錢塘江河口環(huán)境要素空間分布特征的初步研究

劉冬雪，劉麗敏，曾燕燕

(浙江省河海測繪院，浙江 杭州 310008)

1 問題的提出

錢塘江水系是浙江省最大的水系，發(fā)源于安徽省休寧縣境內(nèi)，自上而下分別稱為新安江、富春江和錢塘江，干流從西向東貫穿皖南和浙北，匯入東海。在浙江省境內(nèi)干流全長583km，流域面積56960km2，多年平均徑流量達373億m3，水量充沛，是杭州的母親河，也是杭州的重要命脈。然而，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，錢塘江流域水資源水環(huán)境安全受到嚴重威脅:流域污染嚴重，水質(zhì)下降;承擔(dān)著巨大的人口壓力;水資源短缺;水土流失現(xiàn)象仍比較嚴重等。正由于作為杭州水源地的錢塘江水質(zhì)狀況不容樂觀，水體富營養(yǎng)化比較嚴重，加之河口段咸潮入侵，嚴重威脅著杭州市民的飲用水安全，因此對其進行監(jiān)測研究具有重要的現(xiàn)實意義［1-3］。同時，由于受徑流、潮流、采砂及治江圍墾等諸多自然和人為因素的影響，錢塘江的水文條件與生態(tài)環(huán)境特征也發(fā)生了變化。

為加強錢塘江流域水資源水環(huán)境的保護與利用，近年來，浙江省開展了錢塘江河口水環(huán)境及水質(zhì)生態(tài)監(jiān)測公益性項目，研究范圍覆蓋整個錢塘江河口 (富春江大壩下游至蘆潮港—鎮(zhèn)海斷面)，長約282km，兩岸分布有杭州、嘉興、紹興、寧波等城市群和富饒的杭嘉湖、蕭紹寧平原。對錢塘江流域進行大面積全面的水資源水環(huán)境監(jiān)測和研究，對飲用水源的安全性評價、水生態(tài)環(huán)境保護以及河口治理都具有重要意義。因此，本文通過研究了解錢塘江河口環(huán)境要素的空間分布特征，不僅對透明度、DO及pH進行了現(xiàn)場監(jiān)測，還對鹽度及表層沉積物粒度進行了實驗室分析，為錢塘江河口水文水環(huán)境研究提供科學(xué)依據(jù)。

2 監(jiān)測范圍及測線布置

本次監(jiān)測范圍為錢塘江河口，從富春江大壩下游至蘆潮港—鎮(zhèn)海一線，共布設(shè)25條斷面54個測點及采樣點。根據(jù)斷面的寬度不同合理布置測點，其中從桐廬至乍浦斷面，每個斷面布設(shè)2個測點;金山和伏龍山斷面各布設(shè)3個測點;金山以下斷面布設(shè)4個測點 (見圖1)。外業(yè)監(jiān)測時間選取錢塘江河口豐水期，于2011年05月16日開始，至05月25日結(jié)束。

圖1 錢塘江河口各斷面及測點布置圖

3 樣品采集及監(jiān)測方法

3.1 樣品采集方法

本次監(jiān)測對象為平均水體和表層沉積物。其中，采集平均水體樣品用積深法，即由面層開始勻速向下至底層，隨即由底層勻速向上至水面。每次取樣量不大于采樣器容積值，如遇溢出，須重新采集水樣?，F(xiàn)場測定項目完成后，將所采水樣充分混合均勻后按照相關(guān)標準的要求進行分裝保存，以備實驗室測定。表層沉積物樣品用抓斗式采樣器采集，所采表層沉積物不少于500g，裝入規(guī)定容器，以備測定。

3.2 監(jiān)測儀器及方法

主要針對錢塘江河口的6項基本環(huán)境要素進行監(jiān)測，包括水體透明度、溶解氧DO值、pH值、鹽度、表層沉積物粒度及懸浮泥沙含量，對前5項環(huán)境要素的空間分布特征進行分析研究。透明度、DO值、pH值分別采用賽克盤(Secchi disc)、便攜式溶解氧儀及便攜式酸度計進行現(xiàn)場監(jiān)測;對水體鹽度及表層沉積物粒度進行實驗室分析。水體鹽度用SYA2-2型鹽度計和硝酸銀滴定法結(jié)合測定，每個樣品重復(fù)測2次取平均值。鹽度高于2‰的樣品用鹽度計測定，低于2‰的樣品用硝酸銀滴定法測定。懸浮泥沙含量采用重量法測定。

表層沉積物用激光粒度儀測定。取適量表層沉積物樣品于燒杯中，加入10mL濃度為10%的H2O2去除樣品中的有機質(zhì)，加熱后靜置24h，然后加入10mL濃度為10%的鹽酸去除碳酸鈣，再加入10mL濃度為0.05mol/L的分散劑 ［NaPO3］6，用超聲波振蕩對樣品進行分散處理，最后用英國馬爾文公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000激光粒度儀進行測試。該儀器粒徑測量范圍為0.02～2000.00μm，粒級分辨率為0.01Φ (Φ=-log2d，式中d為用mm表示的粒徑大小)，重復(fù)測量相對誤差＜2%。根據(jù)國際上應(yīng)用較廣的伍登-溫特華斯的粒度分級方案 (2的幾何級數(shù)制，即:砂 (2.000～0.063mm)、粉砂 (0.0630～0.0039mm)和黏土(＜0.0039mm))對錢塘江河口表層沉積物進行粒度分析。

4 結(jié)果分析

4.1 錢塘江河口水體透明度的空間分布特征

水體透明度是水體能見程度的一個量度，也是評價水體富營養(yǎng)化的重要指標。相關(guān)研究表明，非生物懸浮顆粒、浮游植物和溶解性有機物是影響水體透明度的主要因子，而對于不同水體，各因子影響程度不同［4-5］。錢塘江河口水體透明度和懸浮泥沙含量的空間分布特征見圖2。結(jié)果顯示，測區(qū)水體透明度在0.1～1.4m，中、下游水體透明度低于上游水體，這是由于中、下游水體懸浮泥沙含量明顯高于上游水體，尤其是漲落潮時刻，水流紊動強度大，使泥沙快速上揚，水體懸浮泥沙含量也隨之迅速增大，從而導(dǎo)致透明度下降。因此，對于錢塘江河口各段水體，其透明度主要受非生物懸浮顆粒的影響，即懸浮物中泥沙等無機顆粒是其主要影響因素。此外，由圖2還可知，在上游段中富陽斷面2個測點的透明度值明顯低于附近其他測點值，這主要是由于上游水體懸浮泥沙含量低，而在懸浮物濃度很低時，懸浮物 (主要指無機顆粒物)對透明度的影響不顯著，此時，浮游植物和溶解性有機物是影響水體透明度的主要因素，其影響程度還需要結(jié)合葉綠素a、總氮及總磷等其他水質(zhì)指標進行后續(xù)的監(jiān)測分析。

圖2 錢塘江河口水體透明度和懸浮泥沙含量空間分布圖

4.2 錢塘江河口溶解氧 (DO)的空間分布特征

由錢塘江河口溶解氧的空間分布特征見圖3。從圖3中可知，錢塘江河口不同區(qū)段水體中，其溶解氧含量不同。其中，桐廬斷面至聞堰段面，DO值為2.0～6.4mg/L;聞堰斷面至浦沿斷面，DO值從6.4mg/L驟然上升至7.8mg/L;浦沿斷面至鎮(zhèn)海斷面，DO值為7.4～8.9mg/L。由此可見，錢塘江河口中、下游水體溶解氧值大于上游水體。溶解氧的低值區(qū)多集中在富陽至浦陽江一段，其中富陽斷面2個測點DO值最低，分別為1.9mg/L和2.0mg/L，遠低于保障大多數(shù)魚類生存所需溶解氧的最低濃度 (4.0mg/L)，不利于錢塘江水生態(tài)及水環(huán)境的保護。此外，若以O(shè)S表示飽和溶解氧、O表示當前溶解氧，則其氧虧D計算公式:

式中:飽和溶解氧OS是水溫T的函數(shù)，計算公式［6］:

式中:T以℃計。由式 (1)、(2)計算得出，富陽斷面的氧虧值最大，約為9.0mg/L。研究表明，富陽段造紙企業(yè)中大量高濃度有機物污水排入富含溶解氧的錢塘江后，有機物必定快速降解，從而大量消耗水體中的溶解氧，加之下游水質(zhì)較差的浦陽江匯入，更加劇了溶解氧的消耗。由此可見，輸入的有機物耗氧是形成富陽斷面低溶解氧現(xiàn)象的主要原因之一。另外，富陽造紙業(yè)主要為廢紙再生造紙，造紙廢水中不僅含有大量的BOD，還含有一種無機的耗氧物質(zhì)—亞硫酸鹽 (SO3-)，亞硫酸鹽進入水體后立刻與水中的溶解氧產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而消耗水體中的溶解氧。總體而言，富陽斷面的低溶解氧除了受有機耗氧物質(zhì)的影響，還受無機耗氧物質(zhì)亞硫酸鹽等的影響［7］。

圖3 錢塘江河口溶解氧空間分布圖

4.3 錢塘江河口pH值的空間分布特征

pH值體現(xiàn)了水體的酸堿性，不僅影響水體的化學(xué)和生物變化，還影響水體的自凈能力。在漁業(yè)水質(zhì)標準中，當pH值在6.50～8.50內(nèi)，水體具有抗酸堿的緩沖能力，大多數(shù)魚類和其它水生生物可以正常生長，當pH值偏離正常范圍較大時，水質(zhì)就會逐漸惡化。錢塘江河口pH值的空間分布見圖4。圖4結(jié)果顯示，中、下游水體的pH值大于7.00，偏弱堿性;上游水體的pH值相對偏小，在7.00左右，接近中性;各測點pH值在6.91～8.11，均處于正常范圍，整個測區(qū)平均pH值為7.49，適合魚類和水生生物生長。

圖4 錢塘江河口pH值空間分布圖

4.4 錢塘江河口鹽度的空間分布特征

錢塘江河口鹽度的空間分布見圖5。從整個測區(qū)的鹽度分布來看，其中上游段 (桐廬斷面至七堡斷面)鹽度變化范圍為0.050‰～1.199‰，中游段 (順壩斷面至澉浦斷面)鹽度變化范圍為4.660‰～14.854‰，下游段 (場前斷面至鎮(zhèn)海斷面)鹽度變化范圍為13.305‰～24.673‰。鹽度變化總體上呈從上游、中游至下游逐漸增大的特征。這是由于錢塘江河口是連系河流與海洋水體的過渡地帶，下泄淡水徑流與隨潮上溯的咸水在此交匯混合，從而形成河口水體鹽度的沿程變化特征。其中，測區(qū)水體最高鹽度出現(xiàn)在鎮(zhèn)海南測點為28.240‰，這是因為蘆潮港—鎮(zhèn)海斷面地處杭州灣口，鹽度分布較大程度地受浙江沿海高溫高鹽的臺灣暖流影響。與錢塘江歷史鹽度測定結(jié)果相比較，此次鹽度測定結(jié)果中，錢塘江河口中、下游水體鹽度普遍比往年的鹽度偏大，個別區(qū)段甚至高出常年均值的1倍以上，這與觀測前期整個測區(qū)降雨偏少，錢塘江、長江流域徑流減弱密切相關(guān)。此外，空間分布曲線的變化趨勢顯示，水體鹽度在七堡斷面后驟然上升，并存在2個突越點:其一為七堡斷面到順壩斷面，水體平均鹽度值從1.199‰突越至4.976‰;其二為奉賢斷面到鎮(zhèn)海斷面，水體鹽度平均值從20.927‰突越至24.673‰。這是由于錢塘江河口為強混合型河口，徑流與潮流共同作用下形成其特定的環(huán)流結(jié)構(gòu)，上游較淡水體流向海洋、下游較咸水體流向內(nèi)陸［8］。七堡斷面處于錢塘江河口的彎道處，鎮(zhèn)海斷面處于杭州灣入海口處，此2處斷面易受鹽水入侵的影響，從而形成鹽度突越。

圖5 錢塘江河口鹽度空間分布圖

4.5 錢塘江河口表層沉積物粒度組分分布特征

錢塘江河口表層沉積物粒度組分分布特征見圖6。其中，由于桐廬及窄溪區(qū)域1#、3#、4#斷面的江底表層多為卵石，除1#斷面桐廬北測點外，其他5個測點在現(xiàn)場多次采集均未采到表層沉積物樣品。據(jù)粒級劃分結(jié)果顯示，錢塘江上游 (桐廬斷面至七堡斷面)以及下游 (乍浦斷面至鎮(zhèn)海斷面)的表層沉積物主要成分為粉砂，并含少量的黏土和砂，主要因為上游段以徑流作用為主，下游及口外海濱段以潮流作用為主，二者水動力條件較弱，搬運介質(zhì)的擾動強度也較小，河床相對穩(wěn)定，故表層沉積物的主成分單一而穩(wěn)定。錢塘江流域中間段表層沉積物主要成分為粉砂和砂，且二者質(zhì)量分數(shù)相近，而黏土含量極少，甚至為零，主要因為中間段受徑流與潮流共同作用，水動力條件變化較大，河床沖淤劇烈，沉積環(huán)境不穩(wěn)定，故沉積物主成分并不單一。

小于0.063mm粒級部分代表了水體顆粒物中的粉砂和黏土部分，代表了水體沉積物中可被再懸浮的部分，也是水體懸浮物的主要成分［9］?？傮w而言，錢塘江河口表層沉積物中小于0.063mm的組分所占比例依次為:下游＞上游＞中游，這表明錢塘江河口中游表層沉積物中粗顆粒物質(zhì)較多，其原因可能與近20a來近口段和河口段上游段的大規(guī)模采沙有關(guān)［10］。可見，在錢塘江河口不同水域中，表層沉積物中粒徑小于0.063mm的組分存在分布不均勻的現(xiàn)象，因此，在進行錢塘江沉積物污染研究時，需考慮不同水域沉積物粒度組成的差異對污染物分布的影響。

圖6 錢塘江河口表層沉積物粒度組分空間分布圖

4.6 錢塘江河口環(huán)境要素的相關(guān)性分析

主要選取透明度、DO和pH值3項環(huán)境要素進行相關(guān)性分析，結(jié)果見表1。結(jié)果顯示，錢塘江河口平均水體中透明度、DO和pH值存在顯著相關(guān)性。其中，DO與pH值呈顯著正相關(guān) (P=0.718)，這可能與水體中浮游植物的生長相關(guān)。朱廣偉等［11］認為浮游植物活動對水體溶解氧的變化有較大影響，浮游植物大量生長時，會提高水體pH值，同步因植物光合作用而釋放氧氣［12］，從而增加水體中的溶解氧。此外，相關(guān)性結(jié)果顯示錢塘江河口平均水體的透明度與DO和pH值均呈現(xiàn)顯著負相關(guān)，這可能是因為水體中浮游植物的大量生長，在提高水體pH值和DO的同時還會導(dǎo)致透明度的下降［10］。

表1 錢塘江河口各環(huán)境要素的相關(guān)性分析表

5 結(jié)語

通過對錢塘江河口5項基本環(huán)境要素的空間分布特征進行分析，主要得出以下幾個結(jié)論:

(1)水體透明度在0.1～1.4m，中、下游水體透明度低于上游水體，上游富陽斷面2個測點的透明度值明顯低于附近其他測點值;(2)中、下游水體DO值大于上游水體，低值區(qū)多集中在富陽至浦陽江一段，其中富陽斷面DO值最低 (2.0mg/L)，主要受當?shù)卦旒垬I(yè)的污水排放和浦陽江的生化耗氧物質(zhì)的影響;(3)pH值在6.91～8.11，均處正常范圍，整個測區(qū)平均值為7.49;(4)鹽度變化總體上呈現(xiàn)從上游、中游至下游逐漸增大的特征，變化范圍為0.050‰～28.240‰。其中，從七堡斷面到順壩斷面以及從奉賢斷面到鎮(zhèn)海斷面，水體鹽度值有2個明顯突越;(5)上游和下游表層沉積物主要成分為粉砂，中間段主要成分為粉砂和砂。表層沉積物中小于0.063mm的組分所占比例為:下游＞上游＞中游，中游段表層沉積物中粗顆粒物質(zhì)較多;(6)錢塘江河口平均水體透明度、DO和pH值這3項環(huán)境要素之間均存在顯著相關(guān)性。

綜上所述，通過對上述5項環(huán)境要素的監(jiān)測與研究，不僅可以了解各要素在錢塘江河口的空間分布特征，還對錢塘江飲用水源的安全性評價、水生態(tài)環(huán)境保護以及河口治理都具有重要意義。

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