基于綜合評價法的天津市主要排污河流水質評價

侯淑艷，曲曉晶，劉建新，朱金兆

(1.北京林業大學水土保持學院，教育部水土保持與荒漠化防治重點實驗室，北京100083;2.黑龍江省水土保持科學研究所，黑龍江 賓縣 150400;3.吉林市農業科學院，吉林 吉林 132101)

天津市地處華北平原東北部，海河流域的七大水系流經本市，徑流量的82%經天津市匯入渤海，素有九河下梢之稱，歷史上水量十分豐沛。但是，隨著上游地區經濟社會的快速發展，用水量增加，修建了幾座大型水庫，加之干旱氣候不斷發生，天津市逐漸由一個水資源豐沛的地區，演變為一個水資源嚴重短缺的資源型缺水城市。目前，天津市人均水資源占有量只有370 m3，遠遠低于世界公認的人均占有量1 000 m3的缺水警戒線，屬重度缺水地區[1-2]。天津市的污灌歷史長達50多年。天津市種植業中有近1/3的耕地利用污水灌溉。全國第二次污灌普查資料顯示，天津污水灌溉面積達13.33萬hm2，占全市總耕地面積的30%以上。在污灌面積中，超農灌污水占50.9%，工業及城市下水道污水占49.1%。伴隨著經濟的發展，導致水質污染程度越來越嚴重，水質污染事故時有發生。地表水的水質直接關系到天津市人民的飲水安全、工農業用水供給、水產養殖業及旅游業的進一步發展。天津市通過對水資源利用進行綜合治理整頓，取得了很好的效果[3-8]。本文通過對天津市境內的津河、南運河、北運河、海河和子牙河5條河流的水質狀況進行監測，運用綜合污染指數法來分析水質污染情況，以期為管理部門控制和改善水環境提供理論依據和參考。

1 水環境監測

1.1 采樣點的布設及采樣

河流監測點的選取和樣品的采集參照HJ/T91-2002地表水和污水監測技術規范進行，采樣時間為2009年1-12月，每個斷面每月監測1次，按照平水期、枯水期、豐水期3個時期采樣，每個斷面同時采集5個樣品，數據取12個月測定結果的平均值。其中北運河選取老米店、北洋橋、筐兒崗等5個監測斷面;海河選取大良子、光華橋、光明橋、海河大閘等9個監測斷面;子牙河選取西河閘上、大紅橋等4個監測斷面;津河選取八里臺、二緯路、友誼路橋3個監測斷面;南運河選取咸陽路橋、井岡山橋2個監測斷面。

1.2 水樣的監測分析

重金屬檢測采用ICP-MS方法;pH、電導率、濁度監測分析采用小型便攜數顯儀器;重金屬檢測采用重鉻酸鉀法;氨氮檢測采用奈氏試劑比色法。

2 評價方法

2.1 評價標準

本文選取GB 3838-2002中的Ⅴ類水質標準限值(見表1)。

表1 地表水環境質量標準基本項目V類標準值 mg/L

2.2 評價方法

2.2.1 單項評價方法

(1)單項污染物污染指數

式中:Pi——i污染物的單項污染指數;Ci——i污染物的實測值——i污染物的標準值。

(2)pH值單項污染指數

式中:PpH——pH 值單項污染指數 SpH——pH 值的年算數均值;S1，S2——pH 標準的上限和下限。

(3)溶解氧單項污染指數

式中:Pi(DO)——溶解氧單項污染指數;Ci(DO)——溶解氧算數均值;Cio(DO)——溶解氧水質評價標準。

2.2.2 綜合評價方法

(1)綜合污染指數

式中:Pz——Z河流域斷面綜合質量指數;Pi——i項污染指數;n——參與評價的污染物項目數。

(2)水質污染程度分類

式中:P——分類指數;n——參與評價污染物或河流斷面數;Pi——i項目污染指數。

污染物污染程度按表2執行。

表2 污染物污染程度分類

2.2.3 污染分擔率的評價

式中:Ki——i項污染物在各項污染物中污染貢獻的分擔率;Pi——i項目污染指數。

3 結果與分析

3.1 單項污染指數

由表3可以看出，津河和南運河的各單項污染指數均小于1，達到Ⅴ類水質標準，表明津河和南運河污染并不明顯。可能是由于津河經過改造的原因。在天津津河營養狀態綜合評價及防治對策中的研究表明經過改造后的津河設取的8個采樣點的水質總體好于未經過改造的衛津河[9]。

從表3中還可以看到子牙河除總磷和氨氮污染指數大于1以外，其他均小于1，重金屬污染中汞、鉛、鎘的污染相對其他重金屬污染較嚴重，但仍未超過V類水質標準。北運河的總磷污染指數為1.49，在各項污染指數中最高，其次是化學需氧量、氨氮、生化需氧量和高錳酸鹽指數，該4項指數均大于0.7，說明北運河富營養化污染較嚴重。北運河重金屬污染單項指數排序為:總鎘＞六價鉻＞總鉛＞總砷＞總貢＞四價硒＞總銅＞總鋅，其中，除總鎘、六價鉻和總鉛的指數大于0.1外，其他幾項均小于0.1，說明北運河重金屬污染并不明顯，且其污染源主要來自于鎘、鉻、鉛等工業污染。海河的污染指數總磷＞氨氮＞總氮＞化學需氧量＞氟化物＞1，說明海河的富營養化比較嚴重，已經超過了V類水質標準，這與孫學明等人的研究結果一致[10]。

表3 監測河流各項污染單項指數(Pi)

3.2 綜合污染指數

由表4可以看出，津河、南運河、北運河、海河和子牙河的綜合污染指數排序為:海河＞子牙河＞北運河＞津河＞南運河。其中，海河的綜合污染指數為12.15最高，而津河和南運河的綜合污染指數較低分別為2.76和2.37，說明海河的污染程度最嚴重;其次是子牙河和北運河，分析可能因為北運河等接納北京、河北等地下排泄的污水，由于來水水質惡劣，致使河流水質常年處于超標狀態，而津河和南運河污染最輕。

表4 監測河流的綜合污染指數

3.3 污染分擔率

從圖1、圖2可以看出，津河、南運河的高錳酸鹽、和氨氮的污染分擔率最高，兩項之和已達58.27%和43.98%;北運河、海河和子牙河的氨氮和總磷的污染分擔率明顯高于其他污染物，兩項之和分別為:31.31%、43.83%和34.47%，海河的總氮污染分擔率也較高，達到了 16.62%，說明津河、南運河、北運河、海河和子牙河的主要污染為來自于磷、氮等的富營養化污染，從表5各污染物總分擔率中也呈現出相同的規律。北運河、海河和子牙河的重金屬污染相對于富營養化污染均較低，但從3條河流的重金屬污染分擔率(圖3)比較中可以看出，除海河各項重金屬污染較低以外，北運河與子牙河重金屬污染相對來說以鎘和鉛含為主。

圖1 津河與南運河污染分擔率

圖2 北運河、海河、子牙河污染分擔率

3.4 水質污染程度分析

表6中津河、南北運河、海河和子牙河的污染程度順序為:海河＞津河＞子牙河＞南運河＞北運河。其中，只有海河的P值大于0.5，屬中度污染，其他河流的P值均小于0.5，屬輕度污染。

圖3 北運河、海河、子牙河重金屬污染分擔率

4 結論

北運河、海河和子牙河的污染情況相對較嚴重，多項污染指數超過1，其中海河最為嚴重。原因可能是因為海河徑流地區工農業較發達，從而使大量的生活生產用水排放到海河中去，致使海河水質污染較為嚴重。子牙河與北運河河段由于周圍有大量的農田耕地，幾萬人生活的村莊，大量的農藥化肥，生活污水等污染物質隨著雨水流入河流中，從而導致了水體的污染。

表5 監測河流的總污染分擔率

表6 監測河流的污染程度對照

津河、南運河、北運河、海河和子牙河的富營養化污染程度遠高于重金屬污染，主要表現為總磷和總氮的污染分擔率較高，5條河流相比較而言，北運河與子牙河重金屬污染較嚴重，以鎘和汞為主，因此應排查原因進行綜合治理。

監測的5條河流總體水質較好，只有海河的水質污染程度已經達到了中度污染，富營養化程度較高，其余4條河流都屬于輕度污染，對于海河應控制污染物排放，特別是含氮磷類物質的排放，以改善水環境。

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