梅山灣流域主要入灣河流水質(zhì)評(píng)價(jià)

樓巧婷，鄭美玲，毛碩乾，林忠洲

（1.寧波海洋研究院，浙江寧波 315832；2.寧波市生態(tài)環(huán)境局北侖分局，浙江寧波 3 158322）

近年來(lái)，隨著海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類活動(dòng)通過(guò)近岸河流向海洋排放了大量的污染物，尤其是氮、磷污染物。近岸流域氮、磷元素向海域的不斷輸送引起近岸海域營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷增加，從而導(dǎo)致海洋水域富營(yíng)養(yǎng)化程度不斷嚴(yán)重，極易爆發(fā)赤潮。國(guó)內(nèi)外研究表明，陸源河流輸入是營(yíng)養(yǎng)鹽輸入的主要來(lái)源。Huang等的研究發(fā)現(xiàn)，河口輸入的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽是深圳灣水體營(yíng)養(yǎng)鹽的重要來(lái)源。因此，開展對(duì)流域河流的水體污染和富營(yíng)養(yǎng)化研究，有助于促進(jìn)了解陸源污染對(duì)于海灣的影響，對(duì)海洋生產(chǎn)安全具有重要指導(dǎo)意義。

梅山灣位于浙江省寧波市北侖區(qū)。其為南北縱長(zhǎng)11.5km，面積約7.25km2的人工封閉海域。梅山灣兩側(cè)設(shè)有多個(gè)閘門，沿岸有生產(chǎn)及生活污水不斷排入。自2018年年初起，梅山灣多次爆發(fā)赤潮，嚴(yán)重干擾了周圍人民的生產(chǎn)生活，造成地方經(jīng)濟(jì)較大損失。基于此，本文在2016年9月至2017年8月針對(duì)梅山灣入灣河口15條河流開展逐月采樣，分析水體中pH、溶解氧及無(wú)機(jī)磷、無(wú)機(jī)氮等的空間分布特征，并選用單因子和綜合污染指數(shù)法對(duì)梅山灣入灣河流水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在為進(jìn)一步完善梅山灣海域及流域綜合治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和一定的科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 樣品采集及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定

于2016 年9 月至2017 年8 月逐月對(duì)梅山灣入灣河流閘門口水體進(jìn)行采樣，采樣點(diǎn)如圖1所示。入灣河口設(shè)15個(gè)站位，分別為梅山片區(qū)8個(gè)站位（MS01-MS08）、上陽(yáng)片區(qū)6個(gè)站位（SY01-SY06）、及春曉片區(qū)1個(gè)站位（CX01）。對(duì)于河流水體樣品，采用2.5L采水器采集后裝入聚乙烯塑料瓶，當(dāng)日帶回實(shí)驗(yàn)室后立即用0.45μm 濾膜抽濾，并在-20℃環(huán)境下儲(chǔ)存。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)參數(shù)，使用HORIBA水質(zhì)儀測(cè)定水溫度、pH、鹽度等常規(guī)水質(zhì)參數(shù)。

圖1 梅山灣入灣河流采樣站位

1.2 樣品處理和分析

在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)水體樣品進(jìn)行分析，檢測(cè)方法參照國(guó)家908項(xiàng)目的《海洋化學(xué)調(diào)查技術(shù)規(guī)程》和《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》進(jìn)行，懸浮物濃度用稱量法測(cè)定，硝氮（NO3--N）采用鋅鉻還原比色法，亞硝氮（NO2--N）采用萘乙二胺分光光度法，氨氮（NH4+-N）采用次溴酸鹽氧化法，硅酸鹽（SiO32--Si）用硅鉬黃法，活性磷酸鹽（PO43--P）用磷鉬藍(lán)法，葉綠素a（chla）用丙酮萃取熒光分光光度法測(cè)定。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 單因子評(píng)價(jià)法和綜合污染指數(shù)法

在我國(guó)水質(zhì)監(jiān)測(cè)公報(bào)中普遍采用單因子評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)水體綜合水質(zhì)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和《海水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。

綜合污染指數(shù)法可以判定水體受污染程度，該方法應(yīng)用的前提是認(rèn)為各參評(píng)因子對(duì)水質(zhì)的貢獻(xiàn)基本相同，且方法的比較必須在同一類別標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行。

單項(xiàng)污染指數(shù)計(jì)算公式為：

其中Ci為污染物實(shí)測(cè)濃度（mg/L）；Si為相應(yīng)類別標(biāo)準(zhǔn)值（mg/L）。

綜合污染指數(shù)計(jì)算公式為：

其中，Pi為第i項(xiàng)單項(xiàng)污染指數(shù)；n為參評(píng)個(gè)數(shù)。最終根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果水質(zhì)進(jìn)行分級(jí)。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析與制圖

本研究所用相關(guān)圖形均使用Origin 8.0 及ArcGIS10.2 等專業(yè)軟件進(jìn)行繪制。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)Excel2010 和SPSS 19.0 軟件進(jìn)行處理和相關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 梅山灣入灣河流水質(zhì)參數(shù)空間分布特征

2.1.1 入灣河流全年站位間差異

梅山灣入灣河流閘門口全年水深為0.1～2.6m，其中梅山北排閘MS08水深最深。透明度為0.1～1.7m，透明度較高的也為梅山片區(qū)北閘MS07 和北排閘MS08。懸浮顆粒物平均濃度為38.7mg/L，范圍為3.4～286.6mg/L，全年最大平均值出現(xiàn)在MS06站位，方差分析顯示站位間存在顯著性差異（p＜0.05）。pH全年平均值為8.3，站位間存在顯著性差異（p＜0.01），全年平均值最大站位為MS08。各站位鹽度在0.1～27.4，其中MS01 站位鹽度明顯高于其他站位。各站位全年平均溶解氧濃度為7.9mg/L，各站位間差異不大。平均葉綠素a 濃度為22.5μg/L，范圍變化較大，從0.7μg/L 到233.4μg/L，其中SY06 站位的葉綠素a 變動(dòng)幅度最大，最大和最小值均在SY06站位出現(xiàn)?？偨Y(jié)而言，梅山灣入灣河流中，北排閘MS08相對(duì)水體質(zhì)量較好，水體較為清澈，上陽(yáng)馬盤碶SY01水體質(zhì)量變化較大。

營(yíng)養(yǎng)鹽的監(jiān)測(cè)結(jié)果中，各站位全年總無(wú)機(jī)氮濃度變化較大，為0.01～5.00mg/L，全年最大值出現(xiàn)在2017年1月SY04站位，全年最小值出現(xiàn)在2017年6月MS05站位，方差分析表明各站位間存在顯著性差異（p＜0.01）。各站位全年監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，NO3--N 是總無(wú)機(jī)氮的主要部分，占總無(wú)機(jī)氮的80%左右，范圍在0～4.85mg/L，全年最大值也出現(xiàn)在2017 年1 月SY04 站位。各站位全年平均NO2--N 濃度為0.04mg/L，濃度范圍為0～0.32mg/L，全年平均最大值出現(xiàn)在MS04 站位，各站位間存在顯著性差異。NH4+-N 濃度普遍較低，平均濃度為0.04mg/L，站位間差異不明顯。SiO32--Si 平均濃度為3.30mg/L，范圍變化較大，為0.02～7.85mg/L，全年最大和全年平均最大值均為SY03站位，各站位間存在顯著性差異（p＜0.01）。PO43--P 濃度為0～0.34mg/L，平均濃度為0.06mg/L，全年平均最大值為SY02站位，各站位間存在顯著性差異（p＜0.01）。

2.1.2 入灣河流水質(zhì)片區(qū)差異

不同片區(qū)全年平均水質(zhì)參數(shù)變化結(jié)果顯示，溫度和pH 在各片區(qū)差異不明顯，水深、透明度呈現(xiàn)梅山片區(qū)高于春曉片區(qū)高于上陽(yáng)片區(qū)。懸浮顆粒物在上陽(yáng)和春曉片區(qū)相近，均大于梅山片區(qū)。溶解氧在各片區(qū)呈現(xiàn)春曉片區(qū)高于上陽(yáng)片區(qū)和梅山片區(qū)。葉綠素a 濃度在梅山和春曉片區(qū)相近，均小于上陽(yáng)片區(qū)。營(yíng)養(yǎng)鹽參數(shù)中，無(wú)機(jī)氮、NO3--N 均呈現(xiàn)為上陽(yáng)片區(qū)高于春曉片區(qū)和梅山片區(qū)。梅山和春曉片區(qū)的NO2--N 濃度相近，均小于上陽(yáng)片區(qū)。三個(gè)片區(qū)的NH4+-N 濃度相近。SiO32--Si 濃度在各片區(qū)從大到小依次為春曉片區(qū)高于上陽(yáng)片區(qū)高于梅山片區(qū)。PO43--P 濃度呈現(xiàn)上陽(yáng)片區(qū)高于梅山片區(qū)和春曉片區(qū)。

2.1.3 入灣河流水質(zhì)各片區(qū)季度變化

對(duì)2016 年9 月 到2017 年8 月，累積12 個(gè)月四個(gè)季度各片區(qū)的平均結(jié)果分析，各片區(qū)水體溫度、葉綠素a 濃度均呈現(xiàn)冬季最低，后逐漸上升。鹽度在上陽(yáng)片區(qū)和梅山片區(qū)均呈現(xiàn)先下降后上升，春季最低，明月湖片區(qū)則在夏季下降。溶解氧在各片區(qū)均呈現(xiàn)為冬季最高。水深和透明度在上陽(yáng)和梅山片區(qū)季節(jié)變化不大，而明月湖片區(qū)則逐漸下降。梅山和上陽(yáng)片區(qū)pH均逐漸上身，春季最大，后下降，而明月湖片區(qū)則表現(xiàn)為秋、冬、春三季變化不大，夏季升高。懸浮顆粒物濃度在梅山和上陽(yáng)片區(qū)季節(jié)變化不大，在明月湖片區(qū)波動(dòng)較大，冬季最小，春季最大。

營(yíng)養(yǎng)鹽中，梅山和上陽(yáng)片區(qū)的總無(wú)機(jī)氮、NO3--N在冬季最大，后逐漸減小，明月湖片區(qū)則在調(diào)查期間逐漸增大，春季最大，后減小。NO2--N 和NH4+-N 濃度在上陽(yáng)片區(qū)和梅山片區(qū)逐漸減小。在明月湖片區(qū)NO2--N 濃度波動(dòng)變化，冬季最??；NH4+-N 濃度逐漸增大，春季最大，后減小。SiO32--Si 濃度在三個(gè)片區(qū)均呈現(xiàn)冬季最小后逐漸增大。PO43--P 濃度在梅山片區(qū)逐漸減小，在上陽(yáng)片區(qū)春季最小，明月湖片區(qū)則為冬季最大，后逐漸減小。

2.2 入灣河流水質(zhì)環(huán)境質(zhì)量狀況評(píng)價(jià)

2.2.1 梅山灣入灣河流單因子評(píng)價(jià)

本調(diào)查水體為河流閘門口內(nèi)水域，結(jié)合參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和《海水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，將測(cè)定的各項(xiàng)環(huán)境因子分別與上述兩種水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)涉及溶解氧、NH4+-N 兩個(gè)指標(biāo)，海水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)涉及pH、總無(wú)機(jī)氮、PO43--P、水體懸浮顆粒物濃度四個(gè)指標(biāo)。對(duì)各站位全年平均值進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)。結(jié)果得出，各條河流溶解氧、氨氮濃度基本處于Ⅱ類水質(zhì)及以上，但pH 對(duì)應(yīng)水質(zhì)類別處于II類和Ⅲ類，懸浮顆粒物濃度處于Ⅲ類水質(zhì)，總無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽基本處于劣Ⅳ類水質(zhì)。因此按照單因子評(píng)價(jià)法，各河流水質(zhì)按照水質(zhì)最差指標(biāo)確定，主要影響因素為總無(wú)機(jī)氮，其次為活性磷酸鹽。綜合計(jì)算可以得出，梅山灣入灣河流基本為劣Ⅳ類水體。其中上陽(yáng)片區(qū)主要污染物為總無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽。春曉和梅山片區(qū)則以總無(wú)機(jī)氮污染為主，活性磷酸鹽污染次之。

2.2.2 梅山灣入灣河流綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)

選取《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和《海水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，選取懸浮顆粒物濃度、溶解氧、總無(wú)機(jī)氮、NH4+-N、PO43--P 五個(gè)指標(biāo)，運(yùn)用綜合污染指數(shù)法對(duì)全年12個(gè)月15個(gè)站位累計(jì)180個(gè)站位監(jiān)測(cè)值進(jìn)行綜合污染指數(shù)計(jì)算。計(jì)算得出，梅山灣入灣河流污染程度較為嚴(yán)重，其中嚴(yán)重污染累計(jì)達(dá)到77次，重污染56站次，中度污染56站次，輕度污染18站次，污染比例達(dá)到98.88%。

對(duì)各月份各站位污染程度統(tǒng)計(jì)圖（圖2、圖3），大部分站位為重污染和嚴(yán)重污染，其中MS06 和SY06站位污染程度較為嚴(yán)重。MS07和MS08站位相對(duì)污染程度較低，可能與它們均為大閘，水體交換較多有關(guān)。全年各個(gè)月份中，2017年2月相對(duì)污染程度較低，與水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽含量下降溶解氧升高有關(guān)。

圖2 污染程度頻次按月統(tǒng)計(jì)圖

圖3 污染程度頻次按站位統(tǒng)計(jì)圖

3 結(jié)論

1）全年各站位中，MS08站位的水深和透明度普遍高于其他站位，鹽度在MS01站位最高。懸浮顆粒物濃度在MS06站位最高，但MS08站位在2017年2月顯著大于其他月份，可能受其他污染來(lái)源影響。葉綠素a 濃度則在SY06站位相對(duì)高于其他站位。營(yíng)養(yǎng)鹽方面，SY03站位的總無(wú)機(jī)氮、NO3-N 和SiO3-Si 濃度高于其他站位。MS04站位的NO2--N 濃度相對(duì)高于其他站位。

2）整體而言，梅山片區(qū)入灣河流水質(zhì)優(yōu)于上陽(yáng)片區(qū)（SY）和春曉片區(qū)（CX），主要體現(xiàn)在水深、透明度和鹽度基本呈現(xiàn)梅山片區(qū)大于上陽(yáng)片區(qū)和春曉片區(qū)。葉綠素a、營(yíng)養(yǎng)鹽則均呈現(xiàn)上陽(yáng)片區(qū)大于梅山片區(qū)和春曉片區(qū)。

3）季節(jié)變化而言，片區(qū)水體溫度、葉綠素a 濃度均呈現(xiàn)冬季最低，后逐漸上升。溶解氧呈現(xiàn)冬季最高。鹽度在上陽(yáng)片區(qū)和梅山片區(qū)均呈現(xiàn)先下降后上升，春季最低，明月湖片區(qū)則在夏季下降。水深和透明度在上陽(yáng)和梅山片區(qū)季節(jié)變化不大，而明月湖片區(qū)則逐漸下降。梅山和上陽(yáng)片區(qū)pH 均逐漸上升，春季最大，后下降，而明月湖片區(qū)則表現(xiàn)為秋、冬、春三季變化不大，夏季升高。懸浮顆粒物濃度在梅山和上陽(yáng)片區(qū)季節(jié)變化不大，在明月湖片區(qū)波動(dòng)較大，冬季最小，春季最大。

4）對(duì)河流的單因子評(píng)價(jià)得出，15條入灣河流閘門口水質(zhì)基本為劣Ⅳ類水質(zhì)，主要污染因子為總無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽。對(duì)各月份各站位的綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)得出，梅山灣入灣河流污染程度較為嚴(yán)重，大部分站位為重污染和嚴(yán)重污染，其中MS06和SY06站位污染程度較為嚴(yán)重。

5）梅山灣兩岸閘門口附近以農(nóng)田和養(yǎng)殖塘為主，針對(duì)梅山灣流域15條入灣河流水質(zhì)較差的現(xiàn)狀，其流入會(huì)造成梅山灣的污染，需嚴(yán)格控制入灣河流的開閘放水時(shí)間，減少氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入。