沙头角湾海水污染物的时空分布特征研究
摘要：利用2016年11月现场调查的数据和2007年～2016年的监测数据为基础，分析了沙头角湾海水无机氮、活性磷酸盐的时空分布特征，结果表明沙头角灣海水无机氮含量存在一定的季节差异性，活性磷酸盐指标变化范围较小，没有明显的季节性差异；采用富营养化指数评价方法对海水富营养化水平进行分析评价，结果表明沙头角湾海水富营养化指数在介于富营养和非富营养状态间波动；结合盐田污水处理厂排放口和大鹏湾海域中各形态无机氮含量的监测数据分析证明沙头角湾中无机氮的主要来源是盐田污水处理厂
关键词：时空分布；无机氮；活性磷酸盐；海水富营养化
中图分类号： X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0090-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.041
Abstract： Based on the data of field survey in November 2016 and the monitoring data from 2007 to 2016， the temporal and spatial distribution characteristics of inorganic nitrogen and active phosphate in Shatou Bay were analyzed. The results showed that there was no significant difference The results showed that the eutrophication index of Shatoujiao Bay was analyzed by eutrophication index. The results showed that the seawater eutrophication index was significant and the seasonal variation was not significant. The results showed that the main source of inorganic nitrogen in Shatoujiao Bay was Yantian Wastewater Treatment Plant， which was the main source of inorganic nitrogen in Shatoujiao Bay. The results showed that the main source of inorganic nitrogen in Shatoujiao Bay was the same as that of Yantian Sewage Treatment Plant
Key words： Temporal and spatial distribution； Inorganic nitrogen； Active phosphate； Seawater eutrophication
沙头角湾位于广东省深圳市盐田区，是沙头角海入南海的狭长海湾，西北面为深圳盐田港，东南为香港亚公湾，风景秀丽，海景宜人。其地处亚热带，夏季长、冬季短，气候温和潮湿，呈亚热带海洋性气候。另外，由于沙头角湾是大鹏湾海域的一个小海湾，大鹏湾海域涨潮时海水呈向湾内流动的趋势，落潮时海水向湾外流动，大潮时涨落潮流速明显大于小潮期涨落潮流速，并且无论是大潮期还是小潮期表层流速明显大于低层流速，因此，无论是涨潮还是落潮，相对于大鹏湾湾口，沙头角湾海域的流速较小，整个流场的变化呈往复流特征。随着工业、旅游业以及港口的发展，人口的大量增加，使得沙头角湾的生态环境发生了较大的变化，海水无机氮超标的情况偶有发生。
本文以2016年11月现场调查的数据为基础，分析了沙头角湾海水中机氮、活性磷酸盐的分布特征，并采用富营养化指数评价方法对海水富营养化水平进行分析评价，为沙头角湾的环境管理提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 调查站位及调查项目
2016年11月共布设15个调查站位，调查站位分布图1所示。调查项目包括化学需氧量、无机氮、活性磷酸盐、硝酸盐、汞和阴离子表面活性剂等。本文主要对无机氮（DIN）和活性磷酸盐（PO4-P）的调查结果进行讨论。
1.2 样品采集与分析
样品的采集、预处理、以及分析测试均按照《海洋监测规范》（GB 17378-2007）[1]的相关标准方法进行。利用盐田区环境保护监测站2007年～2016年的监测数据对沙头角湾无机氮、活性磷酸盐以及富营养化水平进行分析，监测站位详见图2。
1.3 富营养化评价方法
1.3.1 富营养化指数（E）
富营养化指数评价法以《海洋调查规范》第九部分：海域生态调查指南（GB/T 12763.9-2007）[2]为依据。针对沙头角湾海水氮、磷的超标问题，采用富营养化指数评价沙头角湾富营养化水平状况，计算公式如下。
式中，E为富营养化指数；COD为化学需氧量（mg/L）；DIN为无机氮含量（mg/L）；DIP为活性磷酸盐含量（mg/L）。当E>1时，表明水体呈富营养化，E值越高，水体富营养化程度越严重。
1.3.2 潜在的富营养化评价
一般海水中正常的N/P值为16：1，浮游植物大约以16：1的比例从海水中摄取N和P，因此必然有一部分氮（对磷限制水体而言）或磷（对氮限制水体而言）相对过剩。因此利用氮、磷富营养盐作为评价参数的新富营养化评价模式[3]，对沙头角湾潜在的富营养化水平进行评价，详见表1。
2 沙头角湾海水污染物（氮、磷）时间分布特征
从沙头角湾无机氮的年平均变化图来看，详见图3，无机氮的含量在2007年～2016年始终处于波动的状态，2016年的监测数据显示，2016年枯水期沙头角湾海水无机氮劣于第四类海水水质标准，说明了沙头角湾整体的水环境质量处在一个介于达标与超标的临界值状态。2016年沙头角湾海水刚好满足第三类海水水质标准的要求。
从沙头角湾活性磷酸盐的年平均变化图来看，详见图4，活性磷酸盐的含量在2007年～2016年存在一定的浓度波动。可能是受到盐田区陆源污染截污工程逐步完善的影响，2012年后出現含量出现逐渐下降的趋势。
3 沙头角湾海水污染物（氮、磷）空间分布特征
根据2016年11月沙头角湾水质现状调查的15个站位数据和2个站位复测数据，绘制无机氮、活性磷酸盐、氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐浓度空间分布图，见图5，主要超标因子为无机氮，其中1#站位～8#站位无机氮的单因子评价结果均为第四类或劣四类海水水质标准，9#站位～15#站位的无机氮的单因子评价结果多为第一类海水水质标准。离岸越近，污染物浓度越高，由盐田污水处理厂排放口附近监测站位向周围水域呈现浓度逐渐降低的趋势。
近10年来沙头角湾富营养化指数的变化情况详见图6。沙头角湾海水2010年、2012年、2014年和2016年呈现富营养化的态势，但除2014年外，其余年份富营养化指数在介于富营养和非富营养状态间波动，这与沙头角湾海水自净能力较弱存在一定的关系。
沙头角湾潜在富营养化评价见表2。对N/P、无机氮和磷酸盐的分析表明，沙头角湾2010年、2012年、2014年和2016年呈现富营养化的态势，这与富营养化指数评价的结果一致。
4 无机氮（三氮）比例及时空特征
参照2016年和2017年3月盐田污水处理厂排放口和沙头角湾的监测数据，详见表3，计算可知，2016年盐田污水处理厂排放口氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐占无机氮的百分比分别为31.7%、3.2%和65.1%，氨氮和硝态氮的占比分别为31.7%和68.3%。沙头角湾氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐占无机氮的百分比分别为40.9%、2.4%和56.8%，氨氮和硝态氮的占比分别为40.9%和59.1%。2017年3月盐田污水处理厂排放口氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐占无机氮的百分比分别为0.52%、0.54%和98.93%，氨氮和硝态氮的占比分别为0.52%和99.48%。沙头角湾氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐占无机氮的百分比分别为15.25%、3.19%和81.56%，氨氮和硝态氮的占比分别为15.25%和84.75%。
对比周凯等对大鹏湾海域中各形态无机氮含量的研究[2]，监测数据详见表4。大鹏湾海域氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐占无机氮的百分比分别为61.2%、9.9%和28.9%，氨氮和硝态氮的占比分别为61.2%和38.8%。沙头角湾氨氮和硝态氮比例高于大鹏湾海域，说明沙头角湾无机氮超标并非源于大鹏湾海域对其的影响，主要原因是由于硝态氮的含量较高。沙头角湾氨氮和硝态氮的比例与盐田污水处理厂排放口一致，受其影响较大。
5 结论
（1）2007年～2016年间，无机氮含量存在一定的季节差异性，表现出明显的由盐田污水处理厂排放口1#向周围浓度逐渐降低的态势。沙头角湾海水环境质量呈现出平水期较差，丰水期、枯水期较好的时间变化差异，这主要是与降水量及气候有关。2016年沙头角湾无机氮含量处在一个介于达标与超标的临界值状态。
（2）活性磷酸盐指标表现出近岸高、中部低的浓度分布情况，没有明显的季节性差异。沙头角湾海水活性磷酸盐整体浓度的变化范围较小，基本能满足第三类海水水质标准。
（3）多数时间内，沙头角湾海水富营养化指数在介于富营养和非富营养状态间波动，这与沙头角湾海水自净能力较弱存在一定的关系。
（4）沙头角湾中无机氮的主要来源是盐田污水处理厂，虽然污水经处理后均能满足排放标准排放，但由于排放标准阈值和第三类海水水质标准不同，海水对排放口排放水体的稀释作用缓慢，达标排放的水体进入海湾，亦会导致排放口附近海水水质超标。
参考文献
[1] GB 17378.4-2007，海洋监测规范 第四部分：海水分析[S].
[2] GB 12763.9-2007，海洋调查规范 第九部分：海域生态调查指南[S].
[3] 郭卫东，章小明，杨逸萍等.中国近岸海域潜在性富营养化程度的评价[ J] .台湾海峡， 1998 ， 17 （1）：64-70.
[4] 周凯，李绪录，夏华永.大鹏湾海水中各形态无机氮的分布变化[J].热带海洋学报， 2011， 30（3）：105-111.
作者简介：罗慧谋（1979-），男，硕士研究生，工程师， 研究方向为环境监测工作。
关键词：时空分布；无机氮；活性磷酸盐；海水富营养化
中图分类号： X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0090-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.041
Abstract： Based on the data of field survey in November 2016 and the monitoring data from 2007 to 2016， the temporal and spatial distribution characteristics of inorganic nitrogen and active phosphate in Shatou Bay were analyzed. The results showed that there was no significant difference The results showed that the eutrophication index of Shatoujiao Bay was analyzed by eutrophication index. The results showed that the seawater eutrophication index was significant and the seasonal variation was not significant. The results showed that the main source of inorganic nitrogen in Shatoujiao Bay was Yantian Wastewater Treatment Plant， which was the main source of inorganic nitrogen in Shatoujiao Bay. The results showed that the main source of inorganic nitrogen in Shatoujiao Bay was the same as that of Yantian Sewage Treatment Plant
Key words： Temporal and spatial distribution； Inorganic nitrogen； Active phosphate； Seawater eutrophication
沙头角湾位于广东省深圳市盐田区，是沙头角海入南海的狭长海湾，西北面为深圳盐田港，东南为香港亚公湾，风景秀丽，海景宜人。其地处亚热带，夏季长、冬季短，气候温和潮湿，呈亚热带海洋性气候。另外，由于沙头角湾是大鹏湾海域的一个小海湾，大鹏湾海域涨潮时海水呈向湾内流动的趋势，落潮时海水向湾外流动，大潮时涨落潮流速明显大于小潮期涨落潮流速，并且无论是大潮期还是小潮期表层流速明显大于低层流速，因此，无论是涨潮还是落潮，相对于大鹏湾湾口，沙头角湾海域的流速较小，整个流场的变化呈往复流特征。随着工业、旅游业以及港口的发展，人口的大量增加，使得沙头角湾的生态环境发生了较大的变化，海水无机氮超标的情况偶有发生。
本文以2016年11月现场调查的数据为基础，分析了沙头角湾海水中机氮、活性磷酸盐的分布特征，并采用富营养化指数评价方法对海水富营养化水平进行分析评价，为沙头角湾的环境管理提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 调查站位及调查项目
2016年11月共布设15个调查站位，调查站位分布图1所示。调查项目包括化学需氧量、无机氮、活性磷酸盐、硝酸盐、汞和阴离子表面活性剂等。本文主要对无机氮（DIN）和活性磷酸盐（PO4-P）的调查结果进行讨论。
1.2 样品采集与分析
样品的采集、预处理、以及分析测试均按照《海洋监测规范》（GB 17378-2007）[1]的相关标准方法进行。利用盐田区环境保护监测站2007年～2016年的监测数据对沙头角湾无机氮、活性磷酸盐以及富营养化水平进行分析，监测站位详见图2。
1.3 富营养化评价方法
1.3.1 富营养化指数（E）
富营养化指数评价法以《海洋调查规范》第九部分：海域生态调查指南（GB/T 12763.9-2007）[2]为依据。针对沙头角湾海水氮、磷的超标问题，采用富营养化指数评价沙头角湾富营养化水平状况，计算公式如下。
式中，E为富营养化指数；COD为化学需氧量（mg/L）；DIN为无机氮含量（mg/L）；DIP为活性磷酸盐含量（mg/L）。当E>1时，表明水体呈富营养化，E值越高，水体富营养化程度越严重。
1.3.2 潜在的富营养化评价
一般海水中正常的N/P值为16：1，浮游植物大约以16：1的比例从海水中摄取N和P，因此必然有一部分氮（对磷限制水体而言）或磷（对氮限制水体而言）相对过剩。因此利用氮、磷富营养盐作为评价参数的新富营养化评价模式[3]，对沙头角湾潜在的富营养化水平进行评价，详见表1。
2 沙头角湾海水污染物（氮、磷）时间分布特征
从沙头角湾无机氮的年平均变化图来看，详见图3，无机氮的含量在2007年～2016年始终处于波动的状态，2016年的监测数据显示，2016年枯水期沙头角湾海水无机氮劣于第四类海水水质标准，说明了沙头角湾整体的水环境质量处在一个介于达标与超标的临界值状态。2016年沙头角湾海水刚好满足第三类海水水质标准的要求。
从沙头角湾活性磷酸盐的年平均变化图来看，详见图4，活性磷酸盐的含量在2007年～2016年存在一定的浓度波动。可能是受到盐田区陆源污染截污工程逐步完善的影响，2012年后出現含量出现逐渐下降的趋势。
3 沙头角湾海水污染物（氮、磷）空间分布特征
根据2016年11月沙头角湾水质现状调查的15个站位数据和2个站位复测数据，绘制无机氮、活性磷酸盐、氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐浓度空间分布图，见图5，主要超标因子为无机氮，其中1#站位～8#站位无机氮的单因子评价结果均为第四类或劣四类海水水质标准，9#站位～15#站位的无机氮的单因子评价结果多为第一类海水水质标准。离岸越近，污染物浓度越高，由盐田污水处理厂排放口附近监测站位向周围水域呈现浓度逐渐降低的趋势。
近10年来沙头角湾富营养化指数的变化情况详见图6。沙头角湾海水2010年、2012年、2014年和2016年呈现富营养化的态势，但除2014年外，其余年份富营养化指数在介于富营养和非富营养状态间波动，这与沙头角湾海水自净能力较弱存在一定的关系。
沙头角湾潜在富营养化评价见表2。对N/P、无机氮和磷酸盐的分析表明，沙头角湾2010年、2012年、2014年和2016年呈现富营养化的态势，这与富营养化指数评价的结果一致。
4 无机氮（三氮）比例及时空特征
参照2016年和2017年3月盐田污水处理厂排放口和沙头角湾的监测数据，详见表3，计算可知，2016年盐田污水处理厂排放口氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐占无机氮的百分比分别为31.7%、3.2%和65.1%，氨氮和硝态氮的占比分别为31.7%和68.3%。沙头角湾氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐占无机氮的百分比分别为40.9%、2.4%和56.8%，氨氮和硝态氮的占比分别为40.9%和59.1%。2017年3月盐田污水处理厂排放口氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐占无机氮的百分比分别为0.52%、0.54%和98.93%，氨氮和硝态氮的占比分别为0.52%和99.48%。沙头角湾氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐占无机氮的百分比分别为15.25%、3.19%和81.56%，氨氮和硝态氮的占比分别为15.25%和84.75%。
对比周凯等对大鹏湾海域中各形态无机氮含量的研究[2]，监测数据详见表4。大鹏湾海域氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐占无机氮的百分比分别为61.2%、9.9%和28.9%，氨氮和硝态氮的占比分别为61.2%和38.8%。沙头角湾氨氮和硝态氮比例高于大鹏湾海域，说明沙头角湾无机氮超标并非源于大鹏湾海域对其的影响，主要原因是由于硝态氮的含量较高。沙头角湾氨氮和硝态氮的比例与盐田污水处理厂排放口一致，受其影响较大。
5 结论
（1）2007年～2016年间，无机氮含量存在一定的季节差异性，表现出明显的由盐田污水处理厂排放口1#向周围浓度逐渐降低的态势。沙头角湾海水环境质量呈现出平水期较差，丰水期、枯水期较好的时间变化差异，这主要是与降水量及气候有关。2016年沙头角湾无机氮含量处在一个介于达标与超标的临界值状态。
（2）活性磷酸盐指标表现出近岸高、中部低的浓度分布情况，没有明显的季节性差异。沙头角湾海水活性磷酸盐整体浓度的变化范围较小，基本能满足第三类海水水质标准。
（3）多数时间内，沙头角湾海水富营养化指数在介于富营养和非富营养状态间波动，这与沙头角湾海水自净能力较弱存在一定的关系。
（4）沙头角湾中无机氮的主要来源是盐田污水处理厂，虽然污水经处理后均能满足排放标准排放，但由于排放标准阈值和第三类海水水质标准不同，海水对排放口排放水体的稀释作用缓慢，达标排放的水体进入海湾，亦会导致排放口附近海水水质超标。
参考文献
[1] GB 17378.4-2007，海洋监测规范 第四部分：海水分析[S].
[2] GB 12763.9-2007，海洋调查规范 第九部分：海域生态调查指南[S].
[3] 郭卫东，章小明，杨逸萍等.中国近岸海域潜在性富营养化程度的评价[ J] .台湾海峡， 1998 ， 17 （1）：64-70.
[4] 周凯，李绪录，夏华永.大鹏湾海水中各形态无机氮的分布变化[J].热带海洋学报， 2011， 30（3）：105-111.
作者简介：罗慧谋（1979-），男，硕士研究生，工程师， 研究方向为环境监测工作。
