汤河水库底泥污染特性研究

丁金英

摘要：采用潜在生态风险指数和地积累指数两种指标相结合的方法对水库表层底泥中重金属污染程度进行评价，同时采用有机指数法对表层底泥的肥力状况进行评价。结果表明：汤河水库的重金属污染主要以Cd元素为主；并依据潜在生态风险指数将水库分为2个生态风险功能区。

关键词：汤河水库；底泥；营养盐；重金属；风险性评价

近年来，对汤河水库水质评价的研究较多[1-3]，但是对水库内源污染问题研究较少，因此，本文主要研究汤河水库底泥污染现状，并对其进行评价，以期为制定汤河水库污染综合治理方案提供科学依据。

1样品与方法

1.1样品采集及预处理

首先对汤河水库沉积物进行了采集工作。采集回来的沉积物样品带回实验室，经自然风干，除杂，研磨，过100目筛保存于棕色广口瓶中备用。

1.2样品消解及测定

（1）土样中总氮及总磷：称取0.1g土样于50mL比色管中，加入25mL碱性过硫酸钾溶液，在0.15～0.16MPa压力下保持120-124℃的温度下50分钟左右，自然冷却后用定性滤纸过滤，滤液定容到100mL，总氮采用紫外分光光度法、总磷采用钼锑抗分光光度法测定，并分别换算成土样中的总氮及总磷。

（2）土样中的有机质：称取适量土样于消解罐中，加入蒸馏水、高锰酸钾溶液、硫酸-硫酸银溶液各5mL，微波消解30分钟，消解液呈橙色，冷却后用硫酸亚铁铵标定，记录滴定量，计算出土样中的有机质的含量。

（3）土样中重金属（Cu、Pb、Cd和Zn）：称取0.1g土样于消解罐中，加入3mL分析纯HCL，1mL分析纯HNO3，1mL分析纯HF，利用微波消解10分钟，取消解液采用火焰原子吸收分光光度法分别测定Cu、Pb、Cd和Zn的含量，并分别换算成土样中的Cu、Pb、Cd和Zn。

2 结果与讨论

2.1底泥营养盐的分布特征

通过对汤河水库底泥中有机质、总磷、总氮、氨氮等营养盐的测定，结果表明：汤河水库坝左底泥中有机质含量最高。有机质的分布特征为：从西到东，表层底泥中有机质含量呈增大趋势，即东库区有机质浓度比西库区高。汤河水库东叉底泥中总氮浓度最高，汤河水库西叉次之，二道河子最低。水库表层底泥中有机质的分布特征为：西库区总氮浓度高于东库区。汤河水库东叉底泥中总磷浓度最高，汤河坝前次之，汤河水库西支入库口最小。

2.2 汤河水库底泥肥力评价

采用有机指数法对袁河表层沉积物的肥力状况进行评价，计算方法如下：

有机指数=有机碳（℅）×有机氮（℅） （1）

式中：有机碳（℅）=有机质（℅）/1.724；有机氮（℅）=总氮（℅）×0.95

结合汤河底泥的实际情况，并参考洋河水库底泥肥力的评价标准[4]，制定汤河水库底泥肥力的评价标准如表1所示，汤河水库沉积物中有机碳，有机氮含量和有机指数列入表2。

底泥C/N在某种程度上可反映有机质来源，因为生物种类不同，C/N比值不同。高等植物的C/N为14～23，水生生物为2.8～3.4，浮游动物与浮游植物为6～13，藻类为5～14[5-7]。汤河水库底泥C/N比值多数小于15，普遍偏低，说明表层底泥中有机质及营养盐多数来自河水中的水生生物和高等植物、浮游动物和藻类等，而汤河水库东叉C/N比值为47.2，相对偏高，说明这个地方沉积物中有机质及营养盐除来自河水中的藻类和高等植物外，多数來源于河流周围环境。

底泥N/P比值在某种程度上反映了河流的富营养化状态，N/P比值的高低与水体的富营养化程度有着密切的关系[6]。汤河水库底泥中N/P平均值为14.4，最大值为24.0（汤河水库东叉），最小值为1.9（二道河子），差异较大，但在局部区域如汤河水库西叉N/P比值为19.5，汤河水库东支入库口N/P比值为18.5相对偏高，说明这两个断面水体的富营养化程度可能比其它河段严重。

从表2可以看出，汤河水库表层底泥的平均有机指数为0.16，整个水库底泥大部分都处于Ⅲ级肥（污染）状态，但郝家店（1）和二道河子（4）有机指数较低，底泥处于尚清洁状态。

2.3 重金属污染评价

目前国内外常用的水体沉积物重金属污染的评价方法有污染指数法、地积累指数（Igeo）法、污染负荷指数（PLI）法、回归过量分析（ERA）法、Hakanson潜在生态风险指数法及脸谱图法。本文应用地积累指数法及潜在生态风险指数法对汤河水库底泥重金属进行评价。

2.3.1 地积累指数法评价

地积累指数法是德国海德堡大学沉积物研究所的Muller教授提出的。是一种研究水环境沉积物中重金属污染的定量指标。其计算公式如下：

（2）

式中：Cn为元素n在沉积物中的实测浓度，Bn为沉积物中元素的地球化学背景值，单位都为mg·kg-1；K为考虑各地岩石差异可能会引起背景值变动而取的系数（一般取值为1.5）。 汤河水库表层底泥中Cu、Pb的地积累指数均等于0，基本没有受到污染。Zn的地积累指数分级R≦1，属于轻度污染；而Cd的地积累指数普遍偏大，R>2～3，属于中度污染，由此可见，汤河水库表层底泥中4种重金属元素的污染顺序为Cd>Zn>Cu=Pb。

2.3.2 潜在生态风险指数评价

潜在生态风险评价的指标包括：某一金属污染系数Cif，某一金属生物毒性响应因子Tif，某一金属潜在生态风险因子Eif，多金属潜在生态风险指数RI，其关系如下：

式中：CiD为样品实测浓度；CiR为沉积物背景参考值；Tif为金属在水相、沉积固相和生物相之间的响应关系，即生物毒性加权系数；Eif为单一金属潜在生态风险因子；RI为多种金属潜在生态风险指数，L.Hakanson给出7种重金属的毒性加权系数的顺序为：Hg（40）>Cd（30）>As（10）>Pb=Cu（5）>Cr（2）>Zn（1）。

从表可以看出，汤河水库表层底泥中Cu、Zn、Pb等元素的单一元素潜在生态风险因子均小于40，属于低生态风险元素。而Cd 的潜在生态风险因子值最高，其平均值为133.6，最高值为汤河水库东支入库口处的225.2，最小值为汤河水库坝左处的79.2。由此可见，底泥中Cd元素是水库的高生态风险元素，也是生态风险指数增高的主要因子。汤河水库表层底泥中4种金属的潜在生态危害顺序是：Cd >Pb >Cu > Zn。

根据RI值与污染等级来看，汤河水库底泥重金属污染等级大致可分为两个阶段：汤河水库西叉、汤河水库坝右、汤河水库坝左和汤河水库坝前污染相对较轻，属于轻污染区；汤河水库西支入库口、二道河子、汤河水库东支入库口和汤河水库东叉属于中等污染区。

3.结论与建议

（1）汤河水库底泥C/N比值多数小于15，普遍偏低，说明表层底泥中有机质及营养盐多数来自河水中的水生生物和高等植物、浮游动物和藻类等，而汤河水库东叉（断面6）C/N比值为47.2，相对偏高，说明这个地方沉积物中有机质及营养盐除来自河水中的藻类和高等植物外，多数来源于河流周围环境；N/P比值表明汤河水库东叉和汤河水库西叉断面富营养化比较严重。

（2）底泥肥力的评价结果表明，汤河水库表层底泥平均有机指数为0.16，整个水库的底泥大部分都处于Ⅲ级肥（污染）状态，但郝家店（断面1）和二道河子（斷面4）有机指数较低，底泥处于尚清洁状态。

（3）重金属评价结果表明：汤河水库表层底泥中4种金属的潜在生态危害顺序是：Cd >Pb >Cu > Zn；根据根据RI值与污染等级，汤河水库底泥重金属的污染等级大致可分为两个区段，即汤河水库西叉、汤河水库坝右、汤河水库坝左和汤河水库坝前属于轻污染区；汤河水库西支入库口、二道河子、汤河水库东支入库口和汤河水库东叉属于中等污染区。

（4）加强汤河水库底泥治理的重点应放在汤河东叉和汤河西叉等断面，首先应该消减营养盐外负荷，控制污染物入库总量；其次，可以有计划清除淤泥，以减少底泥中营养盐的释放。

参考文献：

[1]马喜峰.汤河水库水质评价分析[J].农业与技术，2009，29（1）：87-90.

[2]马春明，曲延波。辽阳市汤河水库饮用水源水质现状分析[J].环境保护科学，2006，32（1）：34-36.