解學(xué)慧，彭 林

(廣州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院,廣州 510620)

引 言

地表水體中溶解氧影響因素極其復(fù)雜，溶解氧能夠在氣、液相中不斷轉(zhuǎn)換，處于不斷消耗與恢復(fù)的動(dòng)態(tài)平衡中。其恢復(fù)的過程(源)包括復(fù)氧、光合作用和外部負(fù)荷，消耗的過程(匯)包括有機(jī)物的生物氧化、硝化作用、水生植物的呼吸作用、水沉底泥上浮或分解和無機(jī)還原性物質(zhì)的影響等物理、化學(xué)、生物過程[1-2]。

廣州市位于珠江感潮河網(wǎng)區(qū)，境內(nèi)河流水系發(fā)達(dá)、縱橫交錯(cuò)，水網(wǎng)密布。廣州作為超大城市，人口集聚態(tài)勢(shì)不變，自中心城區(qū)向外圍擴(kuò)展，總量穩(wěn)步增長，且基于粵港澳大灣區(qū)中國際大都市的定位，廣州市人口發(fā)展空間較大，其帶來的污染物對(duì)水環(huán)境也產(chǎn)生較大壓力，成為廣州市多個(gè)考核斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)的主要影響指標(biāo)，而溶解氧具有影響因素復(fù)雜、多種因素疊加效應(yīng)的明顯特點(diǎn)，且關(guān)于廣州市溶解氧分布及變化規(guī)律的研究仍有不足，因此，文章通過分析廣州市溶解氧的月度變化趨勢(shì)、時(shí)空分布特征及其主要影響因素等，為相關(guān)部門更有方向性的進(jìn)行水環(huán)境管理提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

廣州市位于廣東省中南部，地處珠江三角洲邊緣，范圍是東經(jīng)112°57′至114°03′、北緯22°26′至23°56′之間。其東連惠州市博羅、龍門兩縣，西鄰佛山市的三水、南海和順德市，北靠清遠(yuǎn)市市區(qū)和佛岡縣及韶關(guān)市的新豐縣，南接?xùn)|莞和中山市，隔伶仃洋與香港、澳門相望。廣州市廣州雨量充沛，常年降雨量在1 612～1 909mm之間，研究數(shù)據(jù)來源于廣東省廣州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站2020年40個(gè)廣州市地表水環(huán)境市控以上斷面溶解氧監(jiān)測數(shù)據(jù)，分布在廣州市11個(gè)行政區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)處理方法

基于基礎(chǔ)水質(zhì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用Excel和origin軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出廣州市中心城區(qū)、郊區(qū)和近海區(qū)溶解氧的分布特征[3～6]。

2 結(jié)果與討論

2.1 總體時(shí)空分布特征

按照中心城區(qū)、郊區(qū)和近海區(qū)劃分不同區(qū)域，基于廣州市40個(gè)斷面溶解氧數(shù)據(jù)，分析不同區(qū)域的溶解氧分布特征(表1和圖1)可知：廣州市中心城區(qū)溶解氧最低，為4.25mg/L，郊區(qū)相對(duì)較低，溶解氧為5.79mg/L，近海區(qū)溶解氧最高，為6.30mL，溶解氧偏低區(qū)域集中在中心城區(qū)，向外擴(kuò)延，溶解氧含量會(huì)顯著升高，主要受中心城區(qū)人口眾多，污染物排放量較多等影響導(dǎo)致中心城區(qū)溶解氧含量偏低。

表1 廣州市2020年空間區(qū)域分布溶解氧結(jié)果表Tab.1 Spatial distribution of dissolved oxygen in Guangzhou in 2020 (mg/L)

圖1 廣州市溶解氧空間變化箱形圖Fig.1 Box chart of spatial variation of dissolved oxygen in Guangzhou

2.2 中心城區(qū)時(shí)空變化特征

依據(jù)廣州市中心城區(qū)(越秀、海珠、荔灣和天河)4個(gè)斷面水質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(其中越秀區(qū)和天河區(qū)考核斷面均為獵德斷面)知廣州市中心城區(qū)溶解氧含量范圍為2.81～5.90mg/L；中心城區(qū)各區(qū)溶解氧含量在在空間分布上為越秀(天河)(3.74mg/L)<海珠(4.43mg/L)<荔灣(5.06mg/L)(圖2)；2020年中心城區(qū)各區(qū)溶解氧月度變化趨勢(shì)基本保持一致(圖3)，在7、8月份部分區(qū)域溶解氧略低，主要由于氣溫高、水體飽和溶解氧低，且雨水期合流制管網(wǎng)污水溢流等因素影響。

圖2 廣州市中心城區(qū)各區(qū)溶解氧箱形圖Fig.2 Box chart of dissolved oxygen in central urban area of Guangzhou

注：越秀和天河區(qū)均采用獵德斷面圖3 廣州市中心城區(qū)各區(qū)2020年溶解氧月度變化趨勢(shì)圖Fig.3 Monthly variation trend of dissolved oxygen in Guangzhou urban area in 2020

2.3 郊區(qū)時(shí)空變化特征

依據(jù)廣州市郊區(qū)城區(qū)(白云、花都、黃埔、增城和從化)18個(gè)斷面水質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)知，2020年廣州郊區(qū)各區(qū)溶解氧年均值大小排序?yàn)榛ǘ?4.66mg/L)<黃埔(4.89mg/L)<白云(5.10mg/L)<增城(6.74mg/L)<從化(7.63mg/L)(圖4)；白云區(qū)最低月份為8月(4.17mg/L)，花都、黃埔、增城和從化區(qū)最低月份均為9月，最低月份溶解氧分別為3.39mg/L，3.71mg/L，4.76mg/L和6.43mg/L(圖5)。溶解氧偏低的月份集中在第三季度，此時(shí)南方溫度較高，飽和溶解氧偏低，且水溫越高時(shí)，微生物生長時(shí)間減少，污染物耗氧速度越快。因此，若水體中污染物濃度較高時(shí)，在微生物快速耗氧和低飽和溶解氧的雙重影響下，易出現(xiàn)低氧區(qū)。

廣州市郊區(qū)區(qū)溶解氧含量范圍為3.39～9.35mg/L；白云區(qū)溶解氧月度變化較為集中，增城區(qū)較為分散。從化區(qū)流溪河作為廣州的母親河，是廣州唯一一條能夠全流域控制生態(tài)完整的內(nèi)河，也是廣州市區(qū)主要飲用水源水水源地之一，其水質(zhì)狀況優(yōu)良，溶解氧含量相對(duì)其他區(qū)較高。

圖4 廣州市郊區(qū)各區(qū)溶解氧箱形圖Fig.4 Box chart of dissolved oxygen in Guangzhou suburbs

圖5 廣州市郊區(qū)各區(qū)2020年溶解氧月度變化趨勢(shì)圖Fig.5 Monthly variation trend of dissolved oxygen in Guangzhou suburbs in 2020

2.4 近海區(qū)時(shí)空變化特征

依據(jù)廣州市近海區(qū)(番禺和南沙)18個(gè)斷面水質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)知廣州市近海區(qū)溶解氧含量范圍為5.29～8.03mg/L；2020年廣州郊區(qū)各區(qū)溶解氧年均值大小排序?yàn)榉?5.96mg/L)<南沙(6.64mg/L)(圖6)，基本呈珠江口內(nèi)向外近海逐漸遞增的總趨勢(shì)，這可能是由于海水的稀釋作用使得水體透明度較高，浮游植物光合作用產(chǎn)生氧氣，使得水體溶解氧含量較高。番禺區(qū)最低月份為8月(5.29mg/L)，南沙區(qū)最低月份為9月(5.53mg/L)(圖7)，主要處于降雨豐富期時(shí)，雨水徑流面源污染影響明顯。

圖6 廣州市近海區(qū)各區(qū)溶解氧箱形圖Fig.6 Box chart of dissolved oxygen in coastal areas of Guangzhou City

圖7 廣州市近海區(qū)各區(qū)2020年溶解氧月度變化趨勢(shì)圖Fig.7 Monthly variation trend of dissolved oxygen in Guangzhou coastal areas in 2020

2.5 溶解氧的主要影響因素

“十三五”期間，廣州市水環(huán)境治理力度加大、治理效果明顯，但是廣州市雖然加快城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)進(jìn)度，但因歷史原因仍存在管網(wǎng)建設(shè)管理不完善，較多區(qū)域未實(shí)現(xiàn)雨污分流，現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水污染物濃度偏低等問題，集中式污水處理設(shè)施的污染物削減效能有待加強(qiáng)；另在雨污合流區(qū)域，暴雨時(shí)污水溢流問題較為突出，污水直排水環(huán)境，增加了入河污染負(fù)荷，局部區(qū)域溶解氧偏低現(xiàn)象逐漸突出，成為制約水質(zhì)達(dá)標(biāo)的主要影響因素[7～10]。

廣州市地處熱帶、亞熱帶區(qū)域氣溫相對(duì)較高，加上感潮河網(wǎng)區(qū)咸潮作用，決定了廣州市地表水體中飽和溶解氧較低；潮汐作用導(dǎo)致河口區(qū)域水體分層，形成低溶解氧區(qū)，加上漲憩、落憩流速慢共同限制了感潮河網(wǎng)區(qū)的復(fù)氧速率；潮汐作用也同時(shí)增加了耗氧物質(zhì)停留時(shí)間，增加耗氧；廣州市地表水中耗氧物質(zhì)如氨氮濃度相對(duì)較高，加速了水體溶解氧的消耗；廣州市部分區(qū)域的上游界外來水中溶解氧含量低，也影響著其下游水體的溶解氧含量；上述不利因素疊加造成了廣州市地表水體中溶解氧相對(duì)非感潮河段以及北方區(qū)域明顯偏低。

3 結(jié) 論

3.1 廣州市2020年溶解氧空間分布特征(即水體溶解氧含量)：中心城區(qū)<郊區(qū)<近海區(qū)。中心城區(qū)溶解氧較低，與雨污混流、管網(wǎng)混接、溢流等因素有關(guān)，因此，中心城區(qū)應(yīng)加快推進(jìn)排水單元達(dá)標(biāo)建設(shè)工作，完成雨污分流，減少雨水徑流污染對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的影響。

3.2 2020年廣州市各區(qū)溶解氧偏低的月份集中在7～9月，即為第三季度溶解氧偏低。此時(shí)南方溫度較高，飽和溶解氧偏低，且水溫越高時(shí)，微生物生長時(shí)間減少，污染物耗氧速度越快。因此，若水體中污染物濃度較高時(shí)，在微生物快速耗氧和低飽和溶解氧的雙重影響下，易出現(xiàn)低氧區(qū)。

3.3 溶解氧與溫度、光合作用、外部負(fù)荷、有機(jī)物氧化、底泥上浮、污染物釋放耗氧等各種因素有關(guān)，影響因素極其復(fù)雜。既受到自然因素的影響，也同時(shí)受到人類活動(dòng)帶來的耗氧物質(zhì)輸入的影響，影響因素多，耗氧復(fù)氧過程復(fù)雜，氧垂點(diǎn)與污染源排放點(diǎn)在空間上有很大的差異性，在時(shí)間上和位置上有明顯的滯后性。因此，若出現(xiàn)大量污染物入河時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注下游及后續(xù)一段時(shí)間內(nèi)水體的溶解氧變化。

本文從區(qū)域分布和月度變化分析了廣州市溶解氧含量情況，從區(qū)域特征考慮分析了溶解氧主要影響因素，還存在一定的不足之處，為解決廣州市溶解氧不達(dá)標(biāo)問題，建議后續(xù)深入研究感潮河網(wǎng)區(qū)物理-化學(xué)-生物過程溶解氧平衡機(jī)理。