天津市地表水断面水质污染现状及空间变化

张婧雯

（山西大地民基生态环境股份有限公司）

天津市位于我国华北地区的最大水系海河流域下梢区域，华北平原北部与渤海的交界地带，地处环渤海经济圈的中心位置，是永定河、潮白河、蓟运河等诸河的聚集之地。城市发达，人类活动强度大。工业历史悠久，自清朝末年开始即成为著名的工业城市[1]，我国北方最早的机械加工厂、碱厂、盐厂、纺织厂、船厂等都诞生于此。随着“京—津—冀”地区社会经济的协同发展，天津在迅速发展经济的同时，城市亦随之扩大，工业企业与人口越来越稠密，从而导致污染物排放量很高，地表水环境质量逐渐恶化，生物多样性及资源量受到很大破坏[2]。同时，由于其独特的地理位置，当地产水量少，资源型缺水极为严重，属于重度缺水地区，水资源短缺己成为制约天津市综合发展的瓶颈。在污染物中，化学需氧量（COD）是表征水体有机物含量的重要指标，其浓度值越高，表明水体有机物污染状况越为严重[3]；氨氮是指以氨或铵离子形式存在的化合氨，当氨溶于水时，其中一部分与水反应生成铵离子，一部分非离子氨[4，5]则游历于水中，使水体中氨氮超标，直接影响到饮用水的水质和河流的水生态环境，使水体呈富营养状态，对城市居民的健康和社会经济的可持续发展构成了威胁[6，7]。

天津市天然河流众多，分布较为密集，河道总长度达2 522.03 km。城市河网由流经城市和城市范围内的河道连接而成，是城市生态环境的重要组成部分。天津的地表水污染状况十分严重。根据《2018天津市水资源公报》发布的资料，对天津市43条河流1 661 km长河段水质进行的监测，采用《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）进行分析，其中，Ⅱ类水河长占12.5%，Ⅲ类水河长占11.4%，Ⅳ类水河长占27.2%，Ⅴ类水河长占10.4%，劣Ⅴ类水河长占38.5%。主要污染物为TP、NH3-N、IMn和COD。而针对天津市区地表水环境污染特征研究，目前还少见报道。本文根据天津市生态环境监测中心的监测数据，对近年来地表水中的TP、NH3-N、IMn和COD浓度变化特征进行研究和分析，以系统掌握全市的河流水质和污染状况等基本情况，为市域水质控制提供决策依据，为促进当地和城市可持续发展提供技术支持。

1 数据来源与研究方法

采用天津市生态环境监测中心2017年和2018年在中心城区、环城四区、滨海新区及其他各区，共设置的地表水国家和市控考核监测123个断面的连续月监测数据为准，进行分析研究。各行政区内水质监测断面分布见图1。以天津市各行政区为单元，水质指标标准限值采用《地表水环境质量标准》《天津市各区地表水环境质量月排名办法（试行）》（修订版）中的综合污染指数，运用SPSS统计分析方法以及ArcGis10.0空间分析功能，对各区的综合污染指数进行计算，以揭示2017年和2018年间天津市TP、NH3-N、IMn和COD浓度变化特征和时空分布情况。具体评价指标标准见表1。

图1 天津市地表水监测断面分布图

表1 地表水环境质量标准 单位：mg/L

污染指数法能较好地反映研究区地表水环境质量现状。综合污染指数越小，说明水环境质量越好，反之则越差。综合污染指数法计算公式如下：

式中：Pi为辖区有效监测断面评价指标i的污染指数；Ci为第j个断面评价指标i的当月监测浓度值，mg/L；Si为第j个断面评价指标i的攻坚战水质目标浓度值，mg/L；P为综合污染指数；p为指标i有效监测数据个数；m为评价指标的个数。

月（年）累计评价方法：首先，应用公式（1）计算各区单个考察断面的每月（年）单项指标累计均值；然后，应用公式（2），计算各区的月（年）累计综合污染指数。

2 结果与分析

2.1 TP、NH3-N、IMn和COD污染特征分析

为了全面反应天津市各辖区域地表水的水质变化状况，根据表1标准和现有监测数据，分别从时间和空间上对123个水质断面2017年、2018年的地表水水质进行评价。各辖区地表水污染物含量见表2。

2.1.1 2018年度

表2表明：

（1）COD。全年COD平均含量达到Ⅰ-Ⅲ类水质标准限值的辖区占44%，Ⅴ类水质标准的辖区占50%，劣Ⅴ类水质的辖区占6%。其中，和平区地表水COD含量最低为15.2 mg/L，滨海新区含量最高为41.6 mg/L。

（2）TP。全年TP平均含量达到Ⅰ-Ⅲ类水质标准限值的辖区占56%，Ⅳ类水质标准的辖区占19%，Ⅴ类水质的辖区占19%，劣Ⅴ类水质的辖区占6%。其中，红桥区地表水TP含量最低为0.06 mg/L，武清区含量最高为0.43 mg/L。

（3）NH3-N。全年NH3-N平均含量达到Ⅰ-Ⅲ类水质标准限值的辖区占56%，Ⅳ类水质标准的辖区占25%，Ⅴ类水质的辖区占19%。其中，红桥区地表水NH3-N含量最低为0.34 mg/L，西青区含量最高为1.73 mg/L。

（4）IMn。全年IMn平均含量达到Ⅰ-Ⅲ类水质标准限值的辖区占50%，Ⅳ类水质标准的辖区占44%，Ⅴ类水质的辖区占6%。其中和平区地表水IMn含量最低为4.0 mg/L，滨海新区区含量最高为11.0 mg/L。

2.1.2 2017年度

表2表明：

（1）COD。全年COD平均含量达到Ⅰ-Ⅲ类水质标准限值的辖区占19%，Ⅳ类水质的辖区占31%，Ⅴ类水质标准的辖区占25%，劣Ⅴ类水质的辖区占25%。其中，红桥区地表水COD含量最低为17.3 mg/L，静海区含量最高为45.6 mg/L，属劣Ⅳ类水源。

表2 天津市各辖区地表水污染物含量表 单位：mg/L

（2）TP。全年TP平均含量达到Ⅰ-Ⅲ类水质标准限值的辖区占19%，Ⅳ类水质标准的辖区占25%，Ⅴ类水质的辖区占25%，劣Ⅴ类水质的辖区占31%。其中，红桥区地表水TP含量最低为0.08 mg/L，东丽区含量最高为0.72 mg/L，超过Ⅴ类水质标准近1倍。

（3）NH3-N。全年NH3-N平均含量达到Ⅰ-Ⅲ类水质标准限值的辖区占19%，Ⅳ类水质标准的辖区占12.5%，Ⅴ类水质的辖区占37.5%，劣Ⅴ类水质的辖区占31%。其中，红桥区地表水NH3-N含量最低为0.45 mg/L，西青区含量最高为2.69 mg/L。

（4）IMn。全年IMn平均含量达到Ⅰ-Ⅲ类水质标准限值的辖区占44%，Ⅳ类水质标准的辖区占31%，Ⅴ类水质的辖区占25%。其中，红桥区地表水IMn含量最低为3.9 mg/L，滨海新区含量最高为11.8 mg/L。

2.1.3 综合分析

从两年的监测情况总体来看：天津市16个区2017年和2018年地表水IMn超标率变化不大。2017年地表水中COD、TP和NH3-N平均含量达到Ⅰ-Ⅲ类水质标准的区域占18%-21%左右，达Ⅳ类及以上标准水质的辖区占到80%以上，说明2017年地表水水体污染严重，多数水体已经失去了使用功能。而2018年，全年地表水中COD、TP和NH3-N平均含量达到Ⅰ-Ⅲ类水质标准的区域占44%-56%左右，与2017年相比超标率明显下降，说明地表水质量有所改善。

2.2 地表水污染物综合污染指数及空间变化特征

根据《天津市各区地表水环境质量月排名办法（试行）》（修订版）中的综合污染指数法，对各辖区的年累计综合污染指数进行计算，指数越小，说明水环境质量越好，反之则越差。计算结果见图2。

从计算结果可知：2018年4种污染物物的综合污染指数排序为：滨海新区>武清区>西青区>东丽区>宝坻区>津南区>静海区>蓟州区>宁河区>河东区>南开区>北辰区>河西区>河北区>和平区>红桥区；2017年4种污染物物的综合污染指数排序为武清区>东丽区>西青区>滨海新区>津南区>宁河区>河东区>宝坻区>静海区>北辰区>蓟州区>河北区>南开区>河西区>和平区>红桥区。由2017、2018年综合污染指数排名可以看出，天津市中心6城区地表水的污染程度较低，蓟州区、北辰区、静海区、宁河区污染程度较高于中心6城区，滨海新区、武清区、东丽区及其他各区排名靠后。

从4种污染物的空间分布和变化情况可以看出，COD和IMn污染主要集中在武清区、静海区和滨海新区；NH3-N和TP污染主要集中在武清区和东丽区。因此，改善这几个区域的污染物排放水平，是治理天津市水环境的重中之重。

图2 天津市各辖区地表水综合污染指数

从年度情况来看，2017年地表水污染情况不容乐观，需进一步加强地表水环境的管理工作；而2018年污染水平远低于2017年，说明天津市政府重视环境保护，污染防治和减排力度迅速加大，从而使工业废水得到深度治理，短期有效削减了排污总量[8]。这种情况，与全面建立和落实“河长制”有很大关系，说明推行“河长制”是不断改善地表水环境的重要基 石[9，10]。

运用ArcGIS10.2对2017年、2018年天津市地表水中TP、NH3-N、IMn和COD的污染情况进行模拟预测综合分析，结果见图3。

图3 天津市各辖区地表水总磷、氨氮、高锰酸盐指数和化学需氧量空间变化

3 结论

（1）对天津市16区2017年和2018年地表水污染物超标率进行比较分析，结果2 a间IMn超标率变化不大；但2017年，全年地表水中COD、TP和NH3-N平均含量达到Ⅰ-Ⅲ类水质标准的区域占18%-21%左右，Ⅳ类及以上标准水质的辖区占到80%以上，说明2017年全市的地表水水体污染严重。而2018年，全年地表水中COD、TP和NH3-N平均含量达到Ⅰ-Ⅲ类水质标准的区域占44%-56%左右，与2017年相比超标率明显下降，说明地表水质量有所改善。

（2）应用综合污染指数法对天津市各辖区2 a的累计综合污染指数进行计算，从结果排名看，中心6城区地表水的污染程度较低，蓟州区、北辰区、静海区、宁河区污染程度较高于中心6城区，滨海新区、武清区、东丽区及其他各区排名靠后。从四种污染物空间分布和变化情况可以看出，COD和IMn污染主要集中在武清区、静海区和滨海新区；NH3-N和TP主要集中在武清区和东丽区。