广州市地表水环境溶解氧时空分布特征分析

解学慧，彭 林

(广州市环境保护科学研究院,广州 510620)

引 言

地表水体中溶解氧影响因素极其复杂，溶解氧能够在气、液相中不断转换，处于不断消耗与恢复的动态平衡中。其恢复的过程(源)包括复氧、光合作用和外部负荷，消耗的过程(汇)包括有机物的生物氧化、硝化作用、水生植物的呼吸作用、水沉底泥上浮或分解和无机还原性物质的影响等物理、化学、生物过程[1-2]。

广州市位于珠江感潮河网区，境内河流水系发达、纵横交错，水网密布。广州作为超大城市，人口集聚态势不变，自中心城区向外围扩展，总量稳步增长，且基于粤港澳大湾区中国际大都市的定位，广州市人口发展空间较大，其带来的污染物对水环境也产生较大压力，成为广州市多个考核断面水质达标的主要影响指标，而溶解氧具有影响因素复杂、多种因素叠加效应的明显特点，且关于广州市溶解氧分布及变化规律的研究仍有不足，因此，文章通过分析广州市溶解氧的月度变化趋势、时空分布特征及其主要影响因素等，为相关部门更有方向性的进行水环境管理提供基础依据。

1 材料与方法

1.1 区域概况

广州市位于广东省中南部，地处珠江三角洲边缘，范围是东经112°57′至114°03′、北纬22°26′至23°56′之间。其东连惠州市博罗、龙门两县，西邻佛山市的三水、南海和顺德市，北靠清远市市区和佛冈县及韶关市的新丰县，南接东莞和中山市，隔伶仃洋与香港、澳门相望。广州市广州雨量充沛，常年降雨量在1 612～1 909mm之间，研究数据来源于广东省广州生态环境监测中心站2020年40个广州市地表水环境市控以上断面溶解氧监测数据，分布在广州市11个行政区。

1.2 数据处理方法

基于基础水质数据，运用Excel和origin软件进行统计分析，得出广州市中心城区、郊区和近海区溶解氧的分布特征[3～6]。

2 结果与讨论

2.1 总体时空分布特征

按照中心城区、郊区和近海区划分不同区域，基于广州市40个断面溶解氧数据，分析不同区域的溶解氧分布特征(表1和图1)可知：广州市中心城区溶解氧最低，为4.25mg/L，郊区相对较低，溶解氧为5.79mg/L，近海区溶解氧最高，为6.30mL，溶解氧偏低区域集中在中心城区，向外扩延，溶解氧含量会显著升高，主要受中心城区人口众多，污染物排放量较多等影响导致中心城区溶解氧含量偏低。

表1 广州市2020年空间区域分布溶解氧结果表Tab.1 Spatial distribution of dissolved oxygen in Guangzhou in 2020 (mg/L)

图1 广州市溶解氧空间变化箱形图Fig.1 Box chart of spatial variation of dissolved oxygen in Guangzhou

2.2 中心城区时空变化特征

依据广州市中心城区(越秀、海珠、荔湾和天河)4个断面水质基础数据(其中越秀区和天河区考核断面均为猎德断面)知广州市中心城区溶解氧含量范围为2.81～5.90mg/L；中心城区各区溶解氧含量在在空间分布上为越秀(天河)(3.74mg/L)<海珠(4.43mg/L)<荔湾(5.06mg/L)(图2)；2020年中心城区各区溶解氧月度变化趋势基本保持一致(图3)，在7、8月份部分区域溶解氧略低，主要由于气温高、水体饱和溶解氧低，且雨水期合流制管网污水溢流等因素影响。

图2 广州市中心城区各区溶解氧箱形图Fig.2 Box chart of dissolved oxygen in central urban area of Guangzhou

注：越秀和天河区均采用猎德断面图3 广州市中心城区各区2020年溶解氧月度变化趋势图Fig.3 Monthly variation trend of dissolved oxygen in Guangzhou urban area in 2020

2.3 郊区时空变化特征

依据广州市郊区城区(白云、花都、黄埔、增城和从化)18个断面水质基础数据知，2020年广州郊区各区溶解氧年均值大小排序为花都(4.66mg/L)<黄埔(4.89mg/L)<白云(5.10mg/L)<增城(6.74mg/L)<从化(7.63mg/L)(图4)；白云区最低月份为8月(4.17mg/L)，花都、黄埔、增城和从化区最低月份均为9月，最低月份溶解氧分别为3.39mg/L，3.71mg/L，4.76mg/L和6.43mg/L(图5)。溶解氧偏低的月份集中在第三季度，此时南方温度较高，饱和溶解氧偏低，且水温越高时，微生物生长时间减少，污染物耗氧速度越快。因此，若水体中污染物浓度较高时，在微生物快速耗氧和低饱和溶解氧的双重影响下，易出现低氧区。

广州市郊区区溶解氧含量范围为3.39～9.35mg/L；白云区溶解氧月度变化较为集中，增城区较为分散。从化区流溪河作为广州的母亲河，是广州唯一一条能够全流域控制生态完整的内河，也是广州市区主要饮用水源水水源地之一，其水质状况优良，溶解氧含量相对其他区较高。

图4 广州市郊区各区溶解氧箱形图Fig.4 Box chart of dissolved oxygen in Guangzhou suburbs

图5 广州市郊区各区2020年溶解氧月度变化趋势图Fig.5 Monthly variation trend of dissolved oxygen in Guangzhou suburbs in 2020

2.4 近海区时空变化特征

依据广州市近海区(番禺和南沙)18个断面水质基础数据知广州市近海区溶解氧含量范围为5.29～8.03mg/L；2020年广州郊区各区溶解氧年均值大小排序为番禺(5.96mg/L)<南沙(6.64mg/L)(图6)，基本呈珠江口内向外近海逐渐递增的总趋势，这可能是由于海水的稀释作用使得水体透明度较高，浮游植物光合作用产生氧气，使得水体溶解氧含量较高。番禺区最低月份为8月(5.29mg/L)，南沙区最低月份为9月(5.53mg/L)(图7)，主要处于降雨丰富期时，雨水径流面源污染影响明显。

图6 广州市近海区各区溶解氧箱形图Fig.6 Box chart of dissolved oxygen in coastal areas of Guangzhou City

图7 广州市近海区各区2020年溶解氧月度变化趋势图Fig.7 Monthly variation trend of dissolved oxygen in Guangzhou coastal areas in 2020

2.5 溶解氧的主要影响因素

“十三五”期间，广州市水环境治理力度加大、治理效果明显，但是广州市虽然加快城镇污水处理设施建设进度，但因历史原因仍存在管网建设管理不完善，较多区域未实现雨污分流，现有城镇污水处理厂进水污染物浓度偏低等问题，集中式污水处理设施的污染物削减效能有待加强；另在雨污合流区域，暴雨时污水溢流问题较为突出，污水直排水环境，增加了入河污染负荷，局部区域溶解氧偏低现象逐渐突出，成为制约水质达标的主要影响因素[7～10]。

广州市地处热带、亚热带区域气温相对较高，加上感潮河网区咸潮作用，决定了广州市地表水体中饱和溶解氧较低；潮汐作用导致河口区域水体分层，形成低溶解氧区，加上涨憩、落憩流速慢共同限制了感潮河网区的复氧速率；潮汐作用也同时增加了耗氧物质停留时间，增加耗氧；广州市地表水中耗氧物质如氨氮浓度相对较高，加速了水体溶解氧的消耗；广州市部分区域的上游界外来水中溶解氧含量低，也影响着其下游水体的溶解氧含量；上述不利因素叠加造成了广州市地表水体中溶解氧相对非感潮河段以及北方区域明显偏低。

3 结 论

3.1 广州市2020年溶解氧空间分布特征(即水体溶解氧含量)：中心城区<郊区<近海区。中心城区溶解氧较低，与雨污混流、管网混接、溢流等因素有关，因此，中心城区应加快推进排水单元达标建设工作，完成雨污分流，减少雨水径流污染对水环境质量的影响。

3.2 2020年广州市各区溶解氧偏低的月份集中在7～9月，即为第三季度溶解氧偏低。此时南方温度较高，饱和溶解氧偏低，且水温越高时，微生物生长时间减少，污染物耗氧速度越快。因此，若水体中污染物浓度较高时，在微生物快速耗氧和低饱和溶解氧的双重影响下，易出现低氧区。

3.3 溶解氧与温度、光合作用、外部负荷、有机物氧化、底泥上浮、污染物释放耗氧等各种因素有关，影响因素极其复杂。既受到自然因素的影响，也同时受到人类活动带来的耗氧物质输入的影响，影响因素多，耗氧复氧过程复杂，氧垂点与污染源排放点在空间上有很大的差异性，在时间上和位置上有明显的滞后性。因此，若出现大量污染物入河时，应重点关注下游及后续一段时间内水体的溶解氧变化。

本文从区域分布和月度变化分析了广州市溶解氧含量情况，从区域特征考虑分析了溶解氧主要影响因素，还存在一定的不足之处，为解决广州市溶解氧不达标问题，建议后续深入研究感潮河网区物理-化学-生物过程溶解氧平衡机理。