丰水期琴江干流水土铁、锰监测分析及其对 用水安全影响评价

彭思远，姜传隆，林 超，陈图钧

（广东省韩江流域管理局，广东 汕头 515041）

韩江是广东省除珠江外的第二大河流，承担着河源、梅州、潮州、汕头等市的生活、生态、生产用水。琴江位于韩江上游，干流跨河源、梅州两市，琴江水质保护对韩江流域用水安全至关重要。铁、锰是在自然界普遍存在的一对伴生矿，也普遍共存于天然水体中，人体所需的铁、锰主要来源于饮水和食物[1]。多项研究表明，高铁、高锰水会对人体健康和日常生产生活造成各种不良影响。如：高铁、高锰饮用水可引起人食欲不振、呕吐、腹泻，胃肠道紊乱等不良反应[2]；水中铁、锰的浓度超过一定限度会产生红褐色沉淀物，不仅增加城乡供水体系的制水成本，还会降低印染、造纸行业的产品质量[2,3]。国家在《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）[4]中将铁、锰作为集中式生活饮用水地表水源地补充项目，对其含量进行了限制：Fe ≤0.3mg/L、Mn ≤0.1mg/L。

鉴于铁、锰2 种金属元素在饮用水中普遍存在、含量较高，且对居民用水安全可能产生较大影响，本研究重点关注这2 个项目，基于2019 年丰水期琴江干流自上游至下游6 个代表断面土壤和水体中铁、锰含量监测结果，分析琴江干流沿线土壤和水体中铁、锰含量水平，变化情况和土壤对水体铁、锰的影响，综合评价琴江水土铁、锰对用水安全的潜在影响。

琴江位于韩江上游，发源于广东省河源市紫金县七星岽，琴江干流由西南向东北流经紫金县洋头镇后进入梅州市五华县龙村镇，经梅林镇、安流镇、横陂镇、水寨镇、河东镇等，止于五华河汇入口，全长约136km，集水面积2 871km2。琴江流域地貌分为平原（盆地）、阶地、台地、丘陵和山地五大类。琴江干流河段位于沿河盆谷平原区，沿河地貌以流水平原和阶地为主，地势较平坦，起伏和缓，主要由第四系的黏土、砂、砾石等构成[5]。琴江干流上下游沿岸自然土壤类型以赤红壤为主，地带性代表植被类型是亚热带季风常绿阔叶林[6]。琴江周边以农业为主，工业发展相对滞后，但近年来发展较快。紫金县、五华县矿物资源均较丰富，紫金县境内共有矿物22 种，铁为优势矿种之一[7]；五华县境内仅金属矿物就有34 种[8]。近年来琴江水质总体较好且较为稳定，全年水质基本保持Ⅲ类或优于Ⅲ类标准[9]。

2.1 监测代表断面布设

本研究按《水环境监测规范》（SL219-2013）要求[10]选取沿琴江干流自上游至下游河段顺直、河岸稳定、水流平缓、无急流湍滩且交通方便处依次布设际头、吉祥、尖山、安流大桥、水寨大桥、华兴大桥6 个监测代表断面（见图1），取断面土壤和水体样本进行监测分析。际头断面位于河源市紫金县南岭镇，接近琴江源头，是琴江源头河段代表断面。吉祥、尖山、安流大桥、水寨大桥、华兴大桥断面依次位于梅州市五华县的龙村镇、梅林镇、安流镇、水寨镇和五华县城。其中，吉祥断面位于河源、梅州两市交界处，是琴江上游代表断面。尖山断面位于琴江中游，设有尖山水文站。尖山断面形状多年无变化，为琴江重要控制断面，其水质对琴江河流水质具有较强代表性[11]。安流大桥、水寨大桥、华兴大桥断面位于琴江流经下游的主要城镇，是下游代表断面。

图1 韩江流域及琴江干流6个监测代表断面位置分布示意

2.2 样品采集与监测

本研究于2019 年丰水期（7 月）采集琴江干流6 个监测代表断面土壤和水体样品。土壤样品采用蛇形布点法取样，用铁锨在地层0～20cm 处取混合样3kg，用四分法去掉多余土壤，各留下1kg土壤样品，按照《土壤环境监测技术规范》（HJ/T 166-2004）[12]对铁、锰进行监测分析。水体样品按照《水环境监测规范》（SL219-2013）[10]和《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）[13]的要求进行采样和监测分析。此外，根据2017～2019 年每年5～7 月琴江尖山断面的水质监测成果（见表2），分析丰水期琴江水体铁、锰含量近年变化情况。

3.1 土壤和水体铁、锰监测分析

对2019 年丰水期（7 月）琴江6 个代表断面土壤和水体中的铁、锰进行监测分析（见表1）可知6 个代表断面土壤样品铁含量平均值为18.12mg/kg。 其中，水寨大桥断面铁含量最高，为26.20mg/kg ； 尖山断面铁含量最低，为12.30mg/kg ；6 个代表断面土壤中铁含量较为相近。锰含量平均值为49.60mg/kg，华兴大桥断面锰含量最高，为102.00 mg/kg ；尖山断面锰含量最低，为15.50mg/kg ；6个代表断面土壤中锰含量差异较大。6 个代表断面水体样品铁含量平均值为1.05mg/L。其中，水寨大桥断面铁含量最高，为2.06mg/L ；际头断面铁含量最低，为0.31mg/L，均超过《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）规定的铁的限值（0.3mg/L）。 水体中锰含量平均值为0.05mg/L。其中，吉祥断面的锰含量最高，为0.08mg/L；安流大桥断面的锰含 量最低，为0.02mg/L，均未超过《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）规定的锰的限值（0.1mg/L）。

表1 2019年7月琴江6个代表断面土壤和水体铁、锰监测分析结果

表2 2017～2019年5～7月琴江尖山断面水体铁、锰含量情况

由表2 可知，2017～2019 年5～7 月期间尖山断面水体铁平均含量分别为0.68mg/L、0.76mg/L、0.98mg/L，均超过0.3mg/L 的限值且有逐年上升的倾向；锰平均含量分别为0.12mg/L、0.15mg/L、0.10mg/L，略超过0.1mg/L 的限值但总体相对稳定。2017～2019 年7 月尖山断面水体铁含量均接近于5～7 月平均含量，说明尖山断面7 月水体铁含量在丰水期内具有一定代表性。

3.2 土壤和水体铁、锰含量变化情况

分析6 个代表断面土壤和水体中铁、锰含量变化情况（见图2、3）显示：从琴江上游的际头至下游的华兴大桥断面，土壤和水体铁、锰含量均未呈现出自上游向下游持续升高或降低的趋势。其中，水体铁含量在琴江中下游的水寨大桥断面达到最高；水体锰含量则较稳定地保持在低水平。

图2 琴江6个代表断面土壤铁、锰含量

图3 琴江6个代表断面水体铁、锰含量

地表水中的铁、锰金属元素来源比较复杂。一般而言，造成水体铁、锰含量超过标准限值的自然原因主要是河流经过含铁、锰等金属离子较高的岩层、土壤后，水体溶解相当数量的铁、锰，造成本底值较高[14,15]。据梅州矿产局调查，梅州铁、锰储藏量居全省前列，土壤背景值偏高[11,16]，而且梅州地区酸雨较多[16]，土壤类型以赤红壤为主，在高温、高湿、高度风化条件下，容易形成铁氧化物和锰氧化物等次生矿物[17,18]。特别是在丰水期，琴江周边岩石风化后便会随土壤经雨水冲刷进入琴江，当河水的pH 值较低时则可能溶解更多环境中的铁、锰等金属。有关研究发现，2002～2008 年琴江尖山断面水体铁、锰含量超标率分别为65.9%和18.2%，铁流失严重[19]；2004～2008 年梅江流域（含琴江及其下游梅江河段）水体铁、锰污染等级分别为重污染、中污染[11]，且都提出与土壤铁、锰天然背景值较高有关，建议加强流域水土流失管控。

鉴于土壤可能是琴江水体铁、锰的主要天然来源，但目前尚未发现针对琴江沿岸土壤铁、锰含量监测的专门研究。本研究探索性地对6 个代表断面土壤进行采样监测，发现断面土壤类型、质地各有不同，铁、锰含量差异也较大，这反映了琴江干流上下游沿岸生态环境、土地开发利用状况的不同。际头断面位于琴江源头河段，基本上未受到直接污染和人类活动影响，其水体铁、锰含量较接近自然本底状态，相较之下，其下游5个断面水体铁含量均明显升高，水体锰含量大多也有不同程度升高，但6 个断面水体铁、锰含量并未呈现持续的沿河流累积效应。推测琴江中下游水体铁、锰含量受周边环境因素影响较大，如位于水寨镇中心区的水寨大桥断面，该处水体受人群活动和排污影响较大，周边环境可能会向水体引入更多的铁元素，使水体铁含量明显升高。

3.3 土壤对水体铁、锰影响分析

图4 琴江6个代表断面土壤和水体铁含量对比

通过进一步对比分析丰水期6 个断面土壤和水体铁、锰含量（见图4、5），未发现断面土壤铁、锰含量与水体铁、锰含量存在明显相关趋势。初步推测，丰水期琴江土壤铁、锰含量对水体铁、锰的影响较为复杂，在周边水土流失、底泥累积、支流汇入、水雨情等因素综合作用下，断面土壤铁、锰含量对水体铁、锰含量的影响并不能直接、显著体现。除自然环境因素外，琴江沿岸生产生活等排放的废污水也可能会额外引入铁、锰等各类金属。紫金及五华县矿产资源较丰富，地区采矿业及钢铁、电解锰等工业企业易使各类矿物释放入水土，增加水体铁、锰含量。由于本研究目前未能全面监测、综合分析干流河床底泥、支流水体、酸雨降水、工矿业污染源分布、生产排污等情况，尚难推断水体铁、锰的主要来源是原生地质环境还是环境污染等因素造成。现阶段研究暂未发现丰水期琴江土壤铁、锰与水体铁、锰存在相关性，土壤对水体铁、锰的具体影响方式不明，深入的来源分析和影响作用研究有待后续开展。

图5 琴江6个代表断面土壤和水体锰含量对比

3.4 土壤和水体铁、锰对用水安全影响评价

通过监测分析2019 年丰水期（7 月）琴江干流6 个代表断面土壤和水体铁、锰2 个项目，未发现土壤铁、锰对水体铁、锰含量有明显影响。6个代表断面水体锰含量均低于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）规定的限值0.1mg/L ；较长期来看，2017～2019 年5～7 月尖山断面水体锰含量也仅在小幅度变化中轻微超过限值，初步认为琴江水体中锰对用水安全影响较小。6 个代表断面水体铁含量均超过0.3mg/L 的限值，特别是水寨大桥断面水体铁含量超限近6 倍，情况最为严重，且2017～2019 年5～7 月对尖山断面水体监测结果显示铁普遍超限且平均含量呈逐年上升趋势。因此，本研究综合评价认为琴江干流水体中超过限值的铁可能会对用水安全产生不良影响，需引起重视。建议在琴江流域通过采取防治水土流失、提高治污能力[11,19]、完善水质监测预警[16]等方式进行源头治理，并辅以活性炭吸附等经济简便型末端处理方式[14,20,21]，去除琴江水体中过量的铁，保障流域用水安全。

（1）2019 年丰水期（7 月），琴江6 个代表断面土壤铁含量较为接近，平均值为18.10mg/kg ；锰含量差异较大，平均值为49.60mg/kg。

（2）2019 年丰水期（7 月），琴江6 个代表断面水体铁和锰含量平均值分别为1.05mg/L 和0.05mg/L。6 个代表断面水体铁含量均超过《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）规定的0.3mg/L的限值。6 个代表断面中锰含量均低于0.1mg/L 的限值。土壤和水体铁、锰含量均未呈现出自上游向下游持续升高或降低的趋势。

（3）2017～2019 年丰水期（5～7 月），琴江尖山断面水体铁含量均超过0.3mg/L 的限值，且平均含量呈逐年上升趋势；锰含量轻微超过0.1mg/L 的限值，但总体相对稳定。

（4）2019 年丰水期（7 月），未发现琴江6 个代表断面土壤铁、锰含量与水体铁、锰含量存在明显相关趋势。土壤对水体铁、锰的具体影响方式暂不明确。

（5）本研究综合评价认为琴江土壤和水体中的锰对用水安全影响较小，但铁可能会产生不良影响。建议采取防治水土流失等源头治理措施，辅以活性炭吸附等末端处理措施去除水体中过量的铁，保障流域用水安全。