海滩沉积环境质量演变调查评价方法初探——以钦州市大环村海滩为例

朝 鲁

广西海洋地质调查院，广西 北海 536000

海滩作为宝贵的旅游资源越来越受到关注，海滩环境质量的变化情况可以间接反映一段时间内当地对环境的管理情况，通过综合研究确定海滩环境质量改变的原因，可为后续海洋环境管理提供意见。

此次研究笔者采用地层同位素210Pb、137Cs测年技术、沉积物环境质量检测、粒度分析测试等方法，对钦州市大环村海滩沉积环境质量演变进行调查与评价，得到了良好的效果，该调查评价方法可为地方政府今后在海滩资源保护和开发利用等方面提供技术支持。

1 研究区概况

钦州市大环村位于钦州市三娘湾风景区西侧，地理坐标为东经108°42′39″，北纬21°38′59″。海滩剖面取样位置如图1 所示。调查区属南亚热带海洋性季风气候，高温多雨，多年平均风速为2.6 m/s，其中2 月的平均风速最大，达3.1 m/s，8—9 月最小，为2.1 m/s。受台风和寒潮影响，大风较多。其中12 月和1 月多寒潮大风，夏秋两季多台风、西南大风和雷雨大风，在沿海地区龙卷风等风灾时有发生。潮汐性质属非正规全日潮，潮流呈往复流性质。落潮平均流速和最大流速较涨潮大。该地海区波浪以风浪为主，常浪向为SSW 向，频率为17.67%，其次为NNE 向，频率为17.2%；强浪向为SSW 向，次浪向为S 向和NE 向；海区实测最大波高为3.4 m，波向为ESE 向；实测最大周期为6.8 S。据统计该区波级＜0.5 m 发生频率为66.37%，波级＜1.0 m 发生频率为96.21%，波高＞1.5 m 发生频率仅为1.1%。剖面位置出露地层以海积层（Qh3-m）为主，岩性有淤泥、粘土质砂、砂—粉砂—粘土、粗砂、中砂、细砂和粉砂，根据钻孔资料揭露其厚度在1.70～13.0 m 之间。

图1 海滩剖面取样位置图

2 海滩剖面资料及调查评价方法

2.1 海滩剖面资料

此次研究的海滩剖面数据资料为实测，海滩剖面由专业技术人员人工挖掘深槽，挖掘位置位于海滩中—高潮滩位置，挖掘时间在退潮期。挖掘后，用木铲切平，得到完整的连续海滩剖面，海滩剖面深度1.0 m，并进行连续采样，采样间隔10 cm，样品重量2 kg。

2.2 调查评价方法

笔者采用210Pb、137Cs 同位素测年、沉积物环境质量检测和粒度分析测试等方法，在210Pb 年代框架中获得大环村海滩近30 年来沉积环境质量演变特征，通过海滩沉积物粒度、环境质量分析来研究沉积物物源、沉积速率、沉积年代及沉积环境的演变趋势。

笔者选择典型的海滩（大环村海滩）进行调查评价，根据数据分析结果对方法的可行性和有效性进行研究，总结调查评价方法的适用性。

3 沉积速率及年代学分析

当前通过沉积层中赋存的年代信息反演近现代沉积过程的研究方法，已被广泛用于湖泊、河口海岸和海洋现代沉积速率的估算[1]。此次海滩剖面样品通过210Pb、137Cs 同位素测年，来确定海滩样品年龄。由210Pbex 拟合得到0～100 cm 沉积速率为2.8±0.6 cm/yr。按照此计算，该样品年龄在30 年左右，是短期内较快沉积导致。从上到下年代从最上层的采样时刻2019 年到最下1.0 m 左右的1983 年。沉积物中的137Cs 未检出（＜1 Bq/kg），以210Pb的分析结果为沉积速率和测年依据，其中Z-1样品年代为2019—2015 年，Z-2 样品年代为2015—2012年，Z-3样品年代为2012—2008年，Z-4 样品年代为2008—2005 年，Z-5 样品年代为2005—2001 年，Z-6 样品年代为2001—1998 年，Z-7 样品年代为1998—1994 年，Z-8样品年代为1994—1990 年，Z-9 样品年代为1990—1987 年，Z-10 样品年代为1987—1983年。根据年代学分析样品沉积连续，年龄在30年前后，沉积速率为2.8±0.6 cm/yr，根据分析结果该沙滩样品可以做年代学测试来研究其沉积速率及沉积年代。

4 沉积物物源分析

物源分析是通过各种方法确定沉积物物源位置、性质及沉积物搬运路径，甚至整个盆地的沉积构造演化的过程[2]。此次海滩柱状样品沉积物物源分析主要通过海滩物质组分（成分及粒径）及Gamma 核素分析。

大环村沙滩上柱状样品贝壳的含量从上到下有所增加，整体粒度均匀（最上层除外）。沉积物累积曲线（见图2）显示，从上到下沉积物物源稳定，为单一来源。另外通过其他几种Gamma核素测试分析结果来看，核素活度相关性离散度不大，这进一步确认了沉积物物源的单一性。柱状沉积物不同层次238U、228Th、228Ra 活度变化如图3 所示，柱状沉积物不同层次40K 活度变化如图4 所示。分析结果显示，沉积物物源分析结果和其他几种Gamma 核素活度相关性离散度分析结果相吻合，证明此次分析沉积物物源的研究方法较为可靠。

图2 柱状沉积物不同层次粒径谱的累积曲线图

图3 不同层次238U、228Th、228Ra 活度变化图

图4 不同层次40K 活度变化图

5 沉积物环境质量分析

笔者把此次海滩剖面纵向沉积物环境质量变化特征的研究结果与周边海域沉积物环境质量变化特征相对比，发现研究结果中石油类含量有明显上升趋势，与区域沉积物环境质量变化特征一致，从而验证了此次调查评价的准确性。

5.1 周边海域沉积物近10 年环境质量变化特征

研究区周边海域沉积物环境质量变化特征主要通过实测对比研究，数据来源于北部湾大学和广西海洋地质调查院。2009 年北部湾大学在钦州海域采集本底数据时，在研究区周边海域采集了4 个站位海域底质样品，并做了沉积物环境质量分析。2019 年广西海洋地质调查院对4 个站位样品进行了监测采集，做了沉积物环境质量分析。通过数据对比发现，研究区海域沉积物里有机碳含量和硫化物含量变化较小；石油类含量变化明显，在金鼓江里和三墩外港东南侧海域明显上升，在金鼓江口门和三墩外港西南海域明显下降；镉含量基本不变；铅的含量小幅上升；汞的含量升高；锌的含量在三墩外港西南侧海域明显下降，其他3 个站位小幅升高；铜的含量小幅下降。10 年里这4 个站位及附近海域海底沉积物质量在逐渐变差，其中石油类、汞的含量增高。

5.2 海滩剖面纵向沉积物环境质量变化特征

此次柱状样品沉积物环境质量分析的主要内容为重金属（总汞、铜、铅、镉、砷、锌、铬）、石油类、硫化物、有机碳等，在得到Z-1 至Z-10样品各项测试内容数据结果后，笔者绘制了时间及各项测试内容含量相关柱状及曲线图（见图5、图6）。根据数据离散性及数值变化分析随时间尺度变化各要素的变化关系，结果显示，总体上海滩环境质量良好，符合《海洋沉积物质量标准》（GB 18668-2002）第一类标准。铅≤60.0 mg/kg、铜≤3 5.0 mg/kg、汞≤0.2 mg/kg、砷≤2 0.0 mg/kg、锌≤150.0 mg/kg、镉≤0.50 mg/kg、总铬≤80.0 mg/kg、石油类≤500.0 mg/kg、硫化物≤300.0 mg/kg、有机碳≤2.0%，没有超标项目，但是环境污染参数总石油烃类随着年代增加近年来增加明显。

图5 沉积物环境质量随时间分布柱状图

图6 沉积物环境质量随时间分布曲线图

随时间变化硫化物数据波动较平稳，数值在1.4～3.0 mg/kg 之间；有机碳变化波动不大，数值在1.35%～2.06%之间；总汞变化不明显，数值在0.028～0.036 mg/kg 之间；铜变化波动不大，数值在5.4～9.6 mg/kg之间；铅的含量随时间变化无明显相关性，数值变化在3.0 L～13.3 mg/kg 之间（当检测结果小于检出限或未检出时，以检出限并加标志位“L”表示）；镉低于检出限，变化不明显；砷变化不明显，数值在17.7～33.5 mg/kg 之间；锌变化不明显，数值在78.5～92.7 mg/kg之间；铬的含量变化不明显，数值在2.5～3.7 mg/kg 之间；石油类数值变化明显，有明显上升趋势，数值在3.0～17.2 mg/kg之间。通过综合分析研究区周边海域沉积物近10 年环境质量变化特征及海滩剖面纵向沉积物环境质量变化特征，笔者发现石油类含量变化明显，有明显上升趋势，海滩沉积物质量符合《海洋沉积物质量标准》（GB 18668-2002）第一类，目前无不良影响，与区域沉积物环境质量变化特征一致。

6 沉积环境的年代变化趋势分析

笔者在研究了沉积物物源、沉积年代以及沉积物环境质量的基础上，在纵向时间尺度上进一步分析研究，得到沉积环境的年代变化趋势，这个趋势反映了在一定时间和空间尺度上环境要素变化的特点；在综合分析影响因素的基础上，可以得到某项环境因子变化的原因，为今后地方政府环境治理及防范提供参考依据。

大环村海滩沉积柱从上到下沉积物物源稳定，为单一来源，由210Pbex 拟合得到沉积速率为2.8±0.6 cm/yr。按照此计算，该柱子年龄在30 年左右，为短期内较快沉积。大环村海滩从20 世纪80 年代到21 世纪20 年代，大部分环境参数变化不大，总石油烃类增加明显，这可能与周边的船舶数量及人类活动（海上船舶修理厂）增加有关。同时，笔者通过各环境参数的相关系数分析发现，重金属铬与硫化物的含量变化之间存在较高的正相关性，表明二者可能具有相同的来源或者高硫环境下更利于铬元素的保存，这一结果需要引起关注和重视。

7 结 语

通过此次研究，笔者认为钦州市大环村海滩沉积环境质量总体上较好。海滩沉积物中石油烃类含量虽未超标，但有明显的上升趋势，希望政府对海上修船厂、码头及海上输油、储油、炼油设备加强管理，定期监测，对海上溢油事件积极预防和治理。另外，高硫环境下铬元素含量明显增高，希望政府能够防范重金属铬元素的污染风险。

研究结果显示，此次采用的调查评价方法具有可行性，技术条件及分析方法具有可实现性，准确性较高，效果良好，为海滩保护提供了新的研究思路，可在海滩沉积物环境质量评价中推广应用。