芷锚湾秋季近岸海水重金属含量分布及评价

2023-09-27宫少军李稳

海洋开发与管理 2023年8期

宫少军 ,李稳

(1.天津华勘自然资源勘测技术开发有限公司天津 300170;2.天津市地质研究和海洋地质中心天津 300170)

0 引言

芷锚湾隶属辽宁省葫芦岛市绥中县,位于辽东湾西南侧,邻接辽东湾与渤海湾的过渡带,是环渤海生态保护的关键区域。芷锚湾的海岸类型属于堆积平原砂质海岸,具备最完整的砂质海岸功能,且沿岸区域分布若干岛礁,拥有典型性、原生性和多样性的滨海湿地生态系统。由于芷锚湾部分岸线处于蚀退状态[1-2],加之河流径流减少导致入海河流携沙量减少,以及近年来出现一些不合理构筑物,宝贵的原生态砂质海岸资源及其生态受到破坏。为此,当地政府在芷锚湾内2 处总长度为1 600 m的受损砂质岸线开展生态整治修复,遏制沙滩侵蚀造成的海洋生态环境恶化,恢复受损生态系统和岸线生态功能。为更好地完成生态修复工程,在工程实施前须对项目区及邻近海域进行详细的海洋生态环境质量调查,其内容即包括近岸海水重金属含量分布及评价。

重金属能在海水、悬浮颗粒物和海洋生物体之间循环迁移。输入海洋的重金属通常在海水中被稀释,并被悬浮物质吸附而沉降至海底,沉积物中的重金属可通过物理、化学以及生物过程再次进入水体,使得海水中的重金属含量保持在某个水平。同时,海水是人为影响施加于海洋环境的第一层受体,进入海水的重金属可通过食物链在人体内蓄积,因而在环境可持续发展备受关注的今天,海水重金属的含量、分布、归趋、转化及其与影响因素的关系等科学问题引起国内外学者的高度重视[3-10]。

1 研究区概况

芷锚湾属于温带半湿润大陆性季风气候,主要特征为四季分明、水热同期、降水集中、日照充足和季风明显。根据芷锚湾站多年各向各级风的频率玫瑰图及各向平均和最大风速表,该站附近海域WSW 向、SW 向和NE 向的出现频率最高,N 向、NNE向、W 向和SSW 向的出现频率较高。

芷锚湾附近海域的波浪以风浪为主,其中SW向和SSW 向波浪出现频率最高,但波浪较小,波浪强度以NE向最大。该海域属于规则日潮,因靠近无潮点,潮差整体较小,且潮差远离无潮点逐渐增大。潮流运动呈规则半日潮流现象,涨、落潮憩流通常发生在高、低潮前后,最大流速通常发生在涨、落潮历时的50%位置附近,以往复流为主。该海域平均每3年受台风影响1次,台风通常在7-9月出现,台风期间常出现大风、大浪、暴雨和风暴潮等灾害。

绥中沿岸入海河流自东向西主要有六股河、猫眼儿河、狗河、石河、强流河、洪流河、九江河。芷锚湾沿岸区域为典型的滨海湿地生态系统,该系统以潮间带沙滩为基底,海岸类型属于堆积平原砂质海岸。该类型海岸为陆域入海河流携带泥沙、复经波浪作用而形成的庞大海岸堆积客体,由陆向海依次分布为平原、沿岸沙堤、海滩、沙嘴、水下沙堤等若干地貌。这些地貌景观独具特色,具有鲜明的典型性、原生性和多样性,是辽宁省和环渤海地区重要的自然资源。同时,芷锚湾近岸岛礁提高该海域生态系统非生物物质环境的多样性以及物种多样性。

2 样品采集与分析

2019年10月19日,项目对20个水质站位进行样品采样(图1),并进行5项重金属含量测试即As、Cu、Zn、Cd和Pb。每个站位的样品采集、储存、运输及分析均依据《海洋监测规范》(GB 17378-2007)和《海洋调查规范》(GB 12673-2007)执行。

图1 芷锚湾秋季近岸水质取样站位Fig.1 The sampling stations for nearshore water quality in Zhimao Bay during autumn

3 海水重金属含量的分布特征

根据20个取样站位的监测数据(表1),采用克里金法的插值方法,利用ArcGIS软件绘制重金属含量分布图并进行分析。

表1 海水样品重金属含量检测数据Table 1 The monitoring data for heavy metal content in seawater samples mg/L

研究区的As元素含量整体表现为西南部和东北部较低,北部较高,南部最高,整体含量为0.001 0～0.002 1 mg/L,最高点为18 号,最低点为3 号、9号、13号和14号(图2)。

图2 芷锚湾秋季近岸海水As元素含量分布Fig.2 Distribution of As element content in nearshore seawater of Zhimao Bay during autumn

研究区的Cu元素含量整体表现为由北到南递增,整体含量为0.008 2～0.017 0 mg/L,最高点为20号,最低点为1号(图3)。

图3 芷锚湾秋季近岸海水Cu元素含量分布Fig.3 Distribution of Cu element content in nearshore seawater of Zhimao Bay during autumn

研究区的Zn元素含量整体表现为西北相对较高,整体含量为0.000 8～0.013 0 mg/L,最高点为5号,最低点为15号(图4)。

图4 芷锚湾秋季近岸海水Zn元素含量分布Fig.4 Distribution of Zn element content in nearshore seawater of Zhimao Bay during autumn

研究区的Cd元素含量整体表现为离岸越近越高,整体含量为0.000 07～0.000 27 mg/L,最高点为1号,最低点为3号(图5)。

图5 芷锚湾秋季近岸海水Cd元素含量分布Fig.5 Distribution of Cd element content in nearshore seawater of Zhimao Bay during autumn

研究区的Pb含量整体表现为南北两端相对高于中部,整体含量为0.000 9～0.004 5 mg/L,最高点为18号,最低点为7号和9号(图6)。

图6 芷锚湾秋季近岸海水Pb元素含量分布Fig.6 Distribution of Pb element content in nearshore seawater of Zhimao Bay during autumn

4 海水重金属综合质量评价

对各重金属元素质量等级的网格进行叠加比较,依据所有单个元素中质量最差的等级确定该网格的综合质量等级。对综合评价的网格数据集进行等值面提取,并计算各等级水质的海域面积。依据《海水水质标准》(GB 3097-1997),清洁海域水质符合一类海水水质标准,较清洁海域水质符合二类海水水质标准,轻度污染海域水质符合三类海水水质标准,中度污染海域水质符合四类海水水质标准,严重污染海域水质劣于四类海水水质标准。

将各重金属元素含量与水质标准值进行比较,研究区的As、Zn和Cd元素达到一类水质标准,Cu元素属于轻度污染,Pb元素属于较清洁,因此该海域总体属于轻度污染海域(图7)。