应用地积累指数评价城市水源地水体中底泥的重金属污染

王 坤，黄 明，陈富荣，刘绍根

(1.安徽建筑大学 环境与能源工程学院，安徽 合肥 230601；2.环境污染控制与废弃物资源化利用安徽省重点实验室，安徽 合肥 230601；3.安徽省地质调查院，安徽 合肥 230001)

随着经济快速发展，生活和生产中重金属污染物的产生量也随之逐年增加，而这些未经处理的重金属污染物通过各种途径排入水体中，在水体中沉积并被底泥吸附。由于底泥中重金属污染物稳定性高和降解难，对水生生态系统产生潜在危害，尤其是水体的化学、动力等条件发生变化时，底泥中的重金属污染物可能会向水体重新释放，从而造成水体的二次污染，最终通过食物链造成人体的重金属积累，危害人体健康[1-4]。

本文选择合肥市饮用水源地为调查对象，对饮用水源地流域水体中的底泥重金属污染物进行研究，并应用地积累指数评价其水体中底泥的重金属污染程度。

1 研究区现状

研究区位于合肥市西北侧、江淮分水岭南侧董铺水库和大房郢水库的汇水盆地，董铺水库、大房郢水库为合肥市饮用水源地，上游主要有6条支流汇入董铺水库，3条支流汇入大房郢水库。由于董铺、大房郢水库不能满足合肥城市用水需求，每年需从大别山通过淠史杭总干渠调水，再流入滁河总干渠后，向董铺水库补水。董铺水库与大房郢水库通过管渠连通，向合肥各大自来水厂提供原水。

2008年-2018年安徽省生态环境厅发布的《安徽省环境状况公报》中淠河总干渠水质基本保持在《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅰ-Ⅱ类，大房郢水库水质基本保持在Ⅲ类，符合饮用水源地水质要求。由于合肥市环保单位主要对董铺水库、大房郢水库水质进行长期监测和监管，而忽视对两大水库及其上游支流底泥污染情况的调查，尤其缺乏入董铺水库南侧蜀山汊、原科学岛污水处理厂排放口等区域底泥污染情况的调查，对合肥饮用水源地的水质安全可能造成潜在的危害。

本课题对入董铺水库南侧蜀山汊、原科学岛污水处理厂排放口区域底泥的污染调查结果表明：蜀山汊底泥中Cd、Hg、Pb、Cu、Zn与合肥市江淮分水岭全区土壤背景值比值为1.49-12.5[5-6]，人类活动叠加影响显著；原科学岛污水处理厂排放口附近底泥中Cd、Hg、Pb、Cu、Zn与合肥市江淮分水岭全区土壤背景值比值为1.47-63，可能受到科学岛污水处理厂排放的水质叠加影响。由此可见，这些城市建成区汇入合肥饮用水源地水体的底泥对其水质安全可能造成潜在的危害，这些危害可控，并可以采取有效的生态和工程措施加以解决，而合肥饮用水源地上游的9条支流以及董铺水库和大房郢水库汇水面积近400km2，因此，对其水体底泥污染情况的调查研究很有必要。

2 研究方法

在董铺水库上游6条支流布置12个采样点、大房郢水库上游3条支流布置5个采样点，董铺水库、大房郢水库分别布置3采样点。使用手持GPS定点，采用自制的底泥采样器采集表层底泥，按照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T166—2004)，取表层底泥装入专用的冷藏箱保存，当天送往安徽省地质实验研究所(国土资源部合肥矿产资源监督检测中心)分析测试，该研究所为首批通过国家级计量认证、获得国土资源部授权的全国25个部级质检中心之一，并取得质量管理体系认证证书(ISO9001：2008)。

3 底泥中重金属污染评价

常见的重金属污染评价方法有潜在生态风险指数法[7]、污染负荷指数法[8]、地积累指数法[9]等。应用地累积指数法评价水体中重金属污染，既考虑到土壤的地球化学背景值，又考虑到人类活动的叠加因素，还考虑了自然成岩作用可能引起的背景值变化因素，弥补了其他方法的缺陷。

地积累指数(Igeo)[9]已广泛用于研究水环境底泥中重金属污染程度的定量指标，是基于测量的金属浓度与其参考值之间关系，检验单个元素污染程度的常用指标，计算公式如下：

(1)

式中：Cn为实测重金属浓度，mg/kg；Bn为普通页岩中该元素的地球化学背景值，取合肥市江淮分水岭全区土壤背景值[5-6]，BAs为10 mg/kg，BCd为0.09 mg/kg，BHg为30. 6 mg/kg，BPb为25 mg/kg，BCu为25 mg/kg，BZn为52 mg/kg，BCr为69 mg/kg，BNi为25 mg/kg；K为考虑到自然成岩作用可能会引起的背景值的变动而设定的常数，K取1.5。

根据地积累指数值的大小，重金属的污染程度可分为7个级别[9-10]，具体分级情况如表1所示。

表1 重金属污染污染级别

(1)董铺水库及其上游水系底泥污染程度评价

董铺水库及其上游水系底泥地积累指数一览表如表2所示。从表2可以看出，入董铺水库河流7、9、11、12采样点的底泥中Cd地积累指数均在0-1，为1级，属轻度污染；5采样点的底泥中As地积累指数为0．32，在0-1(1级)，属轻度污染；入董铺水库河流底泥中As(5采样点除外)、Cd(7、9、11、12采样点除外)、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni地积累指数均小于0，为0级，属清洁。

董铺水库西北的13采样点底泥中As、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni地积累指数均小于0，为0级，属清洁；董铺水库东部14采样点底泥中As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni地积累指数均在0-1，为1级，属轻度污染，中部15采样点底泥中As、Cd、Hg、Zn、Ni地积累指数均在0-1，为1级，属轻度污染，而Pb、Cu地积累指数均小于0，为0级，属清洁。

表2 董铺水库及其上游水系底泥地积累指数一览表

(2)大房郢水库及其上游水系底泥污染程度评价

大房郢水库及其上游水系底泥地积累指数如表3所示。从表3可以看出，入大房郢水库河流16采样点底泥中Hg，18采样点底泥中As、Pb、Ni，地积累指数均在0-1，为1级，属轻度污染；入大房郢水库河流底泥中As(18采样点除外)、Hg(16采样点除外)、Pb(18采样点除外)、Cu、Zn、Cr、Ni(18采样点除外)地积累指数均小于0，为0级，属清洁。大房郢水库21采样点底泥中Cd地积累指数在0-1，为1级，属轻度污染；大房郢水库底泥中As、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni为0级，属清洁。

表3 大房郢水库及其上游水系底泥地积累指数

4 结 语

入董铺水库河流底泥中除1个采样点As、4个采样点Cd为轻度污染外，采样点的As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni均为清洁，表明入董铺水库河流底泥中重金属污染潜在危害性小，但董铺水库北侧支流的Cd为轻度污染，应加以重视。董铺水库近东部坝体处底泥中除Pb、Cu外，As、Cd、Hg、Zn、Cr、Ni为轻度污染，表明董铺水库河流底泥中重金属污染有潜在危害性。

入大房郢水库河流底泥中除1个采样点As、Pb、Ni，1个采样点Hg为轻度污染，As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni属清洁，表明入大房郢水库河流底泥中重金属污染潜在危害性小。大房郢水库除1个采样点Cd轻度污染外，大房郢水库底泥中As、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni属清洁，表明大房郢水库底泥中重金属污染潜在危害性小，这与大房郢水库拦坝建库晚有关。

由于尚存在渠道和雨水排放口的雨水汇入董铺水库、大房郢水库，将会带入一定量的营养盐和底泥中的重金属污染物，对饮用水源地的水质安全带来较大影响。建议按照《合肥市董铺水库、大房郢水库水源保护区规划导则》提出的强化湿地净化功能，选择对重金属吸附效果好的填料，在水库渠道入水集中区域和城区雨水主要排放口区域建设人工湿地工程，确保出水达到地表水III类水质标准。此外，合肥净水厂取水口离董铺水库坝体较近，而董铺水库近东部坝体及其上游北侧支流中底泥的重金属污染不容忽视。