高新沙庫(kù)區(qū)土壤重金屬浸出特性及其對(duì)水質(zhì)安全的影響

陳錦帆， 周耀強(qiáng)， 金軍， 黃飛， 潘艷， 黨志， 盧桂寧*

(1. 華南理工大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院工業(yè)聚集區(qū)污染控制與生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣州 510006； 2. 廣東粵海珠三角供水有限公司， 廣州 511455； 3. 廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 廣州 510006)

隨著工業(yè)化進(jìn)程與城市化進(jìn)程的推進(jìn)，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展區(qū)土壤可能受到不同程度的重金屬污染，造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化[1-2]，且由于土壤重金屬污染具有隱蔽性，易引起人們的忽視，隨著近年來(lái)人體健康安全問(wèn)題的日益突出才逐漸被重視起來(lái)[3-4]。由于重金屬在水土兩相之間存在吸附解吸與遷移轉(zhuǎn)化的過(guò)程，而可交換態(tài)與碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬的遷移性與生物毒性較高，威脅人類健康[5-6]。因此，針對(duì)重金屬液相浸提的研究可提供必需的基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)，具備重要的意義。

針對(duì)城市水庫(kù)工程，研究其區(qū)域內(nèi)重金屬固液兩相遷移過(guò)程尤為重要，需重點(diǎn)關(guān)注重金屬在兩相之間的可溶出量，以保證水庫(kù)水質(zhì)的安全性。水庫(kù)水質(zhì)的安全性已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注[7-8]，該類研究多集中于土壤背景濃度調(diào)查[9]、水質(zhì)浸提濃度分析[10]以及風(fēng)險(xiǎn)模型評(píng)價(jià)[11]等方面。劉敏等[12]以峰峰礦區(qū)礦井水污灌區(qū)作為研究對(duì)象，分析區(qū)域內(nèi)重金屬的分布特征，并通過(guò)正定矩陣因子分析手段進(jìn)行源解析，最終判定該區(qū)域內(nèi)重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)屬于低風(fēng)險(xiǎn)水平。Zahra等[13]通過(guò)分析Rawal湖水庫(kù)沉積物的重金屬含量，并進(jìn)行污染模型評(píng)估與源解析，呈現(xiàn)該地區(qū)的重金屬積累速率特征與污染溯源特征。珠江三角洲水資源配置工程作為國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的重要水資源配置工程，其工程項(xiàng)目擬新建的高新沙水庫(kù)屬于關(guān)鍵交水水庫(kù)。根據(jù)前期調(diào)研，庫(kù)區(qū)及周邊土壤存在不同程度的重金屬污染問(wèn)題，這勢(shì)必會(huì)對(duì)新建庫(kù)區(qū)水體造成潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。因此，針對(duì)關(guān)鍵交水水庫(kù)土壤的重金屬遷移轉(zhuǎn)化特征與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究，環(huán)境意義十分重大。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者側(cè)重于關(guān)注工程建成后的污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，一定程度上忽略了工程前期的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)測(cè)?，F(xiàn)將時(shí)間維度拓寬至工程建設(shè)前期，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)測(cè)，以便及時(shí)部署水庫(kù)建設(shè)過(guò)程與水庫(kù)運(yùn)行后所需采取的防控策略。一方面，測(cè)定庫(kù)區(qū)土壤樣品重金屬濃度及其浸提影響因素，并結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)分析進(jìn)行水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，判定水質(zhì)污染等級(jí)；另一方面，建立吸附-解吸理論模型對(duì)水庫(kù)水質(zhì)進(jìn)行模擬演算，預(yù)測(cè)水庫(kù)實(shí)際運(yùn)行中水質(zhì)是否可以達(dá)到安全供水的要求，為實(shí)際水庫(kù)的運(yùn)行提供理論支撐。在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系中，創(chuàng)新性地結(jié)合吸附-解吸理論模型進(jìn)行模擬演算與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，為重金屬風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與前處理

依據(jù)前期土壤背景調(diào)查，選取以下9個(gè)典型污染點(diǎn)位，包括表層土壤采樣點(diǎn)(土壤深度≤50 cm)，標(biāo)記為S1、S2、S3、S4、S5，與深層土壤采樣點(diǎn)(土壤深度>50 cm)，標(biāo)記為D1、D2、D3、D4。各采樣點(diǎn)位分布如圖1所示。樣品采集后進(jìn)行自然風(fēng)干、研磨以及過(guò)篩(100目)處理，再進(jìn)行后續(xù)研究。

圖1 庫(kù)區(qū)采樣點(diǎn)位圖Fig.1 Sampling points bitmap in the reservoir area

1.2 探究方案與分析

1.2.1 土壤背景調(diào)查

根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 166—2004)的相關(guān)規(guī)定，對(duì)9個(gè)采樣點(diǎn)的土壤樣品進(jìn)行四酸法消解，再過(guò)膜檢測(cè)。

1.2.2 浸提特性探究

(1)浸提動(dòng)力學(xué)特性探究。選擇S1號(hào)采樣點(diǎn)位的土壤樣品，以去離子水作為浸提液，控制水土比為2∶1(體積與質(zhì)量比)，進(jìn)行固液混合，不同時(shí)間梯度的搖床震蕩，定時(shí)取上清液，離心，過(guò)膜檢測(cè)，結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析，探究浸提時(shí)間與重金屬吸附-解吸的統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)性。

(2)解吸平衡特性探究。選擇S2、S3、S4、S5、D1、D2、D3以及D4號(hào)采樣點(diǎn)位的土壤樣品，以去離子水、pH5.6的硝酸以及pH4.5的硝酸作為浸提液，根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 166—2004)的相關(guān)規(guī)定，控制水土比為2∶1，酸土比為10∶1，進(jìn)行固液混合，搖床震蕩2 d，取上清液，離心，過(guò)膜檢測(cè)，結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析，探究浸提pH與重金屬吸附-解吸的統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)性。

1.2.3 檢測(cè)分析與數(shù)據(jù)處理

檢測(cè)分析通過(guò)電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)進(jìn)行重金屬元素含量測(cè)定；分析中所用試劑均為優(yōu)級(jí)純或分析純。采用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件與Origin數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)浸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括單樣本t檢驗(yàn)、單因素方差分析(ANOVA方差檢驗(yàn))以及多因素方差分析等。

1.3 浸提液水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采用單因子污染指數(shù)模型[9，14]與內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)模型[15-16]對(duì)目標(biāo)水體進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，兩種方法相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)考慮了區(qū)域內(nèi)的主要污染因子的影響，以及將主要污染因子與整體區(qū)域的污染程度相結(jié)合，能較全面地反映目標(biāo)區(qū)域水體中重金屬的總體污染情況。

1.3.1 單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法是以水體元素背景值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)評(píng)價(jià)重金屬元素的累積污染程度，是中國(guó)通用的一種評(píng)價(jià)方法。適用于單一因子污染特定區(qū)域的評(píng)價(jià)，多用作其他綜合評(píng)價(jià)模型的基礎(chǔ)，以及判定區(qū)域內(nèi)的主要污染因素。單因子污染指數(shù)法的數(shù)學(xué)模型表達(dá)式為

(1)

式(1)中：Pi為重金屬元素i的單因子污染指數(shù)；Ci為重金屬元素i的在浸提液中的實(shí)際檢測(cè)濃度，mg/L；Si為重金屬元素i的生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，mg/L。

1.3.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

該方法在一定程度上綜合應(yīng)用了單因子污染指數(shù)法，并對(duì)目標(biāo)水體區(qū)域進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，突出了高濃度重金屬污染元素對(duì)水體環(huán)境質(zhì)量的影響，考慮了污染較重的因子的權(quán)重，能綜合反映多種污染元素對(duì)水體環(huán)境的作用，同時(shí)較全面地反映水體中重金屬的總體質(zhì)量。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法的數(shù)學(xué)模型表達(dá)式為

(2)

式(2)中：I為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；Pi，ave為所有重金屬元素的單因子污染指數(shù)的平均值；Pi，max為所有重金屬元素的單因子污染指數(shù)中的最大值。

1.4 動(dòng)力學(xué)吸附-解吸簡(jiǎn)化理論模型

建立相應(yīng)的吸附-解吸理論模型并進(jìn)行理論演算，可以從理論計(jì)算層面上獲得水體浸出的重金屬濃度，這有利于對(duì)水庫(kù)兩相界面的重金屬浸出狀態(tài)提供理論支撐。

重金屬在淹水土壤釋放的過(guò)程涉及物理、化學(xué)過(guò)程以及生物化學(xué)過(guò)程，包括顆粒懸浮、鹽分溶解、水體擴(kuò)散、生物吸收以及吸附解吸等多種行為[17-18]。模型計(jì)算包含以下幾項(xiàng)假設(shè)。

(1)進(jìn)水流量與出水流量保持相對(duì)恒定。

(2)進(jìn)水重金屬濃度可忽略，出水濃度與水庫(kù)水體濃度保持相對(duì)恒定。

(3)水庫(kù)水體不存在重金屬濃度梯度，即擴(kuò)散瞬間達(dá)平衡。

考慮到該吸附-解吸過(guò)程屬于工程應(yīng)用背景，故將理論模型的系數(shù)進(jìn)行半經(jīng)驗(yàn)式簡(jiǎn)化處理。根據(jù)去離子水浸提的水土比例進(jìn)行演算，代入最高消解濃度值(解吸平衡探究土樣)與生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)或地表水II類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中較嚴(yán)格的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，計(jì)算臨界液體體積，計(jì)算公式為

ktkdCs，maxMs=VminCstd

(3)

通過(guò)浸出特性探究數(shù)據(jù)計(jì)算吸附-解吸系數(shù)kt與kd，計(jì)算公式分別為

(4)

(5)

式(5)中：kt為吸附-解吸熱力學(xué)系數(shù)；kd為吸附-解吸動(dòng)力學(xué)系數(shù)；Cstd為生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)或地表水II類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)限值，mg/L；Vmin為水質(zhì)達(dá)標(biāo)所需液體體積的最小值，m3；Cs，max為土樣背景值調(diào)查中測(cè)定的最高重金屬濃度，mg/kg；Ms為代入計(jì)算的水庫(kù)庫(kù)底土樣質(zhì)量，取土壤深度d=1.0 m，kg；ms1為土壤樣品中可浸出的總金屬總量，即浸提特性探究中重金屬的浸出量，kg；ms2為土壤樣品中所含的重金屬總量，即土壤背景值調(diào)查中重金屬的浸出量，kg；ms為土樣消解所添加的土樣質(zhì)量，kg；Cw為浸提特性探究中的平均重金屬濃度，mg/L；Vw為浸提特性探究中的浸提液體積，m3；t1為水庫(kù)運(yùn)行設(shè)定的水力停留時(shí)間，d；t2為浸提探究中設(shè)定的浸提時(shí)間，d。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤背景值與浸提動(dòng)力學(xué)分析

依據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—2018)規(guī)劃的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，將土樣重金屬含量與土壤標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行對(duì)比，如圖2所示。

結(jié)果表明，不同采樣點(diǎn)位的重金屬土壤背景值均存在不同程度的超標(biāo)現(xiàn)象，這與前期的土壤背景調(diào)查結(jié)果相吻合，說(shuō)明了浸提動(dòng)力學(xué)探究的必要性，也驗(yàn)證了研究中土樣點(diǎn)位選取的可代表性。

依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2022)規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)限值，將浸提數(shù)據(jù)與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析，獲得區(qū)域內(nèi)各重金屬元素浸出數(shù)據(jù)的總體統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，將兩部分浸提數(shù)據(jù)匯總并統(tǒng)計(jì)于表1，將不同浸提液分組對(duì)應(yīng)重金屬浸出濃度分組呈現(xiàn)于圖3，Cwater、CpH5.6、CpH4.5分別對(duì)應(yīng)浸提液為去離子水、pH5.6硝酸以及pH4.5硝酸的分組。

結(jié)果表明，除鎳元素輕微超標(biāo)外，銅、鋅、鎘、鉛、汞以及砷元素的浸提濃度均未超過(guò)生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)限值，浸提液的整體重金屬含量較低，表明該區(qū)域水土兩相界面的水質(zhì)處于相對(duì)安全的狀態(tài)，但仍需進(jìn)行進(jìn)一步的理論演算才可得出相對(duì)全面的結(jié)論。即使土壤重金屬值存在部分超標(biāo)的現(xiàn)象，但水體重金屬的浸出濃度保持較低數(shù)值，表明一定程度上土壤背景值與水體浸出濃度并不具有數(shù)值相關(guān)性，這也與文獻(xiàn)調(diào)研[19-20]的數(shù)據(jù)相吻合。

圖2 不同采樣點(diǎn)位重金屬含量Fig.2 Heavy metal content at different sampling points

表1 區(qū)域內(nèi)各重金屬浸出濃度數(shù)據(jù)的總體統(tǒng)計(jì)學(xué)特征Table 1 The statistical characteristics of the leaching concentration data of heavy metal in the area

2.2 水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2022)，將浸提數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，結(jié)果如表2所示。

單因子污染指數(shù)計(jì)算結(jié)果表明，目標(biāo)區(qū)域內(nèi)水質(zhì)受鎳元素的影響較大，鎳元素的單因子污染指數(shù)為2.11，處于輕度污染水平；其余重金屬元素的單因子污染指數(shù)均遠(yuǎn)小于1，銅、鋅、鎘、鉛、汞以及砷元素含量均處于無(wú)污染水平。

圖3 不同浸提液對(duì)應(yīng)的重金屬浸出濃度與標(biāo)準(zhǔn)限值Fig.3 The leaching concentration of heavy metals corresponding to different leaching solutions and standard limits

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計(jì)算結(jié)果表明，目標(biāo)區(qū)域的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為1.52，屬于輕度污染級(jí)別，區(qū)域可能存在一定的水體污染風(fēng)險(xiǎn)。若將鎳元素的測(cè)定數(shù)據(jù)剔除并重新進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，得到的新的綜合污染指數(shù)結(jié)果為0.22，屬于清潔無(wú)污染級(jí)別，表明該區(qū)域水土兩相界面的水質(zhì)污染主要是由鎳元素引起的。

綜上所述，區(qū)域內(nèi)存在一定的水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)，鎳元素可能為影響該區(qū)域相界面水質(zhì)的主要污染因子。但鎳元素的測(cè)定數(shù)據(jù)存在較大誤差，對(duì)均值與標(biāo)準(zhǔn)差依賴性較大的模型計(jì)算以及后續(xù)的假設(shè)檢驗(yàn)分析均會(huì)存在失真的可能性，可能導(dǎo)致其污染指數(shù)的評(píng)估準(zhǔn)確率的降低。因此，需進(jìn)行進(jìn)一步的探究驗(yàn)證或理論模型演算才可得出相對(duì)全面的結(jié)論。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果討論

運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件與Origin數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)浸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過(guò)單樣本t檢驗(yàn)、單因素方差分析(ANOVA方差檢驗(yàn))以及多因素方差分析，判定目標(biāo)區(qū)域水土兩相界面的水質(zhì)是否超標(biāo)，同時(shí)判斷各影響因子對(duì)浸提液重金屬含量的浸出是否存在影響[21]。

2.3.1 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)限值的超標(biāo)判定

依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2022)，將飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值設(shè)置為待檢驗(yàn)的t值，設(shè)定顯著性水平α=0.05，對(duì)整體浸提數(shù)據(jù)進(jìn)行單側(cè)t檢驗(yàn)。

結(jié)果表明，鎳元素輕微超過(guò)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，存在造成水質(zhì)一定污染風(fēng)險(xiǎn)的可能性。除鎳元素外，砷、鎘、銅、汞、鉛以及鋅元素的濃度均未超過(guò)生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，浸提液的整體重金屬含量較低，表明該區(qū)域水土兩相界面的水質(zhì)處于相對(duì)安全的狀態(tài)。

2.3.2 浸提影響因素的探究

1)浸提時(shí)間尺度對(duì)浸提液濃度的影響

對(duì)動(dòng)力學(xué)浸提探究的數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA單因素方差分析，檢驗(yàn)實(shí)際浸提時(shí)間對(duì)浸出濃度的影響，將浸提時(shí)間劃分為分鐘尺度(<1 h)、小時(shí)尺度(1～24 h)以及天數(shù)尺度(>24 h)，設(shè)定顯著性水平α=0.05，進(jìn)行雙側(cè)檢驗(yàn)。

結(jié)果表明，鉻元素與銅元素的浸出濃度與浸提時(shí)間呈現(xiàn)顯著相關(guān)，但其作用效果不明顯，浸出濃度的變化范圍小于0.07 mg/L，在宏觀尺度上仍保持相對(duì)穩(wěn)定。而砷、鎘、汞、鎳、鉛、鋅這6種元素的浸出濃度與浸提時(shí)間不存在顯著性差異，表明在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上，這6種重金屬元素的浸出濃度變化是由于隨機(jī)誤差所引起的。

2)土壤pH與浸提液pH對(duì)浸提濃度的影響

對(duì)浸提解吸平衡探究的數(shù)據(jù)進(jìn)行多因素方差分析，檢驗(yàn)浸提液pH、土壤pH以及二者的交互效應(yīng)對(duì)浸出濃度的影響，將浸提液pH與土壤pH分別設(shè)定為固定因子與隨機(jī)因子，設(shè)定顯著性水平α=0.05，進(jìn)行雙側(cè)檢驗(yàn)。

由于汞元素的檢測(cè)數(shù)據(jù)均低于儀器檢測(cè)限，故不對(duì)汞元素進(jìn)行計(jì)算。此外，由于鉻、銅、鎳以及鋅元素的交互效應(yīng)顯著性水平均大于0.05，因此，對(duì)砷、鎘、鉛這3種重金屬元素進(jìn)行全因子方差分析，針對(duì)鉻、銅、鎳、鋅這4種重金屬元素僅進(jìn)行主效應(yīng)方差分析。由殘差分析圖(圖4)可得，各元素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)分布均在±3以內(nèi)，僅有極少數(shù)點(diǎn)位于范圍之外，故該研究中的數(shù)據(jù)源滿足正態(tài)檢驗(yàn)和方差齊性，方差分析模型在本研究中是適用的。

結(jié)果表明，對(duì)于砷、鎘、鉛這3種重金屬元素，土壤pH會(huì)與浸提液pH產(chǎn)生交互效應(yīng)進(jìn)而影響重金屬元素的浸出濃度。對(duì)于銅、鎳這2種重金屬元素，土壤pH與浸提液pH均會(huì)影響水土界面的重金屬濃度浸出，但二者并不存在交互作用。此外，鉻元素的浸出濃度僅與浸提液pH呈顯著相關(guān)，而與土壤pH不相關(guān)；鋅元素的浸出濃度僅與土壤pH呈顯著相關(guān)，而與浸提液pH不相關(guān)。

表2 高新沙區(qū)域污染指數(shù)統(tǒng)計(jì)模型Table 2 Statistical model of pollution index in Gaoxinsha region

圖4 元素典型殘差分析圖Fig.4 Typical residual analysis diagram of elements

綜上所述，水土兩相界面的pH對(duì)8種重金屬的浸出濃度均存在顯著的影響，這可能是由于pH會(huì)影響水土兩相界面的質(zhì)子活度，使重金屬元素在土壤中的結(jié)合態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，不同結(jié)合態(tài)的吸附能也不同，進(jìn)而影響其在兩相界面的浸出濃度[22-24]；但各元素直接關(guān)聯(lián)的因素有所區(qū)別，部分元素可能與土壤pH聯(lián)系更加緊密，其他元素可能與浸提液pH聯(lián)系更加緊密，或與二者的交互效應(yīng)存在關(guān)聯(lián)，其具體的作用原理有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.4 理論模型演算

根據(jù)項(xiàng)目開(kāi)題報(bào)告與文獻(xiàn)調(diào)研，將高新沙水庫(kù)地區(qū)土壤的基本理化性質(zhì)列于表3。

表3 水庫(kù)區(qū)域理化性質(zhì)匯總表Table 3 Summary of physical and chemical properties of reservoir area

圖5 各重金屬元素臨界庫(kù)容Fig.5 Critical volume of heavy metal

表4 浸提濃度與極限水力停留時(shí)間的模擬演算Table 4 Simulation calculation of extraction concentration and limit hydraulic retention time

從理論演算層面上，模擬去離子水浸提深度1.0 m的實(shí)際土層，保持8種重金屬元素均低于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2022)以及《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅱ類水的標(biāo)準(zhǔn)限值，所需的臨界庫(kù)容(222.7×104m3)遠(yuǎn)小于高新沙水庫(kù)庫(kù)容(529.4×104m3)；在模擬實(shí)際水庫(kù)運(yùn)行的情況下，各重金屬元素的水體浸出濃度均遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值，元素超標(biāo)所需的極限水力停留時(shí)間均遠(yuǎn)大于實(shí)際設(shè)計(jì)停留時(shí)間，表明在實(shí)際運(yùn)行中水庫(kù)水質(zhì)可以保持在安全限值以內(nèi)。地處廣東省內(nèi)的新豐江水庫(kù)[19]與鶴地水庫(kù)[20]，其區(qū)域內(nèi)土壤背景值均出現(xiàn)不同程度的重金屬超標(biāo)現(xiàn)象，其超標(biāo)倍數(shù)達(dá)到本文研究中的幾倍以上，但其水庫(kù)水質(zhì)在實(shí)際運(yùn)行中依然保持在安全限值以內(nèi)，低于生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)限值甚至地表水I類水標(biāo)準(zhǔn)限值，這側(cè)面驗(yàn)證了所采用的模型演算結(jié)果的可代表性。

3 結(jié)論

(1)研究區(qū)域銅、鎘、鉛、汞以及砷元素的土壤背景值超過(guò)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)，但庫(kù)區(qū)土壤浸出液除了鎳元素存在輕微超過(guò)生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外，砷、鎘、銅、汞、鉛以及鋅重金屬均未超標(biāo)，處于無(wú)污染水平。

(2)在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上，實(shí)際浸出時(shí)間對(duì)重金屬銅與鉻的浸出存在細(xì)微的影響；而兩相界面的pH對(duì)8種重金屬的浸出均存在顯著影響。

(3)在模擬實(shí)際水庫(kù)運(yùn)行的情況下，各重金屬的浸出濃度均低于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2022)以及《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)限值，表明水庫(kù)水質(zhì)在實(shí)際運(yùn)行中可以達(dá)到安全供水的要求。

創(chuàng)新性地以“實(shí)地土壤調(diào)查-浸提動(dòng)力學(xué)探究-水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)-因素統(tǒng)計(jì)分析-模型模擬計(jì)算”建立研究體系，為實(shí)際水庫(kù)建造與運(yùn)行提供理論支撐，為水土界面的重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供新的思路。