天津市潮白新河和獨流減河重金屬污染現狀調查

王娟娟 張丹娜 易偉 李兆千

摘 要：?? 2016年5月、7月、9月分別對潮白新河和獨流減河水體、沉積物、水產品中的重金屬進行了監測。結果表明，潮白新河和獨流減河水體重金屬平均污染指數ACI均小于1，未出現超標現象。應用綜合污染指數法對各漁業水域水質情況進行評價，依據污染分擔率RC結果排序，結果為：Cu>Zn>As。重金屬對水質污染貢獻最大的是銅，其次是鋅和砷。5月份、7月份和9月份獨流減河表層沉積物鋅和鎘平均值均超出天津市土壤背景值。潮白新河和獨流減河表層沉積物重金屬潛在生態風險因子及潛在風險指數表明：通過數據統計分析，從不同站位來看，潮白新河上游和下游表現為中等生態危害，中游為極強生態危害。潮白新河和獨流減河生物體重金屬結果表明，所監測的所有重金屬含量均未超出標準要求。

關鍵詞： 潮白新河;獨流減河;重金屬

?隨著城市工業的建設發展，越來越多高含量重金屬的污水被排入環境，水域環境受污染程度逐漸增大。一般河流污染物來源主要包括：作為行洪河道，汛期時雨污水一同排入河道，再加上一些工業及生活污水非法排入河道，致使河道水質下降，同時污染物沉積到河底，形成了污染沉積物，造成河道內在的污染源;由于天津市水資源非常緊張，周邊地區農田大部分利用污水灌溉，同時農田瀝水和居民生活污水均排入河道，故對河道補水的同時，水質也會受到不同程度的污染;另外，水運、旅游、工業及民用垃圾等也給河流帶來了污染。

內陸沉積物重金屬污染大部分是由排放廢水的污染所致。污染物進入河流，受水動力條件的影響和控制，會在水體與沉積物之間進行遷移。重金屬具有來源廣、潛伏時間長、不易被生物降解、毒性大且污染后難以被發現等特征 ?[1] ，對水生生物和人體健康具有較大負面影響。

由于重金屬污染潛伏時間長、毒性大、難去除等特點，重金屬元素在生物體內積聚可能通過食物鏈進行傳播 ?[2] 。其在生物體內主要是通過攝食、體表滲透和鰓黏膜的吸附等途徑富集。由于不同生物體的自身生理特性、餌料、棲息環境以及重金屬的理化特性的不同，其富集重金屬的能力也不盡相同。因此通過監測天津市潮白新河和獨流減河水體重金屬指標，摸清此水域受污染狀況，對環境的治理和保障食品安全工作，都具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 監測地點和規模

潮白新河：潮白新河是海河五大水系之一，位于天津市的東北部，是1950 年開挖的河道，全長52 km，其中，寶坻新城至京津新城段長27 km。潮白河流經黃莊洼、小蜈蚣河，在七里海匯入薊運河，在濱海新區北塘入渤海。潮白新河設3個監測站位：上游、中游、下游。監測水域面積200 hm 2（長度10 km）。以監測水域為水源的池塘養殖面積4 000 hm 2，稻田養魚面積2 000 hm 2。

獨流減河：獨流減河位于天津市區南側，是大清河主要入海尾閭河道，河道從靜海區開始，流經靜海、西青、濱海新區三個區，至海口防洪閘，全長67 km。同時也是靜海區的主要泄洪河道之一，由西至東貫穿縣境北界。自上世紀90年代起，在獨流減河從靜海區獨流鎮與西青區辛口鎮之間建設了大小化工廠數十座，由于亂排亂放，獨流減河河水污染嚴重。獨流減河設3個監測站位：進洪閘、團泊大橋西、萬家碼頭橋。在獨流減河設監測站位3個，監測水域面積400 hm 2（長度20 km）。以監測水域為水源的池塘養殖面積1 670 hm 2。

1.2 監測時間及坐標

2016年5月、7月、9月共計3次。選取潮白新河、獨流減河為監測水域。每條河流監測3個站位，共設置監測點6個站位。實際監測站位由于監測時間有的處在梅雨季節，取樣位置因河道排澇等因素，站位稍有偏移，實驗數據取自經緯度相近的站位（表1、表2）。

1.3 監測項目

監測項目包括：水質質量（銅、鋅、砷），沉積物質量（銅、鋅、鉛、鎘、汞、砷），水產品質量（銅、鉛、鎘、汞、無機砷）。

1.4 監測方法

淡水按照表3檢測方法執行。

2 評價標準

2.1 水質評價方法

內陸漁業水域水質監測項目的分析與評價依據《漁業水質標準（GB 11607-1989）》評價。

采用綜合污染指數法對水質污染物狀態進行評價。綜合污染指數法是國內外評價河流時應用范圍最廣、較為成熟的一種方法，評價因子主要涵蓋氮、磷和重金屬元素等。綜合污染指數包括環境因子的污染指數CI、平均污染指數ACI和綜合污染指數ICI。污染分擔率CR表示單項環境因子指數對綜合水質污染的貢獻大小，污染分擔率最高的環境因子即為水體的首要污染物。具體計算公式如下：

式中：

C ij ?---監測站位i處環境因子j的實測含量（mg/L）;

Std j---環境因子j的評價標準值（mg/L）;

CI ij ?---環境因子j的污染指數（無量綱）;

ACI j ---環境因子j的平均污染指數（無量綱）;

CR j ?---環境因子j的污染分擔率;

ACI>1則表明該環境因子已超標。

2.2 沉積物評價

河道沉積物的評價還沒有統一的質量標準，本項目采用《土壤環境質量標準》（GB 15618-1995）來評判。

沉積物中重金屬的來源一方面來自巖石淋溶、礦物風化等自然因素，另一方面來源于人類的生產、生活活動進行的重金屬排放。

潛在生態危害指數（RI） ?[3] 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。

RI的計算方法：

①單個重金屬的污染系數（The factor of contamination），簡稱 C j f=C i 表/ C i n

式中： C j f 某一種金屬的污染指數; C i ?表為表層沉積物重金屬濃度的實測值;Ci n為計算所用的參比值（本項目采用天津市土壤背景值作為參比，見表6）。

②沉積物重金屬污染度（The degree of contamination）簡稱Cd，為多種重金屬污染系數之和。Cd=∑ n i C i f

③各重金屬的毒性響應系數 （The toxic response factor） 簡稱 T i r 值，此值被用來反映重金屬毒性水平及水體對重金屬污染的敏感程度。

④某單個重金屬的潛在生態危害系數（The potential ecological risk factor），簡稱 E i r 值： E i r=T i r·C i f

⑤沉積物多種重金屬潛在生態危害指數 （The potential ecological risk index），簡稱RI。

各重金屬的毒性響應系數 T i r ：

毒性響應系數表示兩個方面的信息，即重金屬對人體的危害和對水生生態系統的危害。經過一系列基礎數據的處理， 重金屬的毒性水平順序為Hg>Cd>As>Pb=Cu>Zn。對毒性響應系數做規范化處理后的定值為Hg=40，Cd=30，As=10，Pb=Cu=5，Zn=1（Hakanson潛在生態危害指數法污染程度等級的劃分見表7）。

2.3 水產品評價

依據《無公害食品 水產品中有毒有害物質限量（NY5073-2001）》評價水產品質量。

3 結果與討論

3.1 水質的季節變化趨勢

3.1.1 潮白新河

3.1.1.1 銅含量及超標情況

2016年潮白新河各站位的銅測定結果在0.002 5～0.005 9 mg/L之間，平均值為0.002 9 mg/L。其最高值出現在2016年7月的下游。

未超標站位數量占監測站位的100%。下游站位平均含量最高（0.003 63 mg/L），中、上游均未檢出（見圖1）。

2012～2016年銅含量監測結果表明，2012、2013、2015、2016年銅含量相差不大，2014年遠遠高于其他4年（圖2）。

3.1.1.2 鋅含量及超標情況

2016年潮白新河各站位的鋅測定結果在0.005 0～0.033 5 mg/L之間，平均值為0.016 5 mg/L。其最高值出現在2016年9月的下游。

優于評價標準的監測站位數量占100%。中游站位平均值最高（0.0170 mg/L），上游站位平均值最低（0.014 9 mg/L），最大值出現在下游站位（0.033 5 mg/L）（圖3）。

2012～2016年鋅含量監測結果表明，鋅含量呈現鋸齒狀先升高后降低再升高的趨勢，2014年含量最低（圖4）。

3.1.1.3 砷含量及超標情況

2016年潮白新河各站位的砷測定結果在0.813 8～6.680 μg/L之間，平均值為3.617 μg/L。其最高值出現在2016年5月的上游。

優于評價標準的監測站位數量為100%。上游站位平均含量最高（3.67 μg/L）。下游站位平均含量最低（3.57 μg/L），最大值出現在上游站位（圖5）。

2012～2016年砷含量監測結果表明，砷含量呈現先升高后降低的趨勢，2013年砷含量最高（圖6）。

3.1.2 獨流減河

3.1.2.1 銅含量及超標情況

2016年獨流減河各站位的銅測定結果在0.002 5～0.005 9 mg/L之間，平均值為0.002 9 mg/L。其最高值出現在2016年7月的中游。

優于評價標準的監測站位數量占100%。團泊大橋西站位平均含量最高（0.003 63 mg/L），萬家碼頭橋和進洪閘站位均未檢出，最大值出現在團泊大橋西站位（圖7）。

2011～2016年銅含量監測結果表明，銅含量呈先上升后降低趨勢，2014年含量最高（圖8）。

3.1.2.2 鋅含量及超標情況

2016年獨流減河各站位的鋅測定結果在0.007 5～0.029 4 mg/L之間，平均值為0.016 5 mg/L。其最高值出現在2016年9月的上游。

優于評價標準的監測站位數量占100%。進洪閘站位平均含量最高（0.0201 mg/L），萬家碼頭橋站位平均含量最低（0.0150 mg/L），最大值出現在進洪閘站位（圖9）。

2011～2016年鋅含量監測結果表明，2012、2013年鋅含量明顯高于其他年份（圖10）。

3.1.2.3 砷含量及超標情況

2016年獨流減河各站位的砷測定結果在0.250～5.989 μg/L之間，平均值為2.710 μg/L。其最高值出現在2016年5月的上游。

優于評價標準的監測站位數量為100%。進洪閘站位平均含量最高（3.69 μg/L），萬家碼頭橋站位平均含量最低（1.55 μg/L），最大值出現在進洪閘站位（圖11）。

2011～2016年砷含量監測結果表明，2011年砷含量最高，其余年份其含量呈逐年上升的趨勢（圖12）。

3.1.3 綜合評價

潮白新河和獨流減河水域平均污染指數ACI均小于1。未出現超標現象。應用綜合污染指數法對各漁業水域水質情況進行評價（表8），依據污染分擔率RC結果排序，結果為：Cu>Zn>As。重金屬對水質污染貢獻最大的是銅，其次是鋅和砷。

3.2 表層沉積物重金屬分布特征

潮白新河表層沉積物中重金屬濃度范圍分別為：銅8.67～23.41 mg/kg，鋅39.24～157.75 mg/kg，鉛8.989～16.22 mg/kg，鎘0.208 4～0.831 4 mg/kg，汞0.010 9～0.176 mg/kg，砷4.62～11.7 mg/kg。

5月份潮白新河表層沉積物鎘和砷平均值超出天津市土壤背景值 ?[4] ，7月份和9月份鎘含量超出天津市土壤背景值。

獨流減河表層沉積物中重金屬濃度范圍分別為：銅6.88～16.88 mg/kg，鋅47.54～229.01 mg/kg，鉛7.938～15.85 mg/kg，鎘0.359 7～0.818 3 mg/kg，汞0.015～0.114 mg/kg，砷4.39～7.412 mg/kg。

5月份、7月份和9月份獨流減河表層沉積物鋅和鎘平均值均超出天津市土壤背景值。

潮白新河和獨流減河表層沉積物重金屬潛在生態風險因子及潛在風險指數統計見表9。通過數據統計分析，潮白新河各站位除了鎘和汞有極強生態危害外，其余重金屬指標均為輕微生態危害，單個重金屬危害系數由大到小的順序為Cd>Hg>As>Pb>Cu>Zn。重金屬潛在生態風險指數（RI）范圍為189.48～9 271.40，為中等生態危害到極強生態危害。和潮白新河一樣，獨流減河各站位除了鎘和汞有極強生態危害外，其余重金屬指標均為輕微生態危害，單個重金屬危害系數由大到小的順序為Cd>Hg>As>Pb>Cu>Zn。重金屬潛在生態風險指數（RI）范圍為209.80～10 141.66，為中等生態危害到極強生態危害狀態。

3.3 水產品質量

由于重金屬具有難分解、難轉化、且易被水產品吸收富集等特性，從而經食物鏈傳播而損害人的健康。因此，研究重金屬的污染也成為了一項重要的工作。

分別于2016年5月、7月、9月份對潮白新河和獨流減河水產品的重金屬銅、鉛、鎘、汞、無機砷進行了監測數據的統計分析。水產品質量依據《無公害食品 水產品中有毒有害物質限量（NY5073 -2001）》進行評價。水產品中重金屬限量標準值見表10。

2016年潮白新河和獨流減河水產品重金屬結果表明，所監測的所有重金屬含量均未超出標準要求。

4 總結

2016年潮白新河和獨流減河重金屬銅、鋅、砷的測定結果表明，重金屬平均污染指數ACI均小于1，未出現超標現象。應用綜合污染指數法對各漁業水域水質情況進行評價，依據污染分擔率RC結果排序，結果為：Cu>Zn>As。重金屬對水質污染貢獻最大的是銅，其次是鋅和砷。

5月份潮白新河表層沉積物鎘和砷平均值超出天津市土壤背景值，7月份和9月份鎘含量超出天津市土壤背景值。5月份、7月份和9月份獨流減河表層沉積物鋅和鎘平均值均超出天津市土壤背景值。潮白新河和獨流減河表層沉積物重金屬潛在生態風險因子及潛在風險指數表明：通過數據統計分析，從不同站位來看，潮白新河上游和下游表現為中等生態危害，中游為極強生態危害。獨流減河上游和下游表現為中等生態危害，中游為極強生態危害。從各重金屬指標來看，潮白新河各站位除了鎘和汞有極強生態危害外，其余重金屬指標均為輕微生態危害，單個重金屬危害系數由大到小的順序為Cd>Hg>As>Pb>Cu>Zn。重金屬潛在生態風險指數（RI）范圍為189.48～9 271.40，為中等生態危害到極強生態危害。

2016年潮白新河和獨流減河水產品重金屬結果表明，所監測的所有重金屬含量均未超出標準要求。

5 討論

從2016年調查水域重金屬監測結果來看，獨流減河和潮白新河水體和水產品中重金屬含量均未超出標準的要求。沉積物中鎘、鋅、砷均有不同程度超出天津市土壤背景值的現象。

由于受不同的陸源污染和復雜的水文環境的影響和控制，重金屬會在水體與沉積物之間進行遷移。由于污染物擴散能力差，更加快了重金屬在沉積物中的積聚。漁業水體中的重金屬大部分被懸浮物吸附而轉移到沉積物中。重金屬具有來源廣、潛伏時間長、不易被生物降解、毒性大且污染后難以被發現等特征，對水生生物和人體健康具有較大負面影響。而當環境條件改變時，沉積物中的重金屬會再次釋放而形成二次污染。從而對食物鏈傳播影響人類健康。因此通過進行潮白新河和獨流減河水體、沉積物、水產品重金屬的調查，為水生生物放流提供理論依據和數據支撐。

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