秦皇島海水浴場(chǎng)溶解氧評(píng)價(jià)及其影響因素分析

楊 超 傅圓圓* 楊義明 李微微

(國(guó)家海洋局秦皇島海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，河北 秦皇島 066002)

溶解氧作為水質(zhì)評(píng)價(jià)的其中一項(xiàng)重要指標(biāo)，其含量變化能夠反映出海水質(zhì)量狀況和受污染程度，同時(shí)控制著整個(gè)水生生態(tài)的生產(chǎn)力[1]，其變化受到多種因素的影響，物理、化學(xué)和生物等過(guò)程均會(huì)影響到溶劑氧含量的變化[2-3]。李兆欽等研究表明，海水溶解氧濃度以季節(jié)變化為主,秋季至冬季升高,冬季至夏季降低，海水溫度是影響溶解氧的主要因素，溶解氧濃度隨著溫度的季節(jié)性變化而變化[4]。除受海水溫度的影響，溶解氧含量的變化還受到其他因素的影響，叢明琦等對(duì)2019 年春季秦皇島近岸海域表層溶解氧飽和度進(jìn)行分析，得出溶解氧飽和度高、近岸海域溶解氧飽和度低的趨勢(shì)，溶解氧飽和濃度主要受鹽度、水溫和氣溫的影響[5]。魯超等以官井洋為例對(duì)溶解氧進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出水溫是影響溶解氧含量變化的主要因素[6]。作為水質(zhì)評(píng)價(jià)的其中一項(xiàng)重要指標(biāo)，溶解氧含量的高低，直接影響到海水中生物的生長(zhǎng)情況，如果溶解氧含量出現(xiàn)急劇下降，將直接影響浴場(chǎng)水質(zhì)狀況，甚至出現(xiàn)水體發(fā)臭、魚(yú)類窒息死亡的情況[7]。

秦皇島地處渤海遼東灣西岸，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，北戴河、南戴河等多處天然浴場(chǎng)的形成使其擁有豐富的濱海旅游資源，是北方主要的濱海旅游城市之一，濱海旅游業(yè)也是拉動(dòng)秦皇島市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要力量。近年來(lái)，秦皇島海水浴場(chǎng)受游客人數(shù)及周邊環(huán)境壓力的影響，其水質(zhì)狀況壓力不斷增大，目前海水浴場(chǎng)水質(zhì)狀況具有一定的代表性。根據(jù)溶解氧對(duì)秦皇島海水浴場(chǎng)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)其影響因素進(jìn)行研究具有重要意義。

本文基于2015～2018 年秦皇島四個(gè)海水浴場(chǎng)溶解氧監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，四個(gè)海水浴場(chǎng)分別為南戴河浴場(chǎng)、北戴河浴場(chǎng)、西浴場(chǎng)和東山浴場(chǎng)，對(duì)溶解氧進(jìn)行評(píng)價(jià)，并分析水文氣象等因素與溶解氧的相關(guān)性。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 監(jiān)測(cè)站位：共6 個(gè)監(jiān)測(cè)站位，南戴河浴場(chǎng)、西浴場(chǎng)和東山浴場(chǎng)在游泳者密度最大的點(diǎn)各取一個(gè)監(jiān)測(cè)站位，北戴河浴場(chǎng)取三個(gè)監(jiān)測(cè)站位，三個(gè)監(jiān)測(cè)站位均勻分布于整個(gè)海水浴場(chǎng)，具體位置見(jiàn)圖1。

圖1 浴場(chǎng)監(jiān)測(cè)站位圖

1.2 監(jiān)測(cè)頻率與時(shí)間：四個(gè)海水浴場(chǎng)共6 個(gè)站位監(jiān)測(cè)，于每年6 月24～10 月7 日每周二、周六各監(jiān)測(cè)一次。樣品采集、儲(chǔ)存及運(yùn)輸方法按《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》進(jìn)行[9]。

1.3 檢測(cè)方法：碘量法HY/T 126。

2 結(jié)果與分析

2.1 溶解氧評(píng)價(jià)

按照二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)溶解氧進(jìn)行評(píng)價(jià)。2.1.1 評(píng)價(jià)方法

采用單因子污染指數(shù)法，公式為：

(其中：DOf=468/(31.6+t))

式中：DOf- 現(xiàn)場(chǎng)水溫及氯度條件下，水中氧的飽和含量(mg/L)；Dos- 溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值；DO- 溶解氧的測(cè)定值。

當(dāng)指數(shù)小于或等于1 時(shí)，為該監(jiān)測(cè)站水體未受污染，大于1時(shí)為遭受污染，值越大污染越重。

2.1.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

表1～表4 給出了2015～2018 年各浴場(chǎng)溶解氧按二類水質(zhì)評(píng)價(jià)指數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從表中可以看出，2015 年四個(gè)浴場(chǎng)中僅西浴場(chǎng)溶解氧出現(xiàn)超出二類水質(zhì)情況，超標(biāo)率為13.3%；2016 年和2017 年四個(gè)浴場(chǎng)溶解氧均有超出二類水質(zhì)情況，其中西浴場(chǎng)超標(biāo)率最高，分別為26.7%和12.9%；2018 年除東山浴場(chǎng)，其他三個(gè)浴場(chǎng)溶解氧均有超出二類水質(zhì)情況，同樣是西浴場(chǎng)超標(biāo)率最高，為16.7%。綜合分析，2015 年四個(gè)浴場(chǎng)水質(zhì)狀況相對(duì)較好，2018 年次之，2016 年和2017 年水質(zhì)狀況較差，其中西浴場(chǎng)在四個(gè)海水浴場(chǎng)中水質(zhì)狀況最差，南戴河浴場(chǎng)、北戴河浴場(chǎng)和東山浴場(chǎng)水質(zhì)狀況較好。

表1 2015 年各浴場(chǎng)溶解氧評(píng)價(jià)指數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表2 2016 年各浴場(chǎng)溶解氧評(píng)價(jià)指數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表3 2017 年各浴場(chǎng)溶解氧評(píng)價(jià)指數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表4 2018 年各浴場(chǎng)溶解氧評(píng)價(jià)指數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2.1.3 水質(zhì)變化趨勢(shì)

依據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[6](GB3097-1997)中海水浴場(chǎng)執(zhí)行二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，溶解氧含量大于5 mg/L 時(shí)，浴場(chǎng)水質(zhì)適宜游泳，對(duì)2015～2018 年秦皇島市四個(gè)海水浴場(chǎng)水質(zhì)游泳適宜度年際變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖2 所示。從圖中可以看出，2015 年四個(gè)海水浴場(chǎng)適宜游泳的天數(shù)最多，占全年監(jiān)測(cè)天數(shù)的96.7 %，2016 年四個(gè)海水浴場(chǎng)適宜游泳天數(shù)為四年最低值，占全年監(jiān)測(cè)天數(shù)的80.2 %。2016 年到2018 年，四個(gè)海水浴場(chǎng)水質(zhì)適宜游泳天數(shù)所占比例呈逐年上升趨勢(shì)，2017 年四個(gè)海水浴場(chǎng)適宜游泳天數(shù)占全年監(jiān)測(cè)天數(shù)的88.4 %，2018 年適宜游泳天數(shù)占全年監(jiān)測(cè)天數(shù)的93.4 %，2018 年所占比例僅次于2015 年。

圖2 秦皇島市四個(gè)海水浴場(chǎng)游泳適宜度年際變化圖

2.2 影響因素

海水中的溶解氧受到生物、化學(xué)和物理等多種因素的影響，選取2015～2018 年秦皇島海洋站觀測(cè)數(shù)據(jù)中的水溫、氣溫和氣壓數(shù)據(jù)，分析這些水文氣因素與溶解氧的相關(guān)性。

采用Pearson 相關(guān)系數(shù)法，兩個(gè)變量之間的Pearson相關(guān)系數(shù)定義為兩個(gè)變量之間的協(xié)方差和標(biāo)準(zhǔn)差的商：

上式定義了總體相關(guān)系數(shù)，常用希臘小寫(xiě)字母p作為代表符號(hào)。估算樣本的協(xié)方差和標(biāo)準(zhǔn)差，可得到Pearson 相關(guān)系數(shù)，常用英文小寫(xiě)字母γ 代表：

式中，γ 介于-1 與1 之間，其絕對(duì)值越大，相關(guān)性越強(qiáng)：

當(dāng)0＜γ＜1 時(shí)表示X 和Y 正相關(guān)關(guān)系；

當(dāng)-1＜γ＜0 時(shí)表示X 和Y 負(fù)相關(guān)關(guān)系；

當(dāng)γ=1 時(shí)表示X 和Y 完全正相關(guān)，γ=-1 表示X 和Y 完全負(fù)相關(guān)。

2.2.1 水溫與溶解氧的關(guān)系

表5 給出了各浴場(chǎng)溶解氧與水溫的相關(guān)系數(shù)。結(jié)合表可知，溶解氧與水溫呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即水溫高時(shí)溶解氧低，水溫低時(shí)，溶解氧高。南戴河浴場(chǎng)溶解氧與水溫的相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)為-0.4856，北戴河浴場(chǎng)和東山浴場(chǎng)次之，西浴場(chǎng)溶解氧與水溫的相關(guān)性較弱，相關(guān)系數(shù)為-0.1082。

表5 各浴場(chǎng)溶解氧與水溫的相關(guān)系數(shù)

2.2.2 氣溫與溶解氧的關(guān)系

表6 給出了各浴場(chǎng)溶解氧與水溫的相關(guān)系數(shù)。結(jié)合表可知，溶解氧與氣溫呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即氣溫高時(shí)溶解氧低，氣溫低時(shí)，溶解氧高。南戴河浴場(chǎng)溶解氧與氣溫的相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)為-0.5471，北戴河浴場(chǎng)和東山浴場(chǎng)次之，西浴場(chǎng)溶解氧與氣溫的相關(guān)性較弱，相關(guān)系數(shù)為-0.1617。

表6 各浴場(chǎng)溶解氧與氣溫的相關(guān)系數(shù)

2.2.3 氣壓與溶解氧的關(guān)系

表7 給出了各浴場(chǎng)溶解氧與氣壓的相關(guān)系數(shù)。結(jié)合圖表可知，溶解氧與氣壓呈正相關(guān)關(guān)系，即隨著大氣壓的升高，水體中的溶解氧含量也逐漸升高。溶解氧與氣壓呈正相關(guān)，主要有兩方面原因，一是由于壓力越大，水中氧氣含量越多；二是在壓力增大的情況下，會(huì)相應(yīng)減少水體底部污染物的向上翻騰，從而減少對(duì)表層溶解氧的消耗，因此溶解氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也會(huì)相應(yīng)增加[8]。南戴河浴場(chǎng)和北戴河浴場(chǎng)溶解氧與氣壓的相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)均為0.4558，西浴場(chǎng)次之，東山浴場(chǎng)溶解氧與氣壓的相關(guān)性較弱，相關(guān)系數(shù)為0.2770。

表7 各浴場(chǎng)溶解氧與氣壓的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論

對(duì)四個(gè)海水浴場(chǎng)2015～2018 年溶劑氧進(jìn)行評(píng)價(jià)，并分析四個(gè)海水浴場(chǎng)水溫、氣溫、氣壓與溶解氧的相關(guān)性，得出結(jié)論如下：

3.1 2015 年四個(gè)浴場(chǎng)水質(zhì)狀況相對(duì)較好，2018 年次之，2016年和2017 年水質(zhì)狀況較差，其中西浴場(chǎng)在四個(gè)海水浴場(chǎng)中水質(zhì)狀況最差，南戴河浴場(chǎng)、北戴河浴場(chǎng)和東山浴場(chǎng)水質(zhì)狀況較好。以游泳適宜度所占比例分析歷年海水浴場(chǎng)水質(zhì)變化趨勢(shì)，2015年四個(gè)海水浴場(chǎng)適宜游泳的天數(shù)最多，2016 年最少。2016 年到2018 年，四個(gè)海水浴場(chǎng)水質(zhì)適宜游泳天數(shù)所占比例呈逐年上升趨勢(shì)。

3.2 水溫、氣溫與溶解氧呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即溫度越高，溶解氧含量越低；氣壓與溶解氧呈正相關(guān)關(guān)系，氣壓越高，溶解氧含量越高。四個(gè)浴場(chǎng)比較，南戴河浴場(chǎng)溶解氧與各影響因素之間的相關(guān)性最強(qiáng)，北戴河浴場(chǎng)和東山浴場(chǎng)次之，西浴場(chǎng)溶解氧與各影響因素之間的相關(guān)性較弱。由于影響溶解氧含量的因素多種多樣，而西浴場(chǎng)周邊排污口眾多，且受綠潮影響嚴(yán)重，推斷影響西浴場(chǎng)溶解氧含量的因素較為復(fù)雜，對(duì)溶解氧含量的變化成因有待進(jìn)一步探討。