豐水期琴江干流水土鐵、錳監(jiān)測(cè)分析及其對(duì) 用水安全影響評(píng)價(jià)

彭思遠(yuǎn)，姜傳隆，林 超，陳圖鈞

（廣東省韓江流域管理局，廣東 汕頭 515041）

韓江是廣東省除珠江外的第二大河流，承擔(dān)著河源、梅州、潮州、汕頭等市的生活、生態(tài)、生產(chǎn)用水。琴江位于韓江上游，干流跨河源、梅州兩市，琴江水質(zhì)保護(hù)對(duì)韓江流域用水安全至關(guān)重要。鐵、錳是在自然界普遍存在的一對(duì)伴生礦，也普遍共存于天然水體中，人體所需的鐵、錳主要來源于飲水和食物[1]。多項(xiàng)研究表明，高鐵、高錳水會(huì)對(duì)人體健康和日常生產(chǎn)生活造成各種不良影響。如：高鐵、高錳飲用水可引起人食欲不振、嘔吐、腹瀉，胃腸道紊亂等不良反應(yīng)[2]；水中鐵、錳的濃度超過一定限度會(huì)產(chǎn)生紅褐色沉淀物，不僅增加城鄉(xiāng)供水體系的制水成本，還會(huì)降低印染、造紙行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量[2,3]。國家在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）[4]中將鐵、錳作為集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目，對(duì)其含量進(jìn)行了限制：Fe ≤0.3mg/L、Mn ≤0.1mg/L。

鑒于鐵、錳2 種金屬元素在飲用水中普遍存在、含量較高，且對(duì)居民用水安全可能產(chǎn)生較大影響，本研究重點(diǎn)關(guān)注這2 個(gè)項(xiàng)目，基于2019 年豐水期琴江干流自上游至下游6 個(gè)代表斷面土壤和水體中鐵、錳含量監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析琴江干流沿線土壤和水體中鐵、錳含量水平，變化情況和土壤對(duì)水體鐵、錳的影響，綜合評(píng)價(jià)琴江水土鐵、錳對(duì)用水安全的潛在影響。

琴江位于韓江上游，發(fā)源于廣東省河源市紫金縣七星崠，琴江干流由西南向東北流經(jīng)紫金縣洋頭鎮(zhèn)后進(jìn)入梅州市五華縣龍村鎮(zhèn)，經(jīng)梅林鎮(zhèn)、安流鎮(zhèn)、橫陂鎮(zhèn)、水寨鎮(zhèn)、河?xùn)|鎮(zhèn)等，止于五華河匯入口，全長(zhǎng)約136km，集水面積2 871km2。琴江流域地貌分為平原（盆地）、階地、臺(tái)地、丘陵和山地五大類。琴江干流河段位于沿河盆谷平原區(qū)，沿河地貌以流水平原和階地為主，地勢(shì)較平坦，起伏和緩，主要由第四系的黏土、砂、礫石等構(gòu)成[5]。琴江干流上下游沿岸自然土壤類型以赤紅壤為主，地帶性代表植被類型是亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林[6]。琴江周邊以農(nóng)業(yè)為主，工業(yè)發(fā)展相對(duì)滯后，但近年來發(fā)展較快。紫金縣、五華縣礦物資源均較豐富，紫金縣境內(nèi)共有礦物22 種，鐵為優(yōu)勢(shì)礦種之一[7]；五華縣境內(nèi)僅金屬礦物就有34 種[8]。近年來琴江水質(zhì)總體較好且較為穩(wěn)定，全年水質(zhì)基本保持Ⅲ類或優(yōu)于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)[9]。

2.1 監(jiān)測(cè)代表斷面布設(shè)

本研究按《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL219-2013）要求[10]選取沿琴江干流自上游至下游河段順直、河岸穩(wěn)定、水流平緩、無急流湍灘且交通方便處依次布設(shè)際頭、吉祥、尖山、安流大橋、水寨大橋、華興大橋6 個(gè)監(jiān)測(cè)代表斷面（見圖1），取斷面土壤和水體樣本進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。際頭斷面位于河源市紫金縣南嶺鎮(zhèn)，接近琴江源頭，是琴江源頭河段代表斷面。吉祥、尖山、安流大橋、水寨大橋、華興大橋斷面依次位于梅州市五華縣的龍村鎮(zhèn)、梅林鎮(zhèn)、安流鎮(zhèn)、水寨鎮(zhèn)和五華縣城。其中，吉祥斷面位于河源、梅州兩市交界處，是琴江上游代表斷面。尖山斷面位于琴江中游，設(shè)有尖山水文站。尖山斷面形狀多年無變化，為琴江重要控制斷面，其水質(zhì)對(duì)琴江河流水質(zhì)具有較強(qiáng)代表性[11]。安流大橋、水寨大橋、華興大橋斷面位于琴江流經(jīng)下游的主要城鎮(zhèn)，是下游代表斷面。

圖1 韓江流域及琴江干流6個(gè)監(jiān)測(cè)代表斷面位置分布示意

2.2 樣品采集與監(jiān)測(cè)

本研究于2019 年豐水期（7 月）采集琴江干流6 個(gè)監(jiān)測(cè)代表斷面土壤和水體樣品。土壤樣品采用蛇形布點(diǎn)法取樣，用鐵锨在地層0～20cm 處取混合樣3kg，用四分法去掉多余土壤，各留下1kg土壤樣品，按照《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166-2004）[12]對(duì)鐵、錳進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。水體樣品按照《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL219-2013）[10]和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）[13]的要求進(jìn)行采樣和監(jiān)測(cè)分析。此外，根據(jù)2017～2019 年每年5～7 月琴江尖山斷面的水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果（見表2），分析豐水期琴江水體鐵、錳含量近年變化情況。

3.1 土壤和水體鐵、錳監(jiān)測(cè)分析

對(duì)2019 年豐水期（7 月）琴江6 個(gè)代表斷面土壤和水體中的鐵、錳進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析（見表1）可知6 個(gè)代表斷面土壤樣品鐵含量平均值為18.12mg/kg。 其中，水寨大橋斷面鐵含量最高，為26.20mg/kg ； 尖山斷面鐵含量最低，為12.30mg/kg ；6 個(gè)代表斷面土壤中鐵含量較為相近。錳含量平均值為49.60mg/kg，華興大橋斷面錳含量最高，為102.00 mg/kg ；尖山斷面錳含量最低，為15.50mg/kg ；6個(gè)代表斷面土壤中錳含量差異較大。6 個(gè)代表斷面水體樣品鐵含量平均值為1.05mg/L。其中，水寨大橋斷面鐵含量最高，為2.06mg/L ；際頭斷面鐵含量最低，為0.31mg/L，均超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）規(guī)定的鐵的限值（0.3mg/L）。 水體中錳含量平均值為0.05mg/L。其中，吉祥斷面的錳含量最高，為0.08mg/L；安流大橋斷面的錳含 量最低，為0.02mg/L，均未超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）規(guī)定的錳的限值（0.1mg/L）。

表1 2019年7月琴江6個(gè)代表斷面土壤和水體鐵、錳監(jiān)測(cè)分析結(jié)果

表2 2017～2019年5～7月琴江尖山斷面水體鐵、錳含量情況

由表2 可知，2017～2019 年5～7 月期間尖山斷面水體鐵平均含量分別為0.68mg/L、0.76mg/L、0.98mg/L，均超過0.3mg/L 的限值且有逐年上升的傾向；錳平均含量分別為0.12mg/L、0.15mg/L、0.10mg/L，略超過0.1mg/L 的限值但總體相對(duì)穩(wěn)定。2017～2019 年7 月尖山斷面水體鐵含量均接近于5～7 月平均含量，說明尖山斷面7 月水體鐵含量在豐水期內(nèi)具有一定代表性。

3.2 土壤和水體鐵、錳含量變化情況

分析6 個(gè)代表斷面土壤和水體中鐵、錳含量變化情況（見圖2、3）顯示：從琴江上游的際頭至下游的華興大橋斷面，土壤和水體鐵、錳含量均未呈現(xiàn)出自上游向下游持續(xù)升高或降低的趨勢(shì)。其中，水體鐵含量在琴江中下游的水寨大橋斷面達(dá)到最高；水體錳含量則較穩(wěn)定地保持在低水平。

圖2 琴江6個(gè)代表斷面土壤鐵、錳含量

圖3 琴江6個(gè)代表斷面水體鐵、錳含量

地表水中的鐵、錳金屬元素來源比較復(fù)雜。一般而言，造成水體鐵、錳含量超過標(biāo)準(zhǔn)限值的自然原因主要是河流經(jīng)過含鐵、錳等金屬離子較高的巖層、土壤后，水體溶解相當(dāng)數(shù)量的鐵、錳，造成本底值較高[14,15]。據(jù)梅州礦產(chǎn)局調(diào)查，梅州鐵、錳儲(chǔ)藏量居全省前列，土壤背景值偏高[11,16]，而且梅州地區(qū)酸雨較多[16]，土壤類型以赤紅壤為主，在高溫、高濕、高度風(fēng)化條件下，容易形成鐵氧化物和錳氧化物等次生礦物[17,18]。特別是在豐水期，琴江周邊巖石風(fēng)化后便會(huì)隨土壤經(jīng)雨水沖刷進(jìn)入琴江，當(dāng)河水的pH 值較低時(shí)則可能溶解更多環(huán)境中的鐵、錳等金屬。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，2002～2008 年琴江尖山斷面水體鐵、錳含量超標(biāo)率分別為65.9%和18.2%，鐵流失嚴(yán)重[19]；2004～2008 年梅江流域（含琴江及其下游梅江河段）水體鐵、錳污染等級(jí)分別為重污染、中污染[11]，且都提出與土壤鐵、錳天然背景值較高有關(guān)，建議加強(qiáng)流域水土流失管控。

鑒于土壤可能是琴江水體鐵、錳的主要天然來源，但目前尚未發(fā)現(xiàn)針對(duì)琴江沿岸土壤鐵、錳含量監(jiān)測(cè)的專門研究。本研究探索性地對(duì)6 個(gè)代表斷面土壤進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)斷面土壤類型、質(zhì)地各有不同，鐵、錳含量差異也較大，這反映了琴江干流上下游沿岸生態(tài)環(huán)境、土地開發(fā)利用狀況的不同。際頭斷面位于琴江源頭河段，基本上未受到直接污染和人類活動(dòng)影響，其水體鐵、錳含量較接近自然本底狀態(tài)，相較之下，其下游5個(gè)斷面水體鐵含量均明顯升高，水體錳含量大多也有不同程度升高，但6 個(gè)斷面水體鐵、錳含量并未呈現(xiàn)持續(xù)的沿河流累積效應(yīng)。推測(cè)琴江中下游水體鐵、錳含量受周邊環(huán)境因素影響較大，如位于水寨鎮(zhèn)中心區(qū)的水寨大橋斷面，該處水體受人群活動(dòng)和排污影響較大，周邊環(huán)境可能會(huì)向水體引入更多的鐵元素，使水體鐵含量明顯升高。

3.3 土壤對(duì)水體鐵、錳影響分析

圖4 琴江6個(gè)代表斷面土壤和水體鐵含量對(duì)比

通過進(jìn)一步對(duì)比分析豐水期6 個(gè)斷面土壤和水體鐵、錳含量（見圖4、5），未發(fā)現(xiàn)斷面土壤鐵、錳含量與水體鐵、錳含量存在明顯相關(guān)趨勢(shì)。初步推測(cè)，豐水期琴江土壤鐵、錳含量對(duì)水體鐵、錳的影響較為復(fù)雜，在周邊水土流失、底泥累積、支流匯入、水雨情等因素綜合作用下，斷面土壤鐵、錳含量對(duì)水體鐵、錳含量的影響并不能直接、顯著體現(xiàn)。除自然環(huán)境因素外，琴江沿岸生產(chǎn)生活等排放的廢污水也可能會(huì)額外引入鐵、錳等各類金屬。紫金及五華縣礦產(chǎn)資源較豐富，地區(qū)采礦業(yè)及鋼鐵、電解錳等工業(yè)企業(yè)易使各類礦物釋放入水土，增加水體鐵、錳含量。由于本研究目前未能全面監(jiān)測(cè)、綜合分析干流河床底泥、支流水體、酸雨降水、工礦業(yè)污染源分布、生產(chǎn)排污等情況，尚難推斷水體鐵、錳的主要來源是原生地質(zhì)環(huán)境還是環(huán)境污染等因素造成?，F(xiàn)階段研究暫未發(fā)現(xiàn)豐水期琴江土壤鐵、錳與水體鐵、錳存在相關(guān)性，土壤對(duì)水體鐵、錳的具體影響方式不明，深入的來源分析和影響作用研究有待后續(xù)開展。

圖5 琴江6個(gè)代表斷面土壤和水體錳含量對(duì)比

3.4 土壤和水體鐵、錳對(duì)用水安全影響評(píng)價(jià)

通過監(jiān)測(cè)分析2019 年豐水期（7 月）琴江干流6 個(gè)代表斷面土壤和水體鐵、錳2 個(gè)項(xiàng)目，未發(fā)現(xiàn)土壤鐵、錳對(duì)水體鐵、錳含量有明顯影響。6個(gè)代表斷面水體錳含量均低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）規(guī)定的限值0.1mg/L ；較長(zhǎng)期來看，2017～2019 年5～7 月尖山斷面水體錳含量也僅在小幅度變化中輕微超過限值，初步認(rèn)為琴江水體中錳對(duì)用水安全影響較小。6 個(gè)代表斷面水體鐵含量均超過0.3mg/L 的限值，特別是水寨大橋斷面水體鐵含量超限近6 倍，情況最為嚴(yán)重，且2017～2019 年5～7 月對(duì)尖山斷面水體監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示鐵普遍超限且平均含量呈逐年上升趨勢(shì)。因此，本研究綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為琴江干流水體中超過限值的鐵可能會(huì)對(duì)用水安全產(chǎn)生不良影響，需引起重視。建議在琴江流域通過采取防治水土流失、提高治污能力[11,19]、完善水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警[16]等方式進(jìn)行源頭治理，并輔以活性炭吸附等經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便型末端處理方式[14,20,21]，去除琴江水體中過量的鐵，保障流域用水安全。

（1）2019 年豐水期（7 月），琴江6 個(gè)代表斷面土壤鐵含量較為接近，平均值為18.10mg/kg ；錳含量差異較大，平均值為49.60mg/kg。

（2）2019 年豐水期（7 月），琴江6 個(gè)代表斷面水體鐵和錳含量平均值分別為1.05mg/L 和0.05mg/L。6 個(gè)代表斷面水體鐵含量均超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）規(guī)定的0.3mg/L的限值。6 個(gè)代表斷面中錳含量均低于0.1mg/L 的限值。土壤和水體鐵、錳含量均未呈現(xiàn)出自上游向下游持續(xù)升高或降低的趨勢(shì)。

（3）2017～2019 年豐水期（5～7 月），琴江尖山斷面水體鐵含量均超過0.3mg/L 的限值，且平均含量呈逐年上升趨勢(shì)；錳含量輕微超過0.1mg/L 的限值，但總體相對(duì)穩(wěn)定。

（4）2019 年豐水期（7 月），未發(fā)現(xiàn)琴江6 個(gè)代表斷面土壤鐵、錳含量與水體鐵、錳含量存在明顯相關(guān)趨勢(shì)。土壤對(duì)水體鐵、錳的具體影響方式暫不明確。

（5）本研究綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為琴江土壤和水體中的錳對(duì)用水安全影響較小，但鐵可能會(huì)產(chǎn)生不良影響。建議采取防治水土流失等源頭治理措施，輔以活性炭吸附等末端處理措施去除水體中過量的鐵，保障流域用水安全。