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，通過設立對照站位和研究站位對天津大港近岸海域水質和沉積物中重金屬進行監測，并對該區域水質和沉積物作出生態評價。研究結果表明，2016年水質和沉積物質量比2015年有所下降，基本都屬于輕微危害。

關鍵詞：近岸海域；海水質量；沉積物；重金屬

研究區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，生態環境脆弱。近年來，人們不斷對海洋進行開發和利用，港口建設、圍海造陸、排污入海等都會對海域的生態環境造成破壞。因此研究海洋的環境狀況，加強對海洋環境的保護是對海洋可持續發展的一個重要保障。

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，重金屬在海洋環境中也是重點關注的污染物。本文主要從重金屬層面分析評價該海域環境質量狀況，以期為環境保護和制定增養殖措施提供科學依據。

1材料與方法

1.1調查時間和區域

研究區域選擇在天津大港濱海濕地海洋特別保護區，調查時間為2015、2016年的5月、8月、10月。共設置監測站位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《海洋監測規范》[1]第3部分、第4部分、第5部分進行。監測分析的項目包括：水質中的銅、鋅、鉛、鎘、汞、砷以及沉積物中的銅、鉛、鎘、汞、砷等指標。

2評價方法

2.1水質評價方法

2.1.1標準指數法

Sij=Cij/Csj

Sj=1n∑ni=1Sij 式中：Sij為標準指數，即分指數；Cij為污染物i在監測點j的濃度；Csj為污染物i的評價標準值；Sj為第j站位各項污染物的分指數的平均值；n為評價因子的種類數量。對天津市海域采用《海水水質標準》[2]第一類海水水質標準進行評價。選取了銅、鋅、鉛、鎘、汞、砷6項指標作為評價因子。單項水質分級判據見表2。

表2單項水質分級判據

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

2.1.2水質綜合評價指數方法采用分指數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的影響，也照顧到最大分指數的影響。

WQI=S2max÷S2j2

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

2.2沉積物評價方法

底質環境質量采用Hakanson[4]潛在生態危害指數法（RI）來進行評價。潛在生態危害指數（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；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量第一類標準）；Tir值為各重金屬的毒性響應系數；Eir值為某單個重金屬的潛在生態危害系數。

毒性響應系數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。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。

3結果與討論

3.1水質評價結果

3.1.1分析結果2015年超標嚴重的主要是鋅和鉛，從5月份到10月份是呈現一個范圍擴大、數值升高的趨勢；5月份超標的重金屬有鋅和鉛。鋅有5個站位超標。其中研究站位4個，對照站位1個，超標率35.7%；鉛超標的站位有8個，全部是研究站位，超標率57.1%。8月份銅、鋅、鉛和汞均有超標，銅有3個研究站位和1個對照站位超標，鋅除了SD02站位未超標，其他站位均超過海水一類水質標準；鉛有7個研究站位和2個對照站位超標，超標率64.3%；汞有1個研究站位超標。10月份超標的重金屬有鋅、鉛和汞。鋅除了兩個研究站位未超標外，其他站位均超出標準；鉛有8個研究站位和1個對照站位超標；汞有3個研究站位和1個對照站位超標。

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

3.1.2水質中重金屬指數評價

3.2沉積物評價結果

3.2.1沉積物分析結果沉積物監測結果表明，2015年沉積物質量全部符合標準[5]要求。2016年重金屬鎘全部超出標準要求，其他重金屬指標均未超出標準要求。

3.2.2沉積物中重金屬潛在生態危害指數

沉積物中重金屬潛在生態危害指數與污染程度的劃分標準如表5。

從表6中可以看出，2015年單因子的潛在生態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，屬于輕微生態危害。而且所有站位的多因子潛在生態危害RI值均<135，根據Hakanson潛在生態危害指數法污染程度的劃分級別，也屬于輕微生態危害。

4結論

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

5討論

總體來說，天津大港附近海域環境相對于歷史數據來說是向良性發展的趨勢。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月份環境質量明顯好轉。但長期以來，隨著天津市經濟的高速發展，海洋生態環境保護形勢愈發嚴峻。控制入海污染源是控制水體環境惡化的關鍵，應嚴格控制排污量、污染物排放種類。加大海洋監測力度和保護力度，加快沿海污水處理廠建設，繼續對保護區進行跟蹤監測，對入海排污、海洋開發等進行調查，并逐年對海域生態環境做出評價。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局 中國國家標準化管理委員會. 海洋監測規范：GB 17378.3-2007[S].

[2] 國家環境保護局.海水水質標準： GB 3097-1997[S].

[3] 石敏.遼寧省近岸海域環境功能區水質狀況分析[J].農業與科技，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量監檢驗檢疫總局. 海洋沉積物質量：GB 18668-2002 [S].中國標準出版社，北京，2002.

（收稿日期：2018-08-17；修回日期：2018-09-06）