天津市潮白新河和獨流減河重金屬污染現(xiàn)狀調(diào)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(chǎn)品中的重金屬進行了監(jiān)測。結(jié)果表明，潮白新河和獨流減河水體重金屬平均污染指數(shù)ACI均小于1，未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。應(yīng)用綜合污染指數(shù)法對各漁業(yè)水域水質(zhì)情況進行評價，依據(jù)污染分擔(dān)率RC結(jié)果排序，結(jié)果為：Cu>Zn>As。重金屬對水質(zhì)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(tài)風(fēng)險因子及潛在風(fēng)險指數(shù)表明：通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，從不同站位來看，潮白新河上游和下游表現(xiàn)為中等生態(tài)危害，中游為極強生態(tài)危害。潮白新河和獨流減河生物體重金屬結(jié)果表明，所監(jiān)測的所有重金屬含量均未超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞： 潮白新河;獨流減河;重金屬

?隨著城市工業(yè)的建設(shè)發(fā)展，越來越多高含量重金屬的污水被排入環(huán)境，水域環(huán)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(yè)及生活污水非法排入河道，致使河道水質(zhì)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(nèi)在的污染源;由于天津市水資源非常緊張，周邊地區(qū)農(nóng)田大部分利用污水灌溉，同時農(nóng)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(zhì)也會受到不同程度的污染;另外，水運、旅游、工業(yè)及民用垃圾等也給河流帶來了污染。

內(nèi)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(fā)現(xiàn)等特征 ?[1] ，對水生生物和人體健康具有較大負(fù)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(nèi)積聚可能通過食物鏈進行傳播 ?[2] 。其在生物體內(nèi)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(huán)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(jiān)測天津市潮白新河和獨流減河水體重金屬指標(biāo)，摸清此水域受污染狀況，對環(huán)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(jiān)測地點和規(guī)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(jīng)黃莊洼、小蜈蚣河，在七里海匯入薊運河，在濱海新區(qū)北塘入渤海。潮白新河設(shè)3個監(jiān)測站位：上游、中游、下游。監(jiān)測水域面積200 hm 2（長度10 km）。以監(jiān)測水域為水源的池塘養(yǎng)殖面積4 000 hm 2，稻田養(yǎng)魚面積2 000 hm 2。

獨流減河：獨流減河位于天津市區(qū)南側(cè)，是大清河主要入海尾閭河道，河道從靜海區(qū)開始，流經(jīng)靜海、西青、濱海新區(qū)三個區(qū)，至?？诜篮殚l，全長67 km。同時也是靜海區(qū)的主要泄洪河道之一，由西至東貫穿縣境北界。自上世紀(jì)90年代起，在獨流減河從靜海區(qū)獨流鎮(zhèn)與西青區(qū)辛口鎮(zhèn)之間建設(shè)了大小化工廠數(shù)十座，由于亂排亂放，獨流減河河水污染嚴(yán)重。獨流減河設(shè)3個監(jiān)測站位：進洪閘、團泊大橋西、萬家碼頭橋。在獨流減河設(shè)監(jiān)測站位3個，監(jiān)測水域面積400 hm 2（長度20 km）。以監(jiān)測水域為水源的池塘養(yǎng)殖面積1 670 hm 2。

1.2 監(jiān)測時間及坐標(biāo)

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

1.3 監(jiān)測項目

監(jiān)測項目包括：水質(zhì)質(zhì)量（銅、鋅、砷），沉積物質(zhì)量（銅、鋅、鉛、鎘、汞、砷），水產(chǎn)品質(zhì)量（銅、鉛、鎘、汞、無機砷）。

1.4 監(jiān)測方法

淡水按照表3檢測方法執(zhí)行。

2 評價標(biāo)準(zhǔn)

2.1 水質(zhì)評價方法

內(nèi)陸漁業(yè)水域水質(zhì)監(jiān)測項目的分析與評價依據(jù)《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 11607-1989）》評價。

采用綜合污染指數(shù)法對水質(zhì)污染物狀態(tài)進行評價。綜合污染指數(shù)法是國內(nèi)外評價河流時應(yīng)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(shù)包括環(huán)境因子的污染指數(shù)CI、平均污染指數(shù)ACI和綜合污染指數(shù)ICI。污染分擔(dān)率CR表示單項環(huán)境因子指數(shù)對綜合水質(zhì)污染的貢獻大小，污染分擔(dān)率最高的環(huán)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(jiān)測站位i處環(huán)境因子j的實測含量（mg/L）;

Std j---環(huán)境因子j的評價標(biāo)準(zhǔn)值（mg/L）;

CI ij ?---環(huán)境因子j的污染指數(shù)（無量綱）;

ACI j ---環(huán)境因子j的平均污染指數(shù)（無量綱）;

CR j ?---環(huán)境因子j的污染分擔(dān)率;

ACI>1則表明該環(huán)境因子已超標(biāo)。

2.2 沉積物評價

河道沉積物的評價還沒有統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，本項目采用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（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(fēng)化等自然因素，另一方面來源于人類的生產(chǎn)、生活活動進行的重金屬排放。

潛在生態(tài)危害指數(shù)（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(shù)（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(shù); 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(shù)之和。Cd=∑ n i C i f

③各重金屬的毒性響應(yīng)系數(shù) （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(tài)危害系數(shù)（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(tài)危害指數(shù) （The potential ecological risk index），簡稱RI。

各重金屬的毒性響應(yīng)系數(shù) T i r ：

毒性響應(yīng)系數(shù)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(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>Zn。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，Zn=1（Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法污染程度等級的劃分見表7）。

2.3 水產(chǎn)品評價

依據(jù)《無公害食品 水產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)限量（NY5073-2001）》評價水產(chǎn)品質(zhì)量。

3 結(jié)果與討論

3.1 水質(zhì)的季節(jié)變化趨勢

3.1.1 潮白新河

3.1.1.1 銅含量及超標(biāo)情況

2016年潮白新河各站位的銅測定結(jié)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(xiàn)在2016年7月的下游。

未超標(biāo)站位數(shù)量占監(jiān)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(jiān)測結(jié)果表明，2012、2013、2015、2016年銅含量相差不大，2014年遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他4年（圖2）。

3.1.1.2 鋅含量及超標(biāo)情況

2016年潮白新河各站位的鋅測定結(jié)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(xiàn)在2016年9月的下游。

優(yōu)于評價標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測站位數(shù)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(xiàn)在下游站位（0.033 5 mg/L）（圖3）。

2012～2016年鋅含量監(jiān)測結(jié)果表明，鋅含量呈現(xiàn)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(biāo)情況

2016年潮白新河各站位的砷測定結(jié)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(xiàn)在2016年5月的上游。

優(yōu)于評價標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測站位數(shù)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(xiàn)在上游站位（圖5）。

2012～2016年砷含量監(jiān)測結(jié)果表明，砷含量呈現(xiàn)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(biāo)情況

2016年獨流減河各站位的銅測定結(jié)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(xiàn)在2016年7月的中游。

優(yōu)于評價標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測站位數(shù)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(xiàn)在團泊大橋西站位（圖7）。

2011～2016年銅含量監(jiān)測結(jié)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(biāo)情況

2016年獨流減河各站位的鋅測定結(jié)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(xiàn)在2016年9月的上游。

優(yōu)于評價標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測站位數(shù)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(xiàn)在進洪閘站位（圖9）。

2011～2016年鋅含量監(jiān)測結(jié)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(biāo)情況

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

優(yōu)于評價標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測站位數(shù)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(xiàn)在進洪閘站位（圖11）。

2011～2016年砷含量監(jiān)測結(jié)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(shù)ACI均小于1。未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。應(yīng)用綜合污染指數(shù)法對各漁業(yè)水域水質(zhì)情況進行評價（表8），依據(jù)污染分擔(dān)率RC結(jié)果排序，結(jié)果為：Cu>Zn>As。重金屬對水質(zhì)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(tài)風(fēng)險因子及潛在風(fēng)險指數(shù)統(tǒng)計見表9。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，潮白新河各站位除了鎘和汞有極強生態(tài)危害外，其余重金屬指標(biāo)均為輕微生態(tài)危害，單個重金屬危害系數(shù)由大到小的順序為Cd>Hg>As>Pb>Cu>Zn。重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)（RI）范圍為189.48～9 271.40，為中等生態(tài)危害到極強生態(tài)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(tài)危害外，其余重金屬指標(biāo)均為輕微生態(tài)危害，單個重金屬危害系數(shù)由大到小的順序為Cd>Hg>As>Pb>Cu>Zn。重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)（RI）范圍為209.80～10 141.66，為中等生態(tài)危害到極強生態(tài)危害狀態(tài)。

3.3 水產(chǎn)品質(zhì)量

由于重金屬具有難分解、難轉(zhuǎn)化、且易被水產(chǎn)品吸收富集等特性，從而經(jīng)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(chǎn)品的重金屬銅、鉛、鎘、汞、無機砷進行了監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。水產(chǎn)品質(zhì)量依據(jù)《無公害食品 水產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)限量（NY5073 -2001）》進行評價。水產(chǎn)品中重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)值見表10。

2016年潮白新河和獨流減河水產(chǎn)品重金屬結(jié)果表明，所監(jiān)測的所有重金屬含量均未超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 總結(jié)

2016年潮白新河和獨流減河重金屬銅、鋅、砷的測定結(jié)果表明，重金屬平均污染指數(shù)ACI均小于1，未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。應(yīng)用綜合污染指數(shù)法對各漁業(yè)水域水質(zhì)情況進行評價，依據(jù)污染分擔(dān)率RC結(jié)果排序，結(jié)果為：Cu>Zn>As。重金屬對水質(zhì)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(tài)風(fēng)險因子及潛在風(fēng)險指數(shù)表明：通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，從不同站位來看，潮白新河上游和下游表現(xiàn)為中等生態(tài)危害，中游為極強生態(tài)危害。獨流減河上游和下游表現(xiàn)為中等生態(tài)危害，中游為極強生態(tài)危害。從各重金屬指標(biāo)來看，潮白新河各站位除了鎘和汞有極強生態(tài)危害外，其余重金屬指標(biāo)均為輕微生態(tài)危害，單個重金屬危害系數(shù)由大到小的順序為Cd>Hg>As>Pb>Cu>Zn。重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)（RI）范圍為189.48～9 271.40，為中等生態(tài)危害到極強生態(tài)危害。

2016年潮白新河和獨流減河水產(chǎn)品重金屬結(jié)果表明，所監(jiān)測的所有重金屬含量均未超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 討論

從2016年調(diào)查水域重金屬監(jiān)測結(jié)果來看，獨流減河和潮白新河水體和水產(chǎn)品中重金屬含量均未超出標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)象。

由于受不同的陸源污染和復(fù)雜的水文環(huán)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(yè)水體中的重金屬大部分被懸浮物吸附而轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)等特征，對水生生物和人體健康具有較大負(fù)面影響。而當(dāng)環(huán)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(chǎn)品重金屬的調(diào)查，為水生生物放流提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

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