蔣 鈺,張秋英,李發(fā)東,胡江玲,李曹樂,王 凡

(1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830000;2.中國環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100000;3.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100000)

隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口增長的不斷加速,城市化進程也在以前所未有的速度迅猛發(fā)展。根據(jù)《聯(lián)合國世界城市化前景》,到2050年,全球68%的人口將生活在城市地區(qū)[1]。中國的常住人口的城鎮(zhèn)化率在2021年達(dá)到了64.72%,根據(jù)《中國農(nóng)村發(fā)展報告2020》預(yù)計2025年將達(dá)到65.5%,2050年前可能達(dá)到70%以上[2]。城市化率達(dá)到30%～70%時為快速發(fā)展的城市化中期階段,在此階段,日益增長的資源需求將對環(huán)境造成壓力,使得城市環(huán)境出現(xiàn)如土地利用和土地覆蓋變化[3-4]、大氣環(huán)境變化[5]、環(huán)境污染[6-7]和水質(zhì)退化等一系列問題[8],這些問題對可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了不利的影響。其中,水環(huán)境問題尤為突出和嚴(yán)重[9],隨著城市化進程的加快,城市用水需求和用水量不斷增加,加劇了城市水資源短缺。截至目前,中國661個城市中有三分之二缺水,其中110多個城市因城市人口增長和城市工業(yè)發(fā)展而嚴(yán)重缺水[10]。研究城市化與水資源利用的互動關(guān)系,可為解決這些地區(qū)水資源問題的經(jīng)濟和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供科技支撐。

深圳作為中國最早開放的城市,自改革開放以來經(jīng)歷了快速城市化過程,常住人口40年間增長了56倍。“十三五”時期深圳的GDP年平均增長速度達(dá)到了21.6%,截至2020年深圳GDP總量為2.77萬億元,僅次于上海和北京[11]。隨著社會經(jīng)濟活動的進行在居民生活水平得到改善的同時,人口過密、土地退化、環(huán)境污染等“城市病”日益突現(xiàn),城市的自然生態(tài)環(huán)境也受到了影響[12]。深圳作為快速發(fā)展的大型城市,不到2 000 km2的面積容納了1 700多萬常住人口,使得城市環(huán)境問題日益突出[13]。作為城市自然生態(tài)環(huán)境的重要組成部分,河流水系及水環(huán)境受到社會經(jīng)濟發(fā)展的影響尤為顯著,城市水生態(tài)系統(tǒng)面臨嚴(yán)重的壓力,如水資源短缺、水體富營養(yǎng)化和水污染等[14]。以往的一些研究表明,城市化與生態(tài)環(huán)境之間存在著復(fù)雜的影響關(guān)系[15]。水環(huán)境作為生態(tài)環(huán)境的重要組成部分,與城市化進程密切相關(guān)[16]。關(guān)于城市化對水環(huán)境的影響主要有2種觀點。一種觀點認(rèn)為,隨著城市化的發(fā)展,廢污水回收治理措施的實施、綠色基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和城市公共服務(wù)逐漸完善等,城市水質(zhì)會得到改善,水資源利用效率得以提高,城市化對水環(huán)境帶來的是積極影響[17-19]。另一種觀點認(rèn)為,城市化發(fā)展過程中的城市基礎(chǔ)建設(shè)使得不透水面增加,改變了地表徑流、峰值流量、暴雨頻率和地下水補給[20-22]。影響了自然的水循環(huán),會引發(fā)惡臭黑色、富營養(yǎng)化、水生物種生物多樣性喪失等水環(huán)境問題,給水環(huán)境帶來了消極影響。而水環(huán)境也對城市化進程有著制約作用。水資源是城市形成和發(fā)展的基礎(chǔ)。不僅滿足了城市居民的日常需求,而且對于城市工業(yè)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展也有著重要作用[23]。

然而,城市化與水環(huán)境之間的影響關(guān)系由于不同城市的經(jīng)濟發(fā)達(dá)程度,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和人口規(guī)模的差別尚不明確。因此需要研究城市化帶來的人口增長、與水環(huán)境之間的具體影響關(guān)系,并在此基礎(chǔ)上有針對性地采取措施,制定合理的政策,在快速城市化的同時改善城市水環(huán)境。本文采用Pearson相關(guān)分析,對深圳灣快速城市化發(fā)展與水環(huán)境中各水質(zhì)指標(biāo)之間的數(shù)量變化規(guī)律進行分析,探討影響深圳灣水環(huán)境變化的主要因素,提出相應(yīng)的發(fā)展對策,以期為快速城市化背景下的城市水環(huán)境管理提供科技支撐。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

深圳地處廣東省東南沿海,南臨香港新界,與香港僅深圳河一水之隔,北部與東莞、惠州接壤,東起大亞灣、大鵬灣,西瀕珠江口和伶仃洋,屬濱海半島城市。深圳屬于缺水型城市,城市供水大部分來自境外引水。2019年,深圳市(未含深汕)供水量20.62億m3,其中17.61億m3來自境外引水[24]。

深圳灣介于中國香港新界西北部和中國廣東省深圳市南山區(qū)的東部對開海域,位于元朗平原以西、蛇口以東。本文以深圳灣流域內(nèi)的大沙河、鳳塘河和新洲河3條河流為研究區(qū)。大沙河發(fā)源于羊臺山,縱貫深圳市南山區(qū),干流長13.7 km,上游分左右兩條支流,分別建有西麗水庫和長嶺陂水庫,下游匯入深圳灣。鳳塘河發(fā)源于北環(huán)大道以北的高丘地區(qū),由上游的香茅水、三道渠、蓮塘溪、龍井溪、甜水坑5條支流的匯水面積組成,由北向南流,最后流入深圳灣。新洲河緊鄰鳳塘河,為深圳河流域在福田區(qū)的支流(圖1)。

圖1 研究區(qū)概況

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1水環(huán)境指標(biāo)

本研究時間尺度為2012—2020年,水環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)來源于環(huán)境監(jiān)測中心站對深圳灣流域的常規(guī)監(jiān)測與中國環(huán)境科學(xué)研究院2012—2020年對GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)等 24 項指標(biāo)的監(jiān)測,監(jiān)測時間為每年的 1—12 月,每月監(jiān)測1次月度數(shù)據(jù)。綜合考慮各項數(shù)據(jù)對水污染程度的表現(xiàn)能力,最終,選取溶解氧(DO)、高錳酸鹽(CODMn)、化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、總磷 (TP)5項水環(huán)境評價因子,利用其歷年均值分析深圳灣水環(huán)境的變化特征。

1.2.2社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)

影響流域水環(huán)境的因素包括自然因素和社會經(jīng)濟因素,自然因素一般包括降水量、氣溫、水溫等。由于研究區(qū)范圍相對較小,降水量等因素基本一致,因此可以忽略自然因素對深圳灣流域水環(huán)境的影響。本文主要分析城市化過程中社會經(jīng)濟等因素對水環(huán)境的影響,在城市化過程中,流域人口數(shù)量和社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)是影響流域水環(huán)境的主要因素,因此選擇人口數(shù)量、國民生產(chǎn)總值、人均GDP以及廢污排放量等作為城市化對深圳灣流域水環(huán)境影響的代表因素。相關(guān)數(shù)據(jù)見表1、2,來源于2012—2020年深圳市各區(qū)統(tǒng)計年鑒以及水資源公報。

表1 深圳市福田區(qū)社會經(jīng)濟動態(tài)變化

2 分析方法

2.1 水質(zhì)單項指標(biāo)時間變化分析

分別選取福田區(qū)和南山區(qū)內(nèi)的6個斷面2012—2020年6月的長序列水質(zhì)數(shù)據(jù),以此來表示研究區(qū)內(nèi)的水質(zhì)狀況。分析DO、NH3-N、TP、COD、CODMn等5種指標(biāo)的時間變化,其中具有多個監(jiān)測點位的河流取其算術(shù)平均值[25]。

2.2 水質(zhì)綜合指標(biāo)時間變化分析

本研究選取綜合污染指數(shù)法對各條河流水質(zhì)進行量化,用以確定研究水體的污染程度[26]。計算見式(1):

(1)

式中P——綜合污染指數(shù),P值越大表明河流水質(zhì)的污染越嚴(yán)重;Pi——第i項污染物的污染指數(shù):C——第i項污染物的年平均值;Si——污染物的評價標(biāo)準(zhǔn);n——參與評價的污染指標(biāo)項數(shù)。

本文以GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》表中的Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值為污染物評價標(biāo)準(zhǔn),與其他值越小表示水質(zhì)越好不同,DO值在不超過10 mg/L的范圍內(nèi),越大表示水質(zhì)越好,因此在計算總濃度時,對DO污染指數(shù)用Si/Ci計算[27],其他水質(zhì)指標(biāo)則用Ci/Si計算。

2.3 水質(zhì)空間變化分析

選取各區(qū)在2012、2016、2020年的DO、CODMn、COD、NH3-N和TP共5項指標(biāo)來分析水質(zhì)的空間變化,使用ArcGIS10.8軟件對5項水質(zhì)指標(biāo)分別進行空間插值分析。反距離權(quán)重法(Inverse Distance Weighted,簡稱 IDW)是基于“地理第一定律”基本假設(shè)提出的一種依據(jù)空間異質(zhì)性和空間相關(guān)性從而進行加權(quán)平均內(nèi)插的插值方法,主要是利用觀測點與插值點之間的距離得出空間分布特征,離插值點越近的樣本賦予的權(quán)重越大,屬于確定性的內(nèi)插方法[28]。該方法體現(xiàn)了空間變化特征,因此常被應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境治理等領(lǐng)域中。

2.4 Pearson相關(guān)分析

本研究選用皮爾遜相關(guān)系數(shù)來分析深圳灣人口動態(tài)變化以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化對水環(huán)境的影響。皮爾遜相關(guān)系數(shù)(Pearson correlation coefficient),又稱皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù),用來度量X、Y2個變量之間的相互關(guān)系,其取值范圍介于-1和+1之間。2個變量相關(guān)間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)為這2個變量的協(xié)方差與標(biāo)準(zhǔn)差的商[29],即式(2):

(2)

式(2)為總體相關(guān)系數(shù)ρXY。若用樣本計算的協(xié)方差和標(biāo)準(zhǔn)差替代總體的協(xié)方差和標(biāo)準(zhǔn)差,則可得到樣本相關(guān)系數(shù)r:

(3)

樣本相關(guān)系數(shù)r可以表示X、Y2個變量之間的相關(guān)性,若r>0,表示X、Y2個變量之間是正相關(guān)關(guān)系;若r<0,則表示X、Y2個變量之間是負(fù)相關(guān)關(guān)系;|r|越接近1,相關(guān)性越強。

為了避免兩變量之間的相關(guān)關(guān)系是偶然造成的,需要引入p值來檢驗X、Y兩變量之間的顯著性水平。當(dāng)p<0.05時,說明兩變量間存在顯著的線性相關(guān)關(guān)系;當(dāng)p>0.05時,則說明兩變量間線性相關(guān)關(guān)系不顯著。使用皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析深圳灣人口動態(tài)變化以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化對水環(huán)境的影響。在分析人口變化對水環(huán)境的影響時,由于深圳流動人口比例較大,因此僅選用常住人口數(shù)量變化代表人口變化的指標(biāo),不選用戶籍人口作為指標(biāo)。在分析產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對水環(huán)境的影響時,因為分析對象是水環(huán)境,除選用各產(chǎn)業(yè)GDP作為指標(biāo)外,還選用了工業(yè)用水和第三產(chǎn)業(yè)用水作為指標(biāo)。分析結(jié)果見表2。

表2 深圳市南山區(qū)社會經(jīng)濟動態(tài)變化

3 結(jié)果與分析

3.1 水質(zhì)單項指標(biāo)時間變化分析

圖2所示,可以看出研究區(qū)河流水質(zhì)中COD含量較高,即有機污染物為河流水質(zhì)中的主要污染物成分。從污染物指標(biāo)整體來看,研究區(qū)10年間污染指標(biāo)整體呈先減少,后趨于平穩(wěn)的形勢。COD在福田區(qū)先減少后在一定范圍內(nèi)波動,其中2012年后出現(xiàn)驟降,主要原因是深圳市針對河流治理、污水處理等水環(huán)境問題出臺了一系列政策,并實施大量水質(zhì)改善工程。新洲河綜合整治工程于2010年完工后,河流水質(zhì)得到了改善,2012年福田河綜合整治工程完工,使福田河水質(zhì)大幅度提升,由于福田河與新洲河同為深圳河支流,且位于新洲河上游,新洲河水質(zhì)得到了進一步改善。而南山區(qū)COD則呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢,其中極大值出現(xiàn)在2012年左右,在2014年后出現(xiàn)驟降,可能原因是2013年港深聯(lián)合治理深圳河四期工程開工,以及2014年大沙河上游的龍華區(qū)雨水和再生水利用詳細(xì)規(guī)劃開始實施,建設(shè)了一系列再生水管網(wǎng)等,使下游南山區(qū)水質(zhì)也得到了很大改善。CODMn、NH3-N則總體略有減少的同時在一定范圍內(nèi)波動,DO含量在波動中略微上升。而研究區(qū)內(nèi)TP含量在10年間整體呈現(xiàn)下降趨勢。就各個指標(biāo)濃度而言,COD和NH3-N含量在福田區(qū)較高,而在南山區(qū)較低,其余各項指標(biāo)在各區(qū)內(nèi)差別不大。

a)新洲河(福田區(qū))

3.2 水質(zhì)綜合指標(biāo)隨時間變化分析

運用各區(qū)監(jiān)測斷面6種污染指標(biāo)數(shù)據(jù)求得綜合污染指數(shù)變化特征見圖3。與單項指標(biāo)相同,各河流綜合污染指標(biāo)總體都呈下降趨勢,其中福田區(qū)的平均綜合污染指數(shù)較高,說明福田區(qū)的河流水質(zhì)污染較南山區(qū)更為嚴(yán)重。原因可能是,福田區(qū)的水質(zhì)受新洲河上游福田河水質(zhì)惡化的影響,導(dǎo)致污染指數(shù)較高。就各區(qū)綜合污染指數(shù)變化而言,福田區(qū)的變化更為明顯,由2010年的10.30降低到2019年的2.39,水質(zhì)好轉(zhuǎn)幅度較大;這與深圳市政府實行的一系列水質(zhì)綜合治理措施有關(guān),也與福田區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有關(guān),福田區(qū)第三產(chǎn)業(yè)占比高于南山區(qū),第三產(chǎn)業(yè)造成的水體污染隨著市政管道及生活污水處理設(shè)施的完善得到了很好的處理。南山區(qū)水質(zhì)較好且變化較小。由此可以發(fā)現(xiàn),近10年來,福田區(qū)水質(zhì)相對較差,其水質(zhì)好轉(zhuǎn)幅度也較大,南山區(qū)的水質(zhì)相對較好且變化幅度較小。

圖3 水質(zhì)綜合指標(biāo)變化特征

3.3 水質(zhì)空間變化特征分析

使用ArcGIS10.8軟件進行水質(zhì)空間變化分析,由于采樣點個數(shù)較少,選用反距離權(quán)重法進行插值分析,分析結(jié)果見圖4。

a)COD

分析空間變化趨勢可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)主要污染物為NH3-N、COD和TP,總體水質(zhì)情況為:福田區(qū)內(nèi)水質(zhì)較差,而南山區(qū)水質(zhì)相對較好。各區(qū)內(nèi)水質(zhì)空間變化趨勢為:入灣河流的上游污染物含量低,水質(zhì)較好,沿河流走向水質(zhì)逐漸變差;其中福田區(qū)的新洲河入?？诤网P塘河入?？谒|(zhì)污染最為嚴(yán)重。導(dǎo)致入海河口水質(zhì)污染的主要原因是上游生活污水和工業(yè)園區(qū)廢水的排放。而觀察3個時期各區(qū)的水質(zhì)變化可以發(fā)現(xiàn),深圳灣水質(zhì)總體呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)趨勢,福田區(qū)水質(zhì)雖然相較南山區(qū)整體較差,但也有逐漸好轉(zhuǎn)的趨勢,隨著城市化的發(fā)展,深圳灣涉及的2個區(qū)水質(zhì)均有好轉(zhuǎn)的趨勢。

3.4 人口動態(tài)變化對水環(huán)境的影響分析

研究表明,城市化帶來的人口增長將造成城市生活源COD 入河量的大幅度增加[30]。此外,TP、NH3-N的含量也有所增加,但較于COD增加幅度較小且隨著污水處理設(shè)施以及污水收集管網(wǎng)的完善可得到消減[30]。城市水環(huán)境惡化制約了水資源利用,對人口和城市化發(fā)展造成消極影響。同時,城市化帶來的區(qū)域人口、經(jīng)濟規(guī)模和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的演變,又反作用于地區(qū)用水量和用水結(jié)構(gòu),造成地區(qū)水環(huán)境質(zhì)量發(fā)生變化[31]。將福田區(qū)和南山區(qū)的常住人口數(shù)據(jù)分別與相對應(yīng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析,分析結(jié)果見表3。

表3 深圳市各區(qū)常住人口數(shù)量與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

由表3可知,總體上DO與人口數(shù)量呈正相關(guān)關(guān)系,其中福田區(qū)DO含量與人口的相關(guān)性更為顯著(r=0.711,p=0.032)。NH3-N、COD、CODMn都與人口數(shù)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,其中南山區(qū)COD指數(shù)與人口的相關(guān)性最為顯著(r=0.901,p=0.05)。由此分析結(jié)果可得知,人口對水質(zhì)指標(biāo)的影響主要在DO、COD、NH3-N含量方面,TP的變化受人口數(shù)量影響較小。

深圳灣區(qū)涉及的2個區(qū),福田區(qū)常住人口從2012年的133.05萬人增加到2020年的155.41萬人;南山區(qū)人口從2012年的110.85萬人,增加到2020年的180.42萬人;總?cè)丝趶?012年的243.90萬人,增加到2020年的335.83萬人,增加了38%。更多的人口往往意味著更多的資源消耗,包括水資源和生活必需品,從而也導(dǎo)致了生活污水、垃圾等排放,增加了深圳河灣地區(qū)的污水和垃圾處理壓力。目前,即便是最完善的污水收集和垃圾收集處理系統(tǒng),都難免在雨季特別是暴雨季節(jié)存在污染物的滲漏。根據(jù)深圳市水資源公報數(shù)據(jù),人均水資源量從2012年南山區(qū)62.38 m3變?yōu)?020年的72.50 m3,福田區(qū)由2012年的54.77 m3降至2020年的40.97 m3。福田區(qū)人均水資源減少了近14 m3,可見人口增加造成的影響。從用水組成看,2個區(qū)均以居民生活用水和城市用水為主,占比均超過40%。因此,隨著城市化的快速發(fā)展,人口急劇增加,水資源量減少,污染物進入河灣地區(qū)的風(fēng)險升高,由此增加了污染物處理的壓力。人口的增長使得水資源變得緊張,水環(huán)境中NH3-N含量增加,由相關(guān)性分析可知,福田區(qū)人口增長對水環(huán)境中NH3-N含量的影響最大。南山區(qū)相較于福田區(qū)受人口增長的影響較小,水環(huán)境質(zhì)量主要受產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等因素的影響。

3.5 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對水環(huán)境的影響分析

由于河流水系中的污染主要來源于人類生產(chǎn)、生活之中,農(nóng)業(yè)面源污染、工業(yè)廢水及第三產(chǎn)業(yè)中產(chǎn)生的生活廢水均對河流水質(zhì)產(chǎn)生重要影響,而隨著城市化進程的加快及不同產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,排放到河流的污染物種類與數(shù)量均會隨之發(fā)生改變,因此,研究不同產(chǎn)業(yè)的規(guī)模與污染指標(biāo)濃度的關(guān)系有助于更好地認(rèn)識不同產(chǎn)業(yè)對水環(huán)境帶來的影響。

將福田區(qū)和南山區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分別與相對應(yīng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析,分析結(jié)果見圖5、6。

圖5 福田區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水質(zhì)相關(guān)性分析

圖5可知,福田區(qū)第二產(chǎn)業(yè)占比與NH3-N之間有著顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)值為-0.681,而與DO、CODMn、COD、TP共4項之間相關(guān)關(guān)系不顯著。第三產(chǎn)業(yè)占比和DO之間有著顯著的正相關(guān)關(guān)系(r=0.711 8,p=0.029),并與CODMn、COD之間有著顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)值分別為-0.784、-0.668。除此之外,第三產(chǎn)業(yè)占比與TP之間相關(guān)關(guān)系不顯著。福田區(qū)工業(yè)用水量和DO、COD之間有著顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,和CODMn(r=0.827,p=0.006)、NH3-N(r=0.793,p=0.05)有著顯著的正相關(guān)關(guān)系,與TP之間相關(guān)關(guān)系不顯著。第三產(chǎn)業(yè)用水量與NH3-N之間呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)值是-0.690。同時,第三產(chǎn)業(yè)用水與DO、CODMn、COD、TP共4項水質(zhì)指標(biāo)之間相關(guān)關(guān)系不顯著。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化對福田區(qū)水環(huán)境的影響較為顯著,第二產(chǎn)業(yè)占比增加導(dǎo)致了水環(huán)境中CODMn、COD和NH3-N增加,第三產(chǎn)業(yè)占比增加使得水環(huán)境中DO含量增加,使水質(zhì)得到了改善。隨著深圳城市化的發(fā)展,第二產(chǎn)業(yè)比重逐漸增加。同時,由于技術(shù)能力有限,部分地區(qū)的污水處理設(shè)施不夠完善,工業(yè)廢水的排放已經(jīng)污染了城市的湖泊、海洋等水環(huán)境,這已經(jīng)成為一個日趨嚴(yán)重的環(huán)境問題[32]。此前大量在中國沿海地區(qū)的研究表明,第一產(chǎn)業(yè)與水環(huán)境中COD 及 TP 的含量呈高度正相關(guān)[33],第二、三產(chǎn)業(yè)與水環(huán)境中的NH3-N濃度相關(guān),第二產(chǎn)業(yè)占比與NH3-N濃度呈正相關(guān),而第三產(chǎn)業(yè)占比與NH3-N濃度呈負(fù)相關(guān)。第二產(chǎn)業(yè)占比對NH3-N濃度變化影響最為明顯,第三產(chǎn)業(yè)占比與之相比影響較弱[34]。

圖6可知,南山區(qū)第二產(chǎn)業(yè)占比僅與COD之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.705,p=0.034)。同時,第二產(chǎn)業(yè)占比與DO、CODMn、NH3-N、TP共4項水質(zhì)指標(biāo)之間相關(guān)關(guān)系不顯著。第三產(chǎn)業(yè)占比與COD和NH3-N 2項水質(zhì)指標(biāo)之間呈現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.918,r=-0.801)。同時,第三產(chǎn)業(yè)占比與DO、CODMn、TP之間相關(guān)關(guān)系不顯著。工業(yè)用水量僅與COD和NH3-N 2項水質(zhì)指標(biāo)之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.796,r=0.760),第三產(chǎn)業(yè)用水量僅與COD 1項水質(zhì)指標(biāo)之間呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.906,p=0.001),與其他水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)關(guān)系均不顯著。與福田區(qū)相同,南山區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化對水環(huán)境的影響也較為顯著,第二產(chǎn)業(yè)占比增加使水環(huán)境中COD含量增加,第三產(chǎn)業(yè)占比增加使水環(huán)境中COD和NH3-N含量增加。在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比例中,第一、二產(chǎn)業(yè)增加會提高水環(huán)境中的TP濃度,第三產(chǎn)業(yè)增加在一段時期內(nèi)會降低TP濃度,其中,第一產(chǎn)業(yè)占比對TP濃度變化的貢獻(xiàn)度最高。因此,由第一、二產(chǎn)業(yè)向第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展有利于水環(huán)境的保護[35]。

圖6 南山區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水質(zhì)相關(guān)性分析

4 結(jié)論

a)深圳灣主要水質(zhì)污染物為COD和NH3-N,福田區(qū)各污染物濃度都較高而南山區(qū)較低。說明深圳灣水質(zhì)污染主要來源于生活污水和第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢水。

b)南山區(qū)的水質(zhì)綜合污染指數(shù)較小,污染程度較輕,而福田區(qū)水質(zhì)污染指數(shù)比較高,水質(zhì)污染更為嚴(yán)重。福田區(qū)的水質(zhì)污染物主要來源于新洲河上游的產(chǎn)業(yè)園區(qū)等,但隨著近些年深圳市政府的重視,一系列水質(zhì)綜合治理措施的實施深圳灣整體水質(zhì)均得到了大幅度的好轉(zhuǎn)。

c)深圳灣周圍的2個區(qū)中,水質(zhì)由入灣河流上游至下游入海口逐漸變差,其中福田區(qū)的新洲河入?？诤网P塘河入?？谒|(zhì)污染最為嚴(yán)重。導(dǎo)致入海河口水質(zhì)污染的主要原因是上游生活污水和工業(yè)園區(qū)廢水的排放。

d)深圳灣水環(huán)境受人口變化的影響較于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響較小,但生活污水是水中NH3-N的主要來源,隨著人口的增長,水環(huán)境中NH3-N含量控制面臨諸多困難。深圳河作為深圳灣的主要水源,也是主要的污染物輸入源,需要進行重點監(jiān)測與整治。

e)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對于深圳灣水環(huán)境的影響較為明顯,尤其是對于水中的COD含量影響較大,對于TP含量也有微弱影響。第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的污染物較多,對水環(huán)境的消極影響較大,第三產(chǎn)業(yè)對水環(huán)境產(chǎn)生的消極影響較小。

基于本文的研究結(jié)果,對于深圳灣水環(huán)境改善提出了一些建議。消除一些較弱的工業(yè)產(chǎn)業(yè)并允許支柱產(chǎn)業(yè)遷移到能夠支持大型產(chǎn)業(yè)規(guī)模,水環(huán)境承載力狀態(tài)更好的地區(qū)以及增加第三產(chǎn)業(yè)的占比,能夠?qū)λh(huán)境起到積極作用。制定合理的政策引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和工業(yè)產(chǎn)業(yè)區(qū)的布局可以改善水環(huán)境,使得經(jīng)濟增長與水資源消耗脫鉤成為可能,能夠促進地表水質(zhì)量的持續(xù)改善。深圳灣大部分水質(zhì)污染物通過合理輸送進入深圳灣。但由于深圳地處東南沿海地帶,亞熱帶季風(fēng)氣候帶來的充沛雨量將大量地表污染物沖刷后流入深圳河的各個支流,最終匯入深圳灣。隨著城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變以及產(chǎn)業(yè)規(guī)模的加大,污水量增大,污水處理壓力逐漸增加。因此,在對工業(yè)污水和生活污水等點源污染進行治理的同時,也需要加強城市面源污染的治理,嚴(yán)格控制COD、NH3-N等污染物的輸入量,以減輕污水處理壓力,改善水環(huán)境。