黎明民，藍文陸

(廣西壯族自治區(qū)海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，廣西北海 536000)

河口受淡水輸入、潮汐、潮流等因素的綜合影響[1-3]，是一個有別于河流和海洋的特殊區(qū)域[4,5]，具有特殊的水動力、水質(zhì)和水生態(tài)特征[6-8]。在我國的水環(huán)境管理體系中，河口未被列為一個單獨的評價單元，而是根據(jù)行政劃界，向河段使用《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)[9]評價，向海段使用《海水水質(zhì)標準》(GB 3097-1997)[10]評價，河口的大部分區(qū)域被劃入海域。將河口區(qū)直接劃入海域并使用《海水水質(zhì)標準》(GB 3097-1997)進行評價，造成功能區(qū)之間水質(zhì)目標協(xié)調(diào)性不足、水質(zhì)目標不明確等一系列問題，也造成了我國重要河口水環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果長期“一片紅”[11]現(xiàn)象，主要超標因子為氮、磷營養(yǎng)鹽[12,13]，評價結(jié)果“差”部分是因為水環(huán)境質(zhì)量真實的差，部分則是因為評價體系的不適用性，不能反映河口區(qū)實際的水環(huán)境質(zhì)量。因此，只有把河口區(qū)作為獨立的評價單元[14,15]，與河流、海域區(qū)別開來，建立不同于地表水、海水的河口區(qū)評價方法，才有可能客觀地反映河口區(qū)真實的水環(huán)境質(zhì)量。

目前國內(nèi)外有“基于負荷-響應(yīng)關(guān)系概念模型的營養(yǎng)狀態(tài)評價法”等多種針對河口區(qū)建立單獨評價體系的方式[16-19]，用這些方式建立河口區(qū)的水環(huán)境評價體系針對性強，評價結(jié)果確實更接近真實的環(huán)境質(zhì)量狀況，但都需要針對每個河口進行單獨研究并建立各自獨立的評價體系，耗時耗力。我國入海河流眾多，較大入海河流又分有多個入海河口，一些大型河流的河口如長江口，面積大，影響范圍廣，采用上述方法建立水環(huán)境評價體系具有實際意義，但所有河口，尤其是中小型河口都采用上述方法建立單獨的評價體系難度太大，在現(xiàn)實中難以操作。因此，建立一種在各個河口區(qū)均具有普遍適用性、可操作性強并且能夠與現(xiàn)行水環(huán)境質(zhì)量評價標準有效銜接的評價體系，對于現(xiàn)階段的河口區(qū)水環(huán)境管理具有重要意義[20,21]。

本研究根據(jù)河口區(qū)的特征，將河口區(qū)作為單獨的評價單元，依據(jù)現(xiàn)行的水環(huán)境質(zhì)量評價體系以及鹽度，提出河口區(qū)劃定方式并構(gòu)建與現(xiàn)行水環(huán)境質(zhì)量評價標準有效銜接的河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量評價方法體系，并在北部灣主要的入海河口欽州灣、廉州灣進行實際應(yīng)用驗證，以期為河口區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量評價和管理提供一個科學(xué)和可操作的途徑。

1 河口水質(zhì)評價方法構(gòu)建

1.1 河口區(qū)范圍的動態(tài)判定方式

河水和海水混合的沖淡水是河口區(qū)最直接的環(huán)境特征，較低的鹽度是其最直接簡單的表征，本研究采用黎明民等[22]提出的河口混合區(qū)劃定方法，按鹽度范圍劃定河口區(qū)。判定目標站點是否在河口區(qū)內(nèi)時，不以固定的地理邊界劃界，而是以站點鹽度是否在河口區(qū)鹽度范圍內(nèi)來劃界。在實際操作中，將河口附近鹽度0.1-25的區(qū)域劃定為河口區(qū)。

1.2 評價等級分級

水環(huán)境質(zhì)量標準主要是按照不同使用功能和保護目標將水質(zhì)分類，為有效銜接《海水水質(zhì)標準》(GB 3097-1997)和《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)，將兩者之間使用功能和保護目標相近的類別進行有效整合，建立河口區(qū)的水質(zhì)級別分類?！逗Ｋ|(zhì)標準》(GB 3097-1997)分為4個等級，《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)分為5個等級，兩者之間無法直接一一對應(yīng)。但是《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)Ⅰ類、Ⅱ類在使用功能上沒有本質(zhì)的差別[13]，而且Ⅰ類水質(zhì)一般只存在于河流源頭區(qū)的極度干凈水體，入?？诟浇暮涌趨^(qū)通常都不再存在Ⅰ類水質(zhì)。地表水Ⅰ類、Ⅱ類水質(zhì)與海水一類水質(zhì)的使用功能和保護目標十分接近，類似地，地表水Ⅲ類與海水二類、地表水Ⅳ類與海水三類、地表水Ⅴ類與海水四類的使用功能(除飲用外)和保護目標(除農(nóng)業(yè)灌溉外)也相差不大。因此，基于一致或相近的使用功能和保護目標，本研究將地表水Ⅰ類、Ⅱ類視為同一類別，其與海水一類銜接整合結(jié)果定為河口區(qū)一類等級；地表水Ⅲ類與海水二類銜接整合結(jié)果定為河口區(qū)二類等級；依次類推，一共將河口區(qū)水質(zhì)分為4個等級(表1)。由于河口區(qū)水質(zhì)的特殊性，不適宜飲用和灌溉，所以在使用功能和保護目標上刨除與飲用和農(nóng)業(yè)灌溉相關(guān)的內(nèi)容，建立河口區(qū)各個水質(zhì)等級。本研究構(gòu)建的河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量標準的各個水質(zhì)等級對應(yīng)的具體使用功能見表1。

1.3 評價指標及標準值計算模式

從《海水水質(zhì)標準》(GB 3097-1997)和《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)的指標中除去飲用水、湖庫等與河口區(qū)不相關(guān)的指標，剩余需要兩者銜接的指標一共20項(表2)。

表2 各類指標標準值選取模式Table 2 Selection model of standard value of various indicators

本研究采用黎明民等[22]提出的標準值計算方法。計算兩個標準中一致的指標如溶解氧等，采用Cmix模式：

(1)

式中，Cmix為河口區(qū)的評價標準限值，Si為站點實測鹽度，Sb為河口下邊界鹽度值，Css為海水標準某類別濃度限值，Csr為地表水標準相應(yīng)類別濃度限值。

評價兩個標準中不完全一致的指標如營養(yǎng)鹽指標(包括氮和磷2項)時，對于氮指標，《海水水質(zhì)標準》(GB 3097-1997)評價無機氮因子，《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)評價總氮(湖庫)和氨氮；對于磷指標，《海水水質(zhì)標準》(GB 3097-1997)評價活性磷酸鹽因子，《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)評價總磷，因此無法直接利用Cmix模式計算。一直以來我國河口區(qū)都主要用海水水質(zhì)標準進行評價，為具有延續(xù)性和可比性，河口區(qū)營養(yǎng)鹽評價因子沿用海水標準中的無機氮和活性磷酸鹽。由于氨氮并不表征水體中氮指標的總量，而隨著污染防治工作要求的提升，近年來開始對入海河流提出總氮控制要求，因此本研究選擇總氮作為地表水來源中氮的輸入評價因子，通過氨氮與總氮的比例折算出總氮[23]的標準限值，即用《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)中氨氮標準限值折算出的總氮限值(本研究取0.38)，作為河口區(qū)地表水輸入的初始氮指標限值。因此，通過將海水標準中的評價因子無機氮、活性磷酸鹽分別與地表水標準的總氮、總磷銜接，計算出河口區(qū)的無機氮、活性磷酸鹽的標準限值。

無機氮、活性磷酸鹽與總氮、總磷指標不同，因此仍無法直接使用Cmix模式計算河口區(qū)無機氮和活性磷酸鹽的標準限值。需要引入無機氮/總氮和活性磷酸鹽/總磷的轉(zhuǎn)化系數(shù)K，將總氮指標轉(zhuǎn)化為無機氮、總磷指標轉(zhuǎn)化為活性磷酸鹽后，結(jié)合Cmix模式計算河口區(qū)無機氮和活性磷酸鹽的標準限值，以下稱Cmix(K)[22]模式：

(2)

式中，Cmix(K)為河口區(qū)無機氮或活性磷酸鹽的評價標準限值，K為轉(zhuǎn)化系數(shù)，其余與(1)式相同。K的計算公式為

(3)

式中，CT為該監(jiān)測站點總氮實測值或總磷實測值，Cia為該監(jiān)測站點無機氮實測值或活性磷酸鹽實測值。在無上述實測值時可近似地估算，如通過經(jīng)驗或統(tǒng)計結(jié)果換算[22]。

表3以活性磷酸鹽和pH為實例，計算并列出了河口區(qū)內(nèi)各鹽度(以每2個鹽度為1個區(qū)間)條件下的標準值。項目的標準限值介于地表水標準和海水標準之間，河口上邊界附近(低鹽度區(qū))標準值接近《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)中的相應(yīng)因子限值，河口下邊界附近(高鹽度區(qū))標準值接近《海水水質(zhì)標準》(GB 3097-1997)中的相應(yīng)因子限值。在實際操作中，可通過站點實測鹽度計算出河口區(qū)具體鹽度下的標準限值，也可以計算出河口區(qū)各鹽度對應(yīng)的標準值(表3)。

表3 河口區(qū)不同鹽度下水質(zhì)標準限值Table 3 Standard limits of water quality at different salinity in estuary area

1.4 評價方式及評價流程

根據(jù)特定河口區(qū)水環(huán)境特征和管理要求，確定需要監(jiān)測評價的項目。采用《近岸海域環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 第三部分 近岸海域水質(zhì)監(jiān)測》(HJ 442.3-2020)[24]中的單因子污染指數(shù)評價法進行評價。河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量評價流程見圖1。評價步驟為

圖1 河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量評價流程圖Fig.1 Flow chart of water environment quality evaluation in estuary area

步驟一，判斷目標站點是否在河口區(qū)內(nèi)。河口上邊界鹽度設(shè)為0.1，下邊界鹽度設(shè)為25，即河口附近鹽度0.1-25的區(qū)域為河口區(qū)，站點在河口區(qū)內(nèi)，使用本方法評價；站點在河口區(qū)外，不使用本方法評價。

步驟二，根據(jù)監(jiān)測指標，選取計算河口區(qū)水質(zhì)標準限值的模式。評價營養(yǎng)鹽指標中的無機氮、活性磷酸鹽，使用Cmix(K)模式；評價其余指標，使用Cmix模式。

步驟三，使用站點實測鹽度計算河口區(qū)評價等級分級標準限值，或事先計算好不同鹽度下各類標準限值并列表，結(jié)果如表3。

步驟四，使用單因子污染指數(shù)評價法對標評價。

2 應(yīng)用案例

2.1 案例應(yīng)用區(qū)域及數(shù)據(jù)來源

欽州灣位于廣西北部灣的中北部，是一個口小腹大呈葫蘆形的半封閉海灣[25]，欽州灣有欽江和茅嶺江兩條較大的入海河流輸入，是一個典型河口性質(zhì)的海灣；廉州灣東臨北海市，北鄰合浦縣，西臨欽州市海域，有南流江和大風江兩條較大河流及其他小河流輸入[26]，其中南流江為北部灣最大的獨流入海河流[27]，廉州灣是受河流顯著影響的一個河口附近海域(圖2)。

圖2 研究區(qū)域和站位Fig.2 Research areas and stations

S1、S2站點分別位于欽州灣北部和廉州灣中部，按目前的環(huán)境管理方式，S1、S2站點均屬于海域。S1、S2站點監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于廣西海洋環(huán)境監(jiān)測中心站2008-2018年廣西近岸海域環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果，每年監(jiān)測枯水期(3-4月)、豐水期(7-8月)、平水期(10-11月)共33個航次的監(jiān)測數(shù)據(jù)，選擇3項在評價實踐中主要的超標因子(pH值、無機氮、活性磷酸鹽)作為評價因子。

2.2 評價結(jié)果

以河口上邊界鹽度設(shè)為0.1，下邊界鹽度設(shè)為25，劃定河口區(qū)，S1、S2站點全年大部分時間位于河口區(qū)內(nèi)。

使用《海水水質(zhì)標準》(GB 3097-1997)和本研究構(gòu)建的河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量標準分別評價S1、S2站點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)評價結(jié)果將一類水質(zhì)賦值1，二類水質(zhì)賦值2，以此類推至劣四類水質(zhì)賦值5，將33期評價結(jié)果的賦值進行平均，平均值超過1的主要評價指標見表4。從表4可以看出，使用河口水環(huán)境質(zhì)量標準，除了S2的無機氮之外，無論是主要指標的最大值，還是平均值，以及綜合評價結(jié)果的最大值和平均值，都小于或等于使用海水水質(zhì)標準的評價結(jié)果。

表4 評價結(jié)果Table 4 Evaluation result

3 討論

3.1 評價結(jié)果的適用性

評價結(jié)果表明，采用河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量標準評價得到的主要超標因子，與海水水質(zhì)標準評價結(jié)果大體一致，兩個標準評價的結(jié)果有較好的銜接性和整體一致性。在海水水質(zhì)標準中評價為優(yōu)良/差的因子，在河口區(qū)水質(zhì)標準中一般也會被評為優(yōu)良/差，河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量標準能較好地區(qū)分出水質(zhì)的等級差異。除了S2的無機氮之外，河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量標準評價結(jié)果賦值都小于使用海水水質(zhì)標準的評價結(jié)果，這與當前學(xué)者們及管理部門普遍反映使用海水水質(zhì)標準評價河口水質(zhì)嚴重高估了河口區(qū)污染程度的結(jié)果一致，表明河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量標準評價結(jié)果更能真實準確反映河口區(qū)的水質(zhì)狀況。尤其是pH的評價結(jié)果，使用海水水質(zhì)標準時，評價結(jié)果顯示其是主要超標因子之一，兩個站點多次出現(xiàn)pH值達到三類水質(zhì)類別；使用河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量標準時，評價結(jié)果顯示pH指標均達到一類水質(zhì)，不再是主要超標因子，兩個評價結(jié)果差異明顯。欽州灣和廉州灣周邊并未有大量酸堿廢水排放，pH值偏低主要是河流地表水中較低pH的淡水匯入所致。此評價結(jié)果的差異表明，本研究所建立的河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量標準更能準確適用于河口區(qū)的水質(zhì)評價，評價結(jié)果更能準確反映水質(zhì)真實情況。

除了評價項目的結(jié)果存在差異之外，應(yīng)用案例的結(jié)果也存在差異。應(yīng)用河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量標準與海水水質(zhì)標準評價不同河口區(qū)的水質(zhì)狀況，兩種評價結(jié)果也有明顯差異。從在欽州灣、廉州灣使用河口水環(huán)境質(zhì)量標準和《海水水質(zhì)標準》(GB 3097-1997)評價的結(jié)果來看，使用《海水水質(zhì)標準》(GB 3097-1997)評價時，主要超標因子pH、無機氮以及綜合評價結(jié)果均為欽州灣劣于廉州灣，評價結(jié)論為欽州灣水環(huán)境質(zhì)量劣于廉州灣；使用河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量標準評價時，pH、無機氮以及綜合評價結(jié)果均為廉州灣劣于欽州灣，評價結(jié)論為廉州灣水環(huán)境質(zhì)量劣于欽州灣。而在實際中，廉州灣承接北部灣最大的獨流入海河流南流江的污染物，南流江2018年輸入的污染物總量約占北部灣入海河流污染物輸入量的50%[28]，廉州灣是北部灣海域赤潮高發(fā)區(qū)，受污染程度高于欽州灣。2018年廣西近岸海域浮游植物生物完整性指數(shù)(Phytoplanktonic Index of Biotic Integrity，P-IBI)評價結(jié)果中，S1、S2站點的平均得分分別為2.33和1[29]，以P-IBI代表的環(huán)境質(zhì)量結(jié)果指數(shù)越高，環(huán)境越優(yōu)，也同樣說明廉州灣的水環(huán)境質(zhì)量劣于欽州灣。綜上可知，應(yīng)用兩種標準對不同河口區(qū)水質(zhì)狀況評價的差異表明，河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量標準評價更能反映海水水質(zhì)標準評價所掩蓋的河口區(qū)水質(zhì)問題。使用兩種方法評價活性磷酸鹽的結(jié)果都是欽州灣劣于廉州灣，這與廉州灣處于磷限制狀態(tài)[26]的結(jié)論一致。

由上述分析可以看出，河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量標準不僅能很好地銜接地表水環(huán)境質(zhì)量標準和海水水質(zhì)標準，保持了整體一致性，而且使用其進行評價能更好地區(qū)分河口是因河流延伸地表水的涌入而導(dǎo)致《海水水質(zhì)標準》(GB 3097-1997)評價的結(jié)果差，還是水環(huán)境質(zhì)量真正差。使用河口水環(huán)境質(zhì)量標準評價體系對河口區(qū)進行評價，比使用《海水水質(zhì)標準》(GB 3097-1997)更能客觀地反映河口區(qū)的實際受污染程度和環(huán)境質(zhì)量狀況。因此，使用河口水環(huán)境質(zhì)量標準評價體系進行評價具有科學(xué)性和可操作性，對于環(huán)境管理更具指導(dǎo)意義。

3.2 評價方法還需進一步驗證

本研究在分析時，對地表水和海水的差異性做了簡化。地表水和海水標準中對應(yīng)評價項目的監(jiān)測分析方法不同，如地表水氨氮的測定常用“納氏試劑分光光度法”(HJ 535-2009)，而海水常用“次溴酸鹽氧化法”(GB 17378.4-2007)，兩者的方法原理不同，在對實際樣品分析時，可能會存在差異，不同方法在河口區(qū)及附近海域測定的結(jié)果是否可直接比較需要進一步驗證。pH值是氫離子活度的負對數(shù)，本研究在計算河口標準時，沒有對氫離子活度數(shù)值進行銜接計算，而只對pH值按照公式進行計算，其結(jié)果也需進一步驗證。

由于地表水和海水評價項目的不同，營養(yǎng)鹽指標氮和磷計算時需要使用K值，而K值的獲取需要總氮、總磷的實測濃度，這兩個因子不是海洋環(huán)境監(jiān)測的必測指標，部分海洋監(jiān)測航次中并不監(jiān)測，黎明民等[22]提出可以通過鹽度換算的方式，但該方式只對欽州灣的數(shù)據(jù)做了相關(guān)性分析，此方法是否適用于其他河口需要進一步驗證。

本研究僅在北部灣兩個入海河口進行了方法驗證，雖使用了超過10年的長期數(shù)據(jù)，但點位數(shù)據(jù)不多，驗證的案例不足，且各地的河流水質(zhì)情況不一，此方法對于除北部灣之外，其他河流(尤其是對北方河流)的適用性，需要進一步驗證。

4 結(jié)論

本研究提出使用鹽度對河口及附近海域進行動態(tài)劃界的方式劃定河口區(qū)，劃定方式為上邊界鹽度設(shè)為0.1，下邊界鹽度設(shè)為25，并依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)、《海水水質(zhì)標準》(GB 3097-1997)和鹽度，使用Cmix模式等構(gòu)建在河口區(qū)內(nèi)使用的水環(huán)境質(zhì)量標準評價體系。該評價體系不需要對不同河口進行大量前期工作，適用性強，具有可操作性。選取北部灣海域中兩個典型的河口區(qū)——欽州灣和廉州灣作為河口區(qū)水環(huán)境質(zhì)量標準評價體系的應(yīng)用案例，采用2008-2018年共33期的監(jiān)測數(shù)據(jù)，比較直接使用《海水水質(zhì)標準》(GB 3097-1997)評價和使用本研究構(gòu)建的河口水環(huán)境質(zhì)量標準評價體系評價的效果。結(jié)果表明，河口水環(huán)境質(zhì)量標準評價體系的評價結(jié)果能更有效地反映河口區(qū)水質(zhì)的實際狀況，并容易在我國入海河口區(qū)廣泛推廣應(yīng)用，是針對我國當前河口區(qū)水質(zhì)管理不足較為實用的解決辦法。但本研究的評價方法驗證的案例不足，若在全國區(qū)域推廣還需要進一步驗證。