山東省威海市劉公島周邊海域海水質(zhì)量評(píng)價(jià)

摘要：為全面系統(tǒng)掌握劉公島周邊海域海水質(zhì)量狀況，為水環(huán)境管理和科學(xué)合理用海提供數(shù)據(jù)支撐，本文根據(jù)劉公島周邊海域20站位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用單因子污染指數(shù)法、有機(jī)污染指數(shù)法、營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法進(jìn)行了海水質(zhì)量評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：劉公島周邊海域的pH、溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（COD）、無機(jī)氮、活性磷酸鹽的單因子污染指數(shù)均小于1，均符合海水一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；有機(jī)污染指數(shù)A的范圍為-0.48～0.08，平均值為-0.26，整體水質(zhì)狀況良好；營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)E的范圍為0.02～0.10，平均值為0.04，均為貧營(yíng)養(yǎng)化；表層重金屬綜合污染指數(shù)WQI的范圍為0.29～0.50，平均值為0.43，整體屬于清潔水平。

關(guān)鍵詞：海水質(zhì)量評(píng)價(jià)；周邊海域；劉公島；山東省威海市

中圖分類號(hào)：F124.5;P74" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " doi：10.12128/j.issn.1672-6979.2024.12.001

引文格式：袁星芳，楊明爽，李恒猛，等.山東省威海市劉公島周邊海域海水質(zhì)量評(píng)價(jià)［J］.山東國土資源，2024，40（12）：1-7.YUAN Xingfang，YANG Mingshuang，LI Hengmeng， et al. Evaluation of Seawater quality in the Surrounding Waters of Liugong Island in Weihai City in Shandong Province［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（12）：1-7.

0引言

威海市北、東、南三面環(huán)海，海岸線總長(zhǎng)986km，約占山東省海岸線總長(zhǎng)的1/3，全國海岸線總長(zhǎng)的1/18，岸線曲折，岬灣交錯(cuò)，擁有各類岬角20余個(gè)、各類海灣30余個(gè)、大小島嶼104個(gè)，劉公島為威海市最大的島嶼，其周邊海灣威海灣是威海市航運(yùn)、漁業(yè)發(fā)展的主要灣區(qū)，是威海市實(shí)現(xiàn)中心崛起、兩軸支撐、環(huán)海發(fā)展、一體化布局戰(zhàn)略的重要支撐。因此，保護(hù)好劉公島周邊海域生態(tài)環(huán)境對(duì)于戰(zhàn)略布局的實(shí)施和漁業(yè)資源的發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義［1］。

近年來，隨著威海灣功能的進(jìn)一步擴(kuò)展，劉公島周邊海域生態(tài)環(huán)境越來越受到社會(huì)各界的關(guān)注，而海水質(zhì)量狀況是客觀反映劉公島周邊海域生態(tài)環(huán)境的重要指標(biāo)［2］。因此，本文采用單因子污染指數(shù)法、有機(jī)污染指數(shù)法、營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法［3-19］，全面系統(tǒng)分析其海水質(zhì)量狀況，以期為劉公島周邊海域水環(huán)境管理和科學(xué)合理用海提供必要數(shù)據(jù)依據(jù)。

1樣品采集與測(cè)試方法

1.1樣品采集

為分析劉公島周邊海域海水質(zhì)量狀況，2022年5月在其周邊海域布設(shè)20站位進(jìn)行海水樣品采集，具體位置分布見圖1。

1.2測(cè)試方法

根據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB3097—1997）》［20］，對(duì)劉公島周邊海域海水進(jìn)行分析測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目包括：嗅和味、懸浮物質(zhì)、pH、溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、無機(jī)氮、活性磷酸鹽、汞、鎘、鉛、六價(jià)鉻、砷、銅、鋅、鎳等。海水樣品采集［21］、貯存、運(yùn)輸和預(yù)處理嚴(yán)格按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范（GB17378.4—2007）》、《海洋調(diào)查［22］規(guī)范（GB/T12763.4—2007）》的有關(guān)規(guī)定和要求執(zhí)行。

2海水質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.1評(píng)價(jià)方法

本次采用單因子污染指數(shù)法、有機(jī)污染指數(shù)法和營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法進(jìn)行海水質(zhì)量評(píng)價(jià)，應(yīng)用綜合污染指數(shù)法進(jìn)行重金屬污染綜合評(píng)價(jià)。

2.1.1評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外目前使用的標(biāo)準(zhǔn)分為兩類：一類為海水天然背景值；一類為國家制定的海水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［5］。調(diào)查海域目前難以確定海水天然背景值，因而本次選用《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB3097—1997）的一類標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法計(jì)算公式（1）［3-6］為：

式中：Pi—某因子的污染指數(shù)；Ci—某因子的實(shí)測(cè)濃度；Cio—某因子的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)pH的特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)值為7.8～8.5，其評(píng)價(jià)模式為公式（2）—公式（4）：

式中：SpH—pH的污染指數(shù)，pH—本次的實(shí)測(cè)值；pHsu—pH標(biāo)準(zhǔn)的上限值；pHsd—pH標(biāo)準(zhǔn)的下限值。

溶解氧（DO）評(píng)價(jià)公式（5）為：

式中：DO—溶解氧的實(shí)測(cè)值（mg/L）；DOf—現(xiàn)場(chǎng)水溫計(jì)氯度條件下水中氧的飽和含量（mg/L）；DOs—溶解氧的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值（mg/L）。

2.1.3有機(jī)污染指數(shù)法

有機(jī)污染指數(shù)法計(jì)算公式（6）［5，13］如下：

式中：CODi、DINi、DIPi、DOi分別為化學(xué)需氧量（COD）、無機(jī)氮、活性磷酸鹽及溶解氧（DO）的實(shí)測(cè)值；CODo、DINo、DIPo、DOo分別為化學(xué)需氧量（COD）、無機(jī)氮、活性磷酸鹽及溶解氧（DO）的海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值。水質(zhì)有機(jī)污染程度分級(jí)見表1。

2.1.4營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法

富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)（E）［9-11］是衡量海水富營(yíng)養(yǎng)化水平的重要因子見公式（7）：

式中：E為營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)；CCOD、CDIN、CDIP分別為海水中的化學(xué)需氧量、無機(jī)氮、活性磷酸鹽的含量（mg/L）。水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)化水平評(píng)價(jià)分級(jí)見表2。

2.1.5綜合污染指數(shù)法

目前，對(duì)于海域重金屬污染評(píng)價(jià)方法不盡相同，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)也不盡統(tǒng)一。本文選用綜合污染指數(shù)法對(duì)海水水質(zhì)進(jìn)行污染評(píng)價(jià)［5，12，15］，其計(jì)算公式（8～9）如下：

式中：Cif、Cis、Cin分別為某金屬i的單項(xiàng)指數(shù)、第i站位重金屬的實(shí)測(cè)值、一類重金屬含量的標(biāo)準(zhǔn)限制；n為參與評(píng)價(jià)的金屬元素總數(shù)，當(dāng)Cif≤1時(shí)，表示海水中重金屬含量符合標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)Cif＞1時(shí)，表示海水中重金屬含量超過標(biāo)準(zhǔn)限值；WQI為海水重金屬綜合污染指數(shù)，污染程度評(píng)價(jià)分級(jí)見表3。

2.2評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2.1單因子污染結(jié)果

劉公島周邊海域主要污染因子評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。

pH：變化范圍為8.13～8.20，呈上下波動(dòng)之勢(shì)，基本保持穩(wěn)定，平均值為8.17，呈堿性，11、12、15站位最高，1、17站位最低。以海水一類水質(zhì)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，pH污染指數(shù)范圍為0.143～1.000，平均值為0.527，說明20站位pH均符合海水一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

溶解氧（DO）：變化范圍為9.180～10.400 mg/L，平均值為9.723 mg/L，8站位最高，19站位最低。以海水一類水質(zhì)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，溶解氧污染指數(shù)范圍為0.005～0.257，平均值為0.133，說明20站位溶解氧值均符合海水一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

化學(xué)需氧量（COD）：反映海水受還原物質(zhì)污染的程度，其值的高低直接反映海水質(zhì)量的好壞［23-26］。變化范圍為0.792～1.600 mg/L，平均值為1.196 mg/L，6站位最高，9站位最低。以海水一類水質(zhì)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)需氧量污染指數(shù)范圍為0.396～0.800，平均值為0.598，說明20站位化學(xué)需氧量值均符合海水一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

無機(jī)氮（DIN）：是海洋浮游植物生長(zhǎng)繁殖所必需的營(yíng)養(yǎng)鹽，若濃度過低，將降低海洋初級(jí)生產(chǎn)力；若濃度過高，將導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化和赤潮發(fā)生，破壞海洋生態(tài)環(huán)境［26］。區(qū)內(nèi)無機(jī)氮變化范圍為0.0926～0.184 0 mg/L，平均值為0.1316 mg/L，4站位最高，3站位最低。以海水一類水質(zhì)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，無機(jī)氮污染指數(shù)范圍為0.463～0.920，平均值為0.658，說明20站位無機(jī)氮值均符合海水一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

活性磷酸鹽（DIP）：是海洋浮游植物繁殖和生長(zhǎng)不可缺少的營(yíng)養(yǎng)鹽，反映海水中有機(jī)物被利用的程度和生物新陳代謝的活動(dòng)規(guī)律［27］。區(qū)內(nèi)活性磷酸鹽變化范圍為0.0007～0.0021 mg/L，平均值為0.0010 mg/L，2站位最高，5、8、10站位最低。以海水一類水質(zhì)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，活性磷酸鹽污染指數(shù)范圍為0.0473～0.1400，平均值為0.0689，說明20站位活性磷酸鹽值均符合海水一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2有機(jī)污染狀況

劉公島周邊海域有機(jī)污染指數(shù)A的范圍為-0.48～0.08，平均值為-0.26，污染程度分級(jí)為1級(jí)，水質(zhì)良好（圖2）。A值＜0的站位分布較多，占取樣總數(shù)的90%，說明區(qū)內(nèi)大部分海域水質(zhì)良好。A值為0～1的站位零星分布，僅有4和18號(hào)，占取樣總數(shù)的10%，說明劉公島北部和劉公島養(yǎng)殖場(chǎng)南部的局部海域水質(zhì)較好，可能受周邊海水養(yǎng)殖影響。整體來說，劉公島周邊海域水質(zhì)狀況良好，未受有機(jī)物污染。

2.2.3營(yíng)養(yǎng)化水平

營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)反映水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，若營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)過高，將導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化，造成浮游生物過度繁殖，進(jìn)而誘發(fā)赤潮［3-5］。劉公島周邊海域營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)E的范圍為0.02～0.10，平均值為0.04，營(yíng)養(yǎng)化水平分級(jí)為1級(jí)，為貧營(yíng)養(yǎng)化，說明劉公島周邊海域海水適合浮游生物繁育和生長(zhǎng)（圖3）。整體呈現(xiàn)近岸向遠(yuǎn)海營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)降低的趨勢(shì)，但局部海域受海水養(yǎng)殖影響，營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)略有增加。

2.2.4綜合污染程度

（1）重金屬含量分布特征。

含量分布特征：重金屬含量由大到小順序?yàn)殇\（Zn）＞銅（Cu）＞鎳（Ni）＞砷（As）＞鉻（Cr）＞鎘（Cd）＞鉛（Pb）＞汞（Hg）。且所有監(jiān)測(cè)站位中汞（Hg）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鎳（Ni）含量均低于國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，說明劉公島周邊海域海水水質(zhì)未受重金屬污染。

空間分布特征：汞、砷元素含量呈西高東低的趨勢(shì)，即由近岸向遠(yuǎn)海濃度逐漸降低，說明其與近岸人類工程活動(dòng)息息相關(guān)；鉛元素含量呈西北低東南高的趨勢(shì)，說明其可能與近海養(yǎng)殖以及船舶行駛相關(guān)；鋅、銅、鉻、鎳元素含量呈西南低東北高的趨勢(shì)，說明其可能與劉公島東北部海域養(yǎng)殖區(qū)分布有關(guān)；鎘元素含量呈西北高東南低的態(tài)勢(shì)，即由近岸向遠(yuǎn)海濃度逐漸降低，說明其與近岸人類工程活動(dòng)有關(guān)（圖4）。

（2）重金屬污染評(píng)價(jià)。

劉公島周邊海域海水表層重金屬綜合污染指數(shù)WQI值為0.29～0.50，平均值為0.43，WQI均小于1，污染程度分級(jí)為1級(jí)，說明劉公島周邊海域海水未受重金屬污染，整體屬于清潔水平（圖5）。

3結(jié)論

（1）劉公島周邊海域的pH、溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（COD）、無機(jī)氮、活性磷酸鹽的單因子污染指數(shù)均小于1，符合海水一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）劉公島周邊海域的有機(jī)污染指數(shù)A的范圍為-0.48～0.08，平均值為-0.26，污染程度分級(jí)為1級(jí)，說明劉公島周邊海域水質(zhì)狀況良好，未受有機(jī)物污染。

（3）劉公島周邊海域的營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)E的范圍為0.02～0.10，平均值為0.04，均為貧營(yíng)養(yǎng)化，說明劉公島周邊海域海水適合浮游生物繁育和生長(zhǎng)。

（4）劉公島周邊海域海水表層重金屬綜合污染指數(shù)WQI的范圍為0.29～0.50，平均值為0.43，WQI均小于1，說明劉公島周邊海域海水未受重金屬污染，整體屬于清潔水平。

（5）為保護(hù)劉公島周邊海域生態(tài)環(huán)境，建議加強(qiáng)陸域污水管網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)，實(shí)施嚴(yán)格的陸源排放總量控制，禁止各類污水肆意排放入海，優(yōu)化沿岸海域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，規(guī)范沿岸居民行為。加快建設(shè)海洋環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)近岸海域環(huán)境質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控和在線預(yù)警。劉公島周邊海域養(yǎng)殖區(qū)分布較密集，建議優(yōu)化網(wǎng)箱養(yǎng)殖模式，減少對(duì)周邊海域生態(tài)環(huán)境的破壞。

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Abstract：In order to comprehensively and systematically learn present conditon of the seawater quality in the surrounding waters of Liugong Island， and provide data support for water environment management and scientific and rational use of the sea， by using single factor pollution index method， organic pollution index method， eutrophication index method， and comprehensive pollution index method， seawater quality has been evaluated based on monitoring data from 20 stations in the surrounding waters of Liugong Island. It is "showed that the single factor pollution indices of pH， dissolved oxygen （DO）， chemical oxygen demand （COD）， inorganic nitrogen， and active phosphate in the surrounding waters of Liugong Island are all less than 1. It can meet the first-class seawater quality standards. The range of organic pollution index A is -"0.48～0.08， the average value is -"0.26. The overall water quality is good. The range of nutritional index E is 0.02～0.10， the average value is 0.04， and all are malnutrition. The comprehensive pollution index （WQI） of surface heavy metals ranges from 0.29 to 0.50， the average value is 0.43， and is in an overall clean level.

Key words：Seawater quality assessment；surrounding sea area；Liugong Island; Weihai city in Shandong province

收稿日期：20240103；修訂日期：20240117；編輯：曹麗麗

基金項(xiàng)目：山東省地質(zhì)勘查項(xiàng)目，山東省自然資源廳，山東省威海市劉公島及周邊海域綜合地質(zhì)調(diào)查，魯勘字〔2021〕54號(hào)

作者簡(jiǎn)介：袁星芳（1990—），女，山西大同人，高級(jí)工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作；E-mail：lywhyxf@163.com

*通訊作者：楊明爽（1974—），男，山東煙臺(tái)人，研究員，主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作；E-mail：1396590274@qq.com