黃徐, 羅歡, 吳瓊, 韓春陽(yáng), 黑亮

不同方法評(píng)價(jià)深圳灣富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的研究

黃徐, 羅歡, 吳瓊, 韓春陽(yáng), 黑亮*

水利部珠江河口動(dòng)力學(xué)及伴生過(guò)程調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院, 廣州 510610

首先運(yùn)用單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)深圳灣氮磷污染程度, 結(jié)果表明, 以三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn), 所有監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的PIDIN和PIDIP幾乎都大于1, 顯然各個(gè)站點(diǎn)的DIN和DIP均超過(guò)三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 且各個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的PIDIN和PIDIP平均值都呈現(xiàn)出外灣向內(nèi)灣逐漸增大的趨勢(shì), 可以看出深圳灣氮磷污染呈現(xiàn)外灣向內(nèi)灣逐漸加重的趨勢(shì)。再運(yùn)用富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法、潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式及營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法對(duì)深圳灣富營(yíng)養(yǎng)化程度進(jìn)行評(píng)價(jià), 結(jié)果表明所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的E值都大于1, NQI均大于3, 顯然所有監(jiān)測(cè)站點(diǎn)均呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài), 且各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的E值和NQI幾乎都呈現(xiàn)外灣向內(nèi)灣逐漸增大的趨勢(shì), 表明深圳灣富營(yíng)養(yǎng)化程度呈現(xiàn)外灣向內(nèi)灣逐漸加重的趨勢(shì)。最后運(yùn)用模型模擬深圳灣豐枯水期富營(yíng)養(yǎng)化程度, 并用營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法計(jì)算模型結(jié)果, 結(jié)果顯示所有區(qū)域NQI均大于3, 表明不管枯水期還是豐水期, 深圳灣基本處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)?？菟贜QI最大值為22, 最小值為3; 豐水期NQI最大值為23, 最小值為4, 表明豐水期深圳灣的富營(yíng)養(yǎng)化程度較枯水期更為嚴(yán)重; 不管枯水期還是豐水期, 外灣的NQI基本在5左右, 而內(nèi)灣NQI基本都大于外灣, 因此內(nèi)灣的富營(yíng)養(yǎng)化程度較外灣更為嚴(yán)重; 枯水期漲潮時(shí)NQI最大值為22, 落潮時(shí)NQI最大值為21; 豐水期漲潮時(shí)NQI最大值為23, 落潮時(shí)NQI最大值為22, 因此漲潮時(shí)深圳灣的富營(yíng)養(yǎng)化程度較落潮時(shí)更為嚴(yán)重。所有結(jié)果均表明深圳灣已呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài), 因此治理深圳灣富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題刻不容緩。

單因子指數(shù)法; 氮磷污染; 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法; 潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式; 營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展, 環(huán)境污染問(wèn)題也日益突出, 而環(huán)境與人們的生活息息相關(guān), 環(huán)境持續(xù)惡化對(duì)人們生活產(chǎn)生了很大影響, 尤其水污染問(wèn)題日益顯著, 工業(yè)廢水及生活污水大量排放大大加重了水污染問(wèn)題, 而這些污染水體中尤以氮磷污染物居多, 氮磷污染是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要成因, 大量工業(yè)廢水和生活污水直接或間接排入是導(dǎo)致各水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵因素。深圳灣位處珠江口, 存于深圳和香港之間, 是一個(gè)半封閉海灣, 且灣內(nèi)水深較淺, 水動(dòng)力條件較差[1]。近幾十年來(lái)深圳和香港的快速發(fā)展給深圳灣輸入了大量污染物, 使深圳灣水環(huán)境問(wèn)題日益明顯[2], 尤其富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題一直尚未解決, 1981年以來(lái)深圳灣赤潮問(wèn)題已經(jīng)發(fā)生了三十多次[3–6], 影響了深圳灣生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定, 也進(jìn)一步影響了深圳及香港的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

為了解水體富營(yíng)養(yǎng)化程度, 國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了深入的研究, 并提出了一些評(píng)價(jià)方法和模型[7–10], 想以此為依據(jù)更為客觀(guān)的表征水體富營(yíng)養(yǎng)化程度, 預(yù)測(cè)水質(zhì)變化趨勢(shì), 從而為科學(xué)治理水環(huán)境問(wèn)題提供依據(jù)。至今為止國(guó)內(nèi)外對(duì)于水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法有幾十種, 國(guó)際上也未對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法進(jìn)行統(tǒng)一, 目前國(guó)內(nèi)采用的主要是第一代富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法, 如單因子指數(shù)法、綜合指數(shù)法[11–12]、富營(yíng)養(yǎng)化模糊評(píng)判模型[13]、主要成分分析法及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法,其中綜合指數(shù)法包括富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法(EIM)和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法(NQI)等[14]。而國(guó)外主要采用以富營(yíng)養(yǎng)化特征為基礎(chǔ)兼顧生態(tài)系統(tǒng)所受壓力和相應(yīng)趨勢(shì)的第二代評(píng)價(jià)方法, 如美國(guó)的ASSETS[15]和歐盟的OSPAR-COMPP等。富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題是由各個(gè)污染因子綜合形成的, 用單個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)不能較為全面的反應(yīng)富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題, 因此綜合指數(shù)法是如今運(yùn)用最廣泛的方法[16]。圍繞深圳灣富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題, 國(guó)內(nèi)學(xué)者也作出了相關(guān)研究[17–19], 但運(yùn)用的方法都比較單一, 不能更為全面的說(shuō)明深圳灣的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題, 而本文擬采用單因子指數(shù)法、富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法、潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式及富營(yíng)養(yǎng)化質(zhì)量指數(shù)法, 將多種方法的結(jié)果結(jié)合共同研究深圳灣的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題; 并在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上模擬深圳灣豐/枯水期各污染指標(biāo)的變化情況, 再運(yùn)用營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法分析研究豐水期和枯水期不同水文條件下深圳灣富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。

1 材料、分析與評(píng)價(jià)方法

1.1 深圳灣監(jiān)測(cè)與分析

本文采用海洋局2017年3月、5月、8月、10月及2018年3月、6月和9月共七期水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表征深圳灣水體富營(yíng)養(yǎng)化特征, 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位圖如圖1所示。主要分析指標(biāo)為無(wú)機(jī)氮(DIN)、活性磷酸鹽(DIP)、化學(xué)耗氧量(CODMn)和葉綠素-a(Chl.a)。

1.2 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法

1.2.1 單因子指數(shù)法(SFI)

單因子指數(shù)法(SFI)是將海水中某污染物實(shí)測(cè)含量與該污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比, 以確定污染類(lèi)別的方法[9], 公式為:

式中: PIi為某點(diǎn)位污染物i的污染指數(shù); Ci為污染物i的實(shí)測(cè)值; S0i為污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097-1997)。由于富營(yíng)養(yǎng)化的主要成因是氮磷污染物含量超標(biāo), 因此本文僅對(duì)無(wú)機(jī)氮(DIN)和活性磷酸鹽(DIP)進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)。若PIi≤1, 則表明該點(diǎn)位營(yíng)養(yǎng)鹽i的含量符合該類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 若PIi≥1, 則表明該點(diǎn)位營(yíng)養(yǎng)鹽i的含量超過(guò)該類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

Figure 1 Distribution map of Shenzhen Bay conventional monitoring site (Shenzhen Ocean Bureau)

1.2.2 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法(EIM)

富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法(EIM)是由日本的岡氏友利于1972年首次提出, 后來(lái)由國(guó)內(nèi)學(xué)者鄒景忠等[7]將之引入, 結(jié)合我國(guó)海灣水體的實(shí)際情況并參考我國(guó)水質(zhì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將其進(jìn)行了優(yōu)化, 確定為:

式中:為富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù);C、C、C為COD、DIN、DIP的含量(單位均為mg·L-1)。若≥1, 則表明該水體為富營(yíng)養(yǎng)化水體, 富營(yíng)養(yǎng)化的程度取決于值的大小,越大富營(yíng)養(yǎng)化程度越大。

1.2.3 潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式(PEAM)

水中浮游植物一般按照氮磷摩爾比約為16: 1的值來(lái)攝取營(yíng)養(yǎng)鹽, 因此肯定由一部分氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽相對(duì)過(guò)剩, 根據(jù)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法的計(jì)算方法, 相對(duì)過(guò)剩的營(yíng)養(yǎng)鹽會(huì)使被評(píng)價(jià)海域營(yíng)養(yǎng)化水平升高, 然而該營(yíng)養(yǎng)鹽并未被浮游植物消耗, 也未對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響, 因此只能被視作具有潛在性, 據(jù)此, 郭衛(wèi)東等提出了一種可體現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)鹽限制的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法, 即潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式(PEAM)[20]。該模式把富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)分為9個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí), 其劃分原則如表1所示。

表1 潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式營(yíng)養(yǎng)級(jí)的劃分原則[20]

1.2.4 營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法(NQI)

營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)(NQI)法[21–22]綜合考慮無(wú)機(jī)氮(DIN)、磷酸鹽(DIP)、化學(xué)耗氧量(CODMn)和葉綠素a(Chl.a)4個(gè)水質(zhì)指標(biāo), 計(jì)算相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)(), 具體計(jì)算公式如下:

式中: 分子項(xiàng)為監(jiān)測(cè)值, 分母項(xiàng)為標(biāo)準(zhǔn)值, 依據(jù)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB3097-1997), 深圳灣執(zhí)行海水三類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 因此制定無(wú)機(jī)氮、磷酸鹽、化學(xué)需氧量和葉綠素a的標(biāo)準(zhǔn)值為COD=4.000 mg·L-1,DIN= 0.400 mg·L-1,DIP=0.030 mg·L-1,=5.000 mg·m-3。當(dāng)＞3為富營(yíng)養(yǎng)化水平,＜2為貧營(yíng)養(yǎng)化水平,介于2和3之間為中營(yíng)養(yǎng)化水平[23]。

2 結(jié)果與討論

2.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果與討論

2.1.1 單因子指標(biāo)法評(píng)價(jià)結(jié)果與討論

采用單因子指標(biāo)法對(duì)深圳灣各監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià), 統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2和圖3顯示。由于深圳灣執(zhí)行的時(shí)三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 因此以三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。從圖2可以看出, 若以DIN為評(píng)價(jià)因子,PI值的范圍為0.53–18.07, 94%的監(jiān)測(cè)結(jié)果都大于三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 只有6%的監(jiān)測(cè)結(jié)果達(dá)標(biāo), 而且大部分監(jiān)測(cè)結(jié)果的PI值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1, 因此深圳灣除很小區(qū)域無(wú)氮污染外, 大部分區(qū)域氮污染都比較重。監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD082的PI平均數(shù)值為7.84, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)ZQ019的PI平均數(shù)值為5.14, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD083的PI平均數(shù)值為3.99, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD084的PI平均數(shù)值為3.16, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD085的PI平均數(shù)值為3.14, 可以看出深圳灣從外灣至內(nèi)灣呈現(xiàn)氮污染程度逐漸加重的趨勢(shì)。由圖3可以看出, 若以DIP為評(píng)價(jià)因子,PI值的范圍為1.17~9.63, 所有監(jiān)測(cè)結(jié)果均超過(guò)三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 而且大部分監(jiān)測(cè)結(jié)果的PI值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1, 因此深圳灣除很小區(qū)域磷污染比較小外, 大部分區(qū)域磷污染都比較重。監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD082的PI平均數(shù)值為6.43, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)ZQ019的PI平均數(shù)值為6.14, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD083的PI平均數(shù)值為4.63, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD084的PI平均數(shù)值為3.36, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD085的PI平均數(shù)值為2.69, 可以看出磷污染呈現(xiàn)從內(nèi)灣向外灣逐漸遞減的趨勢(shì)。

圖2 深圳灣各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)各監(jiān)測(cè)時(shí)期以三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)時(shí)的PIDIN值

Figure 2PIof each monitoring station in Shenzhen Bay at each monitoring period based on class III standard of sea water quality standard

圖3 深圳灣各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)各監(jiān)測(cè)時(shí)期以三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)時(shí)的PIDIP值

Figure 3PIof each monitoring station in Shenzhen Bay at each monitoring period based on class III standard of sea water quality standard

2.1.2 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果與討論

富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示, 所有區(qū)域均呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化, 圖中值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1, 因此所有區(qū)域的富營(yíng)養(yǎng)化程度都比較大。監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD082的平均數(shù)值為63.63, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)ZQ019的平均數(shù)值為56.19, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD083的平均數(shù)值為46.13, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD084的平均數(shù)值為35.30, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD085的平均數(shù)值為26.72, 可以看出深圳灣的富營(yíng)養(yǎng)化程度在內(nèi)灣最大, 內(nèi)灣到外灣富營(yíng)養(yǎng)化程度逐步減輕。GD082處的值都大于其余各點(diǎn), 而GD082處于深圳河口附近, 因此可以看出深圳河口附近富營(yíng)養(yǎng)化程度最高。

圖4 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

Figure 4 Evaluation results of eutrophication index method

2.1.3 潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式的評(píng)價(jià)結(jié)果與討論

圖5、圖6和圖7分別為深圳灣各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的DIN濃度、DIP濃度和氮磷比。對(duì)比潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式營(yíng)養(yǎng)級(jí)的劃分原則可以看出, 77%的監(jiān)測(cè)結(jié)果都屬于富營(yíng)養(yǎng)化, 9%的監(jiān)測(cè)結(jié)果屬于磷中等限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)。從圖5和圖6可以看出幾乎所有監(jiān)測(cè)結(jié)果氮磷濃度都比較高, 特別是內(nèi)灣氮磷污染相對(duì)外灣更為嚴(yán)重。

2.1.4 營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果與討論

運(yùn)用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)深圳灣水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行計(jì)算, 結(jié)果如圖8所示。深圳灣各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)各時(shí)期的均超過(guò)3, 表明水體為富營(yíng)養(yǎng)化水平。監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD082的平均值為21.1, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)ZQ019的平均值為15.4, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD083的平均值為8.2, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD084的平均值為6.0, 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)GD085的平均值為5.3, 可以看出深圳灣從外灣至內(nèi)灣呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化程度逐漸加重的趨勢(shì)。

圖5 深圳灣各監(jiān)測(cè)點(diǎn)DIN的濃度

Figure 5 DIN concentration at each monitoring point in Shenzhen Bay

圖6 深圳灣各監(jiān)測(cè)點(diǎn)DIP的濃度

Figure 6 DIP concentration at each monitoring point in Shenzhen Bay

圖7 深圳灣各監(jiān)測(cè)點(diǎn)氮磷比

Figure 7 N/P at each monitoring point in Shenzhen Bay

圖8 深圳灣各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)各監(jiān)測(cè)時(shí)期營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)(NQI)

Figure 8in each monitoring points in Shenzhen Bay

2.2 模型結(jié)果分析與討論

運(yùn)用模型軟件對(duì)深圳灣富營(yíng)養(yǎng)化情況進(jìn)行模擬, 模擬的污染物指標(biāo)為CODMn、葉綠素a、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽?？菟诤拓S水期各模擬三個(gè)月, 模擬時(shí)間分別為2018年1月1日至3月31日和7月1日至9月31日。根據(jù)模擬結(jié)果算出的如圖9和圖10所示。

圖9(a)為深圳灣豐水期落潮污染物濃度最高時(shí)統(tǒng)計(jì)的, 從圖中可以看出, 深圳灣豐水期落潮時(shí)基本所有區(qū)域都大于3, 根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn), 大于3的區(qū)域均是富營(yíng)養(yǎng)化區(qū)域, 因此深圳灣豐水期落潮時(shí)基本所有區(qū)域都處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。圖9(b)為深圳灣豐水期漲潮污染物濃度最高時(shí)統(tǒng)計(jì)的, 從圖中可以看出, 深圳灣豐水期漲潮時(shí)基本所有區(qū)域都大于3, 根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn), 大于3的區(qū)域均是富營(yíng)養(yǎng)化區(qū)域, 因此深圳灣豐水期漲潮時(shí)基本所有區(qū)域都有富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。對(duì)比落潮和漲潮富營(yíng)養(yǎng)情況, 漲潮時(shí)最大值為23, 而落潮時(shí)最大值為22, 因此在豐水期漲潮時(shí)深圳灣的富營(yíng)養(yǎng)化程度明顯比落潮時(shí)要嚴(yán)重。

圖10(a)為深圳灣枯水期落潮時(shí)污染物濃度最高時(shí)統(tǒng)計(jì)的, 從圖中可以看出, 深圳灣枯水期落潮時(shí)基本所有區(qū)域都大于3, 根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn), 大于3的區(qū)域均是富營(yíng)養(yǎng)化區(qū)域, 因此深圳灣枯水期落潮時(shí)基本所有區(qū)域都處于富營(yíng)養(yǎng)化程度。圖10(b)為深圳灣枯水期漲潮時(shí)污染物濃度最高時(shí)統(tǒng)計(jì)的, 從圖中看出, 深圳灣枯水期漲潮時(shí)基本所有區(qū)域都大于3, 根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn), 大于3的區(qū)域均是富營(yíng)養(yǎng)化區(qū)域, 因此深圳灣枯水期漲潮時(shí)基本所有區(qū)域都有富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。對(duì)比漲、落潮深圳灣富營(yíng)養(yǎng)化情況, 落潮時(shí)最大值為21, 而漲潮時(shí)最大值為22, 因此在枯水期也是漲潮時(shí)深圳灣的富營(yíng)養(yǎng)化程度更為嚴(yán)重。

3 結(jié)論

采用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合, 運(yùn)用多種評(píng)價(jià)方法對(duì)深圳灣的富營(yíng)養(yǎng)化特征進(jìn)行分析, 分析結(jié)果如下:

(1)運(yùn)用單因子指數(shù)法對(duì)深圳灣氮磷污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。大部分監(jiān)測(cè)結(jié)果的PI和PI均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1, 表明大部分區(qū)域氮磷污染都比較嚴(yán)重。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PI和PI平均值皆由外灣向內(nèi)灣遞增, 表明深圳灣從外灣至內(nèi)灣呈現(xiàn)氮磷污染程度逐漸加重的趨勢(shì)。因此減輕深圳灣的氮磷污染必須要加強(qiáng)監(jiān)督管理各支流和排污口的污染物排放。

圖9 深圳灣豐水期污染物濃度最高時(shí)NQI圖

Figure 9of the highest concentration of pollutants in the rainy season of Shenzhen Bay

圖10 深圳灣枯水期污染物濃度最高時(shí)NQI圖

Figure 10of the highest concentration of pollutants in the dry season of Shenzhen Bay

(2)運(yùn)用富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法、潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法對(duì)深圳灣富營(yíng)養(yǎng)化情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明幾乎所有區(qū)域均呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化, 且內(nèi)灣富營(yíng)養(yǎng)化程度較外灣更為嚴(yán)重, 豐水期富營(yíng)養(yǎng)化程度較枯水期更為嚴(yán)重。所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1,均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)3, 表明所有區(qū)域的富營(yíng)養(yǎng)化程度都比較大。GD082處的富營(yíng)養(yǎng)化程度最高, 而GD082處于深圳河口附近, 可以看出深圳河口附近富營(yíng)養(yǎng)化程度最高, 因此要治理深圳灣富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題必須加強(qiáng)治理深圳河的污染問(wèn)題。

(3)模型結(jié)果顯示不管在豐水期還是枯水期, 深圳灣整體都呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài), 且呈現(xiàn)外灣向內(nèi)灣逐漸加重的趨勢(shì), 因此需要加強(qiáng)內(nèi)灣污染源的治理。豐水期深圳灣的富營(yíng)養(yǎng)化情況比枯水期更差, 因此需要加強(qiáng)豐水期入灣污染源的治理。不管枯水期還是豐水期, 外灣的基本在5左右, 而內(nèi)灣基本都大于外灣, 這是由于入灣支流基本都在內(nèi)灣, 而且內(nèi)灣水動(dòng)力條件較差, 污染物擴(kuò)散能力較弱, 導(dǎo)致大量污染物囤積在灣內(nèi), 因此入灣支流的治理問(wèn)題不容忽視。

(4)近幾年來(lái)深圳灣富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題尤為突出, 而深圳灣又是重要的濕地生態(tài)系統(tǒng), 因此治理深圳灣的污染問(wèn)題尤為重要。而治理深圳灣污染問(wèn)題尤其注重治理內(nèi)灣污染源的排放問(wèn)題, 特別是深圳河污染物排放, 因此需要加強(qiáng)深圳河入河污染源的監(jiān)督管理。

[1] 王琳, 陳上群. 深圳灣自然條件特征及治理應(yīng)注意的問(wèn)題[J]. 人民珠江, 2001, (06): 4–7.

[2] 郭偉, 朱大奎. 深圳圍海造地對(duì)海洋環(huán)境影響的分析[J]. 南京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2005, (03): 286–296.

[3] HORNER R A, GARRISON D L, PLUMLEY F G. Harmful algal blooms and red tide problems on the U. S. west coast[J]. Limnology and Oceanography, 1997, 42(5_part_2): 1076– 1088.

[4] PAERL, HANS W. Coastal eutrophication and harmful algal blooms: Importance of atmospheric deposition and groundwater as new nitrogen and other nutrient sources[J]. Limnology and Oceanography, 1997, 42(5_part_2): 1154– 1165.

[5] 冷科明, 江天久. 深圳海域近20年赤潮發(fā)生的特征分析[J].生態(tài)科學(xué), 2004, (02): 166–170+174.

[6] HEISLER J, GLIBERT P M, BURKHOLDER J M, et al. Eutrophication and harmful algal blooms: A scientific consensus[J]. Harmful Algae, 2009, 8(1): 3–13.

[7] 鄒景忠, 董麗萍, 秦保平. 渤海灣富營(yíng)養(yǎng)化和赤潮問(wèn)題的初步探討[J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 1983, (02): 41–54.

[8] 鄧超冰. 海水水質(zhì)的模糊綜合評(píng)價(jià)模型的比較[J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 1993, (02): 22–28.

[9] CLOERN J E. Our evolving conceptual model of the coastal eutrophication problem[J]. Marine Ecology Progress Series, 2001, 210: 223–253.

[10] GLIBERT P, SEITZINGER S, HEIL C, et al. The role of eutrophication in the global proliferation of harmful algal blooms: new perspectives and new approaches[J]. Oceano-graphy, 2005, 18(2): 198–209.

[11] JUSTIC D. A simple oxygen index for trophic state descrip-tion[J]. Marine Pollution Bulletin, 1991, 22(4): 201–204.

[12]IGNATIADES L, KARYDIS M, VOUNATSOU P. A possible method for evaluating oligotrophy and eutrophication based on nutrient concentration scales[J]. Marine Pollution Bulletin, 1992, 24(5): 238–243.

[13]安斐, 陶建華. 渤海灣海水富營(yíng)養(yǎng)化的二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用[J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 2008, 27(04): 366–369.

[14] 林曉娟, 高姍, 仉天宇, 等. 海水富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法的研究進(jìn)展與應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展, 2018, 33(04): 373– 384.

[15] BRICKER S B. FERREIRA J G , SIMAS T . An integrated methodology for assessment of estuarine trophic status[J]. Ecological Modelling, 2003, 169(1): 39–60.

[16] 徐艷東, 魏瀟, 李佳蕙, 等. 2013年春夏季萊州灣海水環(huán)境要素特征和富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)估[J]. 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè), 2016, 32(06): 63–69.

[17] 張靜, 張瑜斌, 周凱, 等. 深圳灣海域營(yíng)養(yǎng)鹽的時(shí)空分布及潛在性富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2010, 19(02): 253–261.

[18] 孫金水, WAI ONYX WING-HONG, 王偉, 等. 深圳灣海域氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽變化及富營(yíng)養(yǎng)化特征[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010, 46(06): 960–964.

[19] 鄭明鳳, 陳斯典, 秦華鵬, 等. 降雨徑流污染對(duì)深圳灣富營(yíng)養(yǎng)化影響的模擬研究[J]. 中國(guó)給水排水, 2017, 33(09): 133–138.

[20] 郭衛(wèi)東, 章小明, 楊逸萍, 等. 中國(guó)近岸海域潛在性富營(yíng)養(yǎng)化程度的評(píng)價(jià)[J]. 臺(tái)灣海峽, 1998, (01): 64–70.

[21] 陳于望, 王憲, 蔡明宏. 湄洲灣海域營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)[J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 1999, (03): 39–42.

[22] 邊佳胤, 袁林, 王瓊, 等. 洋山深水港海域水質(zhì)變化趨勢(shì)分析及富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)[J]. 海洋通報(bào), 2013, 32(01): 107– 112.

[23] 蔣國(guó)昌, 王玉衡, 董恒霖, 等. 浙江沿海富營(yíng)養(yǎng)化程度的初步探討[J]. 海洋通報(bào), 1987, (04): 38–46.

Study on the evaluation of eutrophication in Shenzhen Bay by different methods

HUANG Xu, LUO Huan, WU Qiong, HAN Chunyang, HEI Liang*

Key Laboratory of the Pearl River Estuarine Dynamics and Associated Process Regulation, Ministry of Water Resources, Pearl River Hydraulic Research Institute, Pearl River Water Resource Commission, Guangzhou 510611, China

The single factor index method was used to evaluate the pollution degree of nitrogen and phosphorus in Shenzhen Bay. The results show that with the class III standard of sea water quality standard, the PIDINand PIDIPof all monitoring stations are almost greater than 1. Obviously, the DIN and DIP of each station exceed the class III standard of sea water quality standard, and the average values of PIDINand PIDIPof each monitoring station show the trend of increasing gradually from outer bay to inner bay. It can be seen that the nitrogen and phosphorus pollution in Shenzhen Bay shows the trend of increasing gradually from outer bay to inner bay.The eutrophication index method, potential eutrophication assessment model and nutritional quality index method were used to evaluate the eutrophication degree of Shenzhen Bay. The results showed that the E of all monitoring points were greater than 1, and the NQI was greater than 3. Obviously, all monitoring stations were eutrophication, and the E and NQI of each monitoring point showed a tendency of gradually increasing from the outer bay to the inner bay, indicating that the eutrophication degree of the Shenzhen bay showed a trend of gradually increasing from the outer bay to the inner bay. Finally, the model was used to simulate the degree of eutrophication in the Shenzhen Bay during the high-water period and low-water period, and the model results were calculated using the nutritional quality index method. The results show that the NQI is greater than 3 in the bay, indicating that the Shenzhen Bay is basically in the state of eutrophication regardless of the dry season or the rainy season. The maximum NQI during the dry season is 22 and the minimum is 3; the maximum NQI during the rainy season is 23 and the minimum is 4, which indicates that the eutrophication of Shenzhen Bay during the high-water season is more severe than that during the dry season. Regardless of the dry season or the rainy season, the NQI of the outer bay is basically around 5, and the NQI of the inner bay is basically larger than that of the outer bay. Therefore, the eutrophication of the inner bay is more severe than that of the outer bay. The maximum NQI is 22 in the high tide during the dry season, and the maximum NQI is 21 in the ebb; the maximum NQI is 23 in the high tide during the rainy season, and the maximum NQI is 22 in the ebb, so the eutrophication of Shenzhen Bay is more serious than the ebb in the high tide. All the results indicate that the Shenzhen Bay has already become eutrophic, so it is urgent to tackle the problem of eutrophication in Shenzhen Bay.

single factor index method;nitrogen and phosphorus pollution;eutrophication index method;potential eutrophication assessment model;nutritional quality index method

10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.04.028

黃徐, 羅歡, 吳瓊, 等. 不同方法評(píng)價(jià)深圳灣富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2020, 39(4): 226–232.

HUANG Xu, LUO Huan, WU Qiong, et al. Study on the evaluation of eutrophication in Shenzhen Bay by different methods[J]. Ecological Science, 2020, 39(4): 226–232.

X821S1

A

1008-8873(2020)04-226-07

2019-12-09;

2020-05-10

廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(201904010367); 珠江水利科學(xué)研究院科技創(chuàng)新項(xiàng)目([2018]ky018); 廣東省水利科技創(chuàng)新項(xiàng)目([2017]07); 廣東省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2019B110205004); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(5170929)

黃徐(1995—), 男, 碩士, 主要研究水環(huán)境模擬及預(yù)測(cè), E-mail: 1041493801@qq.com

黑亮, 女, 博士, 教授級(jí)高級(jí)工程師, 主要從事水環(huán)境研究, E-mail:hidige@sina.com