三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境中重金屬污染研究進(jìn)展

王健康，周懷東，陸瑾，高博

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水環(huán)境研究所，北京100038；2.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆石河子832000）

三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境中重金屬污染研究進(jìn)展

王健康1，2，周懷東1，陸瑾1，高博1

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水環(huán)境研究所，北京100038；2.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆石河子832000）

三峽庫(kù)區(qū)自建成并蓄水達(dá)到設(shè)計(jì)水位175m之后，其環(huán)境效應(yīng)備受關(guān)注。作為一類重要的污染物，水環(huán)境中重金屬元素的含量、形態(tài)、分布特征、富集情況以及遷移轉(zhuǎn)化行為是三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境研究的一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。本文概述了三峽庫(kù)區(qū)蓄水后水環(huán)境中不同介質(zhì)（水體、沉積物、消落區(qū)、淹沒(méi)區(qū)土壤及生活垃圾、水生生物）中重金屬元素的污染現(xiàn)狀及污染特征。針對(duì)各介質(zhì)中重金屬的污染現(xiàn)狀，提出了未來(lái)研究需要值得關(guān)注的科學(xué)問(wèn)題，以期為三峽水庫(kù)的水資源保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

三峽庫(kù)區(qū)；重金屬；水環(huán)境；綜述

1 研究背景

三峽工程是我國(guó)舉世聞名、倍受世人關(guān)注的大型水利工程，具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)以及環(huán)保、養(yǎng)殖、供水等巨大的綜合效益。三峽水庫(kù)自蓄水達(dá)到設(shè)計(jì)水位175 m后，會(huì)形成面積為1 084 km2的大型水庫(kù)，其中淹沒(méi)陸地面積為632 km2，受淹耕地面積為237.8 km2，耕地受淹面積占受淹陸地面積的37.6％。三峽水庫(kù)的建設(shè)及運(yùn)行，將會(huì)對(duì)三峽庫(kù)區(qū)及其流域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。事實(shí)上，三峽水庫(kù)建成后，大量受淹耕地將遭到江水浸泡，積蓄在耕地上的有機(jī)污染物、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（N、P）以及重金屬元素將通過(guò)溶解、交換、擴(kuò)散而遷移進(jìn)入到江水中，從而增加水體中污染物的含量，這將可能成為三峽水庫(kù)水體污染的重要污染源［1］。

重金屬元素作為一類重要的污染物，它在水體中的濃度水平、空間分布、遷移和轉(zhuǎn)化以及最終的歸宿一直是水環(huán)境科學(xué)研究中的一個(gè)重要領(lǐng)域，并受到世界各國(guó)政府環(huán)境保護(hù)、水利、農(nóng)業(yè)以及其他相關(guān)部門的廣泛地重視。在沒(méi)有受到人為污染的情況下，水體中的重金屬元素主要是來(lái)自于自然界中巖石的風(fēng)化和土壤的本底，基本不會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成危害［2］。但伴隨著城市化進(jìn)程的加快以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，人類活動(dòng)產(chǎn)生的大量“三廢”物質(zhì)通過(guò)各種途徑最終被排放進(jìn)入水體，使水環(huán)境中水體、水體懸浮物以及水體沉積物中的重金屬濃度得到明顯的升高。事實(shí)上，水體中的顆粒物和沉積物在環(huán)境因素（如：水體的pH值和Eh）發(fā)生變化時(shí)，吸附在顆粒物上的重金屬元素將可能重新釋放進(jìn)入水體，對(duì)水體造成二次污染［3］。

三峽水庫(kù)建成后，庫(kù)區(qū)內(nèi)水體的流速、泥沙的沉降速度、消落區(qū)和淹沒(méi)區(qū)土壤等環(huán)境條件發(fā)生了顯著的變化，這些水文和水環(huán)境條件的變化影響著水環(huán)境中重金屬污染物的形態(tài)、分布和行為的變化。另外，三峽庫(kù)區(qū)蓄水后，水庫(kù)部分水域的水環(huán)境條件和水文條件逐漸表現(xiàn)出部分自然湖泊的特征。事實(shí)上，目前我國(guó)主要的淡水湖泊均受到了不同程度的重金屬污染［4-9］。因此，了解三峽庫(kù)區(qū)蓄水初期水環(huán)境中不同介質(zhì)中重金屬元素的含量、空間分布、遷移轉(zhuǎn)化等行為，具有重要的科學(xué)意義。另外，研究三峽庫(kù)區(qū)蓄水后水環(huán)境中重金屬污染對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的影響，也能夠?yàn)檎_評(píng)價(jià)和保護(hù)三峽庫(kù)區(qū)水資源安全提供科學(xué)依據(jù)。

2 三峽庫(kù)區(qū)重金屬污染現(xiàn)狀

三峽庫(kù)區(qū)各介質(zhì)中重金屬的含量及存在形態(tài)，直接影響著各介質(zhì)中重金屬間的遷移轉(zhuǎn)化以及對(duì)庫(kù)區(qū)水環(huán)境的污染程度。三峽庫(kù)區(qū)重金屬污染現(xiàn)狀主要綜述了三峽庫(kù)區(qū)不同介質(zhì)中（水體、沉積物、消落區(qū)、淹沒(méi)區(qū)土壤及生活垃圾、生物體中）重金屬污染狀況。

2.1 三峽庫(kù)區(qū)水體中重金屬污染現(xiàn)狀三峽庫(kù)區(qū)蓄水后，干流水質(zhì)總體較好，庫(kù)區(qū)干流斷面月季度達(dá)標(biāo)率均值由蓄水前的62.3％變?yōu)樾钏蟮?8.3％［10］；另外，庫(kù)區(qū)蓄水后，庫(kù)區(qū)干流水樣中高錳酸鹽指數(shù)、總磷以及鉛的濃度仍然是豐水期＞平水期和枯水期，整體表現(xiàn)為從庫(kù)尾至庫(kù)首沿程下降，在豐水期時(shí)表現(xiàn)尤為突出。在蓄水達(dá)到135 m后，蓄水前后水體表層、中層、下層重金屬含量總體上無(wú)顯著差異，同一監(jiān)測(cè)斷面各重金屬在垂直方向上也無(wú)明顯差異，三峽庫(kù)區(qū)整體上表現(xiàn)為蓄水后重金屬的含量小于蓄水前［11］。三峽水庫(kù)蓄水156m后，與蓄水前和蓄水135m的歷史數(shù)據(jù)相比較，干流和香溪河庫(kù)灣溶解態(tài)銅、鉛和鎘的濃度都呈升高趨勢(shì)，也顯著高于長(zhǎng)江干流其它水域，這表明水庫(kù)蓄水已經(jīng)影響到區(qū)域痕量重金屬的生物地球化學(xué)循環(huán)［12］。鉛和鎘等重金屬的主要來(lái)源為水上交通設(shè)施。水庫(kù)建成后，大量的輪船聚集在庫(kù)區(qū)，其廢氣、廢水的排放直接進(jìn)入水體，這可能是造成水體中重金屬的濃度升高的重要原因。

支流中，香溪河作為三峽壩首的第一條支流，水中重金屬的濃度在洪水期要大于枯水期，水中鉛、鎘、鉻和銅的濃度均低于國(guó)家一類水標(biāo)準(zhǔn)［13］。在汛期三峽水庫(kù)低水位運(yùn)行時(shí)，水體中重金屬含量較高，而汛后水庫(kù)首次172m高水位蓄水，由于水環(huán)境因素的改變，水體中重金屬含量顯著降低，土壤淹沒(méi)對(duì)庫(kù)區(qū)水體水質(zhì)影響小，不構(gòu)成汛期、汛后水體重金屬含量波動(dòng)的主因。其余支流水體中未表現(xiàn)出明顯的重金屬濃度的上升趨勢(shì)。

2.2 三峽庫(kù)區(qū)沉積物中重金屬污染現(xiàn)狀沉積物作為水環(huán)境中重金屬污染物的載體和“蓄積庫(kù)”，其污染特征及分布規(guī)律是查明水體中重金屬污染狀況的重要手段，也是反演該區(qū)域水環(huán)境中金屬污染歷史的主要依據(jù)。三峽庫(kù)區(qū)表層沉積物重金屬元素從形態(tài)上來(lái)講，Cu、Zn、Cr、As和Hg元素主要以礦物晶格存在，而Pb和Cd分別主要以鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)形式和可交換態(tài)形式存在，在水體環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，很容易釋放到水體中，會(huì)對(duì)水體造成潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)［14］。徐小清等［15］研究表明：在控制沉積物粒徑與成分影響的條件下，三峽庫(kù)區(qū)江段的沉積物普遍受到汞污染。王健康等［16］研究發(fā)現(xiàn)，雖然從總體上講三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用期沉積物中重金屬元素Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr、As和Hg的平均含量高于長(zhǎng)江沉積物背景值，但是重金屬污染評(píng)價(jià)結(jié)果表明庫(kù)區(qū)沉積物仍處于輕微生態(tài)危害等級(jí)，并未受到明顯的重金屬污染。另外，王嵐等［17］和王業(yè)春等［18］研究也表明庫(kù)區(qū)蓄水初期沉積物及消落帶中土壤均受到汞的污染；吉芳英等［19］人研究了三峽庫(kù)區(qū)消落區(qū)水體-沉積物重金屬遷移轉(zhuǎn)化特征，發(fā)現(xiàn)消落區(qū)重金屬遷移行為尚不足以對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)造成重大影響，總體上，消落區(qū)金屬遷移呈“緩釋”特征，三峽水庫(kù)的反季節(jié)調(diào)度模式有利于緩解消落區(qū)重金屬遷移誘導(dǎo)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，庫(kù)區(qū)水體重金屬含量處于較低水平。支流中，庫(kù)區(qū)大寧河與磨刀溪沉積物中受汞污染較弱［20］。香溪河庫(kù)灣下游沉積物具有較中上游高得多的重金屬含量，沉積物中重金屬的污染程度為無(wú)污染到輕度污染，且輕度污染出現(xiàn)于下游至干流［21］。

2.3 三峽庫(kù)區(qū)消落區(qū)、淹沒(méi)區(qū)土壤及生活垃圾中重金屬污染現(xiàn)狀三峽庫(kù)區(qū)蓄水后，形成大面積的水庫(kù)消落區(qū)。因此，消落區(qū)土壤及生活垃圾中的重金屬將有可能會(huì)通過(guò)地表徑流等方式進(jìn)入庫(kù)區(qū)水體，從而增加水體中的重金屬濃度。王圖錦等［22］結(jié)合三峽水庫(kù)調(diào)度模式，對(duì)淹沒(méi)區(qū)土壤重金屬Cu、Pb、Cd、Cr四種重金屬各形態(tài)含量及水體重金屬含量變化特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：不同重金屬在庫(kù)區(qū)土壤中存在形態(tài)不同，Cu和Cr（以Cr6+為主）主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在，而Pb和Cd可提取態(tài)較高，具有較高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。汛后淹沒(méi)土壤重金屬形態(tài)、含量變化不明顯，消落區(qū)土壤重金屬含量較低且顯著低于消落帶沉積物中重金屬的含量［23］，其中Zn、Hg、Cd的含量有從上游至下游沿程減少的趨勢(shì)，且重要的污染物為Cd［24-25］，不同水位高程下，土壤重金屬的含量無(wú)明顯差異［26］。從重金屬潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)表明［27］，庫(kù)區(qū)淹沒(méi)區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)危害處于輕微狀態(tài)，但土壤總的質(zhì)量為尚清潔但已經(jīng)迫近警戒線［28］。

三峽庫(kù)區(qū)生活垃圾中重金屬元素的含量分布差異很大，并且重金屬的含量隨堆放時(shí)間有不同的變化趨勢(shì)，總As的含量隨堆埋時(shí)間增加而增加，而總Cr的含量隨堆埋時(shí)間呈下降趨勢(shì)，主要原因是As不易釋放而在垃圾中有積累現(xiàn)象，而Cd易于釋放且隨堆放時(shí)間而含量下降［29］。

2.4 三峽庫(kù)區(qū)水體中生物體中重金屬污染現(xiàn)狀魚(yú)類是水體中重金屬元素的直接受納體，研究魚(yú)體內(nèi)重金屬的含量，能夠間接反映出水體中的重金屬的污染狀況。王文義［30］和祈俊生等［31］研究表明：庫(kù)區(qū)重慶段魚(yú)體肌肉、內(nèi)臟重金屬質(zhì)量比的分布規(guī)律為內(nèi)臟明顯高于肌肉，對(duì)照食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，魚(yú)體內(nèi)臟中Pb和Cd均超標(biāo)3.4倍。綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)表明庫(kù)區(qū)重慶段3個(gè)江段的魚(yú)體肌肉均受到不同程度重金屬污染。其重金屬元素的含量是底泥＞魚(yú)體（生物體）＞水體，在魚(yú)體中重金屬元素的分布特征是魚(yú)內(nèi)臟＞魚(yú)肌肉＞魚(yú)骨。該結(jié)論與靳立軍等［32］的研究一致。

有學(xué)者指出水庫(kù)成庫(kù)后可能出現(xiàn)魚(yú)類汞濃度水平明顯增高的“水庫(kù)效應(yīng)”［33］，以及可能會(huì)對(duì)水庫(kù)生物地球化學(xué)循環(huán)［34］造成的影響。徐小清等［32，35-36］系統(tǒng)研究了長(zhǎng)江流域同一水系河流與水庫(kù)魚(yú)類群體汞含量的特征，證實(shí)水庫(kù)中的鯉魚(yú)汞含量大于河流鯉魚(yú)汞含量，提出了水庫(kù)汞活化效應(yīng)指數(shù)的概念，以此為依據(jù)，徐小清等預(yù)測(cè)三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)行后，庫(kù)區(qū)的魚(yú)類汞濃度會(huì)有不同程度的升高。其中，支流受到的影響更為明顯，魚(yú)體汞含量增長(zhǎng)幅度超過(guò)干流。然而，余楊等［37-38］人最近的研究發(fā)現(xiàn)，與庫(kù)區(qū)蓄水前的調(diào)查結(jié)果相比，蓄水后庫(kù)區(qū)魚(yú)類肌肉總汞水平并未出現(xiàn)明顯增加。不過(guò)底層魚(yú)類汞的生活累計(jì)強(qiáng)度明顯高于上層魚(yú)類，這也暗示水庫(kù)底棲過(guò)程中存在“汞活化”效應(yīng)且汞在食物鏈的傳遞過(guò)程中具有一定的放大作用。另外，與庫(kù)區(qū)外其他水域相比，三峽水庫(kù)中鯉魚(yú)體內(nèi)重金屬含量總體處于較低水平，且在蓄水后未發(fā)生顯著變化［39-40］。

3 三峽庫(kù)區(qū)水體重金屬污染需注意的問(wèn)題

（1）目前，國(guó)內(nèi)對(duì)三峽庫(kù)區(qū)水體的研究主要停留在水體的富營(yíng)養(yǎng)化上，卻對(duì)水體中的動(dòng)植物體內(nèi)重金屬的轉(zhuǎn)移作用以及沉積物中重金屬的釋放過(guò)程研究較少。而水體動(dòng)植物通過(guò)生物鏈與人類緊密相連，特別是汞元素在生物食物鏈中具有一定的放大作用，但其在水體動(dòng)植物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理，成為研究者今后需要解決的問(wèn)題。

（2）我國(guó)對(duì)沉積物中重金屬污染評(píng)價(jià)多采用國(guó)外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的研究較少，到目前為止，我國(guó)目前還未建立湖庫(kù)以及河流沉積物重金屬質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)科學(xué)準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)水體沉積物中的重金屬污染帶來(lái)了困難。水體沉積物中重金屬污染評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)化和定量化問(wèn)題是未來(lái)亟需解決的問(wèn)題。

（3）沉積物中的重金屬“二次釋放”到水體后，將可能造成水體“二次污染”，形成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，因此深入研究庫(kù)區(qū)沉積物重金屬的釋放特征就顯得尤為必要。在綜合考慮庫(kù)區(qū)蓄水后水體中的氧化還原條件、溫度、pH值變化、顆粒物的吸附解析等多方面因素的條件下，亟需研究庫(kù)區(qū)高水位運(yùn)行期水-沉積物界面重金屬元素的遷移轉(zhuǎn)化行為，特別是受泥沙運(yùn)動(dòng)以及懸移質(zhì)濃度變化對(duì)水體重金屬環(huán)境行為的影響。

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Review s of heavy m etals pollu tion in w ater environm en t of Th ree Gorges Reservoir

WANG Jian-kang1，2，ZHOU Huai-dong1，LU Jin1，GAO Bo1
（1.DepartmentofWater Environment，IWHR，Beijing 100038，China；2.CollegeofWater Conservancy＆Architectural Engineering，ShiheziUniversity，Shihezi 832000，China）

Since the impounding comp letion of the Three Gorges Reservoir（Design water level is 175m），its environmental effect has been concerned widely.Heavy metal pollution is one of the important potential contaminants in water environment of the Three Gorges Reservoir.The concentration，morphology，distribu?tion，accumulation and their transportation behavior of the heavy metals are very important in the research of heavy metal pollution in the Three Gorges reservoir.This paper outlines the pollution situation and pollu?tion characteristics of heavy metals for the different environmental mediums（water，sediments，soils，munic?ipal solid waste and aquatic organism）in the water environment of Three Gorges Reservoir.The paper also provided several useful suggestions for the future research.The paper is beneficial for the protection of wa?ter resources in the Three Gorges reservoir.

Three Gorges Reservoir；heavy metals；water environment；overview；

X132

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2014.01.008

1672-3031（2014）01-0049-05

（責(zé)任編輯：韓昆）

2013-07-12

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（2012ZX07104-001）；中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2013M 530668）

王健康（1987-），男，河南商丘人，講師，主要從事水環(huán)境污染與防治研究。E-mail：shuibenerban@126.com

高博（1978-），男，河南鶴壁人，高級(jí)工程師，主要從事重大水利工程的水環(huán)境效應(yīng)研究。E-mail：gaobo@iwhr.com