松滋河河口段泥沙特征及潛在生態(tài)風(fēng)險評價

徐會顯 江小青 姜 軍

(長江水利委員會 河湖保護(hù)與建安中心，湖北 武漢 430010)

荊南三河是荊江與洞庭湖水沙連接的重要通道,松滋河是荊南三河地區(qū)河道最長、分流量最大的支流。松滋河在大口段分東西兩支，西支流經(jīng)新江口，東支流經(jīng)沙道觀。受降雨、水文特征、人類活動等因素綜合影響，荊南三河口斷流天數(shù)總體呈增加趨勢[1]。有學(xué)者研究了1995—2016年長江荊南三河口水系結(jié)構(gòu)演變狀況，發(fā)現(xiàn)松滋河支流結(jié)構(gòu)衰減最為突出，水系復(fù)雜度趨于簡化，水沙時空輸移發(fā)生了改變。松滋河口門崩岸產(chǎn)生的泥沙不斷輸移至寬淺分叉河段沉積，加快了河道淤積[2]，使河口段淤沙情況較為普遍。

長江荊江段歷來是長江中游航道維護(hù)疏浚的重點地區(qū)，根據(jù)2019年《長江泥沙公報》，長江干流疏浚砂利用總量約4205萬t，其中宜昌以下河道疏浚砂利用量約4157萬t。松滋河是荊南三河中唯一的通航河道，近年來，松滋河段航道整治工程及航道疏浚砂試點工作也在逐漸探索及開展中。泥沙特征是影響泥沙資源化利用的重要因素之一，泥沙污染物含量及生態(tài)風(fēng)險評價是開展資源化利用的必要依據(jù)。一些學(xué)者對荊江干流泥沙以及航道疏浚土開展了相關(guān)研究[3-5]，主要在多污染物優(yōu)先控制篩選、疏浚土潛在健康風(fēng)險等方面，指出荊江航道太平口底泥存在砷和鎘污染風(fēng)險。但對荊南三河單個河流的泥沙理化特性研究較少，松滋河河口段泥沙相關(guān)研究尚在起步階段。

因此，本文以松滋河河口段為研究對象，結(jié)合2019年5月實地勘測資料，分析了區(qū)域泥沙特征，并對潛在生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行了評價，以期為地區(qū)泥沙資源化利用等方面提供參考借鑒。

1 材料與方法

1.1 樣品采集及處理

對松滋河河口段8個斷面表層0.5～1.0m的土質(zhì)采用挖斗式取樣，具體參照《河床組成勘測調(diào)查技術(shù)與實踐》[6]，采樣位置點見圖1。采集的泥沙樣品經(jīng)過風(fēng)干處理，先進(jìn)行物理分析，經(jīng)研磨、過篩并混合均勻后再進(jìn)行化學(xué)分析。

圖1 松滋河采樣位置點

1.2 研究指標(biāo)和分析方法

研究指標(biāo)主要為物理指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)。其中物理指標(biāo)為泥沙顆粒粒徑，化學(xué)指標(biāo)包括泥沙化學(xué)組分、重金屬含量。本研究選取鎘(Cd)、鉛(Pb)、砷(As)、鉻(Cr)、汞(Hg)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎳(Ni)作為重金屬主要污染指標(biāo)。

泥沙顆粒粒徑分析采用激光分析法，化學(xué)組分分析采用X射線熒光光譜儀測定，Cd、Pb、Cu、Zn、Ni含量采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀測定，As和Hg含量采用原子熒光光譜儀測定，Cr含量采用X射線熒光光譜儀測定。

1.3 評價方法

潛在生態(tài)風(fēng)險評價采用應(yīng)用比較廣泛的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法，該方法既可反映單個污染物的影響，也可反映全部污染物的綜合影響。其評價公式[7]為

(1)

RI=∑Eri

(2)

式中：Csi為重金屬實測濃度，mg/kg；Cni為背景值(選取枯水期長江干流沉積物中重金屬背景值[8])；Eri為單因子潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)；Tri為不同污染物生物毒性響應(yīng)系數(shù)，采用Hakanson標(biāo)準(zhǔn)化重金屬生物毒性響應(yīng)系數(shù)作為評價依據(jù)，Hg、Cd、As、Ni、Cu、Pb、Cr和Zn分別取40、30、10、5、5、5、2和1；RI為多污染物綜合潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 泥沙顆粒粒徑

按照《河流泥沙顆粒分析規(guī)程》(SL 42—2010)[9]，泥沙可以分為黏粒、粉砂、砂粒、礫石、卵石、漂石6類，其中黏粒、粉砂屬泥類，砂粒屬砂類，礫石、卵石、漂石屬石類(粒徑小于0.062mm的顆粒為泥類，0.062～2.000mm為砂類，粒徑大于2.000mm的顆粒為石類)。按照河段劃分，松滋河口至大口、松滋大口至新江口以及松滋大口至沙道觀泥沙粒徑特征存在一定的差異，見表1、表2。由表1可看出，從松滋河口至大口段，泥沙粒徑總體呈增加趨勢，在大口段(松12和松101)泥沙總體為中細(xì)砂，粒徑在0.250～0.500mm居多，占比達(dá)66.8%～78.1%。此外，大口下游河段D50、平均粒徑均高于大口上游河段，總體符合河流沖刷規(guī)律。由表2可看出，泥類主要集中在松滋河口至大口段，含量達(dá)38.51%；松滋河大口至新江口和沙道觀絕大多數(shù)為砂類，占比可達(dá)94.00%左右，含泥量僅為6.60%和5.68%。

表1 不同斷面泥沙顆粒粒徑特征

表2 不同河段泥沙粒徑特征和百分比

2.2 泥沙化學(xué)組分

泥沙化學(xué)組分基本為SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O，與一般陸地表層土壤差異不大，與一般航道疏浚泥沙成分類似。各化學(xué)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)見圖2，由圖2可以看出，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為63.68%，其次是CaO和Al2O3，分別為6.96%和6.74%。

圖2 各化學(xué)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.3 重金屬含量

對泥沙樣品中Cd、Pb、As、Cr、Hg、Cu、Zn、Ni等指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)果見表3，由表3可知，松滋河Cr含量為53.60μg/g，Zn含量為57.70μg/g，Pb含量為16.20μg/g，Ni含量為20.37μg/g，As含量為5.65μg/g。與《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)中各污染物的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值(pH>7.5)和風(fēng)險管制值(pH>7.5)對比，均低于風(fēng)險篩選值A(chǔ)值，遠(yuǎn)低于風(fēng)險管制值B值。與1992年枯水期長江沉積物中重金屬監(jiān)測值相比，松滋河均低于長江沉積物背景值中最高值含量，說明松滋河河口段重金屬含量總體在可控范圍。

表3 泥沙重金屬含量 單位：μg/g

2.4 潛在生態(tài)風(fēng)險評價

松滋河泥沙潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果見表4，從單個污染物來看，Eri值均小于40，其中Cd的Eri值相對較高，為25.37，說明生態(tài)風(fēng)險均處于較低水平；與2007年長江表層沉積物調(diào)查值相比，除Ni外，其余指標(biāo)均低于長江對比值。潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)(RI)綜合反映了泥沙中As、Hg、Cu、Zn、Cd、Pb、Cr和Ni的污染水平及潛在生態(tài)危害性，經(jīng)計算，RI為58.59。根據(jù)生態(tài)風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)(見表5)可知，松滋河泥沙屬于低污染，具有較低的潛在風(fēng)險，符合農(nóng)用地土壤風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)，可以用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)等其他用途。

表4 松滋河表層泥沙潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果

表5 生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)及分級

3 結(jié) 語

本文以松滋河河口段為例，分析研究了區(qū)域泥沙特征及重金屬含量，探究了泥沙潛在生態(tài)風(fēng)險。研究發(fā)現(xiàn)河口段泥沙粒徑主要以中細(xì)砂為主，粒徑總體介于0.250～0.500mm之間。從泥沙特征來看，松滋河河口至大口段泥類含量較多，達(dá)38.51%，大口以下至新江口和沙道觀段絕大多數(shù)為砂類，含量可達(dá)94.00%左右；從化學(xué)成分來看，SiO2含量最高，為63.68%，其次是CaO和Al2O3，分別為6.96%和6.74%；從重金屬含量來看，河口段重金屬指標(biāo)值均低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險篩選值和風(fēng)險管制值，重金屬含量總體在可控范圍。對其進(jìn)行進(jìn)一步潛在生態(tài)風(fēng)險評價研究，結(jié)果表明潛在生態(tài)風(fēng)險較低，研究結(jié)果可為 松滋河河口區(qū)域泥沙特征研究提供一定的參考，后續(xù)可進(jìn)一步加強河口區(qū)泥沙資源化利用等相關(guān)研究。