河北省东部沿海水域水质评价

裴 培

（河北环境工程学院，河北秦皇岛066000）

1 概述

渤海三面环绕陆地，是一个半封闭的海，水量交换条件差［1］。辽宁省、河北省、山东省和天津市在北部、西部和南部环绕其周围［2］。以上地区环渤海人口较多、经济发达。然而，这些地区也导致大量工业和城市废水污染物排入海洋。同时，渤海沿岸地区分布着许多油田和大型港口，溢油事故和污水排放进一步加剧了水环境污染［3］。河北省沿海水域由海洋污染引发的环境问题从河口区到沿海区均有发生，如水质恶化、赤潮频发、海洋生态系统失衡、渔业资源下降等［4］。因此，了解和分析河北省内陆和沿海水环境的污染源，对于海洋环境的管理和水质的改善具有十分重要的意义。

化学需氧量和磷酸盐等污染物对沿海水域的海洋生态系统构成了严重威胁［5］。针对渤海海域水体污染，已有一些研究如丁东生［6］针对海洋污染物环境容量多采用箱式数学模型计算的不足，提出了浓度梯度积分三维空间数值模型，计算了渤海沿海地区环境污染物总量；苏一冰等［7］采用遥感、社会经济和常规检测数据分析了近些年渤海海域氮磷营养盐连续超过海洋水质标准的原因。然而，对于渤海近海污染浓度较高的沿海区域，对其水质变化的分析研究较少。

本文对渤海西部河北省沿海地区27个水质监测点的点源污染物负荷进行了分析，并对水质状况进行了调查。对污染源影响及研究区化学需氧量和磷酸盐的浓度分布进行了分析和讨论，计算了有机污染物指数和富营养化指数，对2015年枯水期和丰水期水体污染水平和水质状况进行了量化评估。

2 数据来源

有机污染物指数是一个包含很多水质成分的综合指数，解释了化学需氧量、溶解无机氮、溶解无机磷和溶解氧的多变量效应。通过与标准值的比较及几种污染物在同一性质下的组合，得到评价水环境有机质的无量纲指标［8］。基于其在评估有机污染物污染水平和水质状况方面的优势，已将其应用于若干沿海和河口水域。富营养化是指水体中含有过多营养物质，引起的营养物过度富集，导致有机物质的过度积累。有机物质的积累将改变水体的营养结构（食物网）。通过对观测数据的处理，富营养化指数可以显示化学需氧量、溶解无机氮和溶解无机磷等污染物负荷对水质的相关影响。更全面、更清楚地显示水体富营养化的程度。

河北省内陆的污水可分为两类： 河流排污口和直接排入海洋中的工业污水。研究区具有水质数据的河流排污口有28个（自北向南分别为：石河、新开河、唐河、洋河、任枣河、大埔河、滦河、二滦河、大清河、二峡庄河、苏河、青龙河、双龙河、沙河、陡河、北排河、沧浪河、捷地减河、老石碑河、廖家洼、新石碑河、南排河、潢南河、黄南排水、老石碑河、黄南河、宣惠河和漳卫新河。沧州市没有工业污水直接排入海洋。秦皇岛和唐山工业仅有山海关开发区、山海关船厂、北戴河西处理厂和三友化工4个污水排放源。其中，洋河、任枣河、大埔河、苏河、漳卫新河和三友化工是主要的污染物排放口，其他河流排放的为低浓度污水。

本文只考虑秦皇岛和唐山工业区排放的污水即山海关开发区污水、山海关造船厂、北戴河西污水处理厂和三友化工排放的污水。其中，洋河、人民河、大浦河、苏河、漳卫新河和三友化工是主要的受污染区域。三友化工是主要的污染物排放点。在2018年4月、5月、6月、7月、9月和10月共进行了6次污染源调查。主要污染物排放指标包含：粪便中的大肠菌群、化学需氧量、生化需氧量、悬浮物、磷酸盐、氨氮、石油、汞、砷、挥发酚、镉、铅。化学需氧量、氨氮、磷酸盐、六价铬、氰化物和悬浮物指标适用于一般污水。

海水水质监测数据来自2015年7月21日至27日、11月20日至12月1日国家海洋环境监测中心，主要水质成分包括水温、盐度、溶解氧、酸碱度、化学需氧量、总氮、总磷、活性硅酸盐、溶解氮、悬浮物、总有机碳等化学指标。河北省沿海地区27个监测点如图1。

图1 河北省沿海地区27个水质监测点分布

本文描述的水质成分均采用高氟水采样器作为采样工具进行现场实验。溶解氧和化学需氧量采用玻璃瓶。其他水质样本使用聚乙烯瓶。

3 研究方法

污染物指数［9］采用如式（1）计算：

式中 Pi为第i种污染物的污染物指数，当Pi大于1时，说明污染物i的排放已超过规定标准；Mi为污染物i的观测浓度（mg/L）；Si为污染物i规定的标准浓度（mg/L）。

为考虑多种水质成分对河北省沿海水域影响，渤海水质评价采用有机污染物指数和富营养化指数。

3.1 有机污染物指数［10］

式中 COD为化学需氧量；DIN为溶解无机氮；DIP为溶解无机磷；DO为溶解氧。

CODs，DINs，DIPs，DOs为GB 3097—1997《中国海水水质标准》中规定的标准浓度。

3.2 富营养化指数［11］

本文采用了《中国海水水质标准》中的一级标准，其中CODs=2mg/L，DINs=0.2mg/L，DIPs=0.015mg/L，DOs=6mg/L。

上述方程中，有机污染物指数综合考虑了化学需氧量、二氧化氮和二氧化硫对水质的影响，富营养化指数综合考虑了化学需氧量、二氧化氮和二氧化硫对水体富营养化的多重影响。如果A<0，则水质被认为优；如果0≤A<1，则为好；如果11，说明水体处于富营养化状态。E值越高，表明水体富营养化越严重。根据水质观测数据，在计算过程中，DIN用溶解氮的浓度代替，DIP用磷酸盐的浓度代替。排污口污染物浓度的标准值如表1。

表1 排污口污染物浓度标准值 单位：mg/L

4 结果分析

图2~图4给出了2015年一般污水的污染物负荷，其浓度超过相应水污染标准的浓度值。大多数普通污水中化学需氧量的最高浓度出现在4月份，其中部分发生在5，6，7月，很少出现在9，10月。大多数普通污水中氨氮浓度的极值出现在4，5，10月。有些发生在6，7，8月。在4，5，6，7，10月，一些污水中的六价铬浓度最高，少数出现在9月。大多数普通污水排放口的氰化物浓度在5月份达到最高，其中一些在6，9，10月，只有少数出现在7月份。磷酸盐浓度最大值出现在4，5，7，10月，很少一部分出现在6，9月。大多数普通污水中悬浮物质的高浓度发生在4，5，6月。在一般污水中，主要污染物为化学需氧量、磷酸盐和悬浮物。

图2 不同区域COD污染物浓度值

图3 不同河流磷酸盐污染物浓度值

图4 不同河流悬浮物污染物浓度

图5~图6给出了2015年主要排污口的化学需氧量和磷酸盐浓度值，其浓度超过相应水污染标准的浓度值。大多数主要污染物排放口的粪便中大肠菌群浓度最高是在7月，其很少出现在4，6，9，10月。大多数主要污染物排放口的5日生化需氧量最高浓度出现在4，5月，有些出现在6月，大多数出口的最高石油浓度出现在5，9月。大多数出口的汞浓度在7月最大，少数出口的汞浓度出现在9，10月。在大多数主要污染物排放口，砷的最高浓度出现在7，10月。大多数主要污染物排放口的挥发酚浓度在5，7月最高，少数出现在4月。镉的最高浓度出现在6，9月。只有少数出现在5月。在大多数出口，铅浓度在7月份较高，在4，10月份较低。与一般污水相比，主要污染物排放口排放的污染物对海洋环境的污染程度较严重。

图5 主要排污口的化学需氧量浓度

图6 主要排污口的磷酸盐浓度

图7给出了汛期（2015年7月21～27日）河北省沿海水域化学需氧量和磷酸盐的平均浓度等值线图，可以看出： 沙河和陡河河口附近的化学需氧量浓度最高，为4.4~5.2mg/L，洋河和滦河河口也受到严重污染，化学需氧量浓度分别为2.8~3.6mg/L和2.4~3.2mg/L，其他水域的化学需氧量浓度低于2mg/L，沙河和陡河河口附近水域的磷酸盐浓度最高，为0.035~0.04 mg/L，部分远海的磷酸盐浓度高于沿海水域。表明磷酸盐的来源不仅来自内陆污水，也来自远海捕鱼区及港口地区。

图7 汛期污染物浓度等值线

图8给出河北省沿海水域旱季（2015年11月20日至12月1日）化学需氧量和磷酸盐的平均浓度等值线图。

图8 枯水期污染物浓度等值线

由图8可看出：沙河和陡河河口附近的化学需氧量浓度最高为14mg/L，其浓度较高是由于三友化工过量排放污染物造成的结果。滦河河口入海附近也发生了严重污染，其化学需氧量浓度6～8mg/L，其他水域的化学需氧量浓度均低于2mg/L，沙河和陡河河口附近水域的磷酸盐浓度最高，为0.09mg/L，这也是由于三友化工过量排放造成的。秦皇岛和唐山海域的磷酸盐浓度偏高，为0.04mg/L。曹妃甸和黄骅港远海地区的磷酸盐浓度高于沿海地区。

图9~图10给出了汛期和旱季污染物浓度的比较结果。

图9 汛期和旱季实测化学需氧量对比

图10 汛期和旱季实测磷酸盐对比

由图9～图10可看出： 秦皇岛附近水域枯水期化学需氧量浓度高于汛期。与唐山和沧州附近水域的情况相反，大多数测站旱季磷酸盐浓度较高。污染物浓度与径流流速密切相关，在大部分水域，污染物浓度随着汛期流速的增加而降低，但在其他一些水域，径流在汛期会携带更多污染物，这导致其流入水域污染物浓度更高。对于中国北方的大多数河流来说，汛期和枯水期的流量差异较大。以2015年滦河为例，汛期平均流量64.21m3/s，枯水期仅11.49m3/s。

针对2015年，27个站点的有机污染物指数和富营养化指数结果如表2。

表2 有机污染物指数及富营养化指数

从表2中可看出：汛期天津和沧州水域的有机污染和富营养化程度均比秦皇岛和唐山水域严重得多。而在旱季，这种特殊的分布并不明显，因为大部分水域均受到不同程度的污染。

表3给出了基于污染指数的受污染沿海水域的统计计算结果。

表3 水体污染程度定量评价统计结果 单位：%

从表3可看出：在汛期，沿海地区3.70%的站点受到有机污染物的轻度污染，中度和重度污染的站点占7.41%，富营养化污染的测站比例为40.74%。在枯水期水质发生了明显恶化，轻度污染占18.52%，中度污染占37.04%，有机污染占33.33%，富营养化污染的测站占88.89%。更严重的污染有可能发生在旱季而非汛期。

统计分析表明有机污染物指数与富营养化指数呈正相关，2015年汛期和枯水期有机污染物指数和富营养化指数的空间计算结果表明：秦皇岛海域（仅有BD05站）、唐山海域和黄骅港海域有机污染物浓度较高。秦皇岛水域（仅有BD05站）、唐山水域（仅有ZD-BDH076站）、天津水域（仅有HBBZ11站）和黄骅港水域富营养化严重。结果表明，唐山水域和黄骅港水域污染严重，与实测数据相符。

5 结语

（1） 工业污水排放造成的污染物负荷比一般污水（生活污水）对水环境的影响更大。从化学需氧量和磷酸盐的分布来看，高浓度的水主要集中在沙河、陡河、洋河和滦河附近。

（2）化学需氧量的污染主要来自陆地电源污染。磷酸盐浓度主要来自沿海水域（渔业和港口地区）的非点源污染。

（3）2015年秦皇岛水域水质状况好于唐山和沧州。总的来说，旱季污染水平比汛期高得多。

（4）应重视旱季污染物的扩散和分布，建立排污口污染物净化处理措施，减少工业废水的排放，使沿海区域水体向着健康生态的方向发展。