廣元市嘉陵江干流重金屬特征研究

馮蒙蒙,張倚銘,黎云祥,李友平,權(quán)秋梅

(西華師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,四川 南充 637002)

· 水環(huán)境 ·

廣元市嘉陵江干流重金屬特征研究

馮蒙蒙,張倚銘,黎云祥,李友平,權(quán)秋梅

(西華師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,四川 南充 637002)

為了解嘉陵江干流(廣元段)水體中重金屬污染狀況，對(duì)其水中重金屬含量變化進(jìn)行分析，并探討了水體溫度、pH及DO對(duì)重金屬(Pb、Zn、Cd、Cu)含量變化相關(guān)性和重金屬之間的相互關(guān)系。結(jié)果表明：2012年到2015年重金屬Pb、Zn、Cd、Cu總含量變化整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，Hg含量呈上升趨勢(shì)；枯水期重金屬含量低于平水期和豐水期；不同水文時(shí)期對(duì)水體溫度、pH及DO對(duì)重金屬含量變化影響不同；重金屬含量之間存在一定的顯著相關(guān)性，可能具有一定的同源性。

嘉陵江干流(廣元段)；重金屬；變化特征

1 前 言

重金屬不易被微生物降解，并通過生物富集和生物放大作用不僅對(duì)生態(tài)系統(tǒng)安全有很大的影響，而且對(duì)人體健康和水生生物構(gòu)成嚴(yán)重的威脅，是一類重要的有毒有害的持久性污染物[1～3]。重金屬可隨地表徑流、工業(yè)污水、生產(chǎn)生活廢水和大氣沉降等多種方式進(jìn)入河流水體中[4]，對(duì)水體造成污染。因此，重金屬已成國(guó)內(nèi)外備受注目的一類環(huán)境污染物[5-6]。

嘉陵江全流域水面積16萬km2,干流全長(zhǎng)1 120km,是長(zhǎng)江的一大重要支流[7]。嘉陵江(廣元段)位于三峽水庫(kù)區(qū)上游，由南向北縱貫廣元市境中部，是市境內(nèi)最大的水體[8]。嘉陵江覆蓋面積廣，所以嘉陵江水質(zhì)優(yōu)劣，對(duì)居民的生活及生態(tài)環(huán)境具有重要影響。

重金屬的遷移轉(zhuǎn)化在不同的水域中存在著不同的特征，目前對(duì)較大河流中的重金屬遷移轉(zhuǎn)化已經(jīng)有了較多的研究[9～12]，而對(duì)于嘉陵江這樣的分支河流研究還是較少的，因此針對(duì)嘉陵江廣元出入境斷面水中重金屬含量進(jìn)行對(duì)比研究，力圖找出重金屬含量變化規(guī)律及影響因子，根據(jù)廣元市環(huán)境監(jiān)測(cè)站提供的2012年～2015年嘉陵江出入境斷面水中重金屬含量的數(shù)據(jù)，研究了嘉陵江水域廣元段近四年重金屬總含量的變化，分析了影響嘉陵江水域廣元段水中重金屬含量變化的主要因素，可以更清楚的了解到嘉陵江水質(zhì)中重金屬含量的變化規(guī)律，為嘉陵江水域污染的控制提供重要的科學(xué)依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 研究區(qū)域

嘉陵江由南向北縱貫廣元市境中部，沿嘉陵江干流有廣元市主城區(qū)、朝天區(qū)城區(qū)、蒼溪縣城區(qū)以及16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地[8]。嘉陵江流域?qū)賮啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候，南部低山區(qū)冬冷夏熱，北部中山區(qū)冬寒夏涼，春夏多東北風(fēng)，秋冬多西北風(fēng)；年平均氣溫16℃，年平均日照1 398h，年平均降雨量1 000mm；降水量年內(nèi)分布不均，50%分布在6月～9月，徑流主要由降水補(bǔ)給[13]。根據(jù)河流的雨水補(bǔ)給情況及水量的大小將一個(gè)水文年劃分為枯水期(12月～3月)、豐水期(6月～9月)和平水期(4月～5月，10月～11月)。

2.2 采樣布點(diǎn)

為了準(zhǔn)確分析嘉陵江水域廣元市出入境斷面水中重金屬含量，分別為八廟溝、上石盤、張家?guī)r設(shè)定檢測(cè)地點(diǎn)，采集水樣進(jìn)行分析。八廟溝是國(guó)控監(jiān)測(cè)斷面，位于嘉陵江入川處；上石盤和張家?guī)r都是省控監(jiān)測(cè)斷面，上石盤位于出廣元城區(qū)3km處，張家?guī)r是嘉陵江出廣元境的斷面。其中每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)，采樣時(shí)間為2012年～2015年的每月月初采樣一次。在數(shù)據(jù)分析時(shí)采用平均值進(jìn)行分析。圖1為采樣布點(diǎn)圖，其中A01-A03為八廟溝斷面采樣點(diǎn)，B01-B03為上石盤采樣點(diǎn)，C01-C03為張家?guī)r斷面采樣點(diǎn)。(因?yàn)楸O(jiān)測(cè)斷面水深≦5m，河寬50～100m，所以只需在水面下0.5m處設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn)，且左右近岸設(shè)置兩條垂線即可，但為了保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采樣時(shí)均設(shè)置了3條垂線)。

圖1 采樣點(diǎn)布點(diǎn)圖Fig.1 Location of sampling sites

2.3 重金屬的測(cè)定

在各采樣點(diǎn)采用人工采樣的方式進(jìn)行采樣，采集到的水樣放置在聚乙烯瓶中并及時(shí)加入保存劑帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理檢測(cè)。分析項(xiàng)目有Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As、Hg 7項(xiàng)。采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定Cu、Pb、Zn、Cd、Cr五種元素。采用原子熒光光譜法測(cè)定Hg、As。

2.4 水中重金屬指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)值

我國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)中pH、DO及重金屬標(biāo)準(zhǔn)限值見表1。

表1 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 the standard of surface water environment quality (mg/L)

2.5 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用 Microsoft Office Excel 做初步分析及作圖，采用IBM SPSS 23.0 的Pearson 相關(guān)分析對(duì)pH、DO、水體溫度、水體中各重金屬指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 重金屬變化特征

3.1.1 重金屬年變化特征

表2所示為2012年～2015年嘉陵江干流(廣元段)重金屬的監(jiān)測(cè)結(jié)果。由表1可見，Hg只在2015年檢出，其他3年均未檢出，說明Hg濃度有上升趨勢(shì)。Pb在2013和2014年檢出，2012和2015未檢出，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。2013年各監(jiān)測(cè)斷面Pb濃度由大到小為八廟溝、上石盤、張家?guī)r。Cd在2012、2013年檢出，2014、2015年均未檢出，呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。2012年上石盤監(jiān)測(cè)斷面Cd濃度高于其他兩個(gè)斷面，2013年八廟溝最高。As和Cr6+連續(xù)四年均未檢出。Cu和Zn在2012年～2015年基本檢出，從年變化上看，Cu的濃度呈先減小后增大，2012年>2015年>2014年>2013年；Zn濃度為2013年>2012年>2014年>2015年，呈先增大后減小的趨勢(shì)。從監(jiān)測(cè)斷面看，Cu的濃度表現(xiàn)為八廟溝>上石盤>張家?guī)r，最高濃度出現(xiàn)在2013年八廟溝監(jiān)測(cè)斷面，高達(dá)0.098 8mg/L；Zn濃度在斷面變化上沒有明顯的規(guī)律性，最高濃度出現(xiàn)在2013年上石盤斷面，高達(dá)0.177mg/L。

表2 2012年～2015年嘉陵江干流(廣元段)重金屬的監(jiān)測(cè)結(jié)果Tab.2 The monitoring results of heavy metal contents in Jialing river(Guangyuan section) (mg/L)

注：ND表示低于檢出限

3.1.2 重金屬水期變化特征

連續(xù)四年內(nèi)嘉陵江廣元段水中重金屬Cu、Zn、Pb、Cd的平均含量如圖2所示。Pb濃度遠(yuǎn)低于地表水Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)限值，2013年八廟溝斷面平水期Pb濃度高于枯水期和豐水期，其中枯水期最低；上石盤和張家?guī)r都是豐水期>平水期>枯水期。Cu濃度在水期變化方面，平水期略高于其他兩個(gè)時(shí)期，其中2013年八廟溝的Cu濃度(0.026 5mg/L)高于Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)限值(0.01mg/L)，低于Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值(1mg/L)。Cd濃度在2012年上石盤枯水期和八廟溝豐水期均高于Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)限值，達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值；2012年八廟溝Cd濃度的水期變化為豐水期>平水期>枯水期，其他兩個(gè)斷面均為平水期最高，2013年的八廟溝平水期高于其他時(shí)期，上石盤和張家?guī)r均是豐水期>平水期>枯水期。Zn濃度在2012年八廟溝枯水期和2013年上石盤平水期高于Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)限值，達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值，其他時(shí)期均低于Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)限值；Zn濃度水期變化總體為平水期>豐水期>枯水期。由圖3可以明顯看出這四年內(nèi)，嘉陵江干流(廣元段)重金屬含量均不超過地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，且大多時(shí)期都低于Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 重金屬隨時(shí)間含量變化Fig.2 Changes of heavy metal contents with time

3.2 pH、DO隨時(shí)間變化特征

圖3所示是2012年～2015年嘉陵江干流(廣元段)pH值和DO的變化趨勢(shì)。由圖3(A)可見，從水期變化來看，張家?guī)r斷面的pH值變化幅度不大，處于7.89～8.088之間。八廟溝的pH值除2013年平水期低于枯水期和豐水期外，平水期都高于其他時(shí)期。上石盤的pH值在水期變化上較復(fù)雜，沒有規(guī)律性?？傮w來看嘉陵江干流(廣元段)pH值處于7.6～8.4之間，為弱堿性。

由圖3(B)可見，3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面DO變化趨勢(shì)一致，都表現(xiàn)出枯水期>平水期>豐水期。張家?guī)rDO含量整體高于八廟溝和上石盤，且高于Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)限值。八廟溝2012、2013年豐水期DO略高于Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)限值，而2014年和2015年的豐水期都略低于Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。上石盤2015年豐水期略高于Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，其余3年的豐水期都低于Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，嘉陵江干流(廣元段)的DO含量個(gè)別時(shí)期低于Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，但都達(dá)到地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 pH、DO隨時(shí)間的變化Fig.3 Changes of pH,DO with time

3.3 水中重金屬含量與溫度、pH、DO的相關(guān)性分析

對(duì)嘉陵江干流(廣元段)枯水期、平水期和豐水期水體的重金屬含量與水體溫度、pH和DO之間進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表3所示，可以看出，枯水期水體重金屬 Pn、Cu、Zn、Cd與水體pH和DO之間無顯著性相關(guān)關(guān)系，說明pH和DO不是影響枯水期重金屬含量的主要影響因子．重金屬Pb、Cu和Cd與水體溫度呈顯著性負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.410、-0.415和-0.414。重金屬Zn與水體溫度無顯著性相關(guān)關(guān)系。說明枯水期時(shí)水體溫度對(duì)Pb、Cu和Cd濃度有較大影響。

平水期水體各重金屬與溫度、pH和DO之間無顯著性相關(guān)關(guān)系，說明溫度、pH和DO對(duì)平水期重金屬含量影響不大。豐水期重金屬Cu、Cd與pH呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與溫度和DO無顯著關(guān)系，說明豐水期Cu、Cd在水體中的含量受到水體pH的較大影響。

枯水期Cu與Cd之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，平水期和豐水期Pb與Cu、Zn、Cd之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，平水期Cu與Zn之間呈顯著正相關(guān)，豐水期Cu、Zn、Cd兩兩之間呈顯著正相關(guān)。說明這些重金屬含量變化具有相似的規(guī)律，并且可能具有一定的同源性。

表3 嘉陵江干流(廣元段)水中重金屬與溫度、pH、DO的相關(guān)性分析Tab.3 Correlation matrix of temperature pH and DO and heavy metal contents in the surface water of Jialing River

注：* 在 0.05 級(jí)別(雙尾)，相關(guān)性顯著；** 在 0.01 級(jí)別(雙尾)，相關(guān)性顯著。

4 討論與結(jié)論

嘉陵江流域是以農(nóng)業(yè)為主的[14]，水源直接影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)，且廣元段是廣元生產(chǎn)和生活的集中水源[8]，因此該流域的水質(zhì)優(yōu)劣對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、居民的生活及生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要影響。本文研究了嘉陵江干流(廣元段)重金屬的變化特征發(fā)現(xiàn)重金屬As和Cr6+在2012年～2015年均未達(dá)到檢出限，2012年～2015年除Hg外，重金屬Cd、Pb、Zn、Cu總體呈下降趨勢(shì)，而Hg含量2015年高于其他三年，呈上升趨勢(shì)。這可能與農(nóng)場(chǎng)耕地有關(guān)，有研究表明重金屬元素Hg、Cu 等主要來源于農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)的化肥及農(nóng)藥污染[15-16]。從水期變化來看，重金屬大多是枯水期低于平水期和豐水期。豐水期和平水期降雨量大，農(nóng)業(yè)灌溉的化肥及農(nóng)藥等污染物可能隨雨水等農(nóng)田徑流匯入河水，使重金屬含量升高。2012年平水期上石盤斷面Cd濃度、2012年豐水期八廟溝斷面的Cd及Zn濃度、2013年平水期八廟溝斷面的Cu及上石盤斷面的Zn濃度超過地表水Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。嘉陵江(廣元段)干流重金屬污染主要是Cu。

對(duì)八廟溝、上石盤及張家?guī)r3個(gè)斷面的監(jiān)測(cè)水質(zhì)進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，重金屬濃度從上游到下游整體呈下降趨勢(shì)，八廟溝重金屬含量整體比上石盤及張家?guī)r高，可能與上游工業(yè)排污有關(guān)。張家?guī)r斷面重金屬含量低于其他兩個(gè)斷面，這可能是河流交匯對(duì)重金屬含量進(jìn)行了稀釋，也可能是重金屬隨著河水下流的過程中吸附在沉積物中。3個(gè)斷面水質(zhì)均達(dá)到地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)枯水期、平水期和豐水期重金屬含量與溫度、pH、DO的相關(guān)性分析表明，枯水期溫度對(duì)重金屬含量影響較大，重金屬Pb、Cu和Cd與水體溫度呈顯著相關(guān)；平水期溫度、pH、DO對(duì)重金屬含量無顯著影響；豐水期重金屬含量受pH影響較大，Cu、Cd與pH呈顯著相關(guān)。比較分析重金屬之間的相關(guān)關(guān)系可見，枯水期Cu和Cd之間呈極顯著相關(guān)，平水期和豐水期各重金屬之間具有顯著的相關(guān)性，且可能具有同源性，主要受交通運(yùn)輸、城鎮(zhèn)生活及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等的影響。

綜上可見，嘉陵江干流(廣元段)的重金屬含量達(dá)到地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，2015年重金屬含量低于2012年，整體呈下降趨勢(shì)?？菟诘闹亟饘俸空w低于平水期和豐水期，且重金屬所處水期不同受到的影響也不同。各重金屬的含量之間也有顯著相關(guān)性，具有同源性。

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Characteristics of Heavy Metals in Jialing River Main Stream in Guangyuan City

FENG Meng-meng,ZHANG Yi-ming,LI Yun-xiang,LI You-ping,QUAN Qiu-mei

(CollegeofEnvironmentalScience&Engineering,ChinaWestNormalUniversity,Nanchong,Sichuan637002,China)

In order to explore the contamination degree of heavy metals in Jialing River main stream in Guangyuan City, the contents of heavy metals in surface water of Jialing River in Guangyuan City were analyzed respectively. The influence of temperature, pH and DO on the heavy metal (Pb, Cd, Cu, Zn) contents in water and the relationship between the heavy metal were explored. The results show that the contents of Cd, Pb, Zn and Cu decreased from 2012 to 2015 in general. The contents of Hg increased. The contents of heavy metals in dry season were lower than that of wet and normal season. In different seasons, the influence of pH, DO and temperature on the distribution of heavy metal contents in water varied．Significant positive correlations were found among these elements in surface water, which implied that these elements probably had common pollution sources．

Jialing River(Guangyuan section); heavy metals; variation characteristics

2017-01-11

四川省教育廳項(xiàng)目(12ZA289)。

馮蒙蒙(1994-), 女, 四川鹽源人，2016年畢業(yè)于西華師范大學(xué)環(huán)境工程專業(yè), 研究方向環(huán)境生態(tài)。

權(quán)秋梅,meimeiq@163.com。

X522

A

1001-3644(2017)02-0040-06