秦皇岛海水浴场溶解氧评价及其影响因素分析

杨 超 傅圆圆* 杨义明 李微微

(国家海洋局秦皇岛海洋环境监测中心站，河北 秦皇岛 066002)

溶解氧作为水质评价的其中一项重要指标，其含量变化能够反映出海水质量状况和受污染程度，同时控制着整个水生生态的生产力[1]，其变化受到多种因素的影响，物理、化学和生物等过程均会影响到溶剂氧含量的变化[2-3]。李兆钦等研究表明，海水溶解氧浓度以季节变化为主,秋季至冬季升高,冬季至夏季降低，海水温度是影响溶解氧的主要因素，溶解氧浓度随着温度的季节性变化而变化[4]。除受海水温度的影响，溶解氧含量的变化还受到其他因素的影响，丛明琦等对2019 年春季秦皇岛近岸海域表层溶解氧饱和度进行分析，得出溶解氧饱和度高、近岸海域溶解氧饱和度低的趋势，溶解氧饱和浓度主要受盐度、水温和气温的影响[5]。鲁超等以官井洋为例对溶解氧进行评价，得出水温是影响溶解氧含量变化的主要因素[6]。作为水质评价的其中一项重要指标，溶解氧含量的高低，直接影响到海水中生物的生长情况，如果溶解氧含量出现急剧下降，将直接影响浴场水质状况，甚至出现水体发臭、鱼类窒息死亡的情况[7]。

秦皇岛地处渤海辽东湾西岸，属暖温带半湿润大陆性季风气候，北戴河、南戴河等多处天然浴场的形成使其拥有丰富的滨海旅游资源，是北方主要的滨海旅游城市之一，滨海旅游业也是拉动秦皇岛市经济增长的主要力量。近年来，秦皇岛海水浴场受游客人数及周边环境压力的影响，其水质状况压力不断增大，目前海水浴场水质状况具有一定的代表性。根据溶解氧对秦皇岛海水浴场水质进行评价，并对其影响因素进行研究具有重要意义。

本文基于2015～2018 年秦皇岛四个海水浴场溶解氧监测数据，四个海水浴场分别为南戴河浴场、北戴河浴场、西浴场和东山浴场，对溶解氧进行评价，并分析水文气象等因素与溶解氧的相关性。

1 数据来源

1.1 监测站位：共6 个监测站位，南戴河浴场、西浴场和东山浴场在游泳者密度最大的点各取一个监测站位，北戴河浴场取三个监测站位，三个监测站位均匀分布于整个海水浴场，具体位置见图1。

图1 浴场监测站位图

1.2 监测频率与时间：四个海水浴场共6 个站位监测，于每年6 月24～10 月7 日每周二、周六各监测一次。样品采集、储存及运输方法按《海洋监测规范》进行[9]。

1.3 检测方法：碘量法HY/T 126。

2 结果与分析

2.1 溶解氧评价

按照二类海水水质标准对溶解氧进行评价。2.1.1 评价方法

采用单因子污染指数法，公式为：

(其中：DOf=468/(31.6+t))

式中：DOf- 现场水温及氯度条件下，水中氧的饱和含量(mg/L)；Dos- 溶解氧标准值；DO- 溶解氧的测定值。

当指数小于或等于1 时，为该监测站水体未受污染，大于1时为遭受污染，值越大污染越重。

2.1.2 评价结果

表1～表4 给出了2015～2018 年各浴场溶解氧按二类水质评价指数统计结果。从表中可以看出，2015 年四个浴场中仅西浴场溶解氧出现超出二类水质情况，超标率为13.3%；2016 年和2017 年四个浴场溶解氧均有超出二类水质情况，其中西浴场超标率最高，分别为26.7%和12.9%；2018 年除东山浴场，其他三个浴场溶解氧均有超出二类水质情况，同样是西浴场超标率最高，为16.7%。综合分析，2015 年四个浴场水质状况相对较好，2018 年次之，2016 年和2017 年水质状况较差，其中西浴场在四个海水浴场中水质状况最差，南戴河浴场、北戴河浴场和东山浴场水质状况较好。

表1 2015 年各浴场溶解氧评价指数统计表

表2 2016 年各浴场溶解氧评价指数统计表

表3 2017 年各浴场溶解氧评价指数统计表

表4 2018 年各浴场溶解氧评价指数统计表

2.1.3 水质变化趋势

依据《海水水质标准》[6](GB3097-1997)中海水浴场执行二类水质标准，溶解氧含量大于5 mg/L 时，浴场水质适宜游泳，对2015～2018 年秦皇岛市四个海水浴场水质游泳适宜度年际变化进行统计，结果如图2 所示。从图中可以看出，2015 年四个海水浴场适宜游泳的天数最多，占全年监测天数的96.7 %，2016 年四个海水浴场适宜游泳天数为四年最低值，占全年监测天数的80.2 %。2016 年到2018 年，四个海水浴场水质适宜游泳天数所占比例呈逐年上升趋势，2017 年四个海水浴场适宜游泳天数占全年监测天数的88.4 %，2018 年适宜游泳天数占全年监测天数的93.4 %，2018 年所占比例仅次于2015 年。

图2 秦皇岛市四个海水浴场游泳适宜度年际变化图

2.2 影响因素

海水中的溶解氧受到生物、化学和物理等多种因素的影响，选取2015～2018 年秦皇岛海洋站观测数据中的水温、气温和气压数据，分析这些水文气因素与溶解氧的相关性。

采用Pearson 相关系数法，两个变量之间的Pearson相关系数定义为两个变量之间的协方差和标准差的商：

上式定义了总体相关系数，常用希腊小写字母p作为代表符号。估算样本的协方差和标准差，可得到Pearson 相关系数，常用英文小写字母γ 代表：

式中，γ 介于-1 与1 之间，其绝对值越大，相关性越强：

当0＜γ＜1 时表示X 和Y 正相关关系；

当-1＜γ＜0 时表示X 和Y 负相关关系；

当γ=1 时表示X 和Y 完全正相关，γ=-1 表示X 和Y 完全负相关。

2.2.1 水温与溶解氧的关系

表5 给出了各浴场溶解氧与水温的相关系数。结合表可知，溶解氧与水温呈负相关关系，即水温高时溶解氧低，水温低时，溶解氧高。南戴河浴场溶解氧与水温的相关性最强，相关系数为-0.4856，北戴河浴场和东山浴场次之，西浴场溶解氧与水温的相关性较弱，相关系数为-0.1082。

表5 各浴场溶解氧与水温的相关系数

2.2.2 气温与溶解氧的关系

表6 给出了各浴场溶解氧与水温的相关系数。结合表可知，溶解氧与气温呈负相关关系，即气温高时溶解氧低，气温低时，溶解氧高。南戴河浴场溶解氧与气温的相关性最强，相关系数为-0.5471，北戴河浴场和东山浴场次之，西浴场溶解氧与气温的相关性较弱，相关系数为-0.1617。

表6 各浴场溶解氧与气温的相关系数

2.2.3 气压与溶解氧的关系

表7 给出了各浴场溶解氧与气压的相关系数。结合图表可知，溶解氧与气压呈正相关关系，即随着大气压的升高，水体中的溶解氧含量也逐渐升高。溶解氧与气压呈正相关，主要有两方面原因，一是由于压力越大，水中氧气含量越多；二是在压力增大的情况下，会相应减少水体底部污染物的向上翻腾，从而减少对表层溶解氧的消耗，因此溶解氧的质量分数也会相应增加[8]。南戴河浴场和北戴河浴场溶解氧与气压的相关性最强，相关系数均为0.4558，西浴场次之，东山浴场溶解氧与气压的相关性较弱，相关系数为0.2770。

表7 各浴场溶解氧与气压的相关系数

3 结论

对四个海水浴场2015～2018 年溶剂氧进行评价，并分析四个海水浴场水温、气温、气压与溶解氧的相关性，得出结论如下：

3.1 2015 年四个浴场水质状况相对较好，2018 年次之，2016年和2017 年水质状况较差，其中西浴场在四个海水浴场中水质状况最差，南戴河浴场、北戴河浴场和东山浴场水质状况较好。以游泳适宜度所占比例分析历年海水浴场水质变化趋势，2015年四个海水浴场适宜游泳的天数最多，2016 年最少。2016 年到2018 年，四个海水浴场水质适宜游泳天数所占比例呈逐年上升趋势。

3.2 水温、气温与溶解氧呈负相关关系，即温度越高，溶解氧含量越低；气压与溶解氧呈正相关关系，气压越高，溶解氧含量越高。四个浴场比较，南戴河浴场溶解氧与各影响因素之间的相关性最强，北戴河浴场和东山浴场次之，西浴场溶解氧与各影响因素之间的相关性较弱。由于影响溶解氧含量的因素多种多样，而西浴场周边排污口众多，且受绿潮影响严重，推断影响西浴场溶解氧含量的因素较为复杂，对溶解氧含量的变化成因有待进一步探讨。