天津市潮白新河和独流减河重金属污染现状调查
王娟娟 张丹娜 易伟 李兆千
摘 要：?? 2016年5月、7月、9月分别对潮白新河和独流减河水体、沉积物、水产品中的重金属进行了监测。结果表明，潮白新河和独流减河水体重金属平均污染指数ACI均小于1，未出现超标现象。应用综合污染指数法对各渔业水域水质情况进行评价，依据污染分担率RC结果排序，结果为：Cu>Zn>As。重金属对水质污染贡献最大的是铜，其次是锌和砷。5月份、7月份和9月份独流减河表层沉积物锌和镉平均值均超出天津市土壤背景值。潮白新河和独流减河表层沉积物重金属潜在生态风险因子及潜在风险指数表明：通过数据统计分析，从不同站位来看，潮白新河上游和下游表现为中等生态危害，中游为极强生态危害。潮白新河和独流减河生物体重金属结果表明，所监测的所有重金属含量均未超出标准要求。
关键词： 潮白新河;独流减河;重金属
?随着城市工业的建设发展，越来越多高含量重金属的污水被排入环境，水域环境受污染程度逐渐增大。一般河流污染物来源主要包括：作为行洪河道，汛期时雨污水一同排入河道，再加上一些工业及生活污水非法排入河道，致使河道水质下降，同时污染物沉积到河底，形成了污染沉积物，造成河道内在的污染源;由于天津市水资源非常紧张，周边地区农田大部分利用污水灌溉，同时农田沥水和居民生活污水均排入河道，故对河道补水的同时，水质也会受到不同程度的污染;另外，水运、旅游、工业及民用垃圾等也给河流带来了污染。
内陆沉积物重金属污染大部分是由排放废水的污染所致。污染物进入河流，受水动力条件的影响和控制，会在水体与沉积物之间进行迁移。重金属具有来源广、潜伏时间长、不易被生物降解、毒性大且污染后难以被发现等特征 ?[1] ，对水生生物和人体健康具有较大负面影响。
由于重金属污染潜伏时间长、毒性大、难去除等特点，重金属元素在生物体内积聚可能通过食物链进行传播 ?[2] 。其在生物体内主要是通过摄食、体表渗透和鳃黏膜的吸附等途径富集。由于不同生物体的自身生理特性、饵料、栖息环境以及重金属的理化特性的不同，其富集重金属的能力也不尽相同。因此通过监测天津市潮白新河和独流减河水体重金属指标，摸清此水域受污染状况，对环境的治理和保障食品安全工作，都具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 监测地点和规模
潮白新河：潮白新河是海河五大水系之一，位于天津市的东北部，是1950 年开挖的河道，全长52 km，其中，宝坻新城至京津新城段长27 km。潮白河流经黄庄洼、小蜈蚣河，在七里海汇入蓟运河，在滨海新区北塘入渤海。潮白新河设3个监测站位：上游、中游、下游。监测水域面积200 hm 2（长度10 km）。以监测水域为水源的池塘养殖面積4 000 hm 2，稻田养鱼面积2 000 hm 2。
独流减河：独流减河位于天津市区南侧，是大清河主要入海尾闾河道，河道从静海区开始，流经静海、西青、滨海新区三个区，至海口防洪闸，全长67 km。同时也是静海区的主要泄洪河道之一，由西至东贯穿县境北界。自上世纪90年代起，在独流减河从静海区独流镇与西青区辛口镇之间建设了大小化工厂数十座，由于乱排乱放，独流减河河水污染严重。独流减河设3个监测站位：进洪闸、团泊大桥西、万家码头桥。在独流减河设监测站位3个，监测水域面积400 hm 2（长度20 km）。以监测水域为水源的池塘养殖面积1 670 hm 2。
1.2 监测时间及坐标
2016年5月、7月、9月共计3次。选取潮白新河、独流减河为监测水域。每条河流监测3个站位，共设置监测点6个站位。实际监测站位由于监测时间有的处在梅雨季节，取样位置因河道排涝等因素，站位稍有偏移，实验数据取自经纬度相近的站位（表1、表2）。
1.3 监测项目
监测项目包括：水质质量（铜、锌、砷），沉积物质量（铜、锌、铅、镉、汞、砷），水产品质量（铜、铅、镉、汞、无机砷）。
1.4 监测方法
淡水按照表3检测方法执行。
2 评价标准
2.1 水质评价方法
内陆渔业水域水质监测项目的分析与评价依据《渔业水质标准（GB 11607-1989）》评价。
采用综合污染指数法对水质污染物状态进行评价。综合污染指数法是国内外评价河流时应用范围最广、较为成熟的一种方法，评价因子主要涵盖氮、磷和重金属元素等。综合污染指数包括环境因子的污染指数CI、平均污染指数ACI和综合污染指数ICI。污染分担率CR表示单项环境因子指数对综合水质污染的贡献大小，污染分担率最高的环境因子即为水体的首要污染物。具体计算公式如下：
式中：
C ij ?---监测站位i处环境因子j的实测含量（mg/L）;
Std j---环境因子j的评价标准值（mg/L）;
CI ij ?---环境因子j的污染指数（无量纲）;
ACI j ---环境因子j的平均污染指数（无量纲）;
CR j ?---环境因子j的污染分担率;
ACI>1则表明该环境因子已超标。
2.2 沉积物评价
河道沉积物的评价还没有统一的质量标准，本项目采用《土壤环境质量标准》（GB 15618-1995）来评判。
沉积物中重金属的来源一方面来自岩石淋溶、矿物风化等自然因素，另一方面来源于人类的生产、生活活动进行的重金属排放。
潜在生态危害指数（RI） ?[3] 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。
RI的计算方法：
①单个重金属的污染系数（The factor of contamination），简称 C j f=C i 表/ C i n
式中： C j f 某一种金属的污染指数; C i ?表为表层沉积物重金属浓度的实测值;Ci n为计算所用的参比值（本项目采用天津市土壤背景值作为参比，见表6）。
②沉积物重金属污染度（The degree of contamination）简称Cd，为多种重金属污染系数之和。Cd=∑ n i C i f
③各重金属的毒性响应系数 （The toxic response factor） 简称 T i r 值，此值被用来反映重金属毒性水平及水体对重金属污染的敏感程度。
④某单个重金属的潜在生态危害系数（The potential ecological risk factor），简称 E i r 值： E i r=T i r·C i f
⑤沉积物多种重金属潜在生态危害指数 （The potential ecological risk index），简称RI。
各重金属的毒性响应系数 T i r ：
毒性响应系数表示两个方面的信息，即重金属对人体的危害和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>Zn。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，Zn=1（Hakanson潛在生态危害指数法污染程度等级的划分见表7）。
2.3 水产品评价
依据《无公害食品 水产品中有毒有害物质限量（NY5073-2001）》评价水产品质量。
3 结果与讨论
3.1 水质的季节变化趋势
3.1.1 潮白新河
3.1.1.1 铜含量及超标情况
2016年潮白新河各站位的铜测定结果在0.002 5～0.005 9 mg/L之间，平均值为0.002 9 mg/L。其最高值出现在2016年7月的下游。
未超标站位数量占监测站位的100%。下游站位平均含量最高（0.003 63 mg/L），中、上游均未检出（见图1）。
2012～2016年铜含量监测结果表明，2012、2013、2015、2016年铜含量相差不大，2014年远远高于其他4年（图2）。
3.1.1.2 锌含量及超标情况
2016年潮白新河各站位的锌测定结果在0.005 0～0.033 5 mg/L之间，平均值为0.016 5 mg/L。其最高值出现在2016年9月的下游。
优于评价标准的监测站位数量占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），最大值出现在下游站位（0.033 5 mg/L）（图3）。
2012～2016年锌含量监测结果表明，锌含量呈现锯齿状先升高后降低再升高的趋势，2014年含量最低（图4）。
3.1.1.3 砷含量及超标情况
2016年潮白新河各站位的砷测定结果在0.813 8～6.680 μg/L之间，平均值为3.617 μg/L。其最高值出现在2016年5月的上游。
优于评价标准的监测站位数量为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），最大值出现在上游站位（图5）。
2012～2016年砷含量监测结果表明，砷含量呈现先升高后降低的趋势，2013年砷含量最高（图6）。
3.1.2 独流减河
3.1.2.1 铜含量及超标情况
2016年独流减河各站位的铜测定结果在0.002 5～0.005 9 mg/L之间，平均值为0.002 9 mg/L。其最高值出现在2016年7月的中游。
优于评价标准的监测站位数量占100%。团泊大桥西站位平均含量最高（0.003 63 mg/L），万家码头桥和进洪闸站位均未检出，最大值出现在团泊大桥西站位（图7）。
2011～2016年铜含量监测结果表明，铜含量呈先上升后降低趋势，2014年含量最高（图8）。
3.1.2.2 锌含量及超标情况
2016年独流减河各站位的锌测定结果在0.007 5～0.029 4 mg/L之间，平均值为0.016 5 mg/L。其最高值出现在2016年9月的上游。
优于评价标准的监测站位数量占100%。进洪闸站位平均含量最高（0.0201 mg/L），万家码头桥站位平均含量最低（0.0150 mg/L），最大值出现在进洪闸站位（图9）。
2011～2016年锌含量监测结果表明，2012、2013年锌含量明显高于其他年份（图10）。
3.1.2.3 砷含量及超标情况
2016年独流减河各站位的砷测定结果在0.250～5.989 μg/L之间，平均值为2.710 μg/L。其最高值出现在2016年5月的上游。
优于评价标准的监测站位数量为100%。进洪闸站位平均含量最高（3.69 μg/L），万家码头桥站位平均含量最低（1.55 μg/L），最大值出现在进洪闸站位（图11）。
2011～2016年砷含量监测结果表明，2011年砷含量最高，其余年份其含量呈逐年上升的趋势（图12）。
3.1.3 综合评价
潮白新河和独流减河水域平均污染指数ACI均小于1。未出现超标现象。应用综合污染指数法对各渔业水域水质情况进行评价（表8），依据污染分担率RC结果排序，结果为：Cu>Zn>As。重金属对水质污染贡献最大的是铜，其次是锌和砷。
3.2 表层沉积物重金属分布特征
潮白新河表层沉积物中重金属浓度范围分别为：铜8.67～23.41 mg/kg，锌39.24～157.75 mg/kg，鉛8.989～16.22 mg/kg，镉0.208 4～0.831 4 mg/kg，汞0.010 9～0.176 mg/kg，砷4.62～11.7 mg/kg。
5月份潮白新河表层沉积物镉和砷平均值超出天津市土壤背景值 ?[4] ，7月份和9月份镉含量超出天津市土壤背景值。
独流减河表层沉积物中重金属浓度范围分别为：铜6.88～16.88 mg/kg，锌47.54～229.01 mg/kg，铅7.938～15.85 mg/kg，镉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月份独流减河表层沉积物锌和镉平均值均超出天津市土壤背景值。
潮白新河和独流减河表层沉积物重金属潜在生态风险因子及潜在风险指数统计见表9。通过数据统计分析，潮白新河各站位除了镉和汞有极强生态危害外，其余重金属指标均为轻微生态危害，单个重金属危害系数由大到小的顺序为Cd>Hg>As>Pb>Cu>Zn。重金属潜在生态风险指数（RI）范围为189.48～9 271.40，为中等生态危害到极强生态危害。和潮白新河一样，独流减河各站位除了镉和汞有极强生态危害外，其余重金属指标均为轻微生态危害，单个重金属危害系数由大到小的顺序为Cd>Hg>As>Pb>Cu>Zn。重金属潜在生态风险指数（RI）范围为209.80～10 141.66，为中等生态危害到极强生态危害状态。
3.3 水产品质量
由于重金属具有难分解、难转化、且易被水产品吸收富集等特性，从而经食物链传播而损害人的健康。因此，研究重金属的污染也成为了一项重要的工作。
分别于2016年5月、7月、9月份对潮白新河和独流减河水产品的重金属铜、铅、镉、汞、无机砷进行了监测数据的统计分析。水产品质量依据《无公害食品 水产品中有毒有害物质限量（NY5073 -2001）》进行评价。水产品中重金属限量标准值见表10。
2016年潮白新河和独流减河水产品重金属结果表明，所监测的所有重金属含量均未超出标准要求。
4 总结
2016年潮白新河和独流减河重金属铜、锌、砷的测定结果表明，重金属平均污染指数ACI均小于1，未出现超标现象。应用综合污染指数法对各渔业水域水质情况进行评价，依据污染分担率RC结果排序，结果为：Cu>Zn>As。重金属对水质污染贡献最大的是铜，其次是锌和砷。
5月份潮白新河表层沉积物镉和砷平均值超出天津市土壤背景值，7月份和9月份镉含量超出天津市土壤背景值。5月份、7月份和9月份独流减河表层沉积物锌和镉平均值均超出天津市土壤背景值。潮白新河和独流减河表层沉积物重金属潜在生态风险因子及潜在风险指数表明：通过数据统计分析，从不同站位来看，潮白新河上游和下游表现为中等生态危害，中游为极强生态危害。独流减河上游和下游表现为中等生态危害，中游为极强生态危害。从各重金属指标来看，潮白新河各站位除了镉和汞有极强生态危害外，其余重金属指标均为轻微生态危害，单个重金属危害系数由大到小的顺序为Cd>Hg>As>Pb>Cu>Zn。重金属潜在生态风险指数（RI）范围为189.48～9 271.40，为中等生态危害到极强生态危害。
2016年潮白新河和独流减河水产品重金属结果表明，所监测的所有重金属含量均未超出标准要求。
5 讨论
从2016年调查水域重金属监测结果来看，独流减河和潮白新河水体和水产品中重金属含量均未超出标准的要求。沉积物中镉、锌、砷均有不同程度超出天津市土壤背景值的现象。
由于受不同的陆源污染和复杂的水文环境的影响和控制，重金属会在水体与沉积物之间进行迁移。由于污染物扩散能力差，更加快了重金属在沉积物中的积聚。渔业水体中的重金属大部分被悬浮物吸附而转移到沉积物中。重金属具有来源广、潜伏时间长、不易被生物降解、毒性大且污染后难以被发现等特征，对水生生物和人体健康具有较大负面影响。而当环境条件改变时，沉积物中的重金属会再次释放而形成二次污染。从而对食物链传播影响人类健康。因此通过进行潮白新河和独流减河水体、沉积物、水产品重金属的调查，为水生生物放流提供理论依据和数据支撑。
参考文献：
[1] ?孙维萍，刘小涯，潘建明，等.浙江沿海经济鱼类体内重金属的残留水平[J].浙江大学学报（理学版） ，2012，39（3） ：338-344.
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[3] Hakanson L.An ecological risk index for aquatic pollution control.A sedimentological approach[J].Water Research，1980，14（8）：975-1001
[4] 王斌，蒙海涛，张震，等.天津近郊农田土壤重金属含量特征及潜在生态风险评价[J].环境研究与监测，2010，23（4）：11-15
