2013年欽州灣水質(zhì)自動監(jiān)測研究
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作者：張毅
2013年期間，利用廣西近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)成功對廣西近岸海域疑似赤潮的水質(zhì)異常情況進行預(yù)警預(yù)報共12次，為環(huán)保部門及時采取應(yīng)對和防范措施提供了有利條件。本文根據(jù)2013年在欽州灣獲取的水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了水質(zhì)變化趨勢，探討水質(zhì)異常情況頻繁發(fā)生的時間及原因，并對水質(zhì)超標(biāo)情況進行了統(tǒng)計和評價，為環(huán)境管理提供技術(shù)支持。
1 材料與方法
1.1 采樣站位
利用廣西近岸海域水質(zhì)自動監(jiān)測的海上自動監(jiān)測站，主機均為YSI6600型多參數(shù)水質(zhì)測定儀（美國），已通過國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局認(rèn)證。在欽州灣共布設(shè)3個點位（編號為GX04、GX05和GX06），其中GX04和GX05站位分別位于欽江河口和茅嶺江河口附近，GX06位于欽州港內(nèi)，自動監(jiān)測站具體布設(shè)點位見圖1。
1.2 分析項目
自動監(jiān)測站主要監(jiān)測表層(1.0 m)水質(zhì)狀況，依據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097-1997)，選擇自動站主機YSI6600多參數(shù)水質(zhì)測定儀的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)pH、溶解氧（DO，每30 min測定一組數(shù)據(jù)）以及活性磷酸鹽（每4h測定一組數(shù)據(jù)）進行分析和評價，同步監(jiān)測水溫、鹽度和葉綠素濃度（每30 min測定一組數(shù)據(jù)）。監(jiān)測數(shù)據(jù)有嚴(yán)格的質(zhì)量控制，監(jiān)測期間定期對儀器進行清洗維護、校對和比對，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。所選擇指標(biāo)的具體評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。
1.3 數(shù)據(jù)處理
調(diào)查海區(qū)各環(huán)境因子的相互關(guān)系采用Pearson相關(guān)性分析，均值差異性分析采用配對數(shù)據(jù)f檢驗，P<0.05為顯著差異，所有統(tǒng)計分析均在軟件SPSS 17.0下進行。
2 結(jié)果與討論
2.1 pH值
研究表明浮游植物生長的最優(yōu)水體的pH值為6.30-10.00，2013年欽州灣3個站點pH月均值范圍為7.53—8.21，表明海水pH適合浮游植物生長。pH值月變化趨勢見圖2。從圖2可以看出，GX04和GX05站位海域海水pH值呈現(xiàn)明顯的月變化特征，表現(xiàn)為從1月份開始逐漸降低，到7、8月達(dá)到最低值，之后開始回升，其中GX04（5、7、8、9、11、12月）和GX05（7、8、11月）站位海域海水pH值低于一、二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下限(pH=7.8)。而GX06站位海域沒有明顯的月變化特征，最低值和最高值相差僅為0.25，最高值出現(xiàn)在1月和4月，最低值出現(xiàn)在8月，月均值均達(dá)到一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
pH值季節(jié)變化趨勢見圖3。從圖3可以看出，3個站位海域海水pH值均表現(xiàn)為春、冬季大于夏、秋兩季，其中GX04和GX05站位季節(jié)變化比較明顯，夏季pH值最低，春、冬季節(jié)pH值最高，秋季次之。GX04站位海域pH值在春、冬兩季達(dá)到一類水質(zhì)要求，夏、秋兩季降到三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。GX05站位海域除了夏季為三類水質(zhì)，其他三季均為一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。GX06站位海域全年均為一類水質(zhì)。
海水pH值是海洋生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵因子，即使細(xì)微的變化也將會對海洋化學(xué)造成深刻的影響。大氣CO2濃度、海水溫度以及降雨量均會對pH造成影響。不同地理環(huán)境下影響海水pH值變化的主要因素也有所不同，例如在南海北部海水pH與海水水溫呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)，而在浙江南部海域的pH與光合作用的相關(guān)性則更加明顯。將監(jiān)測因子之間做相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)在GX04和GX05號站位海水pH和鹽度呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)（P<O.Ol），GX06站位海水pH和鹽度也呈顯著性負(fù)相關(guān)(P<0.05)。由于GX04和GX05站位海域均位于河口附近，夏季為豐水期，徑流人海通量比其他季節(jié)都大，另外夏、秋季節(jié)降雨頻次以及降雨量較大，降水作用也會引起人海淡水徑流量及其攜帶的污染物增加，從而降低了海水的pH。另外，GX06號站位位于欽州港內(nèi)，受港內(nèi)船只、人類排放物的混合污染源影響較大，受河流輸入的影響相對減弱，所以海水pH季節(jié)變化相對較小。
2.2 溶解氧
2013年欽州灣3個站點溶解氧月均值范圍為5.72-9.47 mg/L，溶解氧月均值變化趨勢見圖4。3個站位海域海水溶解氧呈現(xiàn)明顯的周年變化特征，表現(xiàn)為從1月份開始逐漸降低，到8、9月達(dá)到最低值，之后開始回升，其中GX05(8、9月)和GX06(9月)站位海域海水溶解氧低于一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下限，其余均達(dá)到一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。溶解氧季節(jié)變化趨勢見圖5，3個站點也有明顯的季節(jié)變化，表現(xiàn)為夏季最低，冬季最高，春季和秋季大致相當(dāng)。3個站位溶解氧季均值均達(dá)到一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
海水中的溶解氧主要來源于海氣界面氧的溶解以及水中浮游植物的光合作用，而耗氧過程則主要是通過水生生物的呼吸作用和有機物質(zhì)的降解過程。溶解氧含量是衡量水質(zhì)的重要指標(biāo)之一，它可以直接反應(yīng)生物的生長狀況和水體的污染程度。將各站點海水水溫與溶解氧做相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)兩者呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。所以欽州灣海水溶解氧含量主要取決于它在水中的溶解度，欽州灣屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季水溫較高，有時可達(dá)30℃以上，溶解氧的飽和度降低，造成海水的溶解氧濃度降低。生物活動包括浮游生物的呼吸耗氧和浮游植物的光合作用等，也是影響溶解氧含量的一個重要因素，而葉綠素a是反映水體初級生產(chǎn)者（浮游植物）生物量的重要指標(biāo)，因此這里通過分析溶解氧與葉綠素a的相關(guān)性來討論生物活動對溶解氧分布的影響。將溶解氧與葉綠素a做相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)兩者呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）。葉綠素高，表明浮游植物生長旺盛，可以釋放出大量氧氣，研究發(fā)現(xiàn)，赤潮發(fā)生時，海水中的溶解氧、pH和葉綠素存在同步升高的現(xiàn)象，然而從溶解氧的年際變化來看，溶解氧和葉綠素呈顯著的負(fù)相關(guān)，這很可能是因為浮游植物在高溫夏季大量生長而在低溫冬季生物量低的周年變化特征有關(guān)，也可能是浮游植物在生長繁殖過程中降解有機質(zhì)和消耗氧氣量大于釋放氧氣量的緣故。另外在河口附近，由徑流攜帶而來的營養(yǎng)物質(zhì)在促使浮游植物大量繁殖的同時，消亡過程大于生長過程。所以欽州灣海水中的溶解氧含量主要取決于水溫的變化，其次與浮游植物消耗以及海水中有機質(zhì)的分解有關(guān)。
2.3 活性磷酸鹽（以磷計）
2013年欽州灣GX04和GX06站位活性磷酸鹽( 以磷計)月均值范圍為0.002 3-0.027 9 mg/L，月均值變化趨勢見圖6。2個站點磷酸鹽在各月份之間的變化明顯，GX04站位海域在8月達(dá)到最高值，7月值最低，其中3、4、8、9、10月月均值達(dá)到二類標(biāo)準(zhǔn)，其余月份均滿足一類水質(zhì)要求；GX06站位海域在1月達(dá)到最高值，7月值最低，12個月份均滿足一類水質(zhì)要求�；钚粤姿猁}季節(jié)變化趨勢見圖7。GX04站位季均值表現(xiàn)為春季>夏季>秋季>冬季，而GX06站位季均值表現(xiàn)為冬季>秋季>春季>夏季。2個站位海域活性磷酸鹽季均值均達(dá)到一類水質(zhì)要求。
對某一自然海域，營養(yǎng)鹽的輸入主要有3種方式，大氣沉降、水平輸送和垂直混合，營養(yǎng)鹽是否受河流或大氣沉降的影響可以用鹽度的相互關(guān)系進行評價。由相關(guān)性分析可知，活性磷酸鹽與鹽度呈現(xiàn)顯著性負(fù)相關(guān)(P<0.05)，表明海水中的活性磷酸鹽主要以河流輸送為主，另外位于河口附近的GX04站位海水的磷酸鹽遠(yuǎn)大于欽州港的GX06站位，也說明了河流輸送的影響。
2.4 短期水質(zhì)異常情況分析
藻類生長與水體中的多種環(huán)境因子密切相關(guān)，如營養(yǎng)鹽、光照強度、水溫、pH和DO等。有研究表明，在富營養(yǎng)化水體中，pH、DO與葉綠素存在相關(guān)性，通過對pH、DO與藻類數(shù)量的實時監(jiān)測，可以對水華或赤潮進行預(yù)測和預(yù)警。根據(jù)廉州灣赤潮自動監(jiān)測結(jié)果分析，李天深等提出當(dāng)自動站溶解氧數(shù)據(jù)大于8 mg/L，葉綠素數(shù)據(jù)大于10μg/L，且兩者呈現(xiàn)同步升高趨勢時，可大致判定為赤潮發(fā)生的前兆。應(yīng)密切關(guān)注數(shù)據(jù)變化動向，及時作出應(yīng)急預(yù)案。
在2013年4月18-23日以及5月31日-6月3日，欽州灣出現(xiàn)海水水質(zhì)異常情況，GX06號自動監(jiān)測站pH、溶解氧及葉綠素的監(jiān)測值分別出現(xiàn)不同程度的同步升高現(xiàn)象，部分時段pH超三類水質(zhì)，溶解氧明顯過飽和。經(jīng)過現(xiàn)場監(jiān)測和調(diào)查，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常是由浮游植物大量增殖所引起，其中5月31日-6月3日浮游植物優(yōu)勢種為中肋骨條藻（4.5x105個1L），未達(dá)到赤潮閾值。受前期降雨量增加的影響，人海淡水徑流量及其攜帶的污染物增加，加上氣溫升高和光照增強等綜合因素的影響，浮游植物大量增殖，海水pH、溶解氧和葉綠素明顯增高的異常現(xiàn)象。隨著海水中營養(yǎng)鹽的消耗，浮游植物逐漸消亡，pH、溶解氧和葉綠素濃度趨于正常。
因此，海水自動站如同環(huán)保工作者的“千里眼”，能夠隨時關(guān)注水質(zhì)動向。然而“千里眼”也不是萬能的，它所監(jiān)測因子有限，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)有異常情況時，應(yīng)立即到現(xiàn)場進行監(jiān)測，分析水質(zhì)異常原因，及時做出對策。
3 結(jié)論
pH呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征，主要表現(xiàn)為春、冬季大于夏、秋兩季。G204站位（春季和冬季）、GX05站位（春、秋和冬季）、GX06站位(全年)pH值達(dá)到一類水質(zhì)要求，GX04站位（夏季和秋季）、GX05站位（夏季）海域pH值降到三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
溶解氧呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征，表現(xiàn)為夏季最低，冬季最高，春季和秋季大致相當(dāng)。3個站位溶解氧季均值均達(dá)到一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。欽州灣海水中的溶解氧含量主要取決于水溫的變化，其次與浮游植物消耗以及海水中有機質(zhì)的分解有關(guān)。
GX04站位季均值表現(xiàn)為春季>夏季>秋季>冬季，而GX06站位季均值表現(xiàn)為冬季>秋季>春季>夏季。2個站位海域活性磷酸鹽季均值均達(dá)到一類水質(zhì)要求�；钚粤姿猁}與鹽度呈顯著性負(fù)相關(guān)，表明海水中的活性磷酸鹽主要以河流輸送為主。
4摘 要：根據(jù)2013年欽州灣的水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果，對其水質(zhì)變化趨勢進行了分析，并對其水質(zhì)超標(biāo)情況進行了統(tǒng)計和評價。結(jié)果表明：pH月均值范圍為7.53-8.21，呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化，主要表現(xiàn)為春、冬兩季高于夏、秋兩季。海水pH值和鹽度相關(guān)性明顯，表明鹽度受河流輸入影響較大。溶解氧(DO)月均值范圍為5.72-9.47 mg/L，呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征，表現(xiàn)為夏季最低，冬季最高，春、秋季大致相當(dāng)。溶解氧季均值均達(dá)到一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。其中GX04和GX06站位活性磷酸鹽(DIP)月均值范嗣為0.002 3-0.027 9 mg/L，GX04站位季均值表現(xiàn)為春季>夏季>秋季>冬季，而GX06站位季均值表現(xiàn)為冬季>秋季>春季>夏季。GX04和GX06站位活性磷酸鹽季均值均達(dá)到一類水質(zhì)要求�；钚粤姿猁}與鹽度呈顯著性負(fù)相關(guān)(P<0 05)，表明海水中的活性磷酸鹽主要以河流輸送為主。
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