蘑菇湖水庫水體重金屬污染情況分析與評(píng)價(jià)

摘 要：為了分析蘑菇湖水庫水體重金屬含量的影響，通過野外采樣和室內(nèi)測定，分析了Pb、Cu、Zn和Cd的含量，利用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)其污染狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，水體中Pb含量已經(jīng)非常接近國家地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)的檢測限，而其余的重金屬含量遠(yuǎn)低于Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)，水體中重金屬在不同區(qū)域的變化趨勢也表明Pb污染的隱患。因此，我們應(yīng)該密切關(guān)注蘑菇湖水庫Pb含量的變化及加強(qiáng)污染源管理。

關(guān)鍵詞：蘑菇湖水庫；重金屬污染；單因子指數(shù)；內(nèi)梅羅指數(shù)

重金屬污染物因其很難被降解成為當(dāng)今世界熱切關(guān)注和迫切需要解決的問題[1]。蘑菇湖水庫地處瑪納斯河西岸，位于石河子市以北約18公里處，屬石河子總場范圍，建成于1958年，是石河子墾區(qū)內(nèi)最大的一座天然洼地型人工內(nèi)陸平原水庫。水庫設(shè)計(jì)庫容1.8億立方米，有效庫容1.4億立方米，水庫占地面積36平方千米，設(shè)計(jì)蓄水面積31.2平方千米，年調(diào)節(jié)水量為2.2億立方米，水源主要為瑪納斯河水、泉水及機(jī)井水、沙灣河水、城市廢水。灌溉墾區(qū)下野地6個(gè)團(tuán)場和沙灣縣三個(gè)鄉(xiāng)土地，設(shè)計(jì)灌溉面積約40萬畝，具有養(yǎng)殖、農(nóng)灌和部分牲畜飲用三大功能，起著冬蓄夏灌的調(diào)節(jié)作用，在墾區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。因此石河子市對(duì)蘑菇湖水庫的相關(guān)研究一直是一個(gè)熱點(diǎn)。在生態(tài)環(huán)境方面，現(xiàn)有的研究主要集中在水體沉積物和消落帶土壤，對(duì)水體研究也多為常規(guī)性的水質(zhì)評(píng)價(jià)，缺乏對(duì)水體中多種重金屬復(fù)合污染的相關(guān)研究[2]。本次研究關(guān)注蘑菇湖水庫的進(jìn)水區(qū)下層，對(duì)多種重金屬在水中的分布特征及水受重金屬污染分析評(píng)估，以期為蘑菇湖水質(zhì)監(jiān)測、評(píng)價(jià)和控制提供基礎(chǔ)的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與指標(biāo)測定

2013年4月，在蘑菇湖水庫進(jìn)水區(qū)、出水區(qū)設(shè)立了2個(gè)采樣斷面，分別為水體上層和下層，在湖心區(qū)、淺水區(qū)和岸邊區(qū)分別設(shè)立了采樣點(diǎn)。收集到的水樣經(jīng)0.45um濾膜過濾后，去除雜質(zhì)，用5ml水樣，加入硝酸酸化使pH<2。本實(shí)驗(yàn)采用石墨爐和火焰原子吸收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(gè)采樣斷面采集三個(gè)樣品，取平均值。

1.2 評(píng)價(jià)方法

文章采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法[3]評(píng)價(jià)蘑菇湖進(jìn)水區(qū)水體重金屬污染程度。

單因子污染指數(shù)法計(jì)算公式為：

（1）

式（1）中Pi為重金屬i的污染指數(shù)，Ci為重金屬i的實(shí)測值，Si為污染物i的標(biāo)準(zhǔn)值（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(píng)價(jià)分級(jí)見表1。

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法計(jì)算公式為。

式（2）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(píng)價(jià)分級(jí)見表2。

2 結(jié)果與分析

2.1 水庫不同區(qū)域水體重金屬含量特征

蘑菇湖水庫分為進(jìn)水區(qū)、出水區(qū)、湖心區(qū)、淺水區(qū)和岸邊區(qū)五個(gè)區(qū)域，各重金屬元素在不同區(qū)域的濃度見表3。不同區(qū)域水體中重金屬含量情況是：Pb為0.49ug/L（出水區(qū)上層）、0.52ug/L（出水區(qū)下層）、0.56ug/L（湖心區(qū)上層）、0.60ug/L（湖心區(qū)下層）、0.65ug/L（進(jìn)水區(qū)上層）、0.75ug/L（進(jìn)水區(qū)下層）、0.66ug/L（岸邊區(qū)）、0.63ug/L（淺水區(qū)）；Cd為0.03ug/L（出水區(qū)上層）、0.03ug/L（出水區(qū)下層）、0.03ug/L（湖心區(qū)上層）、0.03ug/L（湖心區(qū)下層）、0.037ug/L（進(jìn)水區(qū)上層）、0.043ug/L（進(jìn)水區(qū)下層）、0.04ug/L（岸邊區(qū)）、0.03ug/L（淺水區(qū)）；Cu為0.35ug/L（出水區(qū)上層）、0.42ug/L（出水區(qū)下層）、0.39ug/L（湖心區(qū)上層）、0.43ug/L（湖心區(qū)下層）、0.45ug/L（進(jìn)水區(qū)上層）、0.55ug/L（進(jìn)水區(qū)下層）、0.46ug/L（岸邊區(qū)）、0.45ug/L（淺水區(qū)）；Zn為7.00ug/L（出水區(qū)上層）、7.00ug/L（出水區(qū)下層）、6.80ug/L（湖心區(qū)上層）、7.40ug/L（湖心區(qū)下層）、7.80ug/L（進(jìn)水區(qū)上層）、9.00ug/L（進(jìn)水區(qū)下層）、7.50ug/L（岸邊區(qū)）、7.50ug/L（淺水區(qū)）?？梢钥闯?，各重金屬含量因元素種類而有所不同，濃度大小依次為Zn>Pb>Cu>Cd，各重金屬元素濃度相差大致在12.5%-27.1%之間。而根據(jù)國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）來評(píng)判，Pb在單位水體中最為接近檢測限值，而Cd為單位水體中濃度最低。

與國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）相比，四種元素中Pb的含量已接近了國家Ⅳ級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的檢測限，但離檢出限還有很大差距，而另外三種重金屬元素含量均在Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。在蘑菇湖水庫，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)Pb、Cd、Cu、Zn等多種重金屬濃度伴隨著豐水期和枯水期而濃度也有所差異。因此，必須加強(qiáng)水庫區(qū)支流水質(zhì)的監(jiān)測工作，為區(qū)域生產(chǎn)和生活提供水資源保證。

2.2 水體重金屬污染程度評(píng)價(jià)

單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對(duì)蘑菇湖水庫不同區(qū)域水體重金屬污染情況評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。采用單因子污染指數(shù)法對(duì)8個(gè)采樣點(diǎn)的4種重金屬評(píng)價(jià)分析發(fā)現(xiàn)，蘑菇湖各區(qū)域的水體只有進(jìn)水區(qū)下層的Pb濃度相對(duì)接近檢測限，但離檢出限差距很大，而其他區(qū)域重金屬元素濃度均在檢測限內(nèi)，可以得出進(jìn)水區(qū)下層水體為警戒限級(jí)的尚清潔等級(jí)，而其他區(qū)域的水體為安全的清潔等級(jí)。而內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明所有區(qū)域水體都為無污染等級(jí)。兩種評(píng)價(jià)方法均表明，采樣點(diǎn)位的水體均未受到污染，只是其中Pb濃度相對(duì)較高，應(yīng)給予一定的關(guān)注。

2.3 磨菇湖水體重金屬含量變化原因及管理對(duì)策

2.3.1 水體重金屬含量變化原因

磨菇湖水體重金屬的主要來源是工業(yè)廢水。隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長和工業(yè)化進(jìn)程加快，我市工業(yè)廢水含有不同濃度的Pb、Cd、Cu、Zn等重金屬有毒有害物質(zhì)，而這些污水最終排放進(jìn)入蘑菇湖水庫。雖然這些工業(yè)廢水經(jīng)過處理，但是經(jīng)過多年的污染累積，已經(jīng)使蘑菇湖水庫的重金屬含量相較之前增長了很多倍。其中，Pb的含量增長在眾多重金屬里面最為明顯，應(yīng)特別注意。

2.3.2 水體重金屬管理對(duì)策

水體重金屬污染有很多需要解決的難題，但由于時(shí)間、人力、物力的實(shí)際情況和限制，現(xiàn)在提出以下對(duì)策：一是對(duì)各工業(yè)企業(yè)內(nèi)部的各生產(chǎn)車間、流水線等實(shí)行定額供水。二是盡量增加蘑菇湖水庫的蓄水量，增大上游瑪河向蘑菇湖的輸送量，盡可能稀釋水庫的水體。三是對(duì)水庫有可能存在的污染源、目前的污染現(xiàn)狀等，進(jìn)行全面的調(diào)查，在調(diào)查研究基礎(chǔ)上，寫出綜合評(píng)價(jià)報(bào)告，為治理工作提供依據(jù)。四是通過對(duì)經(jīng)濟(jì)效益和排污處理效果二者的綜合考量，提出對(duì)蘑菇湖水庫進(jìn)行區(qū)域型綜合治理和分散治理。五是積極采取措施，如環(huán)境管理、企業(yè)管理、工業(yè)技術(shù)改革等辦法來監(jiān)督和協(xié)助各個(gè)工業(yè)企業(yè)減少工業(yè)廢水中重金屬的排放量和排放濃度。

3 結(jié)束語

蘑菇湖水庫進(jìn)水區(qū)水體下層的Pb、Cd、Cu、Zn四種重金屬含量明顯高于其他區(qū)域，其所有元素含量均在國家Ⅳ級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。通過本次研究，得出研究水域重金屬在不同區(qū)域的變化趨勢。污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明研究水域未受到這四種重金屬污染，僅重金屬Pb濃度接近于檢測限，望引起有關(guān)部門的注意。因此，可以放心使用水庫進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉和大力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)。

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