天津大港近岸海域重金屬含量分析及評價

張丹娜 王娟娟 李兆千 易偉 王寶峰

摘要：為了解重金屬在天津大港海域的污染狀況，通過設(shè)立對照站位和研究站位對天津大港近岸海域水質(zhì)和沉積物中重金屬進(jìn)行監(jiān)測，并對該區(qū)域水質(zhì)和沉積物作出生態(tài)評價。研究結(jié)果表明，2016年水質(zhì)和沉積物質(zhì)量比2015年有所下降，基本都屬于輕微危害。

關(guān)鍵詞：近岸海域；海水質(zhì)量；沉積物；重金屬

研究區(qū)域位于渤海灣天津大港附近的海域，渤海屬于典型的半封閉式內(nèi)海域，海水與外界交換能力弱，自凈能力和納污能力比較低，生態(tài)環(huán)境脆弱。近年來，人們不斷對海洋進(jìn)行開發(fā)和利用，港口建設(shè)、圍海造陸、排污入海等都會對海域的生態(tài)環(huán)境造成破壞。因此研究海洋的環(huán)境狀況，加強對海洋環(huán)境的保護(hù)是對海洋可持續(xù)發(fā)展的一個重要保障。

眾所周知，重金屬不易降解，且可以通過富集作用，在海洋生物體中產(chǎn)生一定的毒害作用，并最終通過食物鏈影響人體健康。因此，重金屬在海洋環(huán)境中也是重點關(guān)注的污染物。本文主要從重金屬層面分析評價該海域環(huán)境質(zhì)量狀況，以期為環(huán)境保護(hù)和制定增養(yǎng)殖措施提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1調(diào)查時間和區(qū)域

研究區(qū)域選擇在天津大港濱海濕地海洋特別保護(hù)區(qū)，調(diào)查時間為2015、2016年的5月、8月、10月。共設(shè)置監(jiān)測站位14個（表1）。其中，研究站位11個，對照站位3個。

1.2樣品的采集和分析

樣品的采集和分析按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》[1]第3部分、第4部分、第5部分進(jìn)行。監(jiān)測分析的項目包括：水質(zhì)中的銅、鋅、鉛、鎘、汞、砷以及沉積物中的銅、鉛、鎘、汞、砷等指標(biāo)。

2評價方法

2.1水質(zhì)評價方法

2.1.1標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法

Sij=Cij/Csj

Sj=1n∑ni=1Sij 式中：Sij為標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)，即分指數(shù)；Cij為污染物i在監(jiān)測點j的濃度；Csj為污染物i的評價標(biāo)準(zhǔn)值；Sj為第j站位各項污染物的分指數(shù)的平均值；n為評價因子的種類數(shù)量。對天津市海域采用《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[2]第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價。選取了銅、鋅、鉛、鎘、汞、砷6項指標(biāo)作為評價因子。單項水質(zhì)分級判據(jù)見表2。

表2單項水質(zhì)分級判據(jù)

質(zhì)量狀況清潔相對清潔輕污染污染重污染水質(zhì)質(zhì)量指數(shù)（Sj ）<11～22～55～10>10

2.1.2水質(zhì)綜合評價指數(shù)方法采用分指數(shù)的平均值和最大值的平方和的尼羅梅法[3]，既考慮了平均分指數(shù)的影響，也照顧到最大分指數(shù)的影響。

WQI=S2max÷S2j2

式中：WQI為多項污染的綜合質(zhì)量指標(biāo)；Smax為各項污染物中的最大分指數(shù)。綜合評價分級依據(jù)見表3。

2.2沉積物評價方法

底質(zhì)環(huán)境質(zhì)量采用Hakanson[4]潛在生態(tài)危害指數(shù)法（RI）來進(jìn)行評價。潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）值的大小受以下幾個因素的影響：（1）表層沉積物的濃度；（2）重金屬的種類；（3）重金屬的毒性水平；（4）水體對重金屬的敏感性。其計算公式如下：

Cif=Ci表/Cin

Eir=Tir·Cif

RI=∑ni=1Tir·Ci表/Cin或RI=∑ni=1Eir

式中：Cif為某一種金屬的污染指數(shù)；Ci表為表層沉積物重金屬濃度的實測值；Cin為計算所用的參比值（本項目采用海洋沉積物質(zhì)量第一類標(biāo)準(zhǔn)）；Tir值為各重金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)；Eir值為某單個重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)。

毒性響應(yīng)系數(shù)表示兩個方面的信息，一是重金屬對人體的危害，二是重金屬對水生生態(tài)系統(tǒng)的危害。經(jīng)過一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理， 重金屬的毒性水平順序為Hg>Cd>As>Pb=Cu。對毒性響應(yīng)系數(shù)做規(guī)范化處理后的定值為Hg=40，Cd=30，As=10，Pb=Cu=5。

3結(jié)果與討論

3.1水質(zhì)評價結(jié)果

3.1.1分析結(jié)果2015年超標(biāo)嚴(yán)重的主要是鋅和鉛，從5月份到10月份是呈現(xiàn)一個范圍擴(kuò)大、數(shù)值升高的趨勢；5月份超標(biāo)的重金屬有鋅和鉛。鋅有5個站位超標(biāo)。其中研究站位4個，對照站位1個，超標(biāo)率35.7%；鉛超標(biāo)的站位有8個，全部是研究站位，超標(biāo)率57.1%。8月份銅、鋅、鉛和汞均有超標(biāo)，銅有3個研究站位和1個對照站位超標(biāo)，鋅除了SD02站位未超標(biāo)，其他站位均超過海水一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；鉛有7個研究站位和2個對照站位超標(biāo)，超標(biāo)率64.3%；汞有1個研究站位超標(biāo)。10月份超標(biāo)的重金屬有鋅、鉛和汞。鋅除了兩個研究站位未超標(biāo)外，其他站位均超出標(biāo)準(zhǔn)；鉛有8個研究站位和1個對照站位超標(biāo)；汞有3個研究站位和1個對照站位超標(biāo)。

2016年5月份的超標(biāo)情況比2015年要好，超標(biāo)的重金屬為銅、鋅、鉛。其中銅有一個研究站位超標(biāo)；鋅有3個研究站位和1個對照站位超標(biāo)；鉛有3個研究站位和1個對照站位超標(biāo)。8月份銅、鋅、鉛也屬于大范圍超標(biāo)。銅有4個研究站位和2個對照站位超標(biāo)；鋅除了SD31站位未超標(biāo)；其他站位均超過海水一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而且超標(biāo)倍數(shù)明顯比2015年要高；鉛有5個研究站位和1個對照站位超標(biāo)，超標(biāo)率42.86%；汞有2個研究站位和1個對照站位超標(biāo)。10月份情況有所好轉(zhuǎn)，只有鋅和鉛有超標(biāo)，其中鋅有3個研究站位和2個對照站位超標(biāo)，鉛有2個研究站位和3個對照站位超標(biāo)，鋅元素的超標(biāo)倍數(shù)也明顯降低。

3.1.2水質(zhì)中重金屬指數(shù)評價

3.2沉積物評價結(jié)果

3.2.1沉積物分析結(jié)果沉積物監(jiān)測結(jié)果表明，2015年沉積物質(zhì)量全部符合標(biāo)準(zhǔn)[5]要求。2016年重金屬鎘全部超出標(biāo)準(zhǔn)要求，其他重金屬指標(biāo)均未超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2.2沉積物中重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)

沉積物中重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)與污染程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)如表5。

從表6中可以看出，2015年單因子的潛在生態(tài)危害從大到小依次是Cd>Hg>As>Cu>Pb，所有站位的單因子平均值最大的是Cd，研究站位和對照站位均<40，屬于輕微生態(tài)危害。而且所有站位的多因子潛在生態(tài)危害RI值均<135，根據(jù)Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法污染程度的劃分級別，也屬于輕微生態(tài)危害。

4結(jié)論

從2015年和2016年的檢測數(shù)據(jù)可以看出，大港近岸海域水質(zhì)污染主要集中在Zn、Pb 兩種元素，且表現(xiàn)在8月份出現(xiàn)大面積超標(biāo)。但從綜合評價指數(shù)方面，除了兩個站位是重度污染區(qū)外，其他都是輕度污染區(qū)。沉積物質(zhì)量危害總指數(shù)均在輕微生態(tài)危害范圍內(nèi)。但是從Eir值看，2015年所有站位所有元素均小于40，屬于輕微生態(tài)危害；2016年由于Cd全部站位超標(biāo)，Eir平均值超過了40，屬于中等生態(tài)危害，其他元素未構(gòu)成生態(tài)危害。

5討論

總體來說，天津大港附近海域環(huán)境相對于歷史數(shù)據(jù)來說是向良性發(fā)展的趨勢。2016年8月份由于降雨引起的陸源輸入是污染的重要來源。但隨著海水的自我凈化，2016年10月份環(huán)境質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)。但長期以來，隨著天津市經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)形勢愈發(fā)嚴(yán)峻。控制入海污染源是控制水體環(huán)境惡化的關(guān)鍵，應(yīng)嚴(yán)格控制排污量、污染物排放種類。加大海洋監(jiān)測力度和保護(hù)力度，加快沿海污水處理廠建設(shè)，繼續(xù)對保護(hù)區(qū)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，對入海排污、海洋開發(fā)等進(jìn)行調(diào)查，并逐年對海域生態(tài)環(huán)境做出評價。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. 海洋監(jiān)測規(guī)范：GB 17378.3-2007[S].

[2] 國家環(huán)境保護(hù)局.海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)： GB 3097-1997[S].

[3] 石敏.遼寧省近岸海域環(huán)境功能區(qū)水質(zhì)狀況分析[J].農(nóng)業(yè)與科技，2018，38（01）：61-62.

[4] HAKANSON L. An Ecological Risk Index for Aquatic Pollution Control. A Sedimentological Approach [J].Water Research，1980，14（8）：975-1001

[5] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)檢驗檢疫總局. 海洋沉積物質(zhì)量：GB 18668-2002 [S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，北京，2002.

（收稿日期：2018-08-17；修回日期：2018-09-06）