天津大港近岸海域重金属含量分析及评价

    张丹娜 王娟娟 李兆千 易伟 王宝峰

    摘要：为了解重金属在天津大港海域的污染状况，通过设立对照站位和研究站位对天津大港近岸海域水质和沉积物中重金属进行监测，并对该区域水质和沉积物作出生态评价。研究结果表明，2016年水质和沉积物质量比2015年有所下降，基本都属于轻微危害。

    关键词：近岸海域；海水质量；沉积物；重金属

    研究区域位于渤海湾天津大港附近的海域，渤海属于典型的半封闭式内海域，海水与外界交换能力弱，自净能力和纳污能力比较低，生态环境脆弱。近年来，人们不断对海洋进行开发和利用，港口建设、围海造陆、排污入海等都会对海域的生态环境造成破坏。因此研究海洋的环境状况，加强对海洋环境的保护是对海洋可持续发展的一个重要保障。

    众所周知，重金属不易降解，且可以通过富集作用，在海洋生物体中产生一定的毒害作用，并最终通过食物链影响人体健康。因此，重金属在海洋环境中也是重点关注的污染物。本文主要从重金属层面分析评价该海域环境质量状况，以期为环境保护和制定增养殖措施提供科学依据。

    1材料与方法

    1.1调查时间和区域

    研究区域选择在天津大港滨海湿地海洋特别保护区，调查时间为2015、2016年的5月、8月、10月。共设置监测站位14个（表1）。其中，研究站位11个，对照站位3个。

    1.2样品的采集和分析

    样品的采集和分析按照《海洋监测规范》[1]第3部分、第4部分、第5部分进行。监测分析的项目包括：水质中的铜、锌、铅、镉、汞、砷以及沉积物中的铜、铅、镉、汞、砷等指标。

    2评价方法

    2.1水质评价方法

    2.1.1标准指数法

    Sij=Cij/Csj

    Sj=1n∑ni=1Sij 式中：Sij为标准指数，即分指数；Cij为污染物i在监测点j的浓度；Csj为污染物i的评价标准值；Sj为第j站位各项污染物的分指数的平均值；n为评价因子的种类数量。对天津市海域采用《海水水质标准》[2]第一类海水水质标准进行评价。选取了铜、锌、铅、镉、汞、砷6项指标作为评价因子。单项水质分级判据见表2。

    表2单项水质分级判据

    质量状况清洁相对清洁轻污染污染重污染水质质量指数（Sj ）<11～22～55～10>10

    2.1.2水质综合评价指数方法采用分指数的平均值和最大值的平方和的尼罗梅法[3]，既考虑了平均分指数的影响，也照顾到最大分指数的影响。

    WQI=S2max÷S2j2

    式中：WQI为多项污染的综合质量指标；Smax为各项污染物中的最大分指数。综合评价分级依据见表3。

    2.2沉积物评价方法

    底质环境质量采用Hakanson[4]潜在生态危害指数法（RI）来进行评价。潜在生态危害指数（RI）值的大小受以下几个因素的影响：（1）表层沉积物的浓度；（2）重金属的种类；（3）重金属的毒性水平；（4）水体对重金属的敏感性。其计算公式如下：

    Cif=Ci表/Cin

    Eir=Tir·Cif

    RI=∑ni=1Tir·Ci表/Cin或RI=∑ni=1Eir

    式中：Cif为某一种金属的污染指数；Ci表为表层沉积物重金属浓度的实测值；Cin为计算所用的参比值（本项目采用海洋沉积物质量第一类标准）；Tir值为各重金属的毒性响应系数；Eir值为某单个重金属的潜在生态危害系数。

    毒性响应系数表示两个方面的信息，一是重金属对人体的危害，二是重金属对水生生态系统的危害。经过一系列基础数据的处理， 重金属的毒性水平顺序为Hg>Cd>As>Pb=Cu。对毒性响应系数做规范化处理后的定值为Hg=40，Cd=30，As=10，Pb=Cu=5。

    3结果与讨论

    3.1水质评价结果

    3.1.1分析结果2015年超标严重的主要是锌和铅，从5月份到10月份是呈现一个范围扩大、数值升高的趋势；5月份超标的重金属有锌和铅。锌有5个站位超标。其中研究站位4个，对照站位1个，超标率35.7%；铅超标的站位有8个，全部是研究站位，超标率57.1%。8月份铜、锌、铅和汞均有超标，铜有3个研究站位和1个对照站位超标，锌除了SD02站位未超标，其他站位均超过海水一类水质标准；铅有7个研究站位和2个对照站位超标，超标率64.3%；汞有1个研究站位超标。10月份超标的重金属有锌、铅和汞。锌除了两个研究站位未超标外，其他站位均超出標准；铅有8个研究站位和1个对照站位超标；汞有3个研究站位和1个对照站位超标。

    2016年5月份的超标情况比2015年要好，超标的重金属为铜、锌、铅。其中铜有一个研究站位超标；锌有3个研究站位和1个对照站位超标；铅有3个研究站位和1个对照站位超标。8月份铜、锌、铅也属于大范围超标。铜有4个研究站位和2个对照站位超标；锌除了SD31站位未超标；其他站位均超过海水一类水质标准，而且超标倍数明显比2015年要高；铅有5个研究站位和1个对照站位超标，超标率42.86%；汞有2个研究站位和1个对照站位超标。10月份情况有所好转，只有锌和铅有超标，其中锌有3个研究站位和2个对照站位超标，铅有2个研究站位和3个对照站位超标，锌元素的超标倍数也明显降低。

    3.1.2水质中重金属指数评价

    3.2沉积物评价结果

    3.2.1沉积物分析结果沉积物监测结果表明，2015年沉积物质量全部符合标准[5]要求。2016年重金属镉全部超出标准要求，其他重金属指标均未超出标准要求。

    3.2.2沉积物中重金属潜在生态危害指数

    沉积物中重金属潜在生态危害指数与污染程度的划分标准如表5。

    从表6中可以看出，2015年单因子的潜在生态危害从大到小依次是Cd>Hg>As>Cu>Pb，所有站位的单因子平均值最大的是Cd，研究站位和对照站位均<40，属于轻微生态危害。而且所有站位的多因子潜在生态危害RI值均<135，根据Hakanson潜在生态危害指数法污染程度的划分级别，也属于轻微生态危害。

    4结论

    从2015年和2016年的检测数据可以看出，大港近岸海域水质污染主要集中在Zn、Pb 两种元素，且表现在8月份出现大面积超标。但从综合评价指数方面，除了两个站位是重度污染区外，其他都是轻度污染区。沉积物质量危害总指数均在轻微生态危害范围内。但是从Eir值看，2015年所有站位所有元素均小于40，属于轻微生态危害；2016年由于Cd全部站位超标，Eir平均值超过了40，属于中等生态危害，其他元素未构成生态危害。

    5讨论

    总体来说，天津大港附近海域环境相对于历史数据来说是向良性发展的趋势。2016年8月份由于降雨引起的陆源输入是污染的重要来源。但随着海水的自我净化，2016年10月份环境质量明显好转。但长期以来，随着天津市经济的高速发展，海洋生态环境保护形势愈发严峻。控制入海污染源是控制水体环境恶化的关键，应严格控制排污量、污染物排放种类。加大海洋监测力度和保护力度，加快沿海污水处理厂建设，继续对保护区进行跟踪监测，对入海排污、海洋开发等进行调查，并逐年对海域生态环境做出评价。

    参考文献：

    [1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会. 海洋监测规范：GB 17378.3-2007[S].

    [2] 国家环境保护局.海水水质标准： GB 3097-1997[S].

    [3] 石敏.辽宁省近岸海域环境功能区水质状况分析[J].农业与科技，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] 中华人民共和国国家质量监检验检疫总局. 海洋沉积物质量：GB 18668-2002 [S].中国标准出版社，北京，2002.

    （收稿日期：2018-08-17；修回日期：2018-09-06）