小江回水区水体重金属污染状况调查与评价

杨清伟，丁　蔚，王图锦，李朝艳，彭慧灵

(重庆交通大学 河海学院，重庆 400074)



小江回水区水体重金属污染状况调查与评价

杨清伟，丁蔚，王图锦，李朝艳，彭慧灵

(重庆交通大学 河海学院，重庆 400074)

摘要：2010年三峡大坝首次成功蓄水到175m，在小江形成一个长约60km的回水区域即小江回水区。为了探析三峡大坝蓄水对库区水环境的影响，通过野外采样和室内测定，分析了三峡库区支流小江回水区河水中Fe、Mn、Cr、Pb、Cu和Cd的含量与空间分布，并运用单因子指数法和内梅罗指数法对其污染状况进行了评价。结果发现研究水体Pb含量达国家地表水环境质量II级标准的2~3倍，其余重金属含量则均在II级标准以内；水中重金属空间分布存在明显异质性；两种指数法评价均发现研究水体存在严重Pb污染。因此，应密切关注小江回水区的Pb含量变动情况。

关键词：三峡库区；小江回水区；重金属污染；单因子指数；内梅罗指数

重金属污染物因其难以被降解成为当今世界热切关注而迫切需要解决的问题[1,2]。三峡工程作为中国最大的水利水电枢纽工程，建成后为中国防洪、供电、供水等带来巨大效益，因此关于三峡工程的相关研究一直是中国研究的热点。在生态环境方面，已有研究大多侧重于水体沉积物和消落带土壤[3-5]，对水体的研究也多为常规的水质评价[6-8]，缺乏对水中多种重金属复合污染的相关研究[9]。本研究关注三峡大坝蓄水到175m后在小江形成的长约60km的回水区域即小江回水区，对其水体中多种重金属的分布特征及水体受重金属污染情况进行分析评价，以期为长江水质监测、评价与管控提供基础的科学依据。

一、材料与方法

(一)样品采集与分析

2013年11-12月，在三峡库区重庆段北岸小江回水区内设置了8个采样点，分别为渠马镇(1)、猫爪子(2)、高阳镇(3)、张王庙(4)、康家沟(5)、黄石镇(6)、澎溪河大桥(7)和双江广场(8)。将采集的水样经0.45(m滤膜过滤，去除杂质，取5ml水样，加入硝酸酸化使pH<2。本实验采用石墨炉法测定水体中重金属，遵循国家地表水环境质量标准的要求，每个样品重复测定三次，取平均值。

(二)评价方法

本文采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法[10]评价小江回水区水体重金属污染程度。

1.单因子指数评价法

单因子污染指数法计算公式为：

式中，Pi为污染物i的污染指数，Ci为污染物i的实测值，Si为污染物i的评价标准(一般取二类标准，单位为(g/L)。单因子指数法环境质量评价分级见表1。

表1　单因子指数法环境质量评价分级

2.综合指数评价法

内梅罗综合指数法计算公式为：

式中，P为综合污染指数，Pi为单因子指数，Pimax为区域内所有单因子指数的最大值。内梅罗指数法环境质量评价分级见表2。

表2　内梅罗指数法环境质量评价分级

二、结果与分析

(一)水体重金属含量特征

本次研究测定了小江回水区水体中Fe、Mn、Cr、Pb、Cu、Cd六种重金属元素，每种元素两个月(11、12月)浓度见图1。水体中各重金属含量情况是：Fe为27.9～185μg/L(11月)和65.2～190μg/L(12月)，Mn为2.76～15.9μg/L(11月)和0～34.4μg/L(12月)，Cr为1.4～4.43μg/L(11月)和1.57～36.7μg/L(12月)，Pb为0～13.2μg/L(11月)和0～33.8μg/L(12月)，Cu为4.12～8.91μg/L(11月)和2.47～11μg/L(12月)，Cd为未检出(11月)和0～1.91μg/L(12月)。可以看出，各重金属含量因元素种类而有不同。总体上，Fe、Mn、Pb、Cr含量相对其它二种含量较多，尤其是Fe，含量远远高出其它五种元素，Cd是六种元素中含量最低。

月份间的比较表明，12月水中各重金属含量普遍高于11月，尤其要特别注意Pb、Cr、Cd三种元素。因此，要尽可能避免在12月对该水域进行取水和渔业等活动，因为众所周知，这三种重金属是生命非必需的有毒有害元素，对人、畜以及水生生物等会构成潜在危害，Pb能损坏人体骨髓造血系统以及神经系统，过多的Cr则会给植物造成毒害作用，被公认为是致癌物质，Cd能在人体内长期滞留累积，有致癌性[1,2]。

与国家地表水环境质量标准(GB3838-2002)相比，六种元素中Pb的含量已超过了国家II级水质标准，尤其12月，除了采样点6，其它采样点含量超过II级标准2~3倍，另外五种重金属元素含量均在II级标准以内，11月的水样除Pb外其它重金属元素均能达到I级标准。

图1　小江回水区水体重金属浓度空间分布

图2　小江回水区水体重金属含量变化趋势

刘学斌等[5]对三峡库区长江干流巫山段水质的研究表明，2002-2008年间该河段水体未受到Pb的污染。对重庆主城区的六个断面(铜罐驿、寸滩、长寿、朱沱、北碚和临江门)的监测发现存在Pb、Cd污染[6]。在香溪河水域，研究[11]发现存在着Pb、Cd、Cu和Cr等多种重金属污染且不同月份亦有差异。因此，必须加强库区支流水质的监测工作，以便更准确把握干流及整个库区的水环境质量状况，为区域生产与生活提供水资源保障。

(二)水体重金属空间分布特征

取各重金属含量两个月的平均值描绘其空间分布图(图2)。由图可以发现，各元素浓度顺序在采样点1大致为Fe>Pb>Cu>Mn>Cr>Cd，采样点2为Fe>Cu>Cr>Mn>Cd>Pb，采样点3为Fe>Pb>Mn>Cu>Cr>Cd，采样点4为Fe>Pb>Cr>Cu>Mn>Cd，采样点5为Fe>Pb>Cu>Mn>Cr>Cd，采样点6为Fe>Mn>Cu>Pb>Cr>Cd，采样点7为Fe>Cu>Mn>Pb>Cr>Cd，采样点8为Fe>Cr>Pb>Mn>Cu>Cd。由此可以看出，Fe、Cd浓度在各采样点大致分别为最高、最低，其余各元素在不同采样点间的分布均未表现出一致趋势。这与其他研究所得结果相类似[12]。同时，从这种不规律的分布趋势中也可以得到有益提示，即针对不同研究河段拟采取的水质监控方法和手段应有所差异。比如，采样点1、3、4和5应首先控制Pb污染，采样点2和8应首先考虑Cr。

(三)水体重金属污染程度评价

单因子污染指数法和内梅罗综合指数法对小江回水区水体重金属污染情况进行评价后的结果见表3。

采用单因子污染指数法对8个采样点6种重金属评价分析发现，采样点1、3、4、8的水体受到表明Pb的轻微污染，而无其他元素污染。而内梅罗综合指数法评价结果表明采样点2、6、7水体为安全的清洁等级；采样点4、5、8水体为警戒限级的尚清洁等级；采样点1和3的水体表明水体已处于轻度污染状态。两种评价方法均表明，采样点1、3、4、8的水体污染等级较高，不容忽视，其中Pb的贡献较突出，尤其需要给予特别关注。

表3　小江回水区水体重金属污染状况

三、结论

三峡库区小江回水区水域Fe、Mn、Cr、Pb、Cu、Cd六种重金属元素12月的含量明显高于11月，其中Pb含量超过国家II级水质标准。研究水域重金属空间分布存在明显异质性。污染指数评价结果发现研究水域普遍受到重金属Pb的污染。因此，应尽量避免在该水域取水和从事渔业等活动，以规避对Pb的摄取。

参考文献：

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[10]徐彬,林灿尧,毛新伟.内梅罗水污染指数法在太湖水质评价中的适用性分析[J].水资源保护,2010,32(2):38-40.

[11]张晓华,肖邦定,陈珠金,等.三峡库区香溪河中重金属元素的分布特征[J].长江流域资源与环境,2002,11(3):269-273.

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[责任编辑刘江南]

中图分类号：X522

文献标识码：A

文章编号：1008-6390(2015)01-0164-04

作者简介：杨清伟(1972-)，男，重庆市人，博士，教授，主要从事水土资源利用与生态安全研究。