)水環(huán)境影響較小。灣內(nèi)現(xiàn)有直排海排污口6個，2018年總氮、總磷排放量為145.3 t/a、7.2 t/a，氮磷貢獻量小。陸源輸入中，面源污染是氮磷的主要輸入源，因此要從非點源污染進行相應(yīng)的削減。

3.2 圍填?；顒訉α_源灣環(huán)境質(zhì)量影響

2016年底羅源灣全面退養(yǎng)，但水質(zhì)仍然超標，這與大規(guī)模的圍填?；顒佑泻艽蟮年P(guān)系，根據(jù)福建省海域動態(tài)管理中心數(shù)據(jù)及谷歌影像和現(xiàn)場勘查相結(jié)合，截至2016年底，羅源灣累計圍填海面積為45.1 km2(不含養(yǎng)殖用海)，主要用于工業(yè)港口、運輸?shù)确矫?。由圖4可以看出，羅源灣北岸和南岸均開展了大量的圍填海工程，多數(shù)內(nèi)灣和岬角已被圍填，曲折的自然岸線已被人工岸線取代，目前人工岸線比例已達到39.71%，導(dǎo)致海灣納潮量下降，水動力條件發(fā)生較大變化，進一步影響污染物的遷移擴散，降低了海灣的自凈能力，根據(jù)王勇智等研究表明2012年羅源灣內(nèi)水體半交換時間為13.89 d，較1960年代和1996年延長了約2.42 d和0.59 d[13]。同時能夠吸收氮、磷，緩解海水富營養(yǎng)化，降低污染程度的養(yǎng)殖藻類[14]的清退，是羅源灣網(wǎng)箱退養(yǎng)后無機氮和活性磷酸鹽仍然超標的客觀原因。

4 結(jié)論

本文以羅源灣水域海水和沉積物為研究對象，研究了2009至2018年羅源灣水域環(huán)境質(zhì)量綜合狀況變化特征，探討了羅源灣近十年環(huán)境質(zhì)量變化的原因，為進行綜合整治提供重要參考。

1)運用富營養(yǎng)化指數(shù)法對羅源灣水域營養(yǎng)狀況進行評價，結(jié)果表明近十年羅源灣海水整體上處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，其中2009—2014年羅源灣水域富營養(yǎng)化指數(shù)E值大于3，達到了中度富營養(yǎng)化程度，2015年后呈現(xiàn)大幅下降趨勢。

2)近十年來羅源灣水域環(huán)境質(zhì)量綜合評價等級由“一般”→“較差”→“良好”，2014年環(huán)境質(zhì)量狀況最差，評價等級為“較差”，2018年環(huán)境質(zhì)量狀況轉(zhuǎn)為“良好”。近十年來羅源灣海域環(huán)境的主要問題為水環(huán)境污染嚴重，超標指標為無機氮和活性磷酸鹽。

3)灣內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖和陸源面源排污是影響羅源灣水域環(huán)境質(zhì)量的重要因素，截止至2016年底，羅源灣所有的水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施和養(yǎng)殖水產(chǎn)品實現(xiàn)了全面退養(yǎng)，對羅源灣環(huán)境質(zhì)量狀況改善起到了很大的促進作用。但是退養(yǎng)后水質(zhì)仍未達標，這與羅源灣大規(guī)模圍填?；顒釉斐傻募{潮量下降和水動力發(fā)生變化有關(guān)。