【研究意义】广西北部湾海岸东起英罗港洗米河口,西至防城港北仑河口,岸线破碎,港湾资源丰富,自东向西较大的海湾有铁山港、廉州湾、大风江口、钦州湾、防城港、珍珠湾等,较大的入海河流有北仑河、防城江、茅岭江、钦江、大风江和南流江6条。近年来,随着广西北部湾经济区国家战略的实施,经济加速发展,大规模临海工业、滨海城市群等迅速扩张,大量污染物通过河流进入海湾,据统计,2002-2012年河流携带污染物的入海总量约占污染物总入海量的65.0%~99.0%[1]。河流污染物俨然成为广西近海水质异常、生态环境恶化[2-3]的重要影响因素之一。【前人研究进展】历年的海洋环境质量公报均报道了广西北部湾主要河流的污染物入海通量,但河流各污染物的污染状况未见评述。河流污染物的入海浓度直接影响了近岸海域的水质状况,目前仅个别流域有文献报道[4-5]。【本研究切入点】系统、全面地研究各河流的污染状况及污染物入海通量,可有效掌握经济快速发展给流域及近岸海域水质环境带来的影响。本文在广西主要入海河流的感潮河段布设监测断面,连续监测氮、磷、重金属等污染物的含量及入海量,研究各河流的污染状况及污染物入海通量。【拟解决的关键问题】探明各河流主要污染物的来源及其对河口海湾水质的影响,为流域污染物控制和近岸海洋生态环境保护提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 断面布设及监测时间于2014年丰水期(7、8月)和枯水期(12月)对广西北部湾的主要入海河流防城江、茅岭江、钦江、大风江、南流江的水质以及污染物的入海量进行监测,因北仑河属中越两国界河,未纳入本研究。入海河流监测断面根据《江河入海污染物总量监测技术规程》(HY/T 077-2005)[6]的要求进行布设, 自西向东共布设了7条断面(图 1),依次是防城江断面(FC01)、茅岭江断面(ML01)、钦江西支流断面(QJ01)、钦江东支流断面(QJ02)、大风江断面(DF01)、南流江西支流断面(NL01)和南流江东支流断面(NL02)。
河流径流量的监测依据《江河入海污染物总量监测技术规程》(HY/T 077-2005)[6],在图 1所示各监测断面进行,丰、枯水期期间每小时监测一次,持续监测25 h。
1.2.2 河流水质监测监测河流径流量的同时,每4 h监测一次河流水质,持续监测24 h,第25小时再监测一次。监测项目包括硫化物(S2-),无机氮(DIN:NH4+-N、NO2--N、NO3--N)、无机磷(DIP)、总氮(TN)、总磷(TP)、油类(Oil)、化学需氧量(COD)、铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、铬(Cr)、汞(Hg)和砷(As)。各监测项目的样品采集、处理和分析均按《海洋监测规范》[7-8]的要求进行。其中南流江和钦江的水质状况取各支流监测结果的均值。
1.3 数据处理与分析 1.3.1 河流污染物入海通量取对应时段内入海污染物浓度和径流量的平均值,按公式(1)[6]估算污染物的入海量。
$ W = \sum\limits_{i = 1}^m {{M_i} \times {Q_i}, } $ | (1) |
式中,W为污染入海总量;Mi为i污染物的入海平均浓度;Qi为河流入海的径流量。
1.3.2 主要污染物分析影响近岸海域环境的主要污染物采用污染负荷比进行分析,计算公式[9]如(2)~(4):
$ {p_i} = \frac{{{c_i}}}{{{s_i}}} \times {10^6}, $ | (2) |
$ {p_A} = \sum\limits_{i = 1}^m {{p_i}, } $ | (3) |
$ {k_i} = \frac{{{p_i}}}{{{p_j}}} \times 100, $ | (4) |
式中,pi为i污染因子的等标污染负荷量,单位:T/a;pA为污染因子的等标污染负荷总量,单位:T/a;m为参评的污染因子总数;ci为i污染因子的年排放量,单位:T/a;si为污染因子的评价标准值,单位mg/L;ki为i污染因子的污染负荷比,单位:%。以河口所处或毗邻的海洋功能区执行的水质标准作为评价依据,根据《广西壮族自治区海洋功能区划(2011-2020年)》[10]的要求,南流江采用《海水水质标准》[11]中的三类水质标准作为评价标准值,大风江采用一类水质标准,钦江采用三类水质标准,茅岭江采用二类水质标准,防城江采用三类水质标准。
2 结果与分析 2.1 主要入海河流的污染状况由图 2可知,丰水期各河流总氮的平均含量为0.765~2.25 mg/L,其中钦江的平均含量最高,南流江居次,茅岭江最低。各河流的总氮均以无机氮为主,无机氮平均含量为0.496~1.43 mg/L。根据《海水水质标准》(GB 3097-1997)[10],仅茅岭江的无机氮平均含量接近四类水质标准,南流江、大风江、钦江和防城江均属劣四类,分别超过四类水质标准的1.9倍、2.4倍、2.5倍和2.2倍。总磷的平均含量为0.052~0.19 mg/L,防城江的含量最高,南流江次之,大风江最低。钦江、茅岭江的总磷以无机磷为主,其余各河流均以颗粒磷和溶解有机磷为主。各河流无机磷的平均含量为0.014~0.073 mg/L,仅大风江无机磷满足一类海水标准,南流江、钦江、茅岭江、防城江均属劣四类,分别超过四类水质标准的1.2倍、1.4倍、1.6倍、1.5倍。化学需氧量的平均含量为2.51~6.59 mg/L,防城江的含量最高,超四类水质标准的1.3倍,钦江超二类水质标准的1.3倍,其余各河流均稍劣于一类水质标准,超标倍数为1.3~1.4倍。各河流的油类、硫化物的平均含量分别为0.013~0.047 mg/L和2.02~10.7 μg/L,均满足一类水质标准。各河流铜、镉、铬、汞、砷的平均含量也均满足一类水质标准,分别为1.31~3.61 μg/L、0.020~0.038 μg/L、0.326~4.07 μg/L、0.015~0.044 μg/L和0.496~3.79 μg/L。各河流的重金属铅、锌的平均含量分别为0.132~1.10 μg/L和8.55~21.0 μg/L,除了防城江超一类水质标准1.1倍外,其余均达到了一类水质标准。
枯水期各河流总氮的平均含量为1.03~5.54 mg/L,钦江的含量最高,南流江居次,最低是防城江。南流江、大风江和钦江的总氮以颗粒氮和溶解有机氮为主,茅岭江和防城江以无机氮为主。各河流无机氮的平均含量为0.492~2.67 mg/L,根据《海水水质标准》(GB 3097-1997)[11],除了大风江的接近四类水质标准,南流江、钦江、茅岭江和防城江均属劣四类,超标倍数依次为1.4倍、5.3倍、2.3倍和1.9倍。总磷的平均含量为0.033~0.166 mg/L,南流江的总磷含量最高,钦江居次,大风江最低。与丰水期的监测结果一致,钦江和茅岭江的总磷也以无机磷为主,其余各河流以颗粒磷和溶解有机磷为主。各河流无机磷的平均含量为0.014~0.101 mg/L,其中大风江的无机磷满足一类水质标准,防城江接近四类水,南流江、钦江和茅岭江均劣于四类水,分别超过四类水质标准的1.4倍、2.2倍和1.3倍。化学需氧量的平均含量为1.51~2.42 mg/L,除了茅岭江外,南流江、大风江、钦江和防城江均劣于一类水质标准,超标倍数分别为1.4倍、1.2倍、1.3倍和1.2倍。各河流油类平均含量为0.021~0.052 mg/L,除了钦江稍劣于一类水质标准外,其余均满足一类水质标准。硫化物、铜、铅、锌、镉、铬、汞和砷8个监测项目均达到一类水质标准,变化值分别为2.69~5.75 μg/L、0.844~3.89 μg/L、0.357~0.707 μg/L、7.07~12.9 μg/L、0.039~0.151 μg/L、0.736~3.97 μg/L、0.014~0.045 μg/L和0.834~3.10 μg/L。
2.2 主要河流的污染物入海通量由表 1可知2014年通过河流汇入广西近岸海域污染物的总量为175 596.02 t,其中化学需氧量103 792.29 t,约占污染物总入海量的59.1%;总氮66 322.97 t,约占总量的37.8%;总磷3 528.26 t,约占总量的2.0%;油类1 007.53 t,约占总量的0.6%;重金属746.30 t,约占总量的0.4%;硫化物198.65 t,约占总量的0.1%。入海的氮、磷均以颗粒氮和溶解有机氮为主,其中无机氮的入海量为32 380.56 t,占总氮的48.8%;无机磷为1 639.22 t,占总磷的46.5%。重金属中铜、铅、锌、镉、铬、汞和砷的年入海量分别为92.41 t、9.59 t、455.53 t、3.02 t、87.56 t、1.21 t、96.98 t,锌的入海量占重金属入海量的60.1%,是广西近岸海域最主要的重金属污染物(表 2)。
2014年防城江污染物的入海量为15 712.68 t,其中化学需氧量的入海总量最高,其次是总氮,总磷、油类、重金属和硫化物的入海量依次减少。通过防城江入海的氮、磷中,氮主要以无机氮为主,磷主要以颗粒磷和溶解有机磷为主;重金属中,锌的入海量最高,铜、铬、砷、铅、镉和汞的入海量依次减少。茅岭江污染物的入海量为30 354.96 t,其中化学需氧量的入海总量最高,其次是总氮,总磷、油类、重金属和硫化物的入海量依次减少。通过茅岭江入海的氮、磷中,氮主要以颗粒氮和溶解有机氮为主,磷主要以无机磷为主;重金属中,锌的入海量最高,铜、铬、砷、铅、镉和汞的入海量依次减少。钦江污染物的入海量为18 316.84 t,其中化学需氧量的入海总量最高,其次是总氮,油类、总磷、重金属和硫化物的入海量依次减少。通过钦江入海的氮、磷中,氮主要以无机氮为主,磷主要以颗粒磷和溶解有机磷为主;重金属中,锌的入海量最高,砷、铜、铬、镉、铅和汞的入海量依次减少。大风江污染物的入海量为55 814.36 t,其中化学需氧量的入海总量最高,其次是总氮,总磷、油类、重金属和硫化物的入海量依次减少。通过大风江入海的氮、磷中,氮主要以无机氮为主,磷主要以颗粒磷和溶解有机磷为主;重金属中,锌的入海量最高,铬、砷、铜、镉、铅和汞的入海量依次减少。南流江污染物的入海量为55 397.18 t,其中总氮的入海量最高,其次是化学需氧量,总磷、油类、重金属和硫化物的入海量依次减少。通过南流江入海的氮、磷以有机态为主;重金属中,锌的入海量最高,砷、铜、铬、铅、汞和镉的入海量依次减少(表 1, 2)。
2.3 影响广西近海水质环境的主要污染物分析防城江入海的各类污染物中,对河口附近海域环境产生影响的主要污染物为无机氮、无机磷、化学需氧量和油类,污染负荷比分别为43.4%、23.4%、12.4%和7.3%,占各污染物等标污染负荷总量的93.4%。茅岭江入海的各类污染物中,对河口附近海域环境产生影响的主要污染物为无机磷、无机氮、化学需氧量和油类,污染负荷比分别为35.1%、30.3%、12.4%和7.3%,占各污染物等标污染负荷总量的85.1%。钦江入海的各类污染物中,对河口附近海域环境产生影响的主要污染物为无机氮、化学需氧量、油类和无机磷,污染负荷比依次为66.0%、13.1%、8.8%和6.6%,占污染物等标污染负荷总量的94.5%。大风江入海的各类污染物中,对河口附近海域环境产生影响的主要污染物为无机氮、化学需氧量、无机磷和锌,污染负荷比分别为46.1%、17.2%、15.7%和6.3%,占污染物等标污染负荷总量的85.2%。南流江入海的各类污染物中,对河口附近海域环境产生影响的主要污染物为无机氮、无机磷、化学需氧量和油类,污染负荷比分别为39.2%、39.2%、9.3%和5.0%,占污染物等标污染负荷总量的92.5%(图 3)。
通过分析,广西近岸海域主要入海河流的污染物以氮、磷、化学需氧量和油类为主。由于流域产业布局短期内可认为保持不变,因此本文在引用年限相近的流域污染源调查结果[1, 12]的基础上,分析各流域氮、磷、化学需氧量的主要来源, 并结合广西海洋环境污染源调查结果[13]估算流域内各污染源油类的入河量,分析油类的主要来源。由于缺乏防城江和大风江流域污染源调查资料,这两个流域的主要污染物来源不作分析。
茅岭江发源于钦州市灵山县的罗岭,流经那香镇、新棠镇、长滩镇等13个乡镇,其中钦州市11个乡镇,防城港市2个乡镇,干流全长136 km,流域面积2 959 km2。据统计,2012年茅岭江流域内工业废水排放量6 107 700 t,化学需氧量的入河量为767 t;生活污水排放量42 320 000 t,其中化学需氧量入河量10 390 t,总氮3 008 t,总磷258.8 t;种植业的化学需氧量入河量为1 582 t,总氮819 t,总磷132 t;流域内出/存栏牲畜63.09万头,出/存栏家禽4 645万只,畜禽养殖化学需氧量的入河量为13 649 t,总氮1 055 t,总磷398 t;水产品总产量23 052 t,养殖排污中化学需氧量的入河量为620 t,总氮58.2 t,总磷8.3 t。茅岭江流域的化学需氧量主要源于畜禽养殖业和生活污水,二者分别占化学需氧量入河总量的50.5%和38.5%。生活污水的总氮入河量最高,占各类污染源总氮入河总量的60.9%;其次是畜禽养殖,占总氮入河总量的21.4%。总磷主要源于畜禽养殖和生活污水,其中畜禽养殖的入河量最高,占各类污染源总磷入河量的49.9%;生活污水居次,占总磷入河量的32.5%。根据估算,畜禽养殖油类的年入河量约为228 t,工业废水约为1.04 t,生活污水约为11 t,水产养殖约为6.55 t。由此可推断畜禽养殖是茅岭江水体油类的主要来源。
钦江发源于钦州灵山县罗阳山,流经平山镇、佛子镇、灵城镇等12个乡镇,干流全长179 km,流域面积2 457 km2。2012年钦江流域内工业废水排放量2 011 300 t,化学需氧量的入河量为918.35 t;生活污水排放量2 916 600 t,其中化学需氧量入河量1 048.44 t,总氮184.91 t,总磷14.11 t;种植业的化学需氧量入河量为2 629.22 t,总氮1 294.03 t,总磷224.28 t;流域内出/存栏牲畜108.19万头,出/存栏家禽5 158.10万只,畜禽养殖化学需氧量的入河量为21 286.32 t,总氮1 914.67 t,总磷557.38 t;水产品总产量36 000 t,养殖排污中化学需氧量的入河量为942.99 t,总氮88.69 t,总磷12.38 t。钦江流域的化学需氧量主要源于畜禽养殖业,占化学需氧量总入河量的79.4%。畜禽养殖总氮的入河量最高,占各类污染源总氮入河总量的55.0%;其次是种植业,占总氮入河总量的37.2%。钦江流域总磷主要源于畜禽养殖和种植业,其中畜禽养殖业的入河量最高,占各类污染源总磷入河量的69.0%;种植业居次,占总磷入河量的27.8%。根据估算,畜禽养殖油类的年入河量约为254.01 t,工业废水约为0.34 t,生活污水为0.76 t,水产养殖约为9.97 t。据此可推断畜禽养殖是钦江水体油类的主要来源。
南流江发源于广西玉林市大容山,流经北流市、玉州区、福绵区、博白县、浦北县、合浦县等区县,干流总长287 km,流域面积8 635 km2。2012年南流江流域内工业废水排放量为25 540 000 t,其中化学需氧量的入河量为7 587.13 t。生活污水入河量为10 557 500 t,其中化学需氧量入河量为3 630.02 t,总氮645.57 t,总磷52.19 t。种植业的化学需氧量入河量为5 188.95 t,总氮2 865.77 t,总磷355.32 t。流域内出/存栏牲畜457.37万头,出/存栏家禽8 811.11万只,畜禽养殖化学需氧量的入河量为95 960.52 t,总氮11 815.74 t,总磷2 124.50 t。水产品总产量134 600 t,其中化学需氧量的入河量为3 614.37 t,总氮340.26 t,总磷47.08 t。南流江流域的化学需氧量、总氮和总磷主要源于畜禽养殖,分别占各类污染源污染物总入河量的82.7%、75.4%和82.4%。根据估算,南流江流域畜禽养殖的油类入河量约为955.64 t,工业废水约为4.34 t,生活污水约为2.74 t,水产养殖约为38.21 t。据此可推断畜禽养殖是南流江水体油类的主要来源(表 3)。
通过分析,各河流影响近岸海域水质的污染物主要有无机氮、无机磷、化学需氧量和油类,个别流域的锌污染负荷也较高。
2014年广西近岸大部分海域的无机氮满足一、二类水质,局部海域污染较严重[14],主要集中在河流入海口附近,防城江、茅岭江、钦江、大风江和南流江入海口附近海域基本符合或劣于四类海水水质标准,其中大风江和南流江河口附近海域无机氮超四类水质标准天数分别为22 d和28 d,占监测天数的8%和11%[15-17]。无机氮污染严重海域主要集中在河口,这与河流无机氮含量高有关,各河流的无机氮基本劣于四类海水水质标准,高浓度的无机氮进入海湾,势必影响入海口附近海域无机氮的含量。
2014年广西近岸大部分海域的无机磷满足一类水质标准,但局部海域污染较重[14],防城江、茅岭江、钦江、大风江和南流江入海口附近海域基本符合或劣于四类海水水质标准;其中茅岭江和钦江的河口海域污染最重,无机磷超四类海水水质标准183 d,占监测天数的75%,防城江居次,超四类海水水质标准55 d,占监测天数的22%,大风江和南流江河口附近海域无机磷超四类海水水质标准天数分别为22 d和28 d,分别占监测天数的8%和11%[15-17]。与无机氮类似,无机磷污染严重海域主要集中在河口,也是由入海河流无机磷含量较高引起。
各河流化学需氧量的年入海通量和入海浓度较高,但未影响广西近岸水质,大部分海域均满足一类或二类海水水质标准[14],这可能与海水溶解氧含量较高[15-17],有机物可快速氧化降解。2014年广西近岸大部分海域的油类符合一、二类海水水质标准[14],防城江河口海域油类劣于一类海水水质标准,茅岭江、钦江、大风江和南流江河口海域劣于二类水质标准[15-17]。
各河流油类的年入海量较高,但入海浓度基本优于一类海水水质标准,近岸海域油类污染应主要源于河口以外的污染源。同样,大风江锌的污染负荷相对较高,但入海浓度较低,基本优于一类海水水质标准,因此大风江河口附近海域锌的含量满足一类海水水质标准[17]。
由上可见影响广西近海水质的河流污染物主要是无机氮和无机磷。各监测河流无机氮的年入海量占总氮年入海量的30.2%~92.5%,无机磷的年入海量占总磷年入海量的32.5%~57.5%,有研究表明海水中不同形态的氮、磷在一定环境条件下可转化为无机氮和无机磷[18],因此入海河流的颗粒氮和溶解有机氮、颗粒磷和溶解有机磷的含量高会提高近岸海域水体富营养化的风险,应引起重视。
5 结论2014年的丰、枯水期对广西北部湾近岸海域主要入海河流防城江、茅岭江、钦江、大风江和南流江的污染状况及污染物入海通量进行监测,并分析污染物的主要来源及其对近岸海域水质的影响,得到如下结论:
(1) 影响河流监测断面水质的污染物主要有无机氮、无机磷和化学需氧量。丰水期各监测河流的无机氮基本属四类或劣四类,无机磷除大风江属一类外,其余属劣四类,防城江的化学需氧量属劣四类,钦江属劣二类,其余属劣一类;枯水期各河流的无机氮基本属四类或劣四类,无机磷除大风江属一类外,其余基本属四类或劣四类,化学需氧量基本属一类或劣一类。
(2) 2014年广西北部湾近岸海域主要河流污染物的入海通量为175 596.02 t,其中化学需氧量的入海通量约占污染物总入海通量的59.1%,总氮约占总量的37.8%,总磷约占总量的2.0%,油类约占总量的0.6%,重金属约占总量的0.4%,硫化物约占总量的0.1%。
(3) 入海的河流污染物主要有氮、磷、化学需氧量和油类。茅岭江的总氮、总磷和化学需氧量主要源于生活污水和畜禽养殖污染源,油类主要源于畜禽养殖污染源;钦江的总氮、总磷主要源于畜禽养殖和种植业污染源,化学需氧量和油类主要源于畜禽养殖污染源;南流江的总氮、总磷、化学需氧量和油类主要源于畜禽养殖污染源。
(4) 入海的污染物中化学需氧量、无机氮、无机磷和油类的污染负荷较高,但影响近岸海域水质的污染物主要是无机氮和无机磷。
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