芷錨灣秋季近岸海水重金屬含量分布及評價

宮少軍 ,李穩

(1.天津華勘自然資源勘測技術開發有限公司 天津 300170;2.天津市地質研究和海洋地質中心 天津 300170)

0 引言

芷錨灣隸屬遼寧省葫蘆島市綏中縣,位于遼東灣西南側,鄰接遼東灣與渤海灣的過渡帶,是環渤海生態保護的關鍵區域。芷錨灣的海岸類型屬于堆積平原砂質海岸,具備最完整的砂質海岸功能,且沿岸區域分布若干島礁,擁有典型性、原生性和多樣性的濱海濕地生態系統。由于芷錨灣部分岸線處于蝕退狀態[1-2],加之河流徑流減少導致入海河流攜沙量減少,以及近年來出現一些不合理構筑物,寶貴的原生態砂質海岸資源及其生態受到破壞。為此,當地政府在芷錨灣內2 處總長度為1 600 m的受損砂質岸線開展生態整治修復,遏制沙灘侵蝕造成的海洋生態環境惡化,恢復受損生態系統和岸線生態功能。為更好地完成生態修復工程,在工程實施前須對項目區及鄰近海域進行詳細的海洋生態環境質量調查,其內容即包括近岸海水重金屬含量分布及評價。

重金屬能在海水、懸浮顆粒物和海洋生物體之間循環遷移。輸入海洋的重金屬通常在海水中被稀釋,并被懸浮物質吸附而沉降至海底,沉積物中的重金屬可通過物理、化學以及生物過程再次進入水體,使得海水中的重金屬含量保持在某個水平。同時,海水是人為影響施加于海洋環境的第一層受體,進入海水的重金屬可通過食物鏈在人體內蓄積,因而在環境可持續發展備受關注的今天,海水重金屬的含量、分布、歸趨、轉化及其與影響因素的關系等科學問題引起國內外學者的高度重視[3-10]。

1 研究區概況

芷錨灣屬于溫帶半濕潤大陸性季風氣候,主要特征為四季分明、水熱同期、降水集中、日照充足和季風明顯。根據芷錨灣站多年各向各級風的頻率玫瑰圖及各向平均和最大風速表,該站附近海域WSW 向、SW 向和NE 向的出現頻率最高,N 向、NNE向、W 向和SSW 向的出現頻率較高。

芷錨灣附近海域的波浪以風浪為主,其中SW向和SSW 向波浪出現頻率最高,但波浪較小,波浪強度以NE向最大。該海域屬于規則日潮,因靠近無潮點,潮差整體較小,且潮差遠離無潮點逐漸增大。潮流運動呈規則半日潮流現象,漲、落潮憩流通常發生在高、低潮前后,最大流速通常發生在漲、落潮歷時的50%位置附近,以往復流為主。該海域平均每3年受臺風影響1次,臺風通常在7-9月出現,臺風期間常出現大風、大浪、暴雨和風暴潮等災害。

綏中沿岸入海河流自東向西主要有六股河、貓眼兒河、狗河、石河、強流河、洪流河、九江河。芷錨灣沿岸區域為典型的濱海濕地生態系統,該系統以潮間帶沙灘為基底,海岸類型屬于堆積平原砂質海岸。該類型海岸為陸域入海河流攜帶泥沙、復經波浪作用而形成的龐大海岸堆積客體,由陸向海依次分布為平原、沿岸沙堤、海灘、沙嘴、水下沙堤等若干地貌。這些地貌景觀獨具特色,具有鮮明的典型性、原生性和多樣性,是遼寧省和環渤海地區重要的自然資源。同時,芷錨灣近岸島礁提高該海域生態系統非生物物質環境的多樣性以及物種多樣性。

2 樣品采集與分析

2019年10月19日,項目對20個水質站位進行樣品采樣(圖1),并進行5項重金屬含量測試即As、Cu、Zn、Cd和Pb。每個站位的樣品采集、儲存、運輸及分析均依據《海洋監測規范》(GB 17378-2007)和《海洋調查規范》(GB 12673-2007)執行。

圖1 芷錨灣秋季近岸水質取樣站位Fig.1 The sampling stations for nearshore water quality in Zhimao Bay during autumn

3 海水重金屬含量的分布特征

根據20個取樣站位的監測數據(表1),采用克里金法的插值方法,利用ArcGIS軟件繪制重金屬含量分布圖并進行分析。

表1 海水樣品重金屬含量檢測數據Table 1 The monitoring data for heavy metal content in seawater samples mg/L

研究區的As元素含量整體表現為西南部和東北部較低,北部較高,南部最高,整體含量為0.001 0～0.002 1 mg/L,最高點為18 號,最低點為3 號、9號、13號和14號(圖2)。

圖2 芷錨灣秋季近岸海水As元素含量分布Fig.2 Distribution of As element content in nearshore seawater of Zhimao Bay during autumn

研究區的Cu元素含量整體表現為由北到南遞增,整體含量為0.008 2～0.017 0 mg/L,最高點為20號,最低點為1號(圖3)。

圖3 芷錨灣秋季近岸海水Cu元素含量分布Fig.3 Distribution of Cu element content in nearshore seawater of Zhimao Bay during autumn

研究區的Zn元素含量整體表現為西北相對較高,整體含量為0.000 8～0.013 0 mg/L,最高點為5號,最低點為15號(圖4)。

圖4 芷錨灣秋季近岸海水Zn元素含量分布Fig.4 Distribution of Zn element content in nearshore seawater of Zhimao Bay during autumn

研究區的Cd元素含量整體表現為離岸越近越高,整體含量為0.000 07～0.000 27 mg/L,最高點為1號,最低點為3號(圖5)。

圖5 芷錨灣秋季近岸海水Cd元素含量分布Fig.5 Distribution of Cd element content in nearshore seawater of Zhimao Bay during autumn

研究區的Pb含量整體表現為南北兩端相對高于中部,整體含量為0.000 9～0.004 5 mg/L,最高點為18號,最低點為7號和9號(圖6)。

圖6 芷錨灣秋季近岸海水Pb元素含量分布Fig.6 Distribution of Pb element content in nearshore seawater of Zhimao Bay during autumn

4 海水重金屬綜合質量評價

對各重金屬元素質量等級的網格進行疊加比較,依據所有單個元素中質量最差的等級確定該網格的綜合質量等級。對綜合評價的網格數據集進行等值面提取,并計算各等級水質的海域面積。依據《海水水質標準》(GB 3097-1997),清潔海域水質符合一類海水水質標準,較清潔海域水質符合二類海水水質標準,輕度污染海域水質符合三類海水水質標準,中度污染海域水質符合四類海水水質標準,嚴重污染海域水質劣于四類海水水質標準。

將各重金屬元素含量與水質標準值進行比較,研究區的As、Zn和Cd元素達到一類水質標準,Cu元素屬于輕度污染,Pb元素屬于較清潔,因此該海域總體屬于輕度污染海域(圖7)。

圖7 芷錨灣秋季海水Cu和Pb元素質量評價區劃Fig.7 Regional division of Cu and Pb element quality assessment in nearshore seawater of Zhimao Bay during autumn

5 結論

芷錨灣秋季近岸海水重金屬含量總體較低,其中As和Cu 元素含量呈北低南高之勢,Zn、Cd和Pb元素含量大體為離岸變低趨勢。

根據《海水水質標準》(GB 3097-1997),芷錨灣海域As、Zn和Cd元素達到一類水質標準,Cu元素屬于輕度污染,Pb元素屬于較清潔,該海域總體屬于輕度污染海域。