應用地積累指數(shù)評價城市水源地水體中底泥的重金屬污染

王 坤，黃 明，陳富榮，劉紹根

(1.安徽建筑大學 環(huán)境與能源工程學院，安徽 合肥 230601；2.環(huán)境污染控制與廢棄物資源化利用安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230601；3.安徽省地質調查院，安徽 合肥 230001)

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，生活和生產(chǎn)中重金屬污染物的產(chǎn)生量也隨之逐年增加，而這些未經(jīng)處理的重金屬污染物通過各種途徑排入水體中，在水體中沉積并被底泥吸附。由于底泥中重金屬污染物穩(wěn)定性高和降解難，對水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生潛在危害，尤其是水體的化學、動力等條件發(fā)生變化時，底泥中的重金屬污染物可能會向水體重新釋放，從而造成水體的二次污染，最終通過食物鏈造成人體的重金屬積累，危害人體健康[1-4]。

本文選擇合肥市飲用水源地為調查對象，對飲用水源地流域水體中的底泥重金屬污染物進行研究，并應用地積累指數(shù)評價其水體中底泥的重金屬污染程度。

1 研究區(qū)現(xiàn)狀

研究區(qū)位于合肥市西北側、江淮分水嶺南側董鋪水庫和大房郢水庫的匯水盆地，董鋪水庫、大房郢水庫為合肥市飲用水源地，上游主要有6條支流匯入董鋪水庫，3條支流匯入大房郢水庫。由于董鋪、大房郢水庫不能滿足合肥城市用水需求，每年需從大別山通過淠史杭總干渠調水，再流入滁河總干渠后，向董鋪水庫補水。董鋪水庫與大房郢水庫通過管渠連通，向合肥各大自來水廠提供原水。

2008年-2018年安徽省生態(tài)環(huán)境廳發(fā)布的《安徽省環(huán)境狀況公報》中淠河總干渠水質基本保持在《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838-2002)Ⅰ-Ⅱ類，大房郢水庫水質基本保持在Ⅲ類，符合飲用水源地水質要求。由于合肥市環(huán)保單位主要對董鋪水庫、大房郢水庫水質進行長期監(jiān)測和監(jiān)管，而忽視對兩大水庫及其上游支流底泥污染情況的調查，尤其缺乏入董鋪水庫南側蜀山汊、原科學島污水處理廠排放口等區(qū)域底泥污染情況的調查，對合肥飲用水源地的水質安全可能造成潛在的危害。

本課題對入董鋪水庫南側蜀山汊、原科學島污水處理廠排放口區(qū)域底泥的污染調查結果表明：蜀山汊底泥中Cd、Hg、Pb、Cu、Zn與合肥市江淮分水嶺全區(qū)土壤背景值比值為1.49-12.5[5-6]，人類活動疊加影響顯著；原科學島污水處理廠排放口附近底泥中Cd、Hg、Pb、Cu、Zn與合肥市江淮分水嶺全區(qū)土壤背景值比值為1.47-63，可能受到科學島污水處理廠排放的水質疊加影響。由此可見，這些城市建成區(qū)匯入合肥飲用水源地水體的底泥對其水質安全可能造成潛在的危害，這些危害可控，并可以采取有效的生態(tài)和工程措施加以解決，而合肥飲用水源地上游的9條支流以及董鋪水庫和大房郢水庫匯水面積近400km2，因此，對其水體底泥污染情況的調查研究很有必要。

2 研究方法

在董鋪水庫上游6條支流布置12個采樣點、大房郢水庫上游3條支流布置5個采樣點，董鋪水庫、大房郢水庫分別布置3采樣點。使用手持GPS定點，采用自制的底泥采樣器采集表層底泥，按照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》(HJ/T166—2004)，取表層底泥裝入專用的冷藏箱保存，當天送往安徽省地質實驗研究所(國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心)分析測試，該研究所為首批通過國家級計量認證、獲得國土資源部授權的全國25個部級質檢中心之一，并取得質量管理體系認證證書(ISO9001：2008)。

3 底泥中重金屬污染評價

常見的重金屬污染評價方法有潛在生態(tài)風險指數(shù)法[7]、污染負荷指數(shù)法[8]、地積累指數(shù)法[9]等。應用地累積指數(shù)法評價水體中重金屬污染，既考慮到土壤的地球化學背景值，又考慮到人類活動的疊加因素，還考慮了自然成巖作用可能引起的背景值變化因素，彌補了其他方法的缺陷。

地積累指數(shù)(Igeo)[9]已廣泛用于研究水環(huán)境底泥中重金屬污染程度的定量指標，是基于測量的金屬濃度與其參考值之間關系，檢驗單個元素污染程度的常用指標，計算公式如下：

(1)

式中：Cn為實測重金屬濃度，mg/kg；Bn為普通頁巖中該元素的地球化學背景值，取合肥市江淮分水嶺全區(qū)土壤背景值[5-6]，BAs為10 mg/kg，BCd為0.09 mg/kg，BHg為30. 6 mg/kg，BPb為25 mg/kg，BCu為25 mg/kg，BZn為52 mg/kg，BCr為69 mg/kg，BNi為25 mg/kg；K為考慮到自然成巖作用可能會引起的背景值的變動而設定的常數(shù)，K取1.5。

根據(jù)地積累指數(shù)值的大小，重金屬的污染程度可分為7個級別[9-10]，具體分級情況如表1所示。

表1 重金屬污染污染級別

(1)董鋪水庫及其上游水系底泥污染程度評價

董鋪水庫及其上游水系底泥地積累指數(shù)一覽表如表2所示。從表2可以看出，入董鋪水庫河流7、9、11、12采樣點的底泥中Cd地積累指數(shù)均在0-1，為1級，屬輕度污染；5采樣點的底泥中As地積累指數(shù)為0．32，在0-1(1級)，屬輕度污染；入董鋪水庫河流底泥中As(5采樣點除外)、Cd(7、9、11、12采樣點除外)、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni地積累指數(shù)均小于0，為0級，屬清潔。

董鋪水庫西北的13采樣點底泥中As、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni地積累指數(shù)均小于0，為0級，屬清潔；董鋪水庫東部14采樣點底泥中As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni地積累指數(shù)均在0-1，為1級，屬輕度污染，中部15采樣點底泥中As、Cd、Hg、Zn、Ni地積累指數(shù)均在0-1，為1級，屬輕度污染，而Pb、Cu地積累指數(shù)均小于0，為0級，屬清潔。

表2 董鋪水庫及其上游水系底泥地積累指數(shù)一覽表

(2)大房郢水庫及其上游水系底泥污染程度評價

大房郢水庫及其上游水系底泥地積累指數(shù)如表3所示。從表3可以看出，入大房郢水庫河流16采樣點底泥中Hg，18采樣點底泥中As、Pb、Ni，地積累指數(shù)均在0-1，為1級，屬輕度污染；入大房郢水庫河流底泥中As(18采樣點除外)、Hg(16采樣點除外)、Pb(18采樣點除外)、Cu、Zn、Cr、Ni(18采樣點除外)地積累指數(shù)均小于0，為0級，屬清潔。大房郢水庫21采樣點底泥中Cd地積累指數(shù)在0-1，為1級，屬輕度污染；大房郢水庫底泥中As、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni為0級，屬清潔。

表3 大房郢水庫及其上游水系底泥地積累指數(shù)

4 結 語

入董鋪水庫河流底泥中除1個采樣點As、4個采樣點Cd為輕度污染外，采樣點的As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni均為清潔，表明入董鋪水庫河流底泥中重金屬污染潛在危害性小，但董鋪水庫北側支流的Cd為輕度污染，應加以重視。董鋪水庫近東部壩體處底泥中除Pb、Cu外，As、Cd、Hg、Zn、Cr、Ni為輕度污染，表明董鋪水庫河流底泥中重金屬污染有潛在危害性。

入大房郢水庫河流底泥中除1個采樣點As、Pb、Ni，1個采樣點Hg為輕度污染，As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni屬清潔，表明入大房郢水庫河流底泥中重金屬污染潛在危害性小。大房郢水庫除1個采樣點Cd輕度污染外，大房郢水庫底泥中As、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni屬清潔，表明大房郢水庫底泥中重金屬污染潛在危害性小，這與大房郢水庫攔壩建庫晚有關。

由于尚存在渠道和雨水排放口的雨水匯入董鋪水庫、大房郢水庫，將會帶入一定量的營養(yǎng)鹽和底泥中的重金屬污染物，對飲用水源地的水質安全帶來較大影響。建議按照《合肥市董鋪水庫、大房郢水庫水源保護區(qū)規(guī)劃導則》提出的強化濕地凈化功能，選擇對重金屬吸附效果好的填料，在水庫渠道入水集中區(qū)域和城區(qū)雨水主要排放口區(qū)域建設人工濕地工程，確保出水達到地表水III類水質標準。此外，合肥凈水廠取水口離董鋪水庫壩體較近，而董鋪水庫近東部壩體及其上游北側支流中底泥的重金屬污染不容忽視。