1、 本科毕业论文 ( 20 届) 三门湾环境质量现状评价与分析 所在学院 专业班级 农业资源与环境 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 2 - 目录 中文 摘 要 . 1 英文摘要 . 2 1.前言 . 1 1.1 三门湾水域简介 . 1 1.2 环境影响的评价方法 . 1 2.采样与方法 . 3 2.1 采样及样品处理 . 3 2.2 测定方法 . 3 2.3 现状评价方法和标准 . 10 2.4 评价因子 . 13 3.现状分析与评价 . 13 3.1 海水水质现状及评价 . 13 3.2 底质沉积物现状及评价 . 14 4.综合分析与评价 . 15 4.1 水质富营养化程
2、度分析 . 15 4.2 沉积物中重金属的富集特征及潜在生态危害分析 . 15 5.结论 . 17 参考文献 . 17 - 3 - 摘要 根据 2009 年 8 月对三门湾海域水质和沉 积物的环境质量现状调查结果,采用环境质量单项评价标准指数法,结合浙江省海洋环境功能区划分类对该海域环境质量现状进行了评价与分析;并综合分析了海域水质富营养化程度及沉积物中重金属的潜在生态危害效应。结果表明:( 1)该海域水质的 DO、 COD 和重金属( Zn、 Cu、 Cd、 Cr、 As)等环境因子均符合功能区相应的海水水质标准, Pb 少数站位 ( A01、 A02、 A03、 A04、 A11) 超标,
3、悬浮物、活性磷酸盐、无机氮和 Hg 严重超标;( 2)该海域沉积物中除部分站位的 Cu、 Hg 含量超标外,有机碳、石油类和重金属 (Cd、 As、 Cr、 Pb、 Zn)的含量均达标,底质环境状况尚好;( 3)各站的富营养化指数在 0.87 到 11.83 之间, 有 92.3%站位的富营养化指数大于 1, 可见 , 该海区富营养化程度很高 ;( 4)各站重金属各因子的潜在生态危害系数 (Eri)介于 1.32-27.63 之间,小于 40;各站的重金属潜在生态危害指数( RI)介于 44.23-148.79 之间,小于 150, 三门湾沉积物重金属的潜在生态危害程度属于轻微。 关键词 三门
4、湾 沉积物 重金属 潜在生态危害评价 - 4 - abstract according to the August 2009 of three bay Marine water quality and sediment survey results of current environmental quality, the environmental quality single-item standard index method, combining zhejiang ocean environment function division of the Marine environment
5、 quality classification of evaluation and analysis on the present situation; And comprehensive analysis for offshore nutrient runoffs degree and the sediment of heavy metal potential ecological harm effect. The results show that: (1) the seawater DO, COD and the Zn, Cu, heavy metal (Cd, Cr, As) func
6、tion which conform to the environmental factors such As water quality standard, the corresponding sea A01 Pb minority stance (A02, A03, A04, exceed bid, suspended a11-111 118), and activated phosphate, inorganic nitrogen and employed by Hg exceeds bid badly; (2) the Marine sediments in all except th
7、e part Cu, employed by Hg content exceeds outside, organic carbon, petroleum and heavy metal (CDS, As, Cr, Pb, Zn) content are the standards, sediment environment condition is good; (3) the eutrophication index in every 11.83 between, have to 0.87 92.3% stance eutrophication index greater than 1, vi
8、sible, this sea eutrophication level high; (4) the potential factors that heavy metals stations ecological harm coefficient (Eri) between 27.63 1.32 - less than 40; between The heavy metal potential ecological harm stations (RI) index of 44.23 - between 148.79 between, less than 150, three bay sedim
9、ents potential ecological damage degree of heavy metals is slightly. key words Three Bay Sediment Heavy metal Potential ecological risk assessment 1 三门湾环境质量现状评价与分析 1.前言 1.1 三门湾水域简介 三门湾位于浙东沿海,北距定海港 80 海里,南距海门港 34 海里,北靠象山半岛,与象山湾相隔最短的蜂腰宽 10 13公里。湾口东起南田岛 (牛头山 )金漆 (七 )门,西至坡坝港牛头门,宽 14 海里;口部至湾北底部泗洲头,纵长 18
10、海里。口部有三门岛、五子岛相扼。 湾的东、北、西三面 环山,深割象山半岛的南部海岸,是曲折度较大、 地形复杂的海湾。湾口面向东南,以金柒门 三门 岛 牛头山的连线为界与东海相连,除了尖洋岛北面有石浦水道与外海相通外,三面环陆。湾内长 40 多公里,宽约 10 多公里 ,低潮总面积 390 余平方公里。平均水深约 9 米。仅有小河如白峤港、海游溪等注入。周围都属凝灰岩组成的山体,海湾受北北东和北北西两组断裂所控制 ,历经各历史时期的地貌发育演变 ,形成 6个良好深水港汊和淤泥舌状滩地相间分布 ,主要为岳井洋、胡陈港、沥洋港、蛇盘北港、蛇蟠水道和健跳港,宛如五指巨掌伸 入浙东大陆,构成了独特的港湾
11、淤泥质地貌。三门湾位于北亚热带夏湿冬温气候区,年均降水量约 1400 毫米。三门湾湾顶潮差大,汊面广,纳潮量大,潮汐性质属正规半日潮,可供开发潮汐能源。石浦、健跳等港可建千吨级码头。同时,海涂广阔,属细粘土物质,湾内风浪小,可开发盐业和水产养殖。滩面高,围垦后的盐碱地适于种橘。现已有面积达 15 公顷的橘林带,使三门湾成为浙江省新兴的柑橘出口基地。 流速湾口 1.5 2.5 节,蛇蟠水道 2.3 3.3 节。三门湾地处浙东沿海,背靠象山港,陆上地形复杂;湾内水道锚地较多,便于各类舰艇疏散隐蔽锚泊 ;湾口有东箕、渔山等列岛作屏障,口外海域水深宽广,便于海军各类舰艇的展开,是浙东海域较好的港湾,是
12、象山港的重要翼侧。 三门湾东侧的石浦港,西侧的健跳港,均为较大的海港。湾内还有海游、陈湖、沥洋、车岙、蟹钳等港。湾内海岸曲折,泥滩宽阔,并间嵌有蛇蟠山、青门山、下万山、满山等大小岛屿 40 余个,部分泥滩与岛屿之间已被围垦。湾内西部水域较深,东部水域较浅,一般水深 5 10 米,青门山以西水域水深达 10 25 米,满山东北水域水深仅 0.4 1 米。主要锚地有猫头、蛇蟠水道,可避 7 8 级风。满山水道的北部至五屿门海域礁石较多 ,航行极为不便。湾内有导航设施。 三门湾属规则半日潮,在青门山附近平均高潮间隙 9 时 17 分,湾口大潮升 6.2 米,小潮升 4.7 米,平均海面 3.5 米。
13、潮流基本顺水道而流;流速湾口 1.5 2.5 节,蛇蟠水道 2.3 3.3节 1。 1.2 环境影响的评价方法 我国目前实施的地表水环境质量标准 (GB3838- 2002) 对水质评价作出了具体规定 : 图 1-1.三门湾海域 Figure 1-1. Three bay waters 2 “地表水环境质量评价应根据应实现的水域功能类别 , 选取相应类别标准 , 进行单因子评价 , 评价结果应说明水质达标情况 , 超标的应说明超标项目和超标倍数。”单因子评价法的基 本思想是一票否决原则 ,即在所有参与评价的水质指标中 , 若有某一单项水质指标超标 , 则所属水域的使用功能便丧失或者说得不到满足
14、。我国目前,发布在全国主要流域重点断面水质自动监测周报中 ,用的就是单因子评价法评价水体使用功能。 单因子评价法虽然简单直观 , 但用单项指标水质来判定水体是否满足使用功能 , 并不能很好的保证其科学合理性。如我国一些饮用水源粪大肠菌群指标虽然超标 , 按单因子评价法评价 , 水质为劣 V 类 , 水体已难以满足使用功能。但实际上通过自来水厂标准处理工艺也能达到饮用水的标准 , 这类水体还未丧失饮用水 源的功能。 单因子评价法通过对单项水质指标的评价 , 判定水体是否满足功能目标 , 其思想源自于美国的功能可达性评价方法。 我国采用的单因子评价法规定 : 在所有参与评价的水质指标中 , 若有某
15、项水质指标超标 , 则所属水域就不满足使用功能。美国的功能可达性评价法 , 比如说若有一项水质指标超标 , 会根据其对水体受损程度的影响 , 则作出的评价结论不是一定的,可能是水域使用功能完全受损 , 也可能是水域使用功能部分受损,亦或是满足使用要求但使用功能受到威胁 , 并不认为一项指标超标 , 就会导致水域一定不满足使用功能;并且会进 一步讨论 , 若有多项指标超标 , 就会根据多项指标的累加影响程度 , 而且作出的评价结论可能是关于水域使用功能部分或完全受损 , 并不认是多项指标超标 , 则水域一定不满足使用功能 2。 对于沉积物,通过各种途径输送进入水体的重金属,绝大部分迅速从水相转移
16、至沉积物中并储存下来。在一定的物理和化学条件下,储藏在沉积物中的重金属等有害物质可能再次释放到水体中,对生态环境造成二次污染和破坏。与沉积物结合的重金属和重新释放出来的重金属,对水生生物不仅有 “ 致死、致畸、致突变 ” 效应,而且构成了 “ 定时炸弹 ” 似的潜在生态风险 3。 近年来 ,发达国家非常重视沉积物污染的调查研究和沉积物质量评价工作。 1994 年首届国际沉积物质量评价会议中,特别强调了沉积物的风险性评价的重要意义,指出重金属是重要的评价因子 4。国际上许多科学家从沉积学角度提出了多种重金属污染评价方法 ,主要包括地质累积指数法 ( Index of Geoaccumulatio
17、n) 5、污染负荷指数法 ( The Pollution Load Index) 6、回归过量分析法 (Regression Excessive Analyse) 7、潜在生态危害指数法 ( The Potential Ecological Risk Index) 8等。我国对沉积物生物风险性评价还处在方法探索阶段,目前在我国运用较广的是德国海德堡大学 Muller等提出的地质积累指数法 9和瑞典 Hakanson的生态危害指数法 10。前者主要考虑沉积物重金属污染程度;后者则更多地从生态角度进行考虑,利用多指标生态评价体系,评价沉积物中重金属综合污染的潜在生态风险。 20 世纪 90 年代以
18、来贾振邦等许多学者对河流、河口、海湾等沉积物中重金属污染及其潜在生态危害进行了评价 11-19。 目前 ,在世界大多数国家和有关国际组织已通过立法或国际条约等措施采纳和实施环境影响评价,评价对象和范围已经逐步涉及具体的建设项目以及立法、规划、计划、重大经济技术政策的制定,还有开发区的建设等宏观活动。 1994 年首届国际沉积物质量评价会议中,特别强调了沉积物的风险性评价的重要意义,指出重金属是重要的评价因子 20。 评价的目的在于,揭示特定地区或区域环境质量的水平和差异,阐明影响环境质量的原因和有可能采取的种种措施,按照环境质量的变化规律,制订环境保护规划和建设规划,加强环境保护的管3 水质、
19、沉积物 水质 理。我国的环境保护法 (试行 )规 定, “ 一切企业、事业单位的选址、设计、建设和生产 。 都必须充分注意防止对环境的污染和破坏。 ” 三门湾位于北亚热带夏湿冬温气候区,年均降水量约 1400 毫米。三门湾湾顶潮差大,汊面广,纳潮量大,潮汐性质属正规半日潮,可供开发潮汐能源。石浦、健跳等港可建千吨级码头。同时,海涂广阔,属细粘土物质,湾内风浪小,可开发盐业和水产养殖。滩面高,围垦后的盐碱地适于种橘。 周围是重要的养殖基地,并提供着养殖用水。 同时,随着工业经济的快速发展,城市用地将进一步趋紧。 环境质量评价是一项技术,是强化环境管理的有效手段,对确定经济发展方 向和保护环境等一
20、系列的重大决策的作用。具体表现为:为相关区域的建设项目选址和布局、水环境养殖、掌握该地区的资源和环境承受能力、为该地区的水域环境研究提供数据,为以后的研究和相关科研提供合理的依据,并起到促进作用 21。 2.采样与方法 2009年 8月 25-27日在三门湾海域分别布设了 13个水质监测站位和 10个底质沉积物监测站点 (见图 2)采集水质样品和表层沉积物样品。水质监测项目包括 : 水温、 pH值、溶解氧 (DO)、化学耗氧量 (CODMn)、硝酸盐、氨氮、活性磷酸盐、悬浮物、油类、重金属( Pb、 Zn、 Cd、 Hg、 Cu、 As、 Cr)。沉积物检测项目包括:油类、有机碳、重金属( P
21、b、 Zn、 Cd、 Hg、Cu、 As、 Cr)。 2.1 采样及样品处理 样品的采集、贮存、运输和预处理及其实验室内 的分析测定均按海洋调查规范 22和海洋 监测规范 23中规定的方法进行。 2.2 测定方法 2.2.1 温度的测定 仪器设备:温度计或表层水温计或带温度探头的便携式仪器。 分析步骤: 1.运用温度计测定,将温度计或表层水温计放入待测水域, 3分钟后,迅速取上,在 10秒钟内记录温度计读数,精确到小数点后 1位。 2.运用 温度探头测定,将仪器与温度探头连接好,打开仪器电源,转到相应的温度测定档,将温度探头放入待测水域,待仪器读数稳定后 (仪器读数在 1分钟内变化小于 0.5
22、 ),记录水温,精确到小数点后 1位。 2.2.2 水体 pH 值 的测定 仪器设备: pH复合电极。 分析步骤:将仪器与 pH复合电极连接好,打开仪器电源,选择开关置于 pH位置,预热 3分钟。如果可以将电极放入待测水域,则放入待测水域,待仪器读数稳定后 (仪器读数在 1分钟内变化小于 0.2),记录 pH,精确到小数点后 2位。如果将电极探头放入待测水域有难度,或者在实验室内测定样品 ,则将复合电极放入 250mL烧杯中,将待测水样倒入烧杯直至淹没电极的图 2-1. 调查海域及采样点 Fig.2-1 Area of survey and sampling sites 4 球泡,待仪器读数稳
23、定后 (仪器读数在 1分钟内变化小于 0.1) ,记录 pH,精确到小数点后 2位。 2.2.3 溶解氧的测定 仪器设备:温度计或表层水温计或带温度探头的便携式仪器。 分析步骤:将仪器与溶解氧探头连接好,打开仪器电源,转到相应的溶解氧测定档,预热 10分钟。如果可以将溶解氧探头放入待测水域,则放入待测水域,往复摇动探头,待仪器读数稳定后 (仪器读数在 1分钟内变化小于 0.5),记录溶解氧,精确到小数点后 2位。如果将溶解氧探头放入待测水域有 难度,或者在实验室内测定样品,则将仪器探头放入 250mL烧杯中,将待测水样倒入烧杯直至淹没探头,往复摇动探头,待仪器读数稳定后 (仪器读数在 1分钟内
24、变化小于 0.3),记录溶解氧,精确到小数点后 2位。测定海水中的溶解氧,必须先测定水体中的盐度,并进行适当的盐度校正。 2.2.4 化学需氧量的测定:重铬酸盐法。 仪器设备:回流装置,带有 24号标准磨口的、 250mL锥形瓶的全玻璃回流装置。回流冷凝管长度为 300 50mm。如果取样量在 30mL以上,则采用带 500mL的全玻璃回流装置。加热装置:25mL或 50mL酸式 滴定管。 分析步骤:对于 COD值小于 50mg L的水样,应采用低浓度的重铬酸钾标准溶液氧化,加热回流以后,用低浓度的硫酸亚铁铵标准溶液回滴。该方法对于未经稀释的水样的测定上限为 700mg L,超过此限则必须经稀
25、释后,再测定。 对于污染严重的水样。可选取所需体积 1 10的试料和 1110的试剂,放入 10 150mm硬质玻璃管中,摇匀后,用酒精灯加热,观察溶液。如呈蓝绿色,应再适当少取试料,重复以上试验,直至溶液不变蓝绿色为止。从而确定待测水样适当的稀释倍数。 取试料于锥形瓶中,或取适量试料加水至 20.0mL。于 试料中加入 10.0mL重铬酸钾标准溶液和防爆沸玻璃珠,摇匀。将锥形瓶接到回流装置冷凝管下端的接口,接通冷凝水。从冷凝管上端口缓慢加入硫酸银硫酸试剂,以防止低沸点有机物逸出,不间断旋动锥形瓶使之混合均匀。自溶液开始沸腾一直回流两小时。冷却后,用 20 30mL水自冷凝管上端冲洗冷凝管后,
26、取下锥形瓶,用水稀释到 140mL左右。溶液冷却至室温后,加入 3滴菲绕啉指示剂溶液,用硫酸亚铁铵标准进行溶液滴定,溶液的颜色由黄色经蓝绿色变为红褐色即为止。记下硫酸亚铁铵标准滴定溶液消耗的毫升数 Vz。 计算方法:以 mg L计的水 样化学需氧量,计算公式如下:(2-1) 式中: C 硫酸亚铁铵标准滴定溶液 (4.6)的浓度, mo1 L; V1 空白试验导致消耗的硫酸亚铁铵标准滴定溶液的体积, mL; V2 试料测定导致消耗的 硫酸亚铁铵标准滴定溶液的体积, mL; V0试料的体积, mL; 测定结果一般保留三位有效数字,对 COD值小的水样 (7.1),当计算出 COD值小于 10mg
27、L时,应表示为“ COD 10mg L”。 表 2-1 不同取样量采用的试剂用量 Table .2-1 different sample quantity of reagent consumption by 5 样品量 mL 0.250NK2Cr2O7 mL Ag2SO4-H2SO4 mL HgSO4 g (NH4)2Fe(S04)26H2O mo1 L 滴定前体积 mL 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 15 30 45 60 75 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 70
28、140 210 200 350 2.2.5 硝酸盐的测定 仪器设备:分光光 度计,还原柱。 分析步骤: 标准曲线绘制: 取从国家海洋二所购得的硝酸盐标准溶液浓度系列( 0, 2.5, 5, 10, 15mol/L , 50mL装)摇匀,打开,分别倒入相应的 125ml具塞锥形瓶中,再各加 50.0ml氯化铵缓冲溶液,混匀; 将混合后的溶液逐个倒入还原柱中约 30ml,以每分种 6-8ml的流速通过还原柱,直至接近镉屑界面,弃去流出液,然后重复上述操作,接取 25.0ml流出液于 50ml带刻度的具塞比色管中,用水稀释至 50.0ml,混匀; 各加入 1mL对氨基苯磺酰胺溶液,混匀,放置 2mi
29、n,再加入 1mL1-萘替乙二胺二盐酸盐溶液,混匀,放置 20min。颜色可稳定 4h; 待颜色稳定后,在分光光度计上,用 3cm比色池,以二次去离子水为参比,于 543nm波长处测定吸光值 As,其中空白吸光值为 Ab。测定结果记录于标准工作曲线记录表中; 以扣除空白吸光值 Ab后的吸光值 An为纵坐标,硝酸盐氮浓度为 Cs为横坐标绘制标准工作曲线,并用线性回归法求出标准曲线截距 a和斜率 b。 水样测定: 量取 5.0mL水样于 125mL干燥的具塞锥形瓶中,用二次去离子水稀释至 50mL,混匀。按 -进行测定。同时取 50mL二次去离子水测定分析空白。 结果计算: 将样品测定所得吸光值减
30、去分析空白吸光值,代入曲线方程求得样品浓度,所得样品浓度扣除该样品的亚硝酸盐浓度即为样品中硝酸盐氮的实际浓度。 计算结果保留 2位有效数字。 2.2.6 氨氮的测定:分光光度法。 仪器设备 :分光光度计。 分析步骤 :绘制工作曲线取 8个 50mL比色管,分别加入 0, 1.00, 3.00, 5.00, 7.00, 10.00mL6 铵氮标准溶液,再加水至刻度。加 1.0mL酒石酸钾钠溶液,混匀,加入二氯化汞 -碘化钾 -氢氧化钾溶液 1.5mL混匀,或碘化汞 -碘化钾 -氢氧化钠溶液 1.0mL,混匀。放置 10min后进行比色。一般在波长 420nm下用 3厘米比色皿,以水作参比,测定工
31、作曲线浓度。 将上面系列标准溶液测得的吸光度扣除试剂空白(零浓度)的吸光度,便得到校正吸光度,以校正吸光度为纵坐标,铵氮质量 mN为横坐标,绘制标准曲线。 样品测定 :参照测定工作曲线浓度方法进行样品测定。 计算方法 : 试份中铵氮吸光度 Ar用式 (2-2)计算: Ar=As-Ab (2-2) 式中: As-试份测定吸光度; Ab-空白试验吸光度。 铵氮含量 CN( mg/L)用式 (2-3)计算: CN=VmN (2-3) 式中: mN-铵氮质量, g,由 Ar值和相应比色皿光程的校准曲线确定; V-试份体积, mL。 计算结果 0.1mg/L,保留 3位有效数字;计算结果 0.1mg/L
32、,保留 2位有效数字。 2.2.7 活性磷酸盐的测定: 磷钼蓝分光光度法 。 仪器设备:医用手提式蒸气消毒器或一般压力锅 (1.1 1.4kg cm2); 50mL 具塞 (磨口 )刻度管;分光光度计。 注:所有玻璃器皿均应用稀盐酸或稀硝酸浸泡。 分析步骤 : 测定 消解 过硫酸钾消解:向试样中加 4mL 过硫酸钾,将具有塞刻度管的盖塞紧后,可以用一小块布和线将玻璃塞扎紧,放在大烧杯中并置于高压蒸气消毒器中加热,等压力达 1.1kg cm2,相应温度为 120时、保持 30min 后停止加热。待压力 表读数降至零后,取出冷却。然后用水稀释至标刻度线。 注:如用硫酸保存水样。当用过硫酸钾消解时,
33、需先将试样调至中性。 硝酸 -高氯酸消解:取 25mL 试样到锥形瓶中,加粒玻璃珠防爆,加 2mL 硝酸在电热板上加热缩至 10mL。冷后,加 5mL 硝酸,再加热浓缩至 10mL,置冷。加 3mL 高氯酸,加热到白烟位置,此时可在锥形瓶上加小漏斗或调节电热板温度,使消解液在锥形瓶内壁保持回流状态,直至剩下 3 4mL,放置到冷却。 加入水 10mL,加 1 滴酚酞指示剂。滴加氢氧化钠至溶液刚呈微红色,再滴加硫酸使溶液微红刚好退去,充分混匀。移 入具塞刻度管中,用水稀释至标准刻度线。 分别向各份消解液中加入 1mL 抗坏血酸溶液并混匀, 30s 后加 2mL 钼酸盐溶液充分混匀。 分光光度测量 放置室温下 15min 后,使用光程为 30mm 的比色皿,在 700nm 波长下,以水做参比,测定吸光度。扣除空白试验的吸光度后,可从工作曲线上查得磷的含量。 工作曲线的绘制 取 7 支具塞刻度管分别加入 0.0, 0.50, 1.00, 3.00, 5.00, 10.0, 15.0mL 磷酸盐标准