北部湾广西主要入海河流污染物入海通量变化及其影响因素分析

来源:用户上传      作者:陈晓锋 林立苏

　　摘  要：通过对2012—2017年南流江、大风江、钦江、茅岭江和防城江的监测结果和相关资料进行统计分析，采用Spearman秩相关系数法研究了北部湾广西近6年主要入海河流各污染物的入海通量变化趋势，分析污染物入海通量年变化的影响因素。结果表明：北部湾广西5条主要入海河流污染物总量呈上下波动变化的上升趋势;除南流江和大风江各污染物入海通量总体呈现上升趋势外，其他3条河流各污染物的入海通量总体都呈现下降趋势;南流江的入海污染总量是最大的，化学需氧量占污染物入海总量的比重是93.9%;污染物的入海通量的变化主要受其年入海径流量的影响，同时也与广西区域经济社会发展密切相关。
　　关键词：北部湾广西  入海河流  污染物入海通量  Spearman秩相关系数法
　　Abstract： Based on the statistical analysis of the monitoring results and relevant data of Nanliu River， Dafengjiang River， Qinjiang River， Maoling River and Fangcheng river from 2012—2017， and using Spearman rank correlation coefficient method， this paper studies the change trend of the sea flux of the main rivers in Beibu Gulf Guangxi in recent six years， and preliminarily analyzes the influencing factors of the annual change of the pollutant flux. The results show that： the total amount of pollutants in the five main rivers entering the sea in Beibu Gulf Guangxi shows an upward trend of fluctuation; the total amount of pollutants entering the sea in the other three rivers shows a downward trend on the whole， except for the total amount of pollutants entering the sea in Nanliu River and Dafeng River; the total amount of pollutants entering the sea in Nanliu River is the largest， and the chemical oxygen demand accounts for the total amount of pollutants entering the sea The proportion of the total sea volume is 93.9%; the change of pollutant flux into the sea is mainly affected by the annual runoff， and is closely related to the regional economic and social development of Guangxi.
　　Key Words： Beibu Gulf Guangxi; Rivers entering the sea; Pollutant flux into the sea; Spearman rank correlation coefficient method
　　陸地和海洋的互相作用是当今全球环境变化研究的热点问题之一，陆源污染是最大的海洋污染源，约占全部海洋污染的80%，成为全球海洋环境持续恶化的主要来源[1]。陆源污染物来源广泛、污染种类繁多[2]。主要通过江河径流、沿岸生活排污口、工业废水排放管道等各种途径最终流入海洋[3]。陆源污染物的不易降解、易扩散、毒性残留和持久性等特征，对海洋生态系统的危害最大，特别对北部湾半封闭海区的影响尤为严重[4]。随着沿海人类社会经济活动的加剧和河流入海通量的增加，入海河流成为北部湾广西近岸海域污染的主要污染物来源之一[5]。因此，考察近几年来北部湾广西主要入海河流的污染物入海通量变化状况，对该海域海洋环境治理具有重要的意义。
　　该文以北部湾广西近岸南流江、大风江、钦江、茅岭江和防城江为研究对象，考察了这5条主要入海河流2012—2017年的入海污染物通量变化状况，对主要污染物入海通量的相关影响因素进行探讨与分析，研究陆源污染入海对北部湾广西海洋生态系统的影响，为控制入海污染物总量和改善北部湾广西沿海水质环境提供参考。
　　1  研究区域及样品采集与方法
　　1.1 研究区域概况
　　北部湾广西的入海河流主要包括南流江、大风江、钦江、茅岭江和防城江这五条河流（见图1），其河流的概况见表1[6-8]。其中南流江是广西独流入海第一大河流，全长为287km，流域面积为8635km2，平均年径流量为77.4亿m3[9]。
　　1.2 样品的采集及其分析
　　2012—2017年分别在每年5月、8月和10月对北部湾广西的南流江、大风江、钦江、茅岭江和防城江，5条主要入海河流的入海处布设了5个监测断面（D1～D5），具体见图1。入海河流的监测断面根据《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T 91-2002）[10]要求进行样品的采集，采样的垂线和水层次根据现场监测的河宽和水深进行布设，监测的主要项目有流量、化学需氧量、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总磷、石油类、重金属（铜、铅、锌、镉、汞）、砷等，具体分析方法见《水和废水监测分析方法》[11]。 　　1.3 污染物入海通量计算
　　各监测月份污染物入海通量，其计算公式如下：
　　1.4 Spearman秩相关系数法
　　采用Spearman（斯皮尔曼）秩相关系数法[13-14]对南流江、大风江、钦江、茅岭江和防城江各污染物年入海通量在多时段变化趋势和变化程度的进行统计分析，其计算公式如下：
　　式中：di为变量Xi和Yi的差值;Xi为周期1到周期N按浓度从小到大排列的序号;Yi为按时间顺序排列的序号。当Rs为负值，则表明在评价时段内污染物入海通量变化呈下降趋势或好转趋势;当Rs为正值，则表明在评价时段内污染物入海通量变化呈上升趋势或加重趋势[15]。
　　2  结果与分析
　　2.1 北部湾广西主要入海河流污染物总量变化分析
　　年际通量变化趋势的分析结果如图2、表2所示，北部湾广西2012—2017年主要入海河流污染物总量6年均值为317592t。从图2和表2可以看出，2013年入海污染物总量达到6年中最高值，为607846t，与2012年相比，入海污染物总量急剧增加了101.5%;在2013年之后入海污染物总量出现明显下降趋势，与上年相比，2014年入海污染总量中的化学需氧量、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总磷、重金属、砷分别减少了45.4%、67.7%、37.1%、57.6%、8.2%、47.8%，但石油类和氨氮相对增加了41.2%和18.4%;2014—2016年入海污染物总量呈现小幅度的上下波动;2017年入海污染物总量又出现大幅度上升，比2016年增加了56.5%。从总体分析来看，北部湾广西2012—2017年主要入海河流污染物总量总体在上下波动变化中呈上升趋势。
　　由表2可以看出，北部湾广西2012—2017年5条主要入海河流污染物总量为2540736.34t。主要污染物为化学需氧量、氨氮、硝酸盐氮、总磷，分别占入海污染物总量的93.9%、1.2%、3.3%、1.1%。各污染物中，重金属的入海通量下降趋势显著，但化学需氧量、氨氮、硝酸盐氮和石油类的入海通量总体呈上升趋势。
　　2.2 南流江入海污染物通量变化分析
　　根据南流江各污染物入海通量年际变化的秩相关系数Rs表明（见表3），南流江在2012—2017年間，化学需氧量、氨氮、亚硝酸盐氮和石油类呈较明显的上升趋势，其中以氨氮和亚硝酸盐氮最为明显（Rs=0.829）;重金属和砷有较明显下降趋势;硝酸盐氮（Rs=0.086）和总磷（Rs=-0.086）没有明显的变化趋势。
　　由表3可以看出，南流江2012—2017年入海污染物总量为1392607.7t，总体变化呈现上升趋势（Rs=0.429）。南流江的主要污染物为化学需氧量、硝酸盐氮、总磷，分别约占南流江入海污染物总量的92.7%、3.98%、1.5%。
　　2.3 大风江入海污染物通量变化分析
　　根据大风江各污染物入海通量年际变化的秩相关系数Rs表明（见表4），大风江在2012—2017年间，化学需氧量、硝酸盐氮、石油类、砷呈较明显的上升趋势，其中以石油类最为明显（Rs=0.714）;氨氮和亚硝酸氮有较小的上升趋势;总磷（Rs=0.086）和重金属（Rs=-0.086）没有明显的变化趋势。
　　由表4可以看出，大风江2012—2017年入海污染物总量为357172t，总体变化呈较明显上升趋势（Rs=0.600）。大风江的主要污染物为化学需氧量、硝酸盐氮、氨氮，总磷分别约占大风江入海污染物总量的96.3%、2.1%、0.82%、0.46%。
　　2.4  钦江入海污染物通量变化分析
　　根据钦江各污染物入海通量年际变化的秩相关系数Rs表明（见表5），钦江在201—2017年间，除了砷（Rs=0.314）呈现轻微的上升趋势，化学需氧量（Rs=0.029）和氨氮（Rs=-0.143）没有明显的变化趋势外，其余污染物基本呈下降趋势，其中以重金属（Rs=-0.600）的下降趋势最为明显。
　　由表5可以看出，钦江2012—2017年入海污染物总量为235231.98t，总体变化呈下降趋势（Rs=-0.286）。钦江的主要污染物为化学需氧量、氨氮、硝酸盐氮，分别约占钦江入海污染物总量的92.7%、1.8%、4.0%。
　　2.5 茅岭江入海污染物通量变化分析
　　根据茅岭江各污染物入海通量年际变化的秩相关系数Rs表明（见表6），茅岭江在2012—2017年间，除了砷（Rs=0.200）呈现轻微的上升趋势外，其余污染因子基本呈下降趋势，其中以硝酸盐氮（Rs=-0.457）的下降趋势最为明显。
　　由表6可以看出，茅岭江2012—2017年入海污染物总量为399452t，总体变化呈下降趋势（Rs=-0.429）。茅岭江的主要污染物为化学需氧量、硝酸盐氮、氨氮、总磷，分别约占茅岭江入海污染物总量的96.6%、1.7%、0.77%、0.60%。
　　2.6 防城江入海污染物通量变化分析
　　根据防城江各污染物入海通量年际变化的秩相关系数Rs表明（见表7），防城江在2012—2017年间，氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮呈较明显的上升趋势，其中以亚硝酸盐氮最为明显（Rs=0.686）;化学需氧量呈下降趋势（Rs=-0.371）;其余污染物没有明显的变化趋势。
　　由表7可以看出，防城江2012—2017年入海污染物总量为156272.66t，总体变化呈下降趋势（Rs=-0.257）。防城江的主要污染物为化学需氧量、硝酸盐氮、氨氮，分别约占防城江入海污染物总量的93.5%、2.9%、2.5%。
　　综合上述对南流江、大风江、钦江、茅岭江和防城江5条河流污染物入海通量变化趋势的分析结果表明：北部湾广西2012—2017年主要入海河流污染物总量6年均值为317592t，其入海河流污染物总量总体在上下波动变化中呈上升趋势，2013年入海污染物总量达到6年中最高值，为607846t。近年来北部湾广西5条主要入海河流中除南流江和大风江各污染物入海通量总体呈现上升趋势外，其他3条河流各污染物的入海通量总体都呈现下降趋势;各污染物中，重金属的入海通量下降趋势显著，但化学需氧量、氨氮、硝酸盐氮和石油类的入海通量总体呈上升趋势，其中化学需氧量污染物占污染物入海总量的比重是最大的，达到93.9%左右;2012—2017年北部湾广西5条主要入海河流的污染物入海总量为2540736.34t，南流江的入海污染总量是最大的，为1392607.7t，约占了5条主要入海河流的污染物入海总量的54.8%。 　　3  各入海河流污染物通量变化的影响因素分析
　　3.1 河流入海径流量
　　径流量=流速×江河截面积，江河截面积=1/2（河床宽+
　　（退潮河面宽+涨潮河面宽）/2）×水深。流速为现场监测所得值，年平均径流量为全年多次监测径流量的算术平均值。由图3和图4所示，在2012—2017年期间，南流江、大风江、钦江、茅岭江和防城江的入海径流量的年际变化规律基本一致。5条河流各入海径流量的年变化与河流污染物通量变化规律重合度比较高。因此，近几年来这5条河流污染物的入海通量的变化主要受其年入海径流量的影响。
　　3.2 工业废水、生活污水及其他污水排放量
　　由图5所示，广西区域逐年污水排放总量与北部湾广西主要入海河流污染物总量的变化趋势基本一致。随着广西在污染防治上投入的加大、各类工程、政策措施的实施、相关政府部门对重工业污水排放的整治、高新生产技术引进、产业结构和经济布局优化等因素的影响，工业废水年排放量总体呈逐年递减的趋势;随着广西区域总人口数量的不断增加，生活污水及其他污水年排放量总体呈上升的趋势。
　　3.3 农业的化肥造成的面源污染
　　由图6所示，广西区域农业化肥施用量总体呈上升趋势。自2012—2017年来，广西区域氮肥的施用总量约为446.42万t，磷肥的施用总量约为185.83万t。大量氮磷化肥随河流入海成为海洋水质中氮磷营养物质增加的主要来源之一。
　　4  结论
　　（1）北部湾广西2012—2017年主要入海河流污染物总量6年均值为317592t，其入海河流污染物总量总体在上下波动变化中呈上升趋势，2013年入海污染物总量达到6年中最高值，为607846t。
　　（2）由5条主要入海河流输送入海的污染物总量高达为2540736.34t。南流江的入海污染总量是最大的，为1392607.7t，约占了5条主要入海河流的污染物入海总量的54.8%。
　　（3）近6年来北部湾广西5条主要入海河流中除南流江和大风江各污染物入海通量总体上呈现上升趋势外，其他3条河流各污染物的入海通量总体上都呈现下降趋势;各污染物中，重金属的入海通量下降趋势显著，但化学需氧量、氨氮、硝酸盐氮和石油类的入海通量总体呈上升趋势，其中化学需氧量污染物占污染物入海总量的比重是最大的，达到93.9%左右。
　　（4）近几年来这5条河流污染物的入海通量的变化主要受其年入海径流量的影响;广西区域工业废水年排放量总体呈逐年递减的趋势，随着广西区域总人口数量的不断增加，生活污水及其他污水年排放量总体呈上升的趋势;大量氮磷化肥随河流入海成为海洋水质中氮磷营养物质增加的主要来源之一。
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