小江回水區(qū)水體重金屬污染狀況調(diào)查與評價

楊清偉，丁　蔚，王圖錦，李朝艷，彭慧靈

(重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶 400074)

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小江回水區(qū)水體重金屬污染狀況調(diào)查與評價

楊清偉，丁蔚，王圖錦，李朝艷，彭慧靈

(重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶 400074)

摘要：2010年三峽大壩首次成功蓄水到175m，在小江形成一個長約60km的回水區(qū)域即小江回水區(qū)。為了探析三峽大壩蓄水對庫區(qū)水環(huán)境的影響，通過野外采樣和室內(nèi)測定，分析了三峽庫區(qū)支流小江回水區(qū)河水中Fe、Mn、Cr、Pb、Cu和Cd的含量與空間分布，并運用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法對其污染狀況進行了評價。結(jié)果發(fā)現(xiàn)研究水體Pb含量達國家地表水環(huán)境質(zhì)量II級標(biāo)準(zhǔn)的2~3倍，其余重金屬含量則均在II級標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)；水中重金屬空間分布存在明顯異質(zhì)性；兩種指數(shù)法評價均發(fā)現(xiàn)研究水體存在嚴(yán)重Pb污染。因此，應(yīng)密切關(guān)注小江回水區(qū)的Pb含量變動情況。

關(guān)鍵詞：三峽庫區(qū)；小江回水區(qū)；重金屬污染；單因子指數(shù)；內(nèi)梅羅指數(shù)

重金屬污染物因其難以被降解成為當(dāng)今世界熱切關(guān)注而迫切需要解決的問題[1,2]。三峽工程作為中國最大的水利水電樞紐工程，建成后為中國防洪、供電、供水等帶來巨大效益，因此關(guān)于三峽工程的相關(guān)研究一直是中國研究的熱點。在生態(tài)環(huán)境方面，已有研究大多側(cè)重于水體沉積物和消落帶土壤[3-5]，對水體的研究也多為常規(guī)的水質(zhì)評價[6-8]，缺乏對水中多種重金屬復(fù)合污染的相關(guān)研究[9]。本研究關(guān)注三峽大壩蓄水到175m后在小江形成的長約60km的回水區(qū)域即小江回水區(qū)，對其水體中多種重金屬的分布特征及水體受重金屬污染情況進行分析評價，以期為長江水質(zhì)監(jiān)測、評價與管控提供基礎(chǔ)的科學(xué)依據(jù)。

一、材料與方法

(一)樣品采集與分析

2013年11-12月，在三峽庫區(qū)重慶段北岸小江回水區(qū)內(nèi)設(shè)置了8個采樣點，分別為渠馬鎮(zhèn)(1)、貓爪子(2)、高陽鎮(zhèn)(3)、張王廟(4)、康家溝(5)、黃石鎮(zhèn)(6)、澎溪河大橋(7)和雙江廣場(8)。將采集的水樣經(jīng)0.45(m濾膜過濾，去除雜質(zhì)，取5ml水樣，加入硝酸酸化使pH<2。本實驗采用石墨爐法測定水體中重金屬，遵循國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，每個樣品重復(fù)測定三次，取平均值。

(二)評價方法

本文采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法[10]評價小江回水區(qū)水體重金屬污染程度。

1.單因子指數(shù)評價法

單因子污染指數(shù)法計算公式為：

式中，Pi為污染物i的污染指數(shù)，Ci為污染物i的實測值，Si為污染物i的評價標(biāo)準(zhǔn)(一般取二類標(biāo)準(zhǔn)，單位為(g/L)。單因子指數(shù)法環(huán)境質(zhì)量評價分級見表1。

表1　單因子指數(shù)法環(huán)境質(zhì)量評價分級

2.綜合指數(shù)評價法

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法計算公式為：

式中，P為綜合污染指數(shù)，Pi為單因子指數(shù)，Pimax為區(qū)域內(nèi)所有單因子指數(shù)的最大值。內(nèi)梅羅指數(shù)法環(huán)境質(zhì)量評價分級見表2。

表2　內(nèi)梅羅指數(shù)法環(huán)境質(zhì)量評價分級

二、結(jié)果與分析

(一)水體重金屬含量特征

本次研究測定了小江回水區(qū)水體中Fe、Mn、Cr、Pb、Cu、Cd六種重金屬元素，每種元素兩個月(11、12月)濃度見圖1。水體中各重金屬含量情況是：Fe為27.9～185μg/L(11月)和65.2～190μg/L(12月)，Mn為2.76～15.9μg/L(11月)和0～34.4μg/L(12月)，Cr為1.4～4.43μg/L(11月)和1.57～36.7μg/L(12月)，Pb為0～13.2μg/L(11月)和0～33.8μg/L(12月)，Cu為4.12～8.91μg/L(11月)和2.47～11μg/L(12月)，Cd為未檢出(11月)和0～1.91μg/L(12月)?？梢钥闯?，各重金屬含量因元素種類而有不同?？傮w上，F(xiàn)e、Mn、Pb、Cr含量相對其它二種含量較多，尤其是Fe，含量遠遠高出其它五種元素，Cd是六種元素中含量最低。

月份間的比較表明，12月水中各重金屬含量普遍高于11月，尤其要特別注意Pb、Cr、Cd三種元素。因此，要盡可能避免在12月對該水域進行取水和漁業(yè)等活動，因為眾所周知，這三種重金屬是生命非必需的有毒有害元素，對人、畜以及水生生物等會構(gòu)成潛在危害，Pb能損壞人體骨髓造血系統(tǒng)以及神經(jīng)系統(tǒng)，過多的Cr則會給植物造成毒害作用，被公認(rèn)為是致癌物質(zhì)，Cd能在人體內(nèi)長期滯留累積，有致癌性[1,2]。

與國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)相比，六種元素中Pb的含量已超過了國家II級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，尤其12月，除了采樣點6，其它采樣點含量超過II級標(biāo)準(zhǔn)2~3倍，另外五種重金屬元素含量均在II級標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，11月的水樣除Pb外其它重金屬元素均能達到I級標(biāo)準(zhǔn)。

圖1　小江回水區(qū)水體重金屬濃度空間分布

圖2　小江回水區(qū)水體重金屬含量變化趨勢

劉學(xué)斌等[5]對三峽庫區(qū)長江干流巫山段水質(zhì)的研究表明，2002-2008年間該河段水體未受到Pb的污染。對重慶主城區(qū)的六個斷面(銅罐驛、寸灘、長壽、朱沱、北碚和臨江門)的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)存在Pb、Cd污染[6]。在香溪河水域，研究[11]發(fā)現(xiàn)存在著Pb、Cd、Cu和Cr等多種重金屬污染且不同月份亦有差異。因此，必須加強庫區(qū)支流水質(zhì)的監(jiān)測工作，以便更準(zhǔn)確把握干流及整個庫區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量狀況，為區(qū)域生產(chǎn)與生活提供水資源保障。

(二)水體重金屬空間分布特征

取各重金屬含量兩個月的平均值描繪其空間分布圖(圖2)。由圖可以發(fā)現(xiàn)，各元素濃度順序在采樣點1大致為Fe>Pb>Cu>Mn>Cr>Cd，采樣點2為Fe>Cu>Cr>Mn>Cd>Pb，采樣點3為Fe>Pb>Mn>Cu>Cr>Cd，采樣點4為Fe>Pb>Cr>Cu>Mn>Cd，采樣點5為Fe>Pb>Cu>Mn>Cr>Cd，采樣點6為Fe>Mn>Cu>Pb>Cr>Cd，采樣點7為Fe>Cu>Mn>Pb>Cr>Cd，采樣點8為Fe>Cr>Pb>Mn>Cu>Cd。由此可以看出，F(xiàn)e、Cd濃度在各采樣點大致分別為最高、最低，其余各元素在不同采樣點間的分布均未表現(xiàn)出一致趨勢。這與其他研究所得結(jié)果相類似[12]。同時，從這種不規(guī)律的分布趨勢中也可以得到有益提示，即針對不同研究河段擬采取的水質(zhì)監(jiān)控方法和手段應(yīng)有所差異。比如，采樣點1、3、4和5應(yīng)首先控制Pb污染，采樣點2和8應(yīng)首先考慮Cr。

(三)水體重金屬污染程度評價

單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對小江回水區(qū)水體重金屬污染情況進行評價后的結(jié)果見表3。

采用單因子污染指數(shù)法對8個采樣點6種重金屬評價分析發(fā)現(xiàn)，采樣點1、3、4、8的水體受到表明Pb的輕微污染，而無其他元素污染。而內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法評價結(jié)果表明采樣點2、6、7水體為安全的清潔等級；采樣點4、5、8水體為警戒限級的尚清潔等級；采樣點1和3的水體表明水體已處于輕度污染狀態(tài)。兩種評價方法均表明，采樣點1、3、4、8的水體污染等級較高，不容忽視，其中Pb的貢獻較突出，尤其需要給予特別關(guān)注。

表3　小江回水區(qū)水體重金屬污染狀況

三、結(jié)論

三峽庫區(qū)小江回水區(qū)水域Fe、Mn、Cr、Pb、Cu、Cd六種重金屬元素12月的含量明顯高于11月，其中Pb含量超過國家II級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。研究水域重金屬空間分布存在明顯異質(zhì)性。污染指數(shù)評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)研究水域普遍受到重金屬Pb的污染。因此，應(yīng)盡量避免在該水域取水和從事漁業(yè)等活動，以規(guī)避對Pb的攝取。

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[責(zé)任編輯劉江南]

中圖分類號：X522

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-6390(2015)01-0164-04

作者簡介：楊清偉(1972-)，男，重慶市人，博士，教授，主要從事水土資源利用與生態(tài)安全研究。