懸浮泥沙對重慶主城區(qū)江段污染物影響分析

謝 飛，呂平毓，陳 靜

（1.重慶市水利局，重慶400147；2.長江水利委員會長江上游水文水資源勘測局，重慶400014；3.重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶400074）

河流水環(huán)境系統(tǒng)中，微觀上，泥沙通過對污染物質(zhì)的吸附與解析，直接影響污染物質(zhì)在固液兩相間的賦存狀態(tài)；宏觀上，伴隨著泥沙在水體中的運(yùn)動，污染物質(zhì)在水體和底泥之中的賦存狀態(tài)發(fā)生變化，因而泥沙與水流共同成為污染物的主要載體。我國研究者在河流上進(jìn)行的觀測數(shù)據(jù)顯示，以吸附狀態(tài)存在于泥沙顆粒物上的污染物質(zhì)占有很大比例，并且由于泥沙懸浮而構(gòu)成的渾水環(huán)境對水體的生化效益和生態(tài)效益都產(chǎn)生了重要的影響［1－3］。進(jìn)入水體的泥沙在水環(huán)境系統(tǒng)中發(fā)揮著雙重作用：一方面，泥沙顆粒可以吸附多種污染物，在一定動力條件下沉積于河底底部，在一定時間內(nèi)減小了水體中的污染物量；另一方面，當(dāng)水化學(xué)、水動力等外部條件發(fā)生改變，原本吸附在泥沙顆粒上的污染物會改變賦存狀態(tài)，從固相轉(zhuǎn)移到水相。并且泥沙本身運(yùn)動狀態(tài)的改變也使得水體環(huán)境發(fā)生改變，從而顯著改變了上覆水體的化學(xué)構(gòu)成，甚至造成水體的二次污染［4－7］。

為了解三峽庫區(qū)重慶段的泥沙對污染物的影響情況，采用重慶主城區(qū)兩江江段2006～2010年主要代表監(jiān)測斷面水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究重慶主城區(qū)兩江江段泥沙與主要污染物關(guān)系特征，以期為該區(qū)域水環(huán)境的變化規(guī)律及其應(yīng)對措施提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 監(jiān)測斷面布置

根據(jù)重慶主城區(qū)長江段和嘉陵江段的自然環(huán)境特征、庫區(qū)水文情勢和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)，選取長江干流銅罐驛、寸灘和朱沱3個代表斷面，支流北碚（嘉陵江）、臨江門（嘉陵江）2個代表斷面進(jìn)行分析。分析時段為2006～2010年。監(jiān)測數(shù)據(jù)采用分析時段內(nèi)各監(jiān)測斷面每月1次的常規(guī)水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。重慶主城區(qū)兩江主要監(jiān)測斷面如圖1所示。

圖1 重慶主城區(qū)兩江主要監(jiān)測斷面

干流監(jiān)測斷面基本情況為：

（1）朱沱斷面，斷面編號為①，為長江干流重慶市入境監(jiān)測斷面，位于重慶市永川區(qū)朱沱鎮(zhèn)，距大壩距離750km，屬三峽工程175m蓄水背景斷面；

（2）銅罐驛，斷面編號②，為長江干流重慶主城區(qū)上游控制監(jiān)測斷面，位于重慶市九龍坡區(qū)銅罐驛鎮(zhèn)；

（3）寸灘，斷面編號③，長江干流重慶主城區(qū)下游控制監(jiān)測斷面，位于重慶市江北區(qū)寸灘鎮(zhèn)，處于長江和嘉陵江匯合口下游7km處。

支流代表斷面基本情況為：

（1）北碚，斷面編號④，為嘉陵江干流重慶主城區(qū)上游控制斷面，位于重慶市北碚區(qū)朝陽橋下游3km；

（2）臨江門，斷面編號⑤，為嘉陵江入長江河口控制斷面，位于重慶市渝中區(qū)臨江門，與長江匯合口相距2km處。

2 泥沙對重慶主城區(qū)江段污染物影響分析

禹雪中等［8］發(fā)現(xiàn)，雖然三峽水庫蓄水運(yùn)行后，庫區(qū)水質(zhì)的空間分布特征發(fā)生了一定變化，但是，通過對比監(jiān)測斷面主要污染物的濃度發(fā)現(xiàn)，蓄水后TP存在顯著性差異，而TN沒有顯著性差異（泥沙對TN的截留作用不明顯）。因此，在有限的實驗條件下，研究泥沙對總磷的吸附影響有著更大的應(yīng)用價值，能較好地反映出泥沙對水體富營養(yǎng)化的影響關(guān)系。王長秋等［9］以三峽庫區(qū)重慶段土壤為研究對象，參比國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果表明主要污染元素為Pb。唐將等［10］對長江三峽庫區(qū)段不同介質(zhì)中Cd的分布特征和長江水系沉積物在垂向、橫向剖面上的元素分布特征的研究發(fā)現(xiàn)水系沉積物具有明顯的Cd含量異常。因此本研究以重金屬Pb，Cd和污染物TP作為研究對象。

2.1 懸浮泥沙含量變化分析

在監(jiān)測時段內(nèi)，選取的5個斷面的泥沙濃度變化過程見圖2。

圖2 主要斷面泥沙濃度

由圖2可知，所有斷面的整體變化趨勢相近，年際變幅很大，豐枯交替出現(xiàn)，呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征。沙量的年內(nèi)分配不均，泥沙往往集中在汛期7～10月份。汛期沙量占全年的90%左右，其中7，8月來沙更為集中，占全年的70%以上。

2.2 主要污染物清樣與渾樣濃度比較與分析

2.2.1 含沙水體污染物形態(tài)及遷移轉(zhuǎn)化

泥沙會影響水中污染物的存在形態(tài)和遷移過程。根據(jù)重金屬的賦存狀態(tài)和營養(yǎng)性污染物的存在狀態(tài)，可以將它們在水體中的形態(tài)分布分為溶解態(tài)及顆粒態(tài)。其中顆粒態(tài)重金屬又分為以下幾種存在形態(tài)：（1）交換吸附在黏土礦物、氫氧化鐵、氫氧化錳或腐殖質(zhì)成分上，對環(huán)境變化最敏感的離子交換態(tài)；（2）環(huán)境pH變化時易釋放進(jìn)入水體的碳酸鹽結(jié)合態(tài)；（3）與水合氧化鐵、氧化錳結(jié)合，環(huán)境變化時會部分釋放的鐵、錳水合氧化物結(jié)合態(tài)；（4）進(jìn)入或包裹在有機(jī)質(zhì)顆粒上，同有機(jī)質(zhì)發(fā)生螯合或生成硫化物，較穩(wěn)定的有機(jī)硫化物和硫化物結(jié)合態(tài)；（5）穩(wěn)定存在于石英或黏土礦物等結(jié)晶礦物晶格里的穩(wěn)定的殘渣態(tài)［11－12］。

污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化過程是一個物理、化學(xué)及生物綜合的過程。結(jié)合其形態(tài)特征，主要劃分以下幾類過程：（1）溶解態(tài)和懸移態(tài)營養(yǎng)性污染物在水流中的對流擴(kuò)散過程；（2）沉積態(tài)營養(yǎng)性污染物隨床沙的推移過程；（3）泥沙吸附溶解態(tài)營養(yǎng)性污染物，水溶態(tài)向顆粒態(tài)轉(zhuǎn)移過程；（4）懸移態(tài)和沉積態(tài)吸附污染物的解吸過程；（5）伴隨床沙與懸移質(zhì)動態(tài)交換的污染物遷移過程；（6）生物攝取、富集、微生物轉(zhuǎn)化過程；（7）水體中污染物通過空氣界面向空氣遷移的氣體遷移過程［13］。

2.2.2 主要污染物清樣和渾樣的比較

《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838－2002）要求采集水樣搖勻后，取均勻混合樣（渾樣）進(jìn)行分析，即指不經(jīng)過任何過濾的全渾水樣，其污染物的濃度測定值反映了水體溶解和泥沙吸附的污染物總量；清樣是指經(jīng)過0.45μm濾膜過濾后的水樣，其污染物濃度測定值代表了溶解在水體中的污染物的含量。以上兩種方法得到的污染物含量都具有重要的環(huán)境價值，都在一定程度上影響著水體環(huán)境和生態(tài)過程，通過選取斷面主要污染物指標(biāo)的渾樣濃度和清樣濃度的關(guān)系，可以了解泥沙對不同污染物的吸附特征。

在監(jiān)測時段內(nèi)，Pb，Cd和TP的渾樣濃度大于清樣濃度，并且這種趨勢在含沙量較高的時段更加明顯。長江干流上的3個代表斷面朱沱、銅罐驛和寸灘的渾樣濃度與清樣濃度相差較大，寸灘斷面和支流上的北碚、臨江門斷面的渾樣濃度曲線也在清樣濃度曲線之上，但在某些年份兩者幾乎重合。代表斷面寸灘和北碚清樣和渾樣的Pb，Cd和TP濃度變化過程見圖3。監(jiān)測時段（2006－2010年）內(nèi)清、渾樣Pb，Cd和TP濃度的范圍見表1，由表1可以看出5個斷面的渾樣濃度大于清樣，其中朱沱斷面：Pb的平均渾樣濃度是清樣的5.6倍，Cd為2.4倍，TP為8.3倍；銅罐驛斷面：Pb為5.5倍，Cd為2.4倍，TP為7.5倍；寸灘斷面：Pb為5.5倍，Cd為2.5倍，TP為6.9倍；北碚斷面：Pb的渾樣濃度是清樣的1.4倍，Cd為1.4倍，TP為2.4倍；臨江門斷面：Pb為2.9倍，Cd為1.8倍，TP為3.6倍。

表1 各斷面清、渾樣Pb，Cd和TP質(zhì)量濃度范圍

圖3 主要斷面清、渾樣Pb，Cd和TP質(zhì)量濃度

綜合以上對現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)重金屬污染物Pb，Cd和污染物TP的渾樣濃度明顯地大于清樣濃度，并且在豐水期這種趨勢比在枯水期和平水期更為明顯，這就表明泥沙的存在較顯著地提高了渾樣濃度，泥沙對這些污染物具有較為顯著的吸附作用。

2.3 重慶主城區(qū)江段的泥沙沖淤變化特征

三峽工程蓄水后，泥沙發(fā)生淤積，并且淤積過程將持續(xù)較長時間［8］。盡管近年來上游水土保持和水庫攔沙作用使得入庫泥沙量有所減少，但是自水庫蓄水以來泥沙淤積趨勢仍舊十分明顯，根據(jù)《長江泥沙公報2008》的數(shù)據(jù)，重慶主城區(qū)江段2007年12月中旬至2008年9月中旬淤積了68萬m3，2008年9月中旬至10月中旬，江段沖刷泥沙54.4萬m3，2008年10月中旬至12月中旬淤積泥沙26.7萬m3。伴隨泥沙淤積的同時，泥沙吸附的大量污染物會沉積在水底，使得水體中的一些污染物濃度出現(xiàn)降低的趨勢，但是水動力條件也發(fā)生了明顯的改變，水體流速顯著降低，這就為水體富營養(yǎng)化的發(fā)生提供了條件，值得引起關(guān)注。

3 結(jié) 論

（1）監(jiān)測斷面的泥沙含量變化呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征，在豐水期含量升高較快，在枯水期和平水期含量變化平緩。

（2）重金屬污染物Pb，Cd和污染物TP的渾樣濃度明顯大于清樣濃度，這說明泥沙的存在顯著地提高了這些污染物指標(biāo)的渾樣濃度，與此同時，渾樣污染物濃度與含沙量具有顯著的相關(guān)性，泥沙對這些污染物具有較為顯著的吸附作用。

（3）伴隨泥沙淤積的同時，泥沙吸附的大量污染物會沉積在水底，使得水體中的一些污染物濃度出現(xiàn)降低的趨勢，但是水動力條件也發(fā)生了明顯的改變，水體流速顯著降低，這就為水體富營養(yǎng)化的發(fā)生提供了條件，值得引起關(guān)注。

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