曹妃甸主要入海河流與近岸海域污染趨勢及其相互關系研究

趙益棟，趙英杰

(交通運輸部天津水運工程科學研究院 水路交通環境保護技術實驗室，天津 300456)

1 引言

隨著我國沿海經濟的高度發展、圍填海工程的大量興建，區域生態問題日益突顯[1，2]，特別是河口毗鄰的海域、海灣和入海河口處的污染比較嚴重。河北省唐山市曹妃甸區位于河北省東北部，唐山市東南部55 km，海岸線長約80 km，海域面積約2000 km2。歷年來的《河北省海洋環境狀況公報》顯示，曹妃甸海域主要污染物為無機氮、活性磷酸鹽。因此研究并分析曹妃甸區域主要入海河流和近岸海域污染變化趨勢及其相關關系，對于近岸海域環境生態綜合整治極具現實意義。

2 趨勢與相關關系分析方法

趨勢是某一現象在較長時期內發展變化的總態勢，是時間序列最基本的構成要素。最小二乘法是進行線性擬合、趨勢分析等工作最有效、最簡潔的方法[3]，如式(1)、(2)所示。

xi=A+B×ti|i=1,2,…,n

(1)

式(1)中，xi是指時間序列x1,x2,…,xi,…,xn在時刻ti對應的值；n為變量的個數；A和B分別表示趨勢系數和常數，可采用最小二乘法計算而得，如式(2)所示。

(2)

相關性分析是研究多元隨機變量之間相關關系的一種統計學方法[4]。

(3)

式(3)中，X和Y分別為兩個變量，n為變量中數據的個數。

3 主要入海河流污染變化趨勢

曹妃甸區域及鄰近海域地處六河下梢，由西向東依次為：陡河、沙河(包括戟門河、黑沿子排干)、雙龍河、青龍河(包括曹妃甸區一排干)、溯河、小清河。其中，陡河位于灤河及潮白、薊運、永定新河兩大水系之間，屬長年河，是本區域最主要的入海河流，河流長度為121.5 km，流域面積為1340 km2。近3年來，陡河的氨氮和總磷污染物變化過程與趨勢，如圖1所示。

圖1是陡河氨氮和總磷的變化趨勢圖，由圖可見：陡河水質是有一定程度的改善的，陡河的氨氮濃度已有所下降；相反，總磷的濃度有所上升。根本原因在于唐山市制定了一系列的污染防治與減排支撐性工程如水產養殖清理、污水處理廠提標改造等措施，對陡河等區域河流的總氮和氨氮實施削減，但減排工程中未涉及總磷，隨著區域經濟的發展，氮和磷則呈現出一減一增的發展趨勢，因此未來的削減和相應減排工程也應重點關注總磷。

4 近岸海域無機氮變化趨勢

近10多年來，曹妃甸近岸海域無機氮和活性磷酸鹽污染平均水平的變化趨勢，如圖2和3所示。

從圖2可以看出：無機氮污染平均水平，除2012年和2015年滿足二類海水水質標準外，其余年份均滿足一類海水水質標準。

從圖3中可以看出：活性磷酸鹽污染平均水平，除2005年滿足二三類水質標準外，其余年份均滿足一類水質標準。

圖1 陡河污染趨勢分析

圖2 曹妃甸海域無機氮平均污染水平變化趨勢

5 相互關系分析

應用相關關系分析方法，研究計算陸源排放氨氮污染物時間序列與海域內部無機氮污染物時間序列以及陸源排放總磷污染物時間序列與海域內部活性磷酸鹽污染物時間序列的相關關系，其相關系數可高0.8以上，表明：陸源排污口是海域內部污染物的重要來源，應著重加強對入海排污口和入海河流流域的綜合管理、整治以及切實的解決方案。

圖3 曹妃甸海域活性磷酸鹽平均污染水平變化趨勢

6 結論

本文采用趨勢分析與相關性分析方法，對曹妃甸區域主要入海河流和近岸海域的污染變化趨勢和相互關系進行了分析研究，研究結果表明：①氮是該區域最重要的污染物質之一。②陸源排放是近岸海域污染的重要來源之一。③今后應加強對總磷的管控與削減。因此為切實保障區域環境質量向好發展，應重點加強區域陸源入海河流等排污口的管理工作。