悬浮泥沙对重庆主城区江段污染物影响分析

谢 飞，吕平毓，陈 静

（1.重庆市水利局，重庆400147；2.长江水利委员会长江上游水文水资源勘测局，重庆400014；3.重庆交通大学河海学院，重庆400074）

河流水环境系统中，微观上，泥沙通过对污染物质的吸附与解析，直接影响污染物质在固液两相间的赋存状态；宏观上，伴随着泥沙在水体中的运动，污染物质在水体和底泥之中的赋存状态发生变化，因而泥沙与水流共同成为污染物的主要载体。我国研究者在河流上进行的观测数据显示，以吸附状态存在于泥沙颗粒物上的污染物质占有很大比例，并且由于泥沙悬浮而构成的浑水环境对水体的生化效益和生态效益都产生了重要的影响［1－3］。进入水体的泥沙在水环境系统中发挥着双重作用：一方面，泥沙颗粒可以吸附多种污染物，在一定动力条件下沉积于河底底部，在一定时间内减小了水体中的污染物量；另一方面，当水化学、水动力等外部条件发生改变，原本吸附在泥沙颗粒上的污染物会改变赋存状态，从固相转移到水相。并且泥沙本身运动状态的改变也使得水体环境发生改变，从而显著改变了上覆水体的化学构成，甚至造成水体的二次污染［4－7］。

为了解三峡库区重庆段的泥沙对污染物的影响情况，采用重庆主城区两江江段2006～2010年主要代表监测断面水质监测数据，研究重庆主城区两江江段泥沙与主要污染物关系特征，以期为该区域水环境的变化规律及其应对措施提供一定的科学依据。

1 监测断面布置

根据重庆主城区长江段和嘉陵江段的自然环境特征、库区水文情势和社会经济发展特点，选取长江干流铜罐驿、寸滩和朱沱3个代表断面，支流北碚（嘉陵江）、临江门（嘉陵江）2个代表断面进行分析。分析时段为2006～2010年。监测数据采用分析时段内各监测断面每月1次的常规水环境监测数据。重庆主城区两江主要监测断面如图1所示。

图1 重庆主城区两江主要监测断面

干流监测断面基本情况为：

（1）朱沱断面，断面编号为①，为长江干流重庆市入境监测断面，位于重庆市永川区朱沱镇，距大坝距离750km，属三峡工程175m蓄水背景断面；

（2）铜罐驿，断面编号②，为长江干流重庆主城区上游控制监测断面，位于重庆市九龙坡区铜罐驿镇；

（3）寸滩，断面编号③，长江干流重庆主城区下游控制监测断面，位于重庆市江北区寸滩镇，处于长江和嘉陵江汇合口下游7km处。

支流代表断面基本情况为：

（1）北碚，断面编号④，为嘉陵江干流重庆主城区上游控制断面，位于重庆市北碚区朝阳桥下游3km；

（2）临江门，断面编号⑤，为嘉陵江入长江河口控制断面，位于重庆市渝中区临江门，与长江汇合口相距2km处。

2 泥沙对重庆主城区江段污染物影响分析

禹雪中等［8］发现，虽然三峡水库蓄水运行后，库区水质的空间分布特征发生了一定变化，但是，通过对比监测断面主要污染物的浓度发现，蓄水后TP存在显著性差异，而TN没有显著性差异（泥沙对TN的截留作用不明显）。因此，在有限的实验条件下，研究泥沙对总磷的吸附影响有着更大的应用价值，能较好地反映出泥沙对水体富营养化的影响关系。王长秋等［9］以三峡库区重庆段土壤为研究对象，参比国家水质标准，结果表明主要污染元素为Pb。唐将等［10］对长江三峡库区段不同介质中Cd的分布特征和长江水系沉积物在垂向、横向剖面上的元素分布特征的研究发现水系沉积物具有明显的Cd含量异常。因此本研究以重金属Pb，Cd和污染物TP作为研究对象。

2.1 悬浮泥沙含量变化分析

在监测时段内，选取的5个断面的泥沙浓度变化过程见图2。

图2 主要断面泥沙浓度

由图2可知，所有断面的整体变化趋势相近，年际变幅很大，丰枯交替出现，呈现出明显的季节变化特征。沙量的年内分配不均，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月来沙更为集中，占全年的70%以上。

2.2 主要污染物清样与浑样浓度比较与分析

2.2.1 含沙水体污染物形态及迁移转化

泥沙会影响水中污染物的存在形态和迁移过程。根据重金属的赋存状态和营养性污染物的存在状态，可以将它们在水体中的形态分布分为溶解态及颗粒态。其中颗粒态重金属又分为以下几种存在形态：（1）交换吸附在黏土矿物、氢氧化铁、氢氧化锰或腐殖质成分上，对环境变化最敏感的离子交换态；（2）环境pH变化时易释放进入水体的碳酸盐结合态；（3）与水合氧化铁、氧化锰结合，环境变化时会部分释放的铁、锰水合氧化物结合态；（4）进入或包裹在有机质颗粒上，同有机质发生螯合或生成硫化物，较稳定的有机硫化物和硫化物结合态；（5）稳定存在于石英或黏土矿物等结晶矿物晶格里的稳定的残渣态［11－12］。

污染物在水体中的迁移转化过程是一个物理、化学及生物综合的过程。结合其形态特征，主要划分以下几类过程：（1）溶解态和悬移态营养性污染物在水流中的对流扩散过程；（2）沉积态营养性污染物随床沙的推移过程；（3）泥沙吸附溶解态营养性污染物，水溶态向颗粒态转移过程；（4）悬移态和沉积态吸附污染物的解吸过程；（5）伴随床沙与悬移质动态交换的污染物迁移过程；（6）生物摄取、富集、微生物转化过程；（7）水体中污染物通过空气界面向空气迁移的气体迁移过程［13］。

2.2.2 主要污染物清样和浑样的比较

《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）要求采集水样摇匀后，取均匀混合样（浑样）进行分析，即指不经过任何过滤的全浑水样，其污染物的浓度测定值反映了水体溶解和泥沙吸附的污染物总量；清样是指经过0.45μm滤膜过滤后的水样，其污染物浓度测定值代表了溶解在水体中的污染物的含量。以上两种方法得到的污染物含量都具有重要的环境价值，都在一定程度上影响着水体环境和生态过程，通过选取断面主要污染物指标的浑样浓度和清样浓度的关系，可以了解泥沙对不同污染物的吸附特征。

在监测时段内，Pb，Cd和TP的浑样浓度大于清样浓度，并且这种趋势在含沙量较高的时段更加明显。长江干流上的3个代表断面朱沱、铜罐驿和寸滩的浑样浓度与清样浓度相差较大，寸滩断面和支流上的北碚、临江门断面的浑样浓度曲线也在清样浓度曲线之上，但在某些年份两者几乎重合。代表断面寸滩和北碚清样和浑样的Pb，Cd和TP浓度变化过程见图3。监测时段（2006－2010年）内清、浑样Pb，Cd和TP浓度的范围见表1，由表1可以看出5个断面的浑样浓度大于清样，其中朱沱断面：Pb的平均浑样浓度是清样的5.6倍，Cd为2.4倍，TP为8.3倍；铜罐驿断面：Pb为5.5倍，Cd为2.4倍，TP为7.5倍；寸滩断面：Pb为5.5倍，Cd为2.5倍，TP为6.9倍；北碚断面：Pb的浑样浓度是清样的1.4倍，Cd为1.4倍，TP为2.4倍；临江门断面：Pb为2.9倍，Cd为1.8倍，TP为3.6倍。

表1 各断面清、浑样Pb，Cd和TP质量浓度范围

图3 主要断面清、浑样Pb，Cd和TP质量浓度

综合以上对现场观测数据的分析，可以发现重金属污染物Pb，Cd和污染物TP的浑样浓度明显地大于清样浓度，并且在丰水期这种趋势比在枯水期和平水期更为明显，这就表明泥沙的存在较显著地提高了浑样浓度，泥沙对这些污染物具有较为显著的吸附作用。

2.3 重庆主城区江段的泥沙冲淤变化特征

三峡工程蓄水后，泥沙发生淤积，并且淤积过程将持续较长时间［8］。尽管近年来上游水土保持和水库拦沙作用使得入库泥沙量有所减少，但是自水库蓄水以来泥沙淤积趋势仍旧十分明显，根据《长江泥沙公报2008》的数据，重庆主城区江段2007年12月中旬至2008年9月中旬淤积了68万m3，2008年9月中旬至10月中旬，江段冲刷泥沙54.4万m3，2008年10月中旬至12月中旬淤积泥沙26.7万m3。伴随泥沙淤积的同时，泥沙吸附的大量污染物会沉积在水底，使得水体中的一些污染物浓度出现降低的趋势，但是水动力条件也发生了明显的改变，水体流速显著降低，这就为水体富营养化的发生提供了条件，值得引起关注。

3 结 论

（1）监测断面的泥沙含量变化呈现出明显的季节变化特征，在丰水期含量升高较快，在枯水期和平水期含量变化平缓。

（2）重金属污染物Pb，Cd和污染物TP的浑样浓度明显大于清样浓度，这说明泥沙的存在显著地提高了这些污染物指标的浑样浓度，与此同时，浑样污染物浓度与含沙量具有显著的相关性，泥沙对这些污染物具有较为显著的吸附作用。

（3）伴随泥沙淤积的同时，泥沙吸附的大量污染物会沉积在水底，使得水体中的一些污染物浓度出现降低的趋势，但是水动力条件也发生了明显的改变，水体流速显著降低，这就为水体富营养化的发生提供了条件，值得引起关注。

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