海河流域主要河口水沙污染现状分析（刘成,王兆印,黄文典,余国安）

关键词:河口;污染物;重金属;富营养化;水质;底泥污染

中图分类号:X522 文献标识码:A

1 研究背景

海河流域地处京畿要地,流域内有25 座大中城市,是我国政治文化中心和经济发达地区,在我国政治经济中占重要地位。海河水系是渤海湾的主要入海水系之一,过去,海河的各主要河流于天津汇合后经海河干流入海。1964 年,开展了河口整治,开挖扩建子牙新河、独流减河、永定新河、潮白新河、漳卫新河、捷地减河、减河,形成了分流入海的格局。海河流域水生态环境的好坏直接影响流域1 亿多人民的正常生活和生产,也关系到北京、天津、河北等省市区经济社会的持续健康快速地发展[1 ] 。但近年来,海河流域面临着“有河皆干、有水皆污”境况。根据海河流域水环境监测中心发布的2005 年第6 期“海河流域省界水体水环境质量状况通报”,2005 年劣Ⅴ类水质断面占评价断面的60.6 %[2 ] 。

为了研究海河水系河口水域的水沙污染现状,分析水沙污染的变化,结合国家自然科学基金项目研究,2005 年12 月9～10 日,项目组对海河流域海河、独流减、青静黄、子牙新河、北排河、岐口渔码头6 处水域进行实地考察,采集水沙样品(如图1 所示) 。这是继2001 年6 月本项目组进行海河流域河口考察和采样4 年后[3～5 ] ,再次采样。

水样和泥样由清华大学分析中心进行分析,对采集水样分析Cu、Zn、As、Hg、Pb、TN 和TP 的浓度,对泥样除上述指标外,还分析了其有机质含量。采用的分析仪器为ICP 光谱仪、AFS 原子荧光光谱仪,测试分析方法按国家J Y/ T 015-1996、GB/ T 5009-1996、GB 7852-1987、GB 7173-1987 等有关标准执行[6 ] 。

2 水沙污染实测数据与分析

表1 和表2 分别为水样和沙样的分析结果,作为比较,表中也列出了2001 年的污染物含量值。分析中,采用《地表水环境质量标准》( GB3838-2002) 评价水质,采用《海洋沉积物质量》( GBl8668-2002) 和“第二次全国海洋污染基线调查技术规程”指定沉积物标准的部分指标分析评价其底泥污染程度[7 ] 。“技术规程”指定沉积物标准提到的有机质、总氮和总磷标准分别为和3.0 %、0.055 %和0.060 %。水沙样各项污染物含量分析如下。

2.1 铜

水样铜浓度:在6 个取样点所采水样Cu 浓度低,在0.002～0.044mg/ L 范围,青静黄、子牙新河和岐口渔码头处水样符合地表水Ⅱ类水质标准,其它3 个水样满足Ⅰ类水质标准。2006 年实测值均比2001 年实测值有很大幅度的下降,下降幅度达一个数量级。

泥样铜含量:6 个取样点泥样Cu 含量相差不大,在30～56mg/ kg 范围内,其中海河口、独流减泥样含量略高,符合海洋沉积物质量第二类,其它4 个泥样满足第一类要求。与2001 年实测值相比,没有明显变化。

2.2 锌

水样锌浓度:在6 个取样点所采水样中,子牙新河水样的Zn 浓度略偏高,达0.085mg/ L ,符合地表水Ⅱ类水质标准。此值与2001 年实测Zn 浓度相近。本次采样的其它5 个水样Zn 浓度在(0.01～0.03) mg/ L 范围,满足Ⅰ类水质标准。此5 处2006年实测Zn 浓度均比2001 年实测值有很大幅度的下降,岐口渔码头下降幅度达一个数量级。

泥样锌含量:除了海河口外,其它5 个取样点泥样Zn 含量相差不大,在69～99mg/ kg 范围内,低于海洋沉积物质量第一类指标。青静黄底泥Zn 含量较2001 年下降了一半,其它与2001 年实测值相近。海河口泥样的Zn 含量很高,达420mg/ kg ,达到海洋沉积物质量第三类,其值约达到2001 年的2 倍。

2.3 铅

水样铅浓度:在6 个取样点所采水样Pb 浓度低,在0.0005～0.0009mg/ L 范围,5 处水样Pb 浓度相差不大,均符合地表水Ⅰ类水质标准。2006 年实测值均比2001 年实测值有很大幅度的下降,独流减河口和岐口渔码头2006 年Pb 浓度仅是2001 年实测值的7.2 %和3.6 %。

泥样铅含量:6 个取样点泥样Pb 含量相差不大,在22～33mg/kg 范围内,远低于海洋沉积物质量第一类指标。与2001 年实测值相比,各点的Pb 含量均有所下降,2006 年6 处泥样Pb 含量平均值26mg/kg ,比2001 年5 处泥样平均值36mg/ kg 降低了近1/ 3。

2.4 砷

水样砷浓度:在6 个取样点所采水样As 浓度低,在0.0013～0.0061mgPL 范围,远低于地表水Ⅰ类水质标准。青静黄、子牙新河、北排河和岐口渔码头的As 浓度相近,其平均值约是海河口和独流减河As 浓度的3 倍。2006 年实测值与2001 年实测值相比,海河口和独流减河口水中As 浓度相近,青静黄和岐口渔码头处As 浓度明显升高。

泥样砷含量:6 个取样点泥样As 含量在11～61mgPkg 范围内,独流减、子牙新河和岐口渔码头的泥样As 含量满足海洋沉积物质量第一类指标,其他泥样As 含量符合第二类指标。与2001 年实测值相比,海河口底泥的As 含量从18mgPkg 增至61mg/ kg ,青静黄、子牙新河和岐口渔码头的As 含量略升。

2.5 汞

水样汞浓度:在6 个取样点所采水样Hg 浓度相近,在0.00012～0.00024mg/ L 范围,满足地表水Ⅳ类水质标准。与2001 年实测值相比,有对比数据的4 个水样的Hg 浓度均大幅度下降,独流减河口处水样的Hg 浓度下降1 个数量级。

泥样汞含量:海河口底泥Hg 含量略高,为0.11mg/ kg ,另外5 点的泥样Hg 含量相近,在0.037～0.062mg/ kg 范围内。Hg 含量值均低于海洋沉积物质量第一类标准。与2001 年实测值相比,底泥的Hg含量均下降,海河口和岐口渔码头处的Hg 含量约为2001 年的1/ 3。

2.6 总磷

水样总磷浓度:海河口和独流减河口水样的TP 浓度分别为0.065mg/ L 和0.055mg/ L ,分别是2001 年实测值的1/ 2 和1/ 5 ,满足地表水Ⅱ类水质标准;其他4 个水样TP 浓度均超过地表水Ⅴ类水质标准,特别是青静黄、子牙新河水样,TP 浓度异乎寻常地高达1.85mgPL 和2.98mgPL ,分别是Ⅴ类水质标准值的4.6 和7.5 倍。从感官看,青静黄和子牙新河水色墨黑,岐口渔码头水色呈酱油色,此三处均有刺鼻臭味,其中青静黄取样点附近有生活污水排入。

泥样总磷含量:6 处底泥的TP 含量相差不多,在(0.056～0.088) %间,北排河和岐口渔码头底泥TP含量不高于“第二次全国海洋污染基线调查技术规程”指定沉积物TP 标准,其他4 处的TP 含量均略高于此标准,子牙新河最高,为0.088 %。总体来看,此次底泥中的TP 含量与2001 年测试值相差不大,仅海河口略有降低,子牙新河略有升高。

2.7 总氮

水样总氮浓度:海河口和独流减河口水样的TN 浓度均小于0.02mg/L ,符合地表水Ⅰ类水质标准(湖、库) ;北排河和岐口渔码头水样的TN 浓度均为0.026mg/L ,符合地表水Ⅱ类水质标准(湖、库) 。TN 浓度较2001 年实测值(1.9～2.5) mg/ L 大幅度下降。青静黄、子牙新河水样的TN 浓度异乎寻常地高,达70mg/ L 和19mg/ L ,和一般城市污水处理厂进水TN 浓度的高值和低值相近[8] 。这2 处的异常高的氮浓度应归因于局部严重污染和取样点附近生活污水排入的影响。

泥样总氮含量:6 处底泥的TN 含量为(0.078～0.11) % ,相差不大,均超过“第二次全国海洋污染基线调查技术规程”指定沉积物TN 标准,说明6 处取样点底泥氮污染较严重。与2001 年实测值相比,海河口的TN 含量略有下降,其它变化不大。

2.8 有机质

泥样有机质含量:6 处底泥的有机质含量为(1.23～1.88) % ,相差不大,均小于“第二次全国海洋污染基线调查技术规程”指定沉积物有机质含量标准。与2001 年实测值相比,海河口、独流减河口的有机质含量下降较大,其它变化不大。

3 水污染综合评价

根据采样点的GPS 精确定位值,利用卫星图片比对时发现,虽然青静黄与子牙新河采样点相距约1 000m ,但两条河道在采样点后约1 800m 处汇合,自同一入海口入海;岐口渔码头采样点实际上位于北排河上,在北排河采样点下游约800m。因此,6 处取样点分别代表了海河流域4 个入海河口的水质和底质。以下分析中,子牙新河河口数据采用青静黄与子牙新河的平均值,北排河河口数据采用岐口渔码头和北排河的平均值。

3.1 水质综合评价　

综合前述各处水样的分析,将海河口、独流减、子牙新河和北排河4 处河口水中污染物浓度与《地表水环境质量标准》(GB3838-2002) 相比较的结果总结如表3 ,可以发现: (1) 4 处河口的水污染严重,海河口和独流减河口水质为地表水Ⅳ类,子牙新河和北排河河口的均为劣Ⅴ类; (2) 4 处河口水中Hg 含量均较高,超过地表水Ⅳ类标准。子牙新河和北排河河口的氮磷污染严重。特别是子牙新河河口2 处水样的氮磷浓度异乎寻常地高,甚至与城市污水处理厂进水浓度相近。其他重金属和砷污染不明显,均能满足地表水Ⅰ或Ⅱ类标准; (3) 与2001 年的实测数据相比,4 个河口的重金属浓度几乎全部大幅度下降;海河口和独流减河口的N、P 和As 浓度均有明显下降,但子牙新河和北排河河口的P和As 浓度、子牙新河河口的N 浓度明显增大。

结合《地表水环境质量标准》,采用水体综合污染指数( K) 法对几处水域水污染状况进行评价(表3) 。综合污染指数( K) 法是表示各种污染物对水体综合污染程度的一种数量指标,计算式为:

式中: Ck 为水体各种污染物的统一最高允许指标,取为0.1 ; Coi 为各种污染物的地表水环境质量标准;Ci 为多种污染物的实测浓度。如果K < 0.1 ,属于未污染水体;当K = 0.1～0.2 时,为轻度污染; K = 0.2～0.3 时,为中度污染; K > 0.3 时,为重度污染。分析中按Ⅳ类水考虑, Coi 取Ⅳ类标准的上限值。分别计算出诸取样点2005 年和2001 年的综合污染指数,列入表3。

由表3 可见,根据综合污染指数值看,按Ⅳ类水考虑,海河口、独流减河口水体从2001 年的中度和重度污染降至未污染水体;子牙新河河口从轻度污染变为重度污染;北排河属于中度污染,与2001 年相近。

3.2 水体富营养化评价　

关于富营养化评价,目前我国还没有国家标准,此处参照全国水资源综合规划富营养化评价标准(表4) 进行评价。对于富营养化现状评价,采用评分法进行评价,总评分值为各监测项目评分值的算术平均值。营养状态等级判别方法为:0 ≤评分值≤20 ,贫营养;20 < 评分值≤50 ,中营养;50 < 评分值≤100 ,富营养[9] 。

由于各水样只进行了TN、TP 的监测,故仅对这两种指标进行评价。评价结果见表3。可见,海河口和独流减河口水体从2001 年的富营养降至中营养状态,子牙新河和北排河河口水体呈富营养状态。

4 底泥污染综合评价

采用《海洋沉积物质量》(GB18668-2002) 和“第二次全国海洋污染基线调查技术规程”指定沉积物标准的部分指标分析评价其底泥污染程度。

由表5可见,仅从部分重金属和砷污染进行综合评价,海河口底泥达到沉积物质量三类,主要是Zn含量较高造成的;子牙新河底泥满足沉积物质量一类;独流减和北排河河口底泥满足沉积物质量二类。根据“第二次全国海洋污染基线调查技术规程”提出的N、P 和有机质标准,海河口、独流减和子牙新河河口底泥中的N 和P 含量均超过标准,北排河河口底泥中的N 含量超过标准,各取样点的有机质含量均在标准内。综上,4 个河口底泥的重金属和砷污染尚不严重,基本满足一般工业用水区、滨海风景旅游区底质的要求,但底泥中的氮磷污染严重。

与2001 年底泥污染物含量相比,除了海河口Zn 和As 含量大幅增大外,各河口其他污染物含量大多变化不大,略有下降。

5 分析与结语

比较水样和泥样污染物含量的变化(表1、表2) 可以发现: (1) 与2001 年分析结果比,水中重金属含量均大幅度下降,而底泥中重金属含量均呈现一定的下降(海河口的Zn 含量除外) 。因为重金属污染主要来源于工业废水,因此,水沙中重金属含量的这种下降,反映了海河流域近年来在水污染治理、工业废水排放控制上成效明显,在一定程度上遏制了工业废水排放对环境水域的继续破坏。另一方面,说明污染物在河口的水和底泥中存在相互交换,处于动态平衡。在水污染得到控制后,底泥将在一定长时间内释放吸附的污染物,继续对水域水质造成影响; (2) 海河口、独流减河口水体中的氮磷含量明显下降,子牙新河河口氮磷、北排河河口磷含量却异常高;但4 处河口底泥中的氮磷含量却与2001 年分析值变化不大。水中的氮磷主要来源于生活污水和农业施肥,底泥对氮磷的吸附能力一般较强,在合适的条件下可能会再释放到水中,引起水体富营养化”[10 ,11 ] 。此次的测试的结果表明随着近年城市污水治理力度的加强,距城市较近水域的氮磷污染大幅减轻。但可能因为局部污染、农业施肥等原因,远离城市的水域氮磷污染有继续加剧的趋势,会造成水体的富营养化现象。

综上分析,有如下认识: (1) 海河流域4 处采样河口的水沙污染严重,污染物以氮磷为主; (2) 与历史数据相比,各河口水中重金属含量大幅度降低,底泥重金属含量略有降低,反映了海河流域在工业废水排放的控制上卓见成效; (3) 远离城市的局部水域的氮磷污染和富营养化现象有继续加剧的趋势,值得在海河流域水污染控制上予以关注; (4) 河口水域污染物在水和底泥中相互交换,处于动态平衡,底泥吸附的污染物在一定条件下会释放至水体。因此,治理水污染需要同时考虑治理底泥污染。

参考文献:

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Water and sediment pollution at river mouths of Haihe River basin LIU Cheng1 , WANG Zhao2yin1 ,2 , HUANGWen2dian2 , YU Guo2an2

(1. International Research and Training Center on Erosion and Sedimentation , Beijing 　100044 , China ;

2. Tsinghua University , Beijing 　100084 , China)

Abstract :The water and sediment samples collected from 4 river mouths of the Haihe River were analyzed to investigate the pollution situation in 2005. The contents of heavy metal , total nitrogen and total phosphorus were measured and compared with the data obtained in 2001. The Surf ace Water Environmental Quality Standards (GB3838220020) (China) and the comprehensive water index method were adopted to evaluate the pollution due to single pollutant substances , comprehensive pollution status and eutrophication status. The Marine Sediment Quality ( GB1866822002) (China) was adopted to evaluate the pollution of sediment . The results show that the water at these 4 river mouths are seriously polluted and the major heavy metal pollutant is Hg. Two river mouths are seriously eutrophicated. The comparison with the data of 2001 shows that the concentration of heavy metal at 4 river mouths are significantly reduced and water quality at two river mouths is improved. The sediments at all river mouths are not seriously polluted by heavy metal but polluted by nitrogen and phosphorus with pollutant content a little bit less than that in 2001. These data reflect that the pollution control measures adopted in recent years are effective , but attention must be paid to the development tendency of water eutrophication in the district far from cities.

Key words : river mouths ; Haihe River basin ; heavy metal pollutant ; eutrophication ; water quality ;sediment pollution

作者简介:刘成(1964-),男,安徽涡阳人,博士,高级工程师,主要从事水力学与河流动力学研究。

来源：《水利学报》2007.8