近海流域溶解氧的影響因素分析

張 悅

（1.廣東省環(huán)境科學(xué)研究院；2.廣東環(huán)科院環(huán)境科技有限公司，廣州 510700）

溶解氧是反映水體健康水平的重要參數(shù)，在地表水體的生物化學(xué)循環(huán)中起關(guān)鍵作用。由于污染負(fù)荷不斷地排入河湖中，水體富營(yíng)養(yǎng)化、缺氧已成為河流面臨的嚴(yán)峻生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。水體處于厭氧狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致水體中大量生物死亡，微生物無(wú)法正常進(jìn)行新陳代謝，以致產(chǎn)生甲烷、氨氣等[1]。陳前等[2]從物理、化學(xué)、生物等角度研究河流的耗氧過(guò)程，分析河湖溶解氧的變化規(guī)律。結(jié)合眾多研究結(jié)果，溶解氧濃度是水體溫度分層、外源污染負(fù)荷、水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度等因素綜合作用的結(jié)果。近幾十年來(lái)，全球范圍內(nèi)低氧事件頻發(fā)，大多數(shù)低氧事件出現(xiàn)在河口、海岸、峽灣等地[3]。本文以廣東省某近海河段為例，對(duì)感潮河段溶解氧濃度變化展開(kāi)分析。

1 數(shù)據(jù)分析方法

綜合污染指數(shù)是評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量的一種重要方法。單因子污染指數(shù)采用式（1）進(jìn)行計(jì)算。水質(zhì)綜合污染指數(shù)是在單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上計(jì)算得到的，n項(xiàng)污染物的綜合污染指數(shù)采用式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中：Pi為單因子污染指數(shù)；Ci為第i項(xiàng)污染物的實(shí)測(cè)濃度；Si為第i項(xiàng)污染物的標(biāo)準(zhǔn)值；Pn為n項(xiàng)污染物的綜合污染指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 耗氧污染物的影響

污染物的輸入是造成溶解氧濃度降低的原因之一，污染物濃度的升高會(huì)促進(jìn)水體中各有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的耗氧反應(yīng)。如圖1所示，溶解氧濃度與多個(gè)污染指標(biāo)有明顯相關(guān)性。皮爾遜相關(guān)性分析結(jié)果如表1所示，溶解氧濃度與高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷3 個(gè)指標(biāo)的綜合污染指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，顯著性系數(shù)P為0.006，呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r為-0.221，相關(guān)性較強(qiáng)。其中，高錳酸鹽指數(shù)與溶解氧的相關(guān)系數(shù)r為-0.537，相關(guān)性最強(qiáng)，說(shuō)明高錳酸鹽指數(shù)是導(dǎo)致該近海河段溶解氧超標(biāo)的主要耗氧污染物。

圖1 2023年1—5月近海河段水體溶解氧及其影響因子的濃度變化

表1 各影響因子與近海河段溶解氧濃度的相關(guān)性分析結(jié)果

2.2 降雨的影響

如圖2所示，溶解氧濃度與降雨量有明顯相關(guān)性。采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析近期溶解氧日均值變化，如表1所示。溶解氧日均濃度與日均降雨量呈負(fù)相關(guān)，顯著性系數(shù)P在0.05 級(jí)別，顯著相關(guān)，即出現(xiàn)集中且強(qiáng)度較大的降雨時(shí)，溶解氧日均濃度會(huì)明顯降低。降雨量增大時(shí)，雨水徑流量增大，管網(wǎng)溢流、地面徑流污染等因素使得雨水徑流裹挾大量的有機(jī)物匯入河流，加大流域的有機(jī)負(fù)荷。降雨期間，沖淤過(guò)程使得河底淤泥被卷吸至水體中，水體有機(jī)質(zhì)濃度急劇升高，暴雨突發(fā)事件也會(huì)導(dǎo)致水體上下層交換劇烈，造成水體缺氧。

圖2 2023年1—5月近海河段降雨量、水溫與溶解氧濃度變化趨勢(shì)

2.3 水溫的影響

水溫是影響溶解氧濃度的重要因素之一。如圖2所示，2023年1—5月，近海河段水溫呈上升趨勢(shì)。根據(jù)皮爾遜相關(guān)性分析（見(jiàn)表1），近海河段溶解氧濃度與水溫的變化趨勢(shì)總體上呈負(fù)相關(guān)，顯著性系數(shù)P為0.000，相關(guān)系數(shù)r為-0.614，相關(guān)性顯著。水體溫度上升，會(huì)降低飽和溶解氧濃度，水溫對(duì)微生物分解有機(jī)物的反應(yīng)速率有顯著影響，溫度越高，水體污染物耗氧速度越快，隨著季節(jié)變化，溫度升高會(huì)導(dǎo)致溶解氧超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)增加。

2.4 潮汐的影響

如圖3所示，近海河段溶解氧和電導(dǎo)率呈顯著的正相關(guān)。根據(jù)皮爾遜相關(guān)性分析（見(jiàn)表1），近海河段溶解氧濃度與電導(dǎo)率的顯著性系數(shù)P在0.01 級(jí)別，相關(guān)系數(shù)r為0.800，相關(guān)性極為顯著。斷面距離入?？谳^近，受到的潮汐作用較顯著，潮汐攜帶的大量氯離子導(dǎo)致該站點(diǎn)電導(dǎo)率增加。潮汐可以促進(jìn)水體混合，進(jìn)而緩解水體低氧問(wèn)題。但是，研究河段位于多支流交匯處，接納上游各支流的大量污染物，水體耗氧過(guò)程占據(jù)主導(dǎo)地位，導(dǎo)致溶解氧濃度下降。

圖3 2023年1—5月近海河段電導(dǎo)率與溶解氧濃度變化趨勢(shì)

3 結(jié)論

研究斷面屬于感潮河段，流域面積較大，水系較為復(fù)雜。研究結(jié)果表明，污染物濃度的升高會(huì)促進(jìn)水體中各有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的耗氧反應(yīng)，導(dǎo)致溶解氧濃度降低。研究河段溶解氧濃度與高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷3 個(gè)指標(biāo)的綜合污染指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r為-0.221，其與高錳酸鹽指數(shù)的相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)r為-0.537。該河段溶解氧濃度與降雨量呈負(fù)相關(guān)，出現(xiàn)集中且強(qiáng)度較大的降雨時(shí)，溶解氧濃度會(huì)明顯降低。水溫是該近海河段溶解氧濃度的一大影響因素，二者總體上呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r為-0.614，近海河段受到的潮汐作用較顯著，潮汐攜帶的大量氯離子導(dǎo)致該站點(diǎn)電導(dǎo)率增加，電導(dǎo)率與該河段溶解氧濃度的相關(guān)系數(shù)r為0.800，近海河段易發(fā)生低氧現(xiàn)象。