防城港灣連續(xù)10年海水水質(zhì)變化及其影響因素分析*

龐敏倩

(廣西壯族自治區(qū)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣西北海 536000)

0 引言

防城港市位于東經(jīng)107°28′-108°36′，北緯20°36′-22°22′，地處廣西壯族自治區(qū)北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)的核心區(qū)域，居北回歸線以南。防城港灣是一個(gè)溺谷型港灣，位于中間的漁萬(wàn)島將其分成東、西兩個(gè)灣[1]，港灣沿岸是產(chǎn)業(yè)分布較密集、經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)比較集中的區(qū)域，同時(shí)也是防城港市海洋環(huán)境污染壓力最大的區(qū)域之一[2]。已有不少學(xué)者開(kāi)展了防城港灣的水環(huán)境研究，如戴培建[3]以1990年春、秋2個(gè)航次對(duì)防城港及其附近海域水體營(yíng)養(yǎng)化和有機(jī)污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)；何祥英[1]對(duì)2004-2010年北部灣防城港近岸海域的海水環(huán)境參數(shù)變化與水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)；葉朝放等[2]對(duì)防城港灣浮游植物的多樣性分布和水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)；劉俐等[4,5]對(duì)防城港西灣海域水質(zhì)狀況進(jìn)行調(diào)查和評(píng)價(jià)。這些研究是掌握防城港灣污染及受周邊活動(dòng)影響情況的重要依據(jù)。目前，關(guān)于防城港灣附近海域在工業(yè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的海水水質(zhì)變化研究報(bào)道較少，同時(shí)缺乏大尺度長(zhǎng)時(shí)間水質(zhì)的變化趨勢(shì)分析，難以為科學(xué)決策提供必要的支撐。本研究以2010-2019年防城港灣附近海域水質(zhì)數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間序列和空間跨度的海水水質(zhì)變化進(jìn)行分析，為該海域的環(huán)境保護(hù)和合理開(kāi)發(fā)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查時(shí)間及站位

在防城港西灣、東灣、外灣共設(shè)置3個(gè)站位，分別為Q1、Q2、Q3 (圖1)。收集3個(gè)站位2010-2019年枯水期(3-4月，2010年為1月采樣)，豐水期(7-8月)，平水期(10-11月)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以Q3站位作為Q1、Q2站位的參照。

圖1 采樣站位布設(shè)

1.2 現(xiàn)場(chǎng)采樣及樣品分析

1.3 數(shù)據(jù)處理與評(píng)價(jià)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要以綜合污染指數(shù)和水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，營(yíng)養(yǎng)鹽與各影響因子的相互關(guān)系采用Pearson相關(guān)性分析。水質(zhì)類(lèi)別評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)依照《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097-1997)[7](表1)，圖表使用Origin和SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。本研究涉及的數(shù)據(jù)主要來(lái)源：2009-2019年廣西壯族自治區(qū)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、廣西近岸海域環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書(shū)、防城港市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)、防城港年鑒等相關(guān)調(diào)研資料和發(fā)表文獻(xiàn)。

表1 海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(mg/L)

1.3.1 綜合污染指數(shù)

綜合污染指數(shù)是對(duì)各監(jiān)測(cè)污染指標(biāo)的相對(duì)污染指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，再將各單項(xiàng)污染指數(shù)相加并計(jì)算算術(shù)平均值。根據(jù)污染指數(shù)可判斷出水體的污染程度及主要污染物。其計(jì)算公式為

1.3.2 水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)

富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)E計(jì)算公式：

式中:COD、DIN和DIP單位均為mg/L，若E≤3.0，則水體呈輕度富營(yíng)養(yǎng)化；若3.0

表2 水質(zhì)污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)總體評(píng)價(jià)

2.1.1 水質(zhì)指標(biāo)變化趨勢(shì)

調(diào)查的3個(gè)站位屬防城港工業(yè)用海區(qū)和航道區(qū)，根據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097-1997)[7]，以第三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

根據(jù)2010-2019年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，圖2列出了防城港灣水質(zhì)指標(biāo)年際變化趨勢(shì)圖，從DIN濃度年均值變化情況來(lái)看(圖2a)，防城港西灣(Q1)、東灣(Q2)和外灣(Q3)DIN濃度近10年均在第三類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。西灣(Q1)DIN濃度為0.081-0.346 mg/L，平均值為0.216 mg/L，呈波動(dòng)變化；東灣(Q2)DIN濃度為0.065-0.177 mg/L，平均值為0.113 mg/L，DIN濃度在2010-2015年緩慢上升，2015-2019年波動(dòng)下降，但總體呈上升趨勢(shì)，西灣和東灣DIN濃度相差較大；外灣(Q3)DIN濃度處于較低水平，在0.050 mg/L上下變化。

圖2b為DIP濃度年均值變化情況，防城港西灣(Q1)濃度為0.015-0.040 mg/L，平均值為0.025 mg/L，DIP濃度在2010-2013年期間逐漸升高，在2013-2015年期間逐步回落，2015-2019年變化相對(duì)平穩(wěn)，其中，2013年、2014年DIP濃度分別為0.040 和0.033 mg/L，水質(zhì)類(lèi)別為第四類(lèi)，超出第三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；防城港東灣(Q2)DIP濃度呈波動(dòng)上升，濃度為0.007-0.057 mg/L，平均值為0.023 mg/L，其中，2017年水質(zhì)類(lèi)別為劣四類(lèi)，DIP濃度為0.057 mg/L，其余年份均未超第三類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；防城港外灣(Q3)DIP濃度在0.010 mg/L上下波動(dòng)。

圖2c為COD濃度年均值變化情況，防城港西灣(Q1)、東灣(Q2)和外灣(Q3)COD濃度變化趨勢(shì)相近，呈波動(dòng)下降，并且均在第一類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

從圖2可以看出，近10年防城港灣西灣和東灣DIN濃度相差較大，西灣DIN濃度雖不超標(biāo)，但總體水平較高。西灣和東灣存在的主要超標(biāo)因子為DIP，西灣DIP污染主要集中在2010-2019年的前半段；而東灣DIP污染主要集中在2010-2019年的后半段，DIN濃度和DIP濃度均有上升的趨勢(shì)。

2.1.2 綜合污染指數(shù)變化情況

如圖3所示，近10年防城港灣海水綜合污染指數(shù)為0.303-0.560，呈波動(dòng)變化，但變化趨勢(shì)相對(duì)平穩(wěn)。從2010年開(kāi)始，海水綜合污染指數(shù)先下降后逐步上升，在2013年達(dá)到峰值0.543，然后又逐步下降至2015年的最低值，隨后又繼續(xù)上升到2017年峰值0.560，并且有每隔3年出現(xiàn)一次峰值的規(guī)律，最近一次峰值出現(xiàn)在2017年，近3年呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)。對(duì)照表2可以看出，防城港灣海水水質(zhì)污染級(jí)別為較好至輕度污染，屬輕度污染的年份為2013 年、2014年、2016年、2017年和2018年。綜合污染指數(shù)峰值出現(xiàn)的年份與西灣、東灣DIP濃度年際變化幾乎對(duì)應(yīng)，說(shuō)明DIP為防城港灣的主要超標(biāo)污染物。其中，2016和2018年也屬輕度污染而DIP濃度并未超標(biāo)，說(shuō)明防城港灣水質(zhì)也受到較高濃度DIN的影響，故DIN也為防城港灣的主要污染物。

2.1.3 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)變化情況

從圖4的分析結(jié)果來(lái)看，防城港灣海域富營(yíng)養(yǎng)化水平在輕度富營(yíng)養(yǎng)化至中度富營(yíng)養(yǎng)化之間。西灣(Q1)2013年和2016年為中度富營(yíng)養(yǎng)水平，富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)分別為4.80和3.24，其中，2013年為近10年西灣富營(yíng)養(yǎng)化最高水平，其余年份均為輕度富營(yíng)養(yǎng)水平以下，2016-2019年富營(yíng)養(yǎng)化水平逐步下降；東灣(Q2)富營(yíng)養(yǎng)化水平除2017年有小幅波動(dòng)外，整體變化趨勢(shì)平穩(wěn)，近10年均為輕度富營(yíng)養(yǎng)化水平；外灣(Q3)近10年均在輕度富營(yíng)養(yǎng)化水平以下，水質(zhì)狀況較好。總的來(lái)說(shuō)，防城港灣外灣海域水質(zhì)優(yōu)于東灣,最差是西灣。

圖2 防城港灣水質(zhì)指標(biāo)年際變化情況(2009-2019)

圖3 2010-2019年防城港灣海域海水綜合污染指數(shù)變化

圖4 2010-2019年防城港灣海域海水富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)變化

2.2 港灣海域營(yíng)養(yǎng)鹽的時(shí)空變化

圖5列出了防城港灣西灣(Q1)、東灣(Q2)、外灣(Q3)DIN濃度分別在枯水期、豐水期和平水期的年際變化?？菟谖鳛澈蜄|灣的DIN分別為0.074-0.597和0.036-0.486 mg/L，2010年西灣DIN濃度比東灣高且差異較大，2010-2013年西灣DIN濃度逐漸降低，東灣DIN濃度無(wú)明顯變化，東灣和西灣DIN濃度差異減?。?013-2017年西灣和東灣DIN濃度都有較大變化，西灣DIN濃度逐年升高，東灣波動(dòng)上升，在2017年同步達(dá)到峰值后于2018年同步回落。2019年西灣和東灣枯水期DIN濃度處于較低水平。豐水期西灣和東灣的DIN分別為0.022-0.525和0.015-0.108 mg/L，西灣和東灣DIN濃度差異較大，這可能與夏季西灣上游防城江入海徑流帶入污染物有關(guān)。平水期西灣和東灣的DIN分別為0.010-0.411和0.031-0.232 mg/L，3個(gè)站位變化趨勢(shì)相似，呈波動(dòng)變化，沒(méi)有明顯的上升和下降趨勢(shì)。外灣3個(gè)水期DIN濃度均處于較低水平。

圖5 防城港灣不同水期DIN濃度變化

如圖6所示，防城港灣西灣(Q1)、東灣(Q2)、外灣(Q3)DIP濃度分別在枯水期、豐水期和平水期的年際變化，西灣(Q1)枯水期、豐水期、平水期DIP濃度分別為0.016-0.049，0.001-0.047和0.006-0.041 mg/L；東灣(Q2)枯水期、豐水期、平水期DIP濃度分別為0.008-0.135，0.002-0.030和0.002-0.039 mg/L，除枯水期東灣2017年DIP異常增高外，3個(gè)調(diào)查站位近10年DIP濃度在3個(gè)水期變化趨勢(shì)相似，說(shuō)明防城港灣DIP濃度隨季節(jié)變化不明顯。外灣3個(gè)水期DIP濃度均處于較低水平。

圖6 防城港灣不同水期DIP濃度變化

以第三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)作參考(表1)，近10年防城港西灣(Q1)DIN枯水期、豐水期和平水期超標(biāo)次數(shù)分別為2次、2次、1次；東灣(Q2) DIN只有枯水期2017年的1次超標(biāo)。西灣(Q1) DIP枯水期、豐水期和平水期超標(biāo)次數(shù)分別為3次、2次、3次；東灣(Q2) DIP枯水期、豐水期和平水期超標(biāo)次數(shù)分別為3次、0次、2次。以上說(shuō)明，近10年防城港西灣DIN濃度和DIP濃度超標(biāo)年份較東灣多，西灣水質(zhì)劣于東灣；豐水期東灣和西灣DIN濃度差異較大，說(shuō)明西灣DIN濃度隨季節(jié)變化明顯，這與夏季西灣上游防城江入海徑流帶入污染物有關(guān)；DIP濃度隨季節(jié)變化不明顯，說(shuō)明豐水期入海徑流不是東灣污染的主要來(lái)源。

2.3 水質(zhì)變化影響因素分析

表3列出了防城港灣營(yíng)養(yǎng)鹽濃度與各參數(shù)之間的相互關(guān)系，除環(huán)境因子還列出了影響水質(zhì)的幾個(gè)常見(jiàn)社會(huì)影響因子。廖雅君等[10]應(yīng)用主成分分析法將影響水質(zhì)的社會(huì)因子劃分為3類(lèi)，本研究借鑒其提出的影響水質(zhì)的主要社會(huì)因子分類(lèi)方式。其中，城鎮(zhèn)化因子包括GDP、人口和工業(yè)生產(chǎn)總值；工業(yè)因子為直排入海工業(yè)企業(yè)排污量；農(nóng)業(yè)因子為農(nóng)作物總播種面積?？梢钥闯?，DIN與鹽度、pH值有極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與COD有顯著的正相關(guān)關(guān)系；DIP與pH值有極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與鹽度有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。DIN和DIP與溫度、DO、Chl-a、GDP、人口、工業(yè)生產(chǎn)總值、農(nóng)作物總播種面積和直排入海工業(yè)企業(yè)排污量等均沒(méi)有顯著的相關(guān)性。

表3 防城港灣海域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度與各因子之間的相關(guān)系數(shù)

3 討論

本研究結(jié)果表明，防城港灣西灣和東灣主要表現(xiàn)為DIP濃度超標(biāo)。值得關(guān)注的是，西灣(Q1)DIP污染主要集中在2010-2019年的前半段，東灣(Q2)DIP污染主要集中在2010-2019年的后半段，這與防城港灣經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)有關(guān)。從何祥英[1]調(diào)查的污染來(lái)源分析來(lái)看，防城港灣西灣有防城江注入，位于河中上游的防城區(qū)是防城港市人口最多的城區(qū)，每年都有大量的城區(qū)生活污水和中小型企業(yè)生產(chǎn)廢水排入防城江，而東灣東側(cè)和北側(cè)沿岸是防城港市主要工業(yè)區(qū)。這說(shuō)明在2010-2019年的前半段，西灣水質(zhì)的污染來(lái)源主要為城鎮(zhèn)污染源和入海河流污染，隨著城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施的完善，水質(zhì)得到逐步改善；而東灣隨著社會(huì)和工業(yè)的發(fā)展，DIP污染指數(shù)有逐步上升的趨勢(shì)，從葉朝放等[2]的調(diào)查結(jié)果來(lái)看，東灣上游有防城港市污水處理廠排污口和磷酸廠，東灣西邊在漁洲城工業(yè)區(qū)內(nèi)有數(shù)家磷酸廠，處理不充分的廢水排放入東灣，容易引起東灣水質(zhì)污染。2017年防城港灣東灣DIP濃度突然增高，說(shuō)明東灣水質(zhì)在工業(yè)發(fā)展時(shí)期水質(zhì)總體良好，但有突發(fā)環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。

防城港灣海域營(yíng)養(yǎng)鹽的時(shí)空分布特征表明，近10年西灣DIN濃度隨季節(jié)變化明顯，而DIP濃度隨季節(jié)變化不明顯，豐水期東灣和西灣DIN濃度差異顯著，這可能與夏季西灣防城江入海徑流大量輸出有關(guān)，河流污染物入海量占陸地流入海洋的大部分，防城江平均流量為58.7 m3/s，每年由該河排入海中的COD、營(yíng)養(yǎng)鹽、石油類(lèi)和重金屬等污染物，這些物質(zhì)流經(jīng)西灣排向外海，是西灣水質(zhì)污染的主要來(lái)源[1]。東灣豐水期近10年?duì)I養(yǎng)鹽濃度均未超標(biāo)，說(shuō)明東灣受豐水期沿岸陸源排污及徑流帶入污染物的影響較小。

防城港市近10年經(jīng)歷了2010-2015年經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展時(shí)期，2015年防城港市GDP和工業(yè)生產(chǎn)總值較2010年分別增加301.18和844.37億元，2016-2019年進(jìn)入經(jīng)濟(jì)發(fā)展的平穩(wěn)期，2019年GDP和工業(yè)生產(chǎn)總值較2016年分別增加25.11和633.03億元。從分析結(jié)果來(lái)看，防城港灣營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的變化與關(guān)注的幾個(gè)社會(huì)因素相關(guān)性不顯著，而與鹽度和pH值顯著負(fù)相關(guān)，與COD正相關(guān)。從藍(lán)文陸等[11]研究中發(fā)現(xiàn)，河口和近岸營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的變化影響因素復(fù)雜，無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽濃度與鹽度的相關(guān)性顯著，且濃度高值出現(xiàn)在鹽度最低的河口附近，表明徑流輸入對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的分布和季節(jié)變化有重要影響。從本研究結(jié)果來(lái)看，10年的水質(zhì)分析說(shuō)明防城港灣水質(zhì)在工業(yè)快速發(fā)展時(shí)期沒(méi)有惡化，入海污染物量并未隨著地區(qū)生產(chǎn)總值的增長(zhǎng)而相應(yīng)增長(zhǎng)，絕大多數(shù)年份水質(zhì)達(dá)到第一、二類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。期間出現(xiàn)水質(zhì)較大波動(dòng)的年份集中在2010年、2013年和2017年。查看有關(guān)資料可知[12-14]，在2010年“十一五”期間，廣西以“生態(tài)廣西”建設(shè)和加強(qiáng)“節(jié)能減排”為抓手，要求沿海三市直排入海的重點(diǎn)工業(yè)污染源全部完成污染治理，建成4×104t/日污水處理量的防城港市污水處理廠和防城港市垃圾處理廠并投入使用，2010年后水質(zhì)有所好轉(zhuǎn);2013年防城港直排工業(yè)污染源增加5個(gè)監(jiān)測(cè)直排工業(yè)企業(yè)排污口，新增加的直排工業(yè)企業(yè)污染物入海量為97.21 t，增加了位于西灣口的漁洲坪綜合排放口，使得防城港灣2013年水質(zhì)有所下降;2017年防城港直排入海工業(yè)企業(yè)出現(xiàn)了2次磷超標(biāo)排放事件，因此針對(duì)水質(zhì)污染超標(biāo)問(wèn)題開(kāi)展全方位的環(huán)境污染問(wèn)題整治，全面清理整治入海排污口，完成入海排污口清理整治41個(gè)；加強(qiáng)農(nóng)村環(huán)境綜合整治，已建成集中式污水處理設(shè)施94套和分散式生活污水處理設(shè)施3 668套，54個(gè)行政村配置垃圾清運(yùn)系統(tǒng)，建成垃圾中轉(zhuǎn)站2座；對(duì)違法排污的企業(yè)進(jìn)行排查整治，在2017年較強(qiáng)的人為干預(yù)以后，近兩年防城港水質(zhì)由2017年的較高水平降低到水質(zhì)較好的水平。

總的來(lái)說(shuō)，防城港近10年水質(zhì)基本保持穩(wěn)定，這與該地區(qū)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較為薄弱、近岸海域環(huán)境容量較大、污染減排等環(huán)境政策得到推進(jìn)、污染防治和環(huán)境保護(hù)工作取得成效有關(guān)。建議在“十四五”開(kāi)局之年，進(jìn)一步加強(qiáng)城鄉(xiāng)環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，規(guī)范入海排污口和工業(yè)企業(yè)的監(jiān)督管理，堅(jiān)持和推進(jìn)陸海統(tǒng)籌，完善氮磷排放總量指標(biāo)等，讓經(jīng)濟(jì)和環(huán)境實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展。

4 結(jié)論

(1)防城港灣海域近10年水質(zhì)總體良好，海水水質(zhì)污染級(jí)別為較好至輕度污染，存在的主要超標(biāo)因子為活性磷酸鹽。海域富營(yíng)養(yǎng)化水平在貧營(yíng)養(yǎng)至中度富營(yíng)養(yǎng)之間，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度整體呈現(xiàn)西灣>東灣>外灣，內(nèi)灣大于外灣的分布。西灣無(wú)機(jī)氮隨季節(jié)變化明顯，而活性磷酸鹽隨季節(jié)變化不明顯，豐水期東灣和西灣無(wú)機(jī)氮濃度差異顯著，這可能與夏季西灣防城江入海徑流輸出有關(guān)。

(2)防城港灣在近10年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)期，水質(zhì)變化和社會(huì)的發(fā)展沒(méi)有明顯的相關(guān)性，西灣活性磷酸鹽污染主要集中在2010-2019年的前半段，而東灣主要集中在后半段，這與防城港灣經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)有關(guān)。個(gè)別年份如2013年和2017年出現(xiàn)水質(zhì)超標(biāo)的原因與基礎(chǔ)設(shè)施未完善以及工業(yè)企業(yè)污染物超標(biāo)排放有關(guān)，在人為監(jiān)督管控下，防城港灣水質(zhì)得到較好改善。