生態(tài)清淤污染底泥調(diào)查及風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)方法

呂廣闊LV Guang-kuo；徐吉平XU Ji-ping；李志豪LI Zhi-hao

（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，鄭州 450016）

1 緒論

2015年4月，國(guó)務(wù)院公布《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（“水十條”），要求各級(jí)地方人民政府制定并公布水污染防治工作方案，要求全面整治改善水環(huán)境[1]。在水環(huán)境綜合治理技術(shù)體系中，“控源截污，內(nèi)源治理”是最為核心的步驟[2]，生態(tài)清淤因具有疏挖深度小、對(duì)底泥擾動(dòng)小、二次污染小等優(yōu)點(diǎn)在內(nèi)源污染控制技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用，已先后在太湖、滇池、巢湖等河湖內(nèi)源治理中得到應(yīng)用[3]。清淤深度及范圍作為生態(tài)清淤的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)生態(tài)清淤的效果的有著重要的作用[4]。清淤過(guò)淺達(dá)不到有效去除污染物質(zhì)的目的，而清淤過(guò)度又會(huì)破壞性地改變湖底形態(tài)，影響底棲生態(tài)環(huán)境和清淤后的生態(tài)修復(fù)[5]，因此在底泥清淤前需開(kāi)展前期工作調(diào)查及污染底泥評(píng)價(jià)工作，這對(duì)科學(xué)準(zhǔn)確地掌握底泥污染狀況，合理設(shè)計(jì)底泥清淤深度及范圍提供參考。

2 底泥調(diào)查方法

底泥調(diào)查與污染評(píng)價(jià)共分為4個(gè)階段，即“資料準(zhǔn)備”、“采樣點(diǎn)布設(shè)”、“樣品分析”、“底泥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)”。其中“資料準(zhǔn)備”是底泥調(diào)查的前提?！安蓸狱c(diǎn)布設(shè)”要從整體合理性出發(fā)，采樣點(diǎn)具有目標(biāo)可達(dá)性、代表性、經(jīng)濟(jì)性?！皹悠贩治觥笔菍?duì)底泥進(jìn)行物理和化學(xué)分析，為底泥的污染狀況分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?！暗啄囡L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)”是對(duì)樣品分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理總結(jié)，確定河湖污染狀況，為后續(xù)清淤深度和清淤范圍的設(shè)計(jì)提供參考。技術(shù)路線見(jiàn)圖1。

圖1 底泥污染物調(diào)查技術(shù)路線圖

2.1 資料準(zhǔn)備階段

2.1.1 資料收集

前期以資料收集為主，主要對(duì)河湖的地理位置、水文特征、周邊環(huán)境狀況、底泥特征等資料進(jìn)行收集，具體要求如表1所示。

表1 資料收集類(lèi)型及具體要求[6]

2.1.2 現(xiàn)場(chǎng)勘察

現(xiàn)場(chǎng)勘察主要是結(jié)合資料收集情況對(duì)項(xiàng)目區(qū)域的具體情況進(jìn)行勘察，對(duì)項(xiàng)目區(qū)域的周邊環(huán)境狀況、污染源情況、水質(zhì)現(xiàn)狀等進(jìn)行全方面的了解，同時(shí)刪除不合理及無(wú)法達(dá)到的采樣點(diǎn)位，給出更合理、更具代表性的初始采樣點(diǎn)位布設(shè)。

2.2 采樣點(diǎn)布設(shè)

采樣階段分為“采樣點(diǎn)布設(shè)”、“樣品采樣”、“樣品保存”三個(gè)階段。其中“采樣點(diǎn)布設(shè)”需合理制定采樣點(diǎn)位，使其具有目標(biāo)可達(dá)性、代表性、經(jīng)濟(jì)性；“樣品采集”主要利用采樣設(shè)備對(duì)底泥采樣；“樣品保存”主要為了能夠使得樣品更準(zhǔn)備、科學(xué)、有效地反映出污染特性，而采取的一些措施。

2.2.1 采樣點(diǎn)布設(shè)

采樣點(diǎn)布設(shè)分為初始采樣點(diǎn)和加密采樣點(diǎn)[6]。采樣點(diǎn)布設(shè)應(yīng)結(jié)合河湖監(jiān)控?cái)嗝?、點(diǎn)源污染排放口、干支流匯入口等綜合考慮布設(shè)。對(duì)于初始采樣點(diǎn)，按照《中國(guó)土壤普查技術(shù)》判斷底泥的pH、有機(jī)質(zhì)、TN和TP污染情況；按照《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4284-2018）和《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）判斷重金屬污染情況；如采樣監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)該點(diǎn)位底泥受到污染，則開(kāi)展加密點(diǎn)位布設(shè)和監(jiān)測(cè)。若未發(fā)現(xiàn)污染，無(wú)需開(kāi)展加密點(diǎn)位布設(shè)[7-8]。

2.2.2 底泥樣品采集

①樣品采集類(lèi)型。

底泥樣品采樣一般分為表層采樣和柱狀采樣。表層底泥可用來(lái)研究底泥物化性質(zhì)的水平變化和污染空間分布情況，確定污染底泥的邊界范圍；柱狀樣品主要用于研究底泥物化性質(zhì)和污染物垂直變化，確定污染底泥的清淤深度，一般柱狀采樣深度到正常層以下的50cm。

②樣品采集方法。

底泥采樣方式一般分為人工與機(jī)械兩種。對(duì)底泥物理力學(xué)指標(biāo)測(cè)定所需樣品的采集主要采用機(jī)械采樣方式，采樣設(shè)備包括工程鉆機(jī)及污染底泥快速取土裝置。對(duì)底泥化學(xué)指標(biāo)測(cè)定所需樣品的采集，采用人工方式采樣，由采樣人員使用安裝在連接桿上的采樣器進(jìn)行采樣。

2.2.3 底泥樣品保存

底泥樣品采集后，除樣品中的沙石和動(dòng)植物殘?bào)w，然后采用四分法獲取柱狀樣的混合樣，放入到聚乙烯袋中帶回實(shí)驗(yàn)室。通過(guò)自然風(fēng)干、篩檢、研磨、過(guò)100目篩后用聚乙烯密封袋保存?zhèn)溆谩?/p>

2.3 底泥樣品分析

2.3.1 現(xiàn)場(chǎng)即測(cè)指標(biāo)

現(xiàn)場(chǎng)采集樣品后根據(jù)顏色、氣味、粒徑、形狀等指標(biāo)，確定河湖底泥分層。從垂直分布來(lái)看，底泥從上至下可分為污染層（A層）、過(guò)渡層（B層）、正常層（C層），各層主要性質(zhì)分布如圖2所示。

圖2 河湖底泥分層劃分[9]

污染底泥層（A層）：該層顏色為黑色至深黑色，其上部為稀漿狀，下部呈流塑狀，有臭味。該層沉積年代新，為近年來(lái)人類(lèi)活動(dòng)的產(chǎn)物，是湖泊內(nèi)源污染物的主要蓄積庫(kù)。

污染過(guò)渡層（B層）：該層顏色為黑色至深黑色，在有機(jī)質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)鹽污染地區(qū)，其上部為稀漿狀，下部呈流塑狀，有臭味。

正常湖泥層（C層）：其顏色保持未被污染的當(dāng)?shù)赝临|(zhì)正常顏色，一般無(wú)異味，質(zhì)地較密實(shí)。

2.3.2 底泥樣品分析指標(biāo)

底泥化學(xué)分析中必做的指標(biāo)分別為T(mén)N、TP、有機(jī)質(zhì)、重金屬（Hg、Cd、As、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn）、底泥層厚度、pH；選做的指標(biāo)分別為天然密度、土粒比重、顆粒級(jí)配、孔隙比、砂的相對(duì)密度、氧化還原電位等。分析方法應(yīng)采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法。

3 污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)目前我國(guó)河湖的污染狀況，污染類(lèi)型，可以將河湖污染總體分為以氮磷超標(biāo)為主的有機(jī)污染，以重金屬超標(biāo)無(wú)機(jī)污染。其中以氮磷超標(biāo)為主的有機(jī)污染采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和有機(jī)指數(shù)法綜合進(jìn)行評(píng)價(jià)，以重金屬超標(biāo)無(wú)機(jī)污染推薦潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 以氮磷超標(biāo)為主的有機(jī)污染評(píng)價(jià)方法

3.1.1 高氮磷污染底泥評(píng)價(jià)方法

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法綜合考慮了氮、磷兩種污染物，利用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)氮磷進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算公式和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表2）如下[10]：

表2 內(nèi)梅羅綜合污染評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

Sj——單項(xiàng)評(píng)價(jià)指數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；

Cs——評(píng)價(jià)因子j的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，mg/kg；

Cj——評(píng)價(jià)因子j的實(shí)測(cè)值，mg/kg；

F為n項(xiàng)污染物污染指數(shù)平均值；

Fmax為最大單項(xiàng)污染指數(shù)。

目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一的TN、TP基準(zhǔn)值，常用的主要有以下幾種：1992年加拿大安大略省環(huán)境和能源部發(fā)布的最低級(jí)別生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)的TN550mg/kg，TN600mg/kg基準(zhǔn)值；太湖1960年沉積物TN670mg/kg，TN440mg/kg 基準(zhǔn)值；美國(guó)EPA沉積物TN1000mg/kg，TN420mg/kg 基準(zhǔn)值[10]。具體取值根據(jù)項(xiàng)目情況而定。

3.1.2 有機(jī)污染底泥評(píng)價(jià)方法

有機(jī)物超標(biāo)也是造成河湖污染富營(yíng)養(yǎng)化污染的重要原因之一，內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法忽略了OM指標(biāo)，有機(jī)指數(shù)（OI）為底泥有機(jī)污染評(píng)價(jià)的指標(biāo)，增加河湖有機(jī)污染指數(shù)法使評(píng)價(jià)更加完善。有機(jī)指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。計(jì)算公式如下：

表3 底泥有機(jī)指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

OC——有機(jī)碳物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

ON——有機(jī)氮物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

TN——總氮物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

OM——有機(jī)質(zhì)物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

3.2 以重金屬超標(biāo)無(wú)機(jī)污染評(píng)價(jià)方法

關(guān)于底泥中重金屬評(píng)價(jià)方法有單因子污染指數(shù)法、底泥富集系數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法、地累積指數(shù)法、潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法法等[11]。其中瑞典著名地球化學(xué)家Hakanson（1980）提出的潛在生態(tài)指數(shù)法是目前較科學(xué)、全面的評(píng)價(jià)重金屬污染程度的方法[12]。該方法將底泥中重金屬毒性、生態(tài)效應(yīng)與環(huán)境效應(yīng)綜合考慮，并進(jìn)行等價(jià)指數(shù)分級(jí)評(píng)價(jià)，定量區(qū)分潛在生態(tài)危害程度。

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法（RI）計(jì)算公式如下：

RI——為n種重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)之和。

表4 土壤環(huán)境背景值（mg/kg）[12]

3.3 清淤控制指標(biāo)

①底泥重金屬污染的清淤控制值宜采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI≥300或單一污染物污染系數(shù)Cif≥3或單一污染物潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)Eir≥80。②底泥營(yíng)養(yǎng)鹽的清淤控制值宜采用重度污染等級(jí)所對(duì)應(yīng)指標(biāo)，即底泥FF＞2或OI≥0.5。③針對(duì)重金屬污染、高氮磷、有機(jī)質(zhì)污染的交叉地帶，清淤?zèng)Q策應(yīng)綜合考慮。

*備注：以上控制指標(biāo)作為清淤參考值，具體視河湖實(shí)際情況而定。

表5 重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)[12]

表6 單項(xiàng)及綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[12]

4 結(jié)論

①底泥調(diào)查與評(píng)價(jià)涉及“資料準(zhǔn)備”、“采樣點(diǎn)布設(shè)”、“樣品分析”、“污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)”四個(gè)階段。②采樣階段工作流程為“采樣點(diǎn)布設(shè)”→“樣品采集”→“樣品保存”，其中采樣點(diǎn)布設(shè)結(jié)合資料、現(xiàn)場(chǎng)勘察和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范初步制定采樣點(diǎn)，并按照《中國(guó)土壤普查技術(shù)》、GB 4284-2018和GB 15618-2018作為底泥是否受污染的判定依據(jù)，若采樣點(diǎn)發(fā)現(xiàn)污染，則需加密進(jìn)行布設(shè)。底泥的采樣分為表層采樣和柱狀采樣，生態(tài)清淤要求全柱狀采樣。樣品保存需滿(mǎn)足相關(guān)的規(guī)范和要求。③樣品分析包含“即測(cè)指標(biāo)”和“化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析指標(biāo)”。根據(jù)“即測(cè)指標(biāo)”初步確定底泥的分層劃分，“化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析指標(biāo)”又分為必選指標(biāo)和選做指標(biāo)。分析方法應(yīng)采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法。④以氮磷超標(biāo)為主的有機(jī)污染采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和有機(jī)指數(shù)法綜合進(jìn)行評(píng)價(jià)，以重金屬超標(biāo)無(wú)機(jī)污染推薦潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。