洋河水庫(kù)底泥重金屬污染及其潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)

李 偉，王 蕭，范瑞朋

（中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津300222）

沉積物是水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅作為“匯”累積水體中重金屬，當(dāng)條件（氧化還原電位、溫度、pH 值、溶解氧等）改變時(shí)，又可作為“源”將重金屬再次釋放到水體中，對(duì)水生生物產(chǎn)生毒害，并通過食物鏈傳遞，對(duì)人體健康構(gòu)成威脅[1]。洋河是北京官?gòu)d水庫(kù)的主要入庫(kù)河流之一，流量占官?gòu)d水庫(kù)入庫(kù)流量的49%左右。1997 年，由于上游排污量劇增，導(dǎo)致官?gòu)d水庫(kù)水質(zhì)惡化進(jìn)而退出北京市飲用水源地[2]。研究洋河水庫(kù)底泥重金屬污染對(duì)研究洋河流域污染狀況、恢復(fù)官?gòu)d水庫(kù)飲用水水源地功能、緩解北京用水壓力具有重要意義。

評(píng)價(jià)沉積物重金屬污染的方法有模糊集理論,化學(xué)、生態(tài)學(xué)和毒理學(xué)等多學(xué)科綜合評(píng)價(jià)法，臉譜圖法[3]，地積累指數(shù)法[4]，潛在生態(tài)危害指數(shù)法及回歸過量分析等。本文采用直接對(duì)比法、地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對(duì)洋河水庫(kù)底泥受重金屬污染的程度進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

1 樣品的采集與處理

1.1 樣品采集

2021 年9 月，在洋河水庫(kù)內(nèi)沿洋河水庫(kù)縱向、橫向均勻布設(shè)取樣點(diǎn)11 個(gè)，取得27 個(gè)不同深度底泥樣品進(jìn)行檢測(cè)。采用直徑6.6 cm 的真空吸力底泥采樣器采集，采集樣品為圓柱形完整泥樣，單個(gè)樣品質(zhì)量為1～2 kg。見圖1和表1。

表1 取樣編號(hào)及深度

圖1 洋河水庫(kù)取樣點(diǎn)位置

1.2 樣品的處理及測(cè)定

底泥樣品用封口的聚乙烯塑料袋裝好帶回試驗(yàn)室，經(jīng)自然風(fēng)干、除雜、混合均勻后烘干，將樣品研磨后過篩，用四分法進(jìn)行縮分，從中取出500～1 000 g，分裝在用硝酸處理過的廣口聚乙烯塑料瓶中并加入濃硝酸，使pH 值達(dá)到3.5，以防止重金屬離子沉淀或吸附于容器表面。

污染物檢測(cè)指標(biāo)及依據(jù)見表2。

表2 底泥重金屬檢測(cè)指標(biāo)及檢測(cè)依據(jù)

2 測(cè)定結(jié)果與污染評(píng)價(jià)

2.1 地積累指數(shù)評(píng)價(jià)法及背景值的選取

地積累指數(shù)是用于研究沉積物及其他物質(zhì)中重金屬污染程度的定量指標(biāo)，不僅考慮了自然地質(zhì)過程對(duì)背景值的影響，還關(guān)注人類活動(dòng)對(duì)重金屬污染的影響，也可以反映沉積物中重金屬富集情況，是區(qū)分人類活動(dòng)影響的重要參數(shù)。地累積指數(shù)法

式中：Cs為沉積物中元素n的濃度實(shí)測(cè)值，mg/kg；K為考慮當(dāng)?shù)貛r石差異可能引起的背景值變動(dòng)而取的系數(shù)，可取為1.5；Cn為黏質(zhì)沉積巖中元素n的地球背景濃度，mg/kg。

地積累指數(shù)法中，采用頁(yè)巖（相當(dāng)于粒徑＜2 μm的黏土沉積物）的平均組成作為參比值，而目前我國(guó)在研究庫(kù)區(qū)底泥顆粒物時(shí)大部分篩選粒徑＜63 μm或＜50 μm，導(dǎo)致計(jì)算出的重金屬污染水平等級(jí)下降[5]。通常采用所研究水庫(kù)的實(shí)際顆粒物平均元素組成濃度作為地積累指數(shù)評(píng)價(jià)法的背景濃度最合適，本次重金屬評(píng)價(jià)中，以北京地區(qū)土壤環(huán)境背景值作為背景濃度［6～7］。見表3。

表3 北京地區(qū)土壤重金屬背景值 mg/kg

利用地積累指數(shù)法對(duì)污染程度進(jìn)行分級(jí)，見表4。

2.2 底泥中重金屬的測(cè)定值及地積累指數(shù)

洋河水庫(kù)重金屬污染程度處于清潔、輕度污染和中度污染，其中輕度污染主要體現(xiàn)在鉻、鋅、鎘3 種重金屬污染，中度污染僅體現(xiàn)在個(gè)別土樣上；從取樣地點(diǎn)來看，“12-3”位置處受輕度和中度污染較其他位置嚴(yán)重。

各采樣點(diǎn)中重金屬的測(cè)定值見表5。地積累指數(shù)見表6。

3 底泥重金屬污染的潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)

Hakanson L[8]提出的潛在生態(tài)指數(shù)法The Potential Ecological Risk Index(RI)是目前最為常用的評(píng)價(jià)重金屬生態(tài)危害評(píng)價(jià)方法[9～10]。該方法的重點(diǎn)之一是確定重金屬的毒性系數(shù)，不僅包括單個(gè)重金屬的污染系數(shù)及重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)，還包括潛在的生態(tài)危害系數(shù)和底泥中多種重金屬潛在的危害指數(shù)。

式中：Cir為某種重金屬的污染系數(shù)；Cis為底泥中重金屬元素的實(shí)際濃度，mg/kg；Cin為重金屬元素背景濃度，mg/kg；Eir為單因子污染物的潛在生態(tài)危害系數(shù)；T ri為重金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)，采用Hakanson制定的標(biāo)準(zhǔn)化重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)作為評(píng)價(jià)依據(jù)，鎘Cd=30、鋅Zn=1、砷As=10、銅Cu=鎳Ni=鉛Pb=5、鉻Cr=2、汞Hg=40。

Eir描述某一污染物（元素）的污染程度，從低到高分為5 個(gè)等級(jí)；而RI描述某一點(diǎn)多個(gè)污染物潛在生態(tài)危害系數(shù)的綜合值，分為4個(gè)等級(jí)。見表7。

表7 生態(tài)危害系數(shù)和危害指數(shù)與污染程度的關(guān)系

洋河水庫(kù)底泥中金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)和潛在生態(tài)危害綜合指數(shù)見表8。

表8 洋河水庫(kù)底泥重金屬生態(tài)危害評(píng)價(jià)指數(shù)

對(duì)照表7 可以看出，洋河水庫(kù)底泥大部分區(qū)域重金屬處于輕微生態(tài)危害狀態(tài)，金屬鎘存在中等生態(tài)危害，甚至強(qiáng)生態(tài)危害和很強(qiáng)生態(tài)危害；金屬汞僅在1點(diǎn)處存在極強(qiáng)生態(tài)危害。

4 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

根據(jù)地積累指數(shù)計(jì)算結(jié)果，洋河水庫(kù)底泥重金屬污染的區(qū)域主要集中在12-3 取樣點(diǎn)附近，污染元素為鋅（Zn）、汞（Hg）、鎘（Cd）、鉻（Cr），污染程度鋅（Zn）＞汞（Hg）＞鎘（Cd）＞鉻（Cr）；根據(jù)生態(tài)危害指數(shù)法，洋河水庫(kù)底泥重金屬污染的區(qū)域同樣處于12-3 取樣點(diǎn)附近，污染元素為汞（Hg）、鎘（Cd），污染程度為汞（Hg）＞鎘（Cd）。

造成這種區(qū)別的主要原因：地積累指數(shù)法側(cè)重于重金屬含量與背景濃度的對(duì)比評(píng)價(jià)，主要反映外源重金屬的富集程度；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法除了考慮重金屬的含量之外，更考慮到了不同金屬的生物毒性影響[11]。

5 結(jié)論

1）重金屬污染狀態(tài)大部分處于清潔和輕度污染，其中鉻、鋅、鎘三種重金屬污染程度相對(duì)嚴(yán)重。

2）取樣點(diǎn)12-3 位置處存在重金屬污染，污染主要集中于表層0.2～0.4 m，污染元素為鋅（Zn）、汞（Hg）、鎘（Cd）、鉻（Cr）。

3）洋河水庫(kù)底泥重金屬污染主要集中于庫(kù)尾位置，建議在水庫(kù)運(yùn)行管理過程中注意該位置的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警預(yù)報(bào)，以保證飲用水源安全。

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