天津市地表水斷面水質(zhì)污染現(xiàn)狀及空間變化

張婧雯

（山西大地民基生態(tài)環(huán)境股份有限公司）

天津市位于我國華北地區(qū)的最大水系海河流域下梢區(qū)域，華北平原北部與渤海的交界地帶，地處環(huán)渤海經(jīng)濟圈的中心位置，是永定河、潮白河、薊運河等諸河的聚集之地。城市發(fā)達，人類活動強度大。工業(yè)歷史悠久，自清朝末年開始即成為著名的工業(yè)城市[1]，我國北方最早的機械加工廠、堿廠、鹽廠、紡織廠、船廠等都誕生于此。隨著“京—津—冀”地區(qū)社會經(jīng)濟的協(xié)同發(fā)展，天津在迅速發(fā)展經(jīng)濟的同時，城市亦隨之擴大，工業(yè)企業(yè)與人口越來越稠密，從而導致污染物排放量很高，地表水環(huán)境質(zhì)量逐漸惡化，生物多樣性及資源量受到很大破壞[2]。同時，由于其獨特的地理位置，當?shù)禺a(chǎn)水量少，資源型缺水極為嚴重，屬于重度缺水地區(qū)，水資源短缺己成為制約天津市綜合發(fā)展的瓶頸。在污染物中，化學需氧量（COD）是表征水體有機物含量的重要指標，其濃度值越高，表明水體有機物污染狀況越為嚴重[3]；氨氮是指以氨或銨離子形式存在的化合氨，當氨溶于水時，其中一部分與水反應(yīng)生成銨離子，一部分非離子氨[4，5]則游歷于水中，使水體中氨氮超標，直接影響到飲用水的水質(zhì)和河流的水生態(tài)環(huán)境，使水體呈富營養(yǎng)狀態(tài)，對城市居民的健康和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了威脅[6，7]。

天津市天然河流眾多，分布較為密集，河道總長度達2 522.03 km。城市河網(wǎng)由流經(jīng)城市和城市范圍內(nèi)的河道連接而成，是城市生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。天津的地表水污染狀況十分嚴重。根據(jù)《2018天津市水資源公報》發(fā)布的資料，對天津市43條河流1 661 km長河段水質(zhì)進行的監(jiān)測，采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）進行分析，其中，Ⅱ類水河長占12.5%，Ⅲ類水河長占11.4%，Ⅳ類水河長占27.2%，Ⅴ類水河長占10.4%，劣Ⅴ類水河長占38.5%。主要污染物為TP、NH3-N、IMn和COD。而針對天津市區(qū)地表水環(huán)境污染特征研究，目前還少見報道。本文根據(jù)天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對近年來地表水中的TP、NH3-N、IMn和COD濃度變化特征進行研究和分析，以系統(tǒng)掌握全市的河流水質(zhì)和污染狀況等基本情況，為市域水質(zhì)控制提供決策依據(jù)，為促進當?shù)睾统鞘锌沙掷m(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

采用天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心2017年和2018年在中心城區(qū)、環(huán)城四區(qū)、濱海新區(qū)及其他各區(qū)，共設(shè)置的地表水國家和市控考核監(jiān)測123個斷面的連續(xù)月監(jiān)測數(shù)據(jù)為準，進行分析研究。各行政區(qū)內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測斷面分布見圖1。以天津市各行政區(qū)為單元，水質(zhì)指標標準限值采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》《天津市各區(qū)地表水環(huán)境質(zhì)量月排名辦法（試行）》（修訂版）中的綜合污染指數(shù)，運用SPSS統(tǒng)計分析方法以及ArcGis10.0空間分析功能，對各區(qū)的綜合污染指數(shù)進行計算，以揭示2017年和2018年間天津市TP、NH3-N、IMn和COD濃度變化特征和時空分布情況。具體評價指標標準見表1。

圖1 天津市地表水監(jiān)測斷面分布圖

表1 地表水環(huán)境質(zhì)量標準 單位：mg/L

污染指數(shù)法能較好地反映研究區(qū)地表水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀。綜合污染指數(shù)越小，說明水環(huán)境質(zhì)量越好，反之則越差。綜合污染指數(shù)法計算公式如下：

式中：Pi為轄區(qū)有效監(jiān)測斷面評價指標i的污染指數(shù)；Ci為第j個斷面評價指標i的當月監(jiān)測濃度值，mg/L；Si為第j個斷面評價指標i的攻堅戰(zhàn)水質(zhì)目標濃度值，mg/L；P為綜合污染指數(shù)；p為指標i有效監(jiān)測數(shù)據(jù)個數(shù)；m為評價指標的個數(shù)。

月（年）累計評價方法：首先，應(yīng)用公式（1）計算各區(qū)單個考察斷面的每月（年）單項指標累計均值；然后，應(yīng)用公式（2），計算各區(qū)的月（年）累計綜合污染指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 TP、NH3-N、IMn和COD污染特征分析

為了全面反應(yīng)天津市各轄區(qū)域地表水的水質(zhì)變化狀況，根據(jù)表1標準和現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別從時間和空間上對123個水質(zhì)斷面2017年、2018年的地表水水質(zhì)進行評價。各轄區(qū)地表水污染物含量見表2。

2.1.1 2018年度

表2表明：

（1）COD。全年COD平均含量達到Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)標準限值的轄區(qū)占44%，Ⅴ類水質(zhì)標準的轄區(qū)占50%，劣Ⅴ類水質(zhì)的轄區(qū)占6%。其中，和平區(qū)地表水COD含量最低為15.2 mg/L，濱海新區(qū)含量最高為41.6 mg/L。

（2）TP。全年TP平均含量達到Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)標準限值的轄區(qū)占56%，Ⅳ類水質(zhì)標準的轄區(qū)占19%，Ⅴ類水質(zhì)的轄區(qū)占19%，劣Ⅴ類水質(zhì)的轄區(qū)占6%。其中，紅橋區(qū)地表水TP含量最低為0.06 mg/L，武清區(qū)含量最高為0.43 mg/L。

（3）NH3-N。全年NH3-N平均含量達到Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)標準限值的轄區(qū)占56%，Ⅳ類水質(zhì)標準的轄區(qū)占25%，Ⅴ類水質(zhì)的轄區(qū)占19%。其中，紅橋區(qū)地表水NH3-N含量最低為0.34 mg/L，西青區(qū)含量最高為1.73 mg/L。

（4）IMn。全年IMn平均含量達到Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)標準限值的轄區(qū)占50%，Ⅳ類水質(zhì)標準的轄區(qū)占44%，Ⅴ類水質(zhì)的轄區(qū)占6%。其中和平區(qū)地表水IMn含量最低為4.0 mg/L，濱海新區(qū)區(qū)含量最高為11.0 mg/L。

2.1.2 2017年度

表2表明：

（1）COD。全年COD平均含量達到Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)標準限值的轄區(qū)占19%，Ⅳ類水質(zhì)的轄區(qū)占31%，Ⅴ類水質(zhì)標準的轄區(qū)占25%，劣Ⅴ類水質(zhì)的轄區(qū)占25%。其中，紅橋區(qū)地表水COD含量最低為17.3 mg/L，靜海區(qū)含量最高為45.6 mg/L，屬劣Ⅳ類水源。

表2 天津市各轄區(qū)地表水污染物含量表 單位：mg/L

（2）TP。全年TP平均含量達到Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)標準限值的轄區(qū)占19%，Ⅳ類水質(zhì)標準的轄區(qū)占25%，Ⅴ類水質(zhì)的轄區(qū)占25%，劣Ⅴ類水質(zhì)的轄區(qū)占31%。其中，紅橋區(qū)地表水TP含量最低為0.08 mg/L，東麗區(qū)含量最高為0.72 mg/L，超過Ⅴ類水質(zhì)標準近1倍。

（3）NH3-N。全年NH3-N平均含量達到Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)標準限值的轄區(qū)占19%，Ⅳ類水質(zhì)標準的轄區(qū)占12.5%，Ⅴ類水質(zhì)的轄區(qū)占37.5%，劣Ⅴ類水質(zhì)的轄區(qū)占31%。其中，紅橋區(qū)地表水NH3-N含量最低為0.45 mg/L，西青區(qū)含量最高為2.69 mg/L。

（4）IMn。全年IMn平均含量達到Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)標準限值的轄區(qū)占44%，Ⅳ類水質(zhì)標準的轄區(qū)占31%，Ⅴ類水質(zhì)的轄區(qū)占25%。其中，紅橋區(qū)地表水IMn含量最低為3.9 mg/L，濱海新區(qū)含量最高為11.8 mg/L。

2.1.3 綜合分析

從兩年的監(jiān)測情況總體來看：天津市16個區(qū)2017年和2018年地表水IMn超標率變化不大。2017年地表水中COD、TP和NH3-N平均含量達到Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)標準的區(qū)域占18%-21%左右，達Ⅳ類及以上標準水質(zhì)的轄區(qū)占到80%以上，說明2017年地表水水體污染嚴重，多數(shù)水體已經(jīng)失去了使用功能。而2018年，全年地表水中COD、TP和NH3-N平均含量達到Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)標準的區(qū)域占44%-56%左右，與2017年相比超標率明顯下降，說明地表水質(zhì)量有所改善。

2.2 地表水污染物綜合污染指數(shù)及空間變化特征

根據(jù)《天津市各區(qū)地表水環(huán)境質(zhì)量月排名辦法（試行）》（修訂版）中的綜合污染指數(shù)法，對各轄區(qū)的年累計綜合污染指數(shù)進行計算，指數(shù)越小，說明水環(huán)境質(zhì)量越好，反之則越差。計算結(jié)果見圖2。

從計算結(jié)果可知：2018年4種污染物物的綜合污染指數(shù)排序為：濱海新區(qū)>武清區(qū)>西青區(qū)>東麗區(qū)>寶坻區(qū)>津南區(qū)>靜海區(qū)>薊州區(qū)>寧河區(qū)>河東區(qū)>南開區(qū)>北辰區(qū)>河西區(qū)>河北區(qū)>和平區(qū)>紅橋區(qū)；2017年4種污染物物的綜合污染指數(shù)排序為武清區(qū)>東麗區(qū)>西青區(qū)>濱海新區(qū)>津南區(qū)>寧河區(qū)>河東區(qū)>寶坻區(qū)>靜海區(qū)>北辰區(qū)>薊州區(qū)>河北區(qū)>南開區(qū)>河西區(qū)>和平區(qū)>紅橋區(qū)。由2017、2018年綜合污染指數(shù)排名可以看出，天津市中心6城區(qū)地表水的污染程度較低，薊州區(qū)、北辰區(qū)、靜海區(qū)、寧河區(qū)污染程度較高于中心6城區(qū)，濱海新區(qū)、武清區(qū)、東麗區(qū)及其他各區(qū)排名靠后。

從4種污染物的空間分布和變化情況可以看出，COD和IMn污染主要集中在武清區(qū)、靜海區(qū)和濱海新區(qū)；NH3-N和TP污染主要集中在武清區(qū)和東麗區(qū)。因此，改善這幾個區(qū)域的污染物排放水平，是治理天津市水環(huán)境的重中之重。

圖2 天津市各轄區(qū)地表水綜合污染指數(shù)

從年度情況來看，2017年地表水污染情況不容樂觀，需進一步加強地表水環(huán)境的管理工作；而2018年污染水平遠低于2017年，說明天津市政府重視環(huán)境保護，污染防治和減排力度迅速加大，從而使工業(yè)廢水得到深度治理，短期有效削減了排污總量[8]。這種情況，與全面建立和落實“河長制”有很大關(guān)系，說明推行“河長制”是不斷改善地表水環(huán)境的重要基 石[9，10]。

運用ArcGIS10.2對2017年、2018年天津市地表水中TP、NH3-N、IMn和COD的污染情況進行模擬預(yù)測綜合分析，結(jié)果見圖3。

圖3 天津市各轄區(qū)地表水總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)和化學需氧量空間變化

3 結(jié)論

（1）對天津市16區(qū)2017年和2018年地表水污染物超標率進行比較分析，結(jié)果2 a間IMn超標率變化不大；但2017年，全年地表水中COD、TP和NH3-N平均含量達到Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)標準的區(qū)域占18%-21%左右，Ⅳ類及以上標準水質(zhì)的轄區(qū)占到80%以上，說明2017年全市的地表水水體污染嚴重。而2018年，全年地表水中COD、TP和NH3-N平均含量達到Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)標準的區(qū)域占44%-56%左右，與2017年相比超標率明顯下降，說明地表水質(zhì)量有所改善。

（2）應(yīng)用綜合污染指數(shù)法對天津市各轄區(qū)2 a的累計綜合污染指數(shù)進行計算，從結(jié)果排名看，中心6城區(qū)地表水的污染程度較低，薊州區(qū)、北辰區(qū)、靜海區(qū)、寧河區(qū)污染程度較高于中心6城區(qū)，濱海新區(qū)、武清區(qū)、東麗區(qū)及其他各區(qū)排名靠后。從四種污染物空間分布和變化情況可以看出，COD和IMn污染主要集中在武清區(qū)、靜海區(qū)和濱海新區(qū)；NH3-N和TP主要集中在武清區(qū)和東麗區(qū)。