天津疏浚物海洋傾倒區(qū)海水水質(zhì)現(xiàn)狀評價

崔 健，張秋豐，牛福新，王 彬，靳衛(wèi)華，李 玲

（國家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測中心站 天津市 300457）

天津疏浚物海洋傾倒區(qū)（原天津港臨時海洋傾倒區(qū)C 區(qū)）于2003年4月投入使用，2010年調(diào)整為正式傾倒區(qū)，為天津市目前唯一在用的正式傾倒區(qū)。天津疏浚物海洋傾倒區(qū)以118°04′25″E、38°59′06″N 為中心坐標(biāo)，半徑1.0 km 的圓形海域，年傾倒量控制在300 萬m3以內(nèi)[1]。

天津港建成和開港以來，為滿足港口的正常使用和港口發(fā)展建設(shè)的需要，航道需要進(jìn)行疏浚工作，大量的疏浚物隨之傾入海洋傾倒區(qū)，傾倒區(qū)海洋環(huán)境受到了較大的影響。按照國家海洋局相關(guān)管理規(guī)定及《傾倒區(qū)監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》[2]的要求，我國在用的正式傾倒區(qū)要開展海洋環(huán)境影響跟蹤監(jiān)測，以便及時獲取傾倒物在傾倒海域的輸移、擴(kuò)散等狀況，了解傾倒活動對周邊環(huán)境帶來的影響及產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境影響及生物效應(yīng)。

本文采用2011年天津疏浚物海洋傾倒區(qū)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用單因子指數(shù)法及模糊綜合評價方法對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行評價，得出評價結(jié)論，以期對海洋傾倒區(qū)的合理規(guī)劃利用及海洋環(huán)境保護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考。

1 調(diào)查與分析

1.1 調(diào)查站位布設(shè)

根據(jù)天津疏浚物海洋傾倒區(qū)的面積及年傾倒量，2011年在傾倒區(qū)開展了3 次海水取樣、化驗(yàn)工作，分別于2011年6月中旬、10月初、11月底實(shí)施，每次采集9 個站位的表層海水樣品，選取COD、石油類、Hg、Pb、Cd 5 項指標(biāo)為評價因子，應(yīng)用單因子指數(shù)法及模糊綜合評價法對傾倒區(qū)海水水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行評價。

圖1 采樣站位圖

1.2 分析方法

分析方法嚴(yán)格依據(jù)《海洋監(jiān)測規(guī)范第4 部分：海水分析》（GB17378.4-2007）[3]執(zhí)行，采用堿性高錳酸鉀法分析樣品中COD 含量，采用紫外分光光度法分析樣品中石油類含量，采用原子熒光法分析樣品中Hg 的含量，采用無火焰原子吸收分光光度法分析樣品中Pb 與Cd 的含量。

2 評價方法

表1 2011年天津疏浚物海洋傾倒區(qū)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果平均值單位：mg/L

2.1 單因子指數(shù)法

水質(zhì)項目采用單因子指數(shù)法進(jìn)行評價，污染程度隨實(shí)測濃度的增加而加重[4]，具體公式為：

式中：Pi——第i 項污染物的污染指數(shù)；

Ci——第i 項污染物的實(shí)測濃度；

Coi——第i 項污染物的評價標(biāo)準(zhǔn)。

評價標(biāo)準(zhǔn)：依據(jù)天津市海洋功能區(qū)劃[5]及天津市海洋環(huán)境保護(hù)[6]相關(guān)規(guī)定，天津疏浚物海洋傾倒區(qū)需滿足第三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[4]的要求。為了更準(zhǔn)確地計算所檢測的污染因子具體滿足第幾類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，計算時將先采用第三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行初步判定，然后分別采用二類、一類評價標(biāo)準(zhǔn)計算。

表2 水質(zhì)監(jiān)測調(diào)查因子的評價標(biāo)準(zhǔn)[4]

通過計算得出：3 次監(jiān)測海水中COD、Hg、Cd 的含量均符合第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；3 次監(jiān)測中均有部分站位石油類含量超過第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但均滿足第三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；3 次監(jiān)測所有監(jiān)測站位海水中Pb 含量均超過第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但均符合第二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。圖2是采用第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)計算所得的結(jié)果。

圖2 污染物指數(shù)變化示意圖

2.2 模糊綜合評價法

本文采用環(huán)境質(zhì)量分級與評價的模糊綜合—加權(quán)平均復(fù)合模型，其特點(diǎn)在于以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，應(yīng)用模糊合成的原理，將一些邊界“模糊不清”的因素定量，進(jìn)行綜合評價[7-12]。

（1）確定單因子隸屬函數(shù)：根據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[4]及傾倒區(qū)選取的評價因子及實(shí)測值，選用降半梯形公式計算單因子隸屬函數(shù)[7，10]，公式為：

式中：r 為隸屬度；c 為各污染因子的實(shí)測值；S為海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值；i 為被測污染因子；下標(biāo)j為對應(yīng)的海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)級別；m 為4 類海水水質(zhì)級別。

（2）確定各因子權(quán)重：各因子權(quán)重代表了各因子在決定水質(zhì)等級上所起作用的量度，與實(shí)測值及海水中允許的濃度有關(guān)[7，10]。其計算公式如下：

Wi=ci/Si，j，對Wi做歸一化處理，得出

式中：n 為參加評價的污染因子個數(shù)。根據(jù)歷年該傾倒區(qū)水質(zhì)污染特征及實(shí)際監(jiān)測情況，并考慮該傾倒區(qū)單因子水質(zhì)評價結(jié)果，選擇一級海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為參考。

（3）模糊綜合評價[8-10]：模糊綜合評價考慮的是所有評價因子的影響。采用廣義模糊算子對模糊子 集= {b1，b2，b3，b4}進(jìn)行評判，對得出的B 再進(jìn)行歸一化處理，bi為各級海水標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度。

對每個水質(zhì)級別賦予一個等級參數(shù)，級別越高，等級參數(shù)就越大。這里選取4 個等級，αj={4，3，2，1} 計算綜合值：由最大隸屬度原則確定海水水質(zhì)級別的歸類，同時由α值確定海水水質(zhì)的優(yōu)劣。

根據(jù)天津疏浚物海洋傾倒區(qū)2011年水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，對該海域海水水質(zhì)結(jié)果進(jìn)行模糊綜合評價，隸屬度與權(quán)重計算結(jié)果見表3（以2011年6月份3 號站位為例），各站位綜合評價結(jié)果見表3。

表3 隸屬度和權(quán)重（以2011年6月份3 號站位為例）

表4 2011年全年海水水質(zhì)綜合模糊評價結(jié)果

由表4 可以得出，2011年天津疏浚物海洋傾倒區(qū)的海水水質(zhì)總體符合一類標(biāo)準(zhǔn)，除11月份6號站位海水水質(zhì)屬于二類水質(zhì)外，其余監(jiān)測時間、監(jiān)測站位水質(zhì)均為一類海水水質(zhì)。海水水質(zhì)綜合評價結(jié)果α 的分布呈現(xiàn)由東北向南逐漸減小的變化趨勢，可見，傾倒區(qū)內(nèi)海水水質(zhì)由東北向南略微變差。

3 綜合評價

通過采用單因子指數(shù)法、模糊綜合評價法對2011年天津疏浚物海洋傾倒區(qū)海水監(jiān)測數(shù)據(jù)的比對得出：

（1）監(jiān)測期間傾倒區(qū)水質(zhì)總體符合第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，海水水質(zhì)呈現(xiàn)由東北向南略微變差的變化趨勢。部分站位石油類含量介于第一類（二類）與第三類標(biāo)準(zhǔn)之間；海水中Pb 含量均超過第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但均符合第二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。海水中COD、Hg、Cd 的含量均符合第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）Pb、石油類為該海域主要污染物，傾倒區(qū)各污染物監(jiān)測結(jié)果滿足天津市海洋環(huán)境保護(hù)規(guī)劃對傾倒區(qū)水質(zhì)的相關(guān)規(guī)定。

通過對兩種評價方法的比較發(fā)現(xiàn)：單因子指數(shù)法適用于對單個污染因子超標(biāo)現(xiàn)象進(jìn)行統(tǒng)計，模糊綜合評價法更側(cè)重于通過模糊數(shù)學(xué)最大隸屬度原則對總體監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行評價。

[1] 海洋傾倒區(qū)設(shè)立公告[EB/OL]．http：//www.ncsb.gov.cn/gggb/ncsb/20101 21902.htm．

[2] 國家海洋局.海洋傾倒區(qū)監(jiān)測技術(shù)規(guī)程[S]．中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，海洋監(jiān)測規(guī)范（GB17378.4-2007）．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[3] 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價方法在某流域水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2010，35（11）：181-184.

[4] 海水水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)GB 3097-1997[S]，1997.

[5] 天津市人民政府.2011年天津市海洋功能區(qū)劃，2011．

[6] 天津市人民代表大會常務(wù)委員會.天津市海洋環(huán)境保護(hù)條例，2012，5，1．

[7] 徐恒振.海水水質(zhì)級別的模糊綜合評價方法[J].海洋環(huán)境科學(xué)，1992，11（2）：41-48.

[8] 鄭琳，崔文林，賈永剛.傾倒海洋傾倒區(qū)海水水質(zhì)模糊綜合評價[J].海洋環(huán)境科學(xué)，2007，26（1）：38-41.

[9] 潘怡，仵彥卿，葉屬峰，等.上海海域水質(zhì)模糊綜合評價[J].海洋環(huán)境科學(xué)，2009，28（3）：283-287.

[10] 張龍江.水質(zhì)評價的模糊綜合評判-加權(quán)平均復(fù)合模型應(yīng)用[J].環(huán)境工程，2001，19（6）：53-58.

[11] 徐向陽，高學(xué)平.模糊數(shù)學(xué)在海水入侵地下水水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].水利學(xué)報，2003，08（8）：64-69.

[12] 曾勇.水質(zhì)模糊綜合評價法與單因子指數(shù)評價法比較[J].人民黃河，2007，29（2）：45-46.