黃河中下游泥沙重金屬污染現(xiàn)狀及原因分析

夏修杰 鄭軍 萬強

摘要：為明晰黃河中下游河道淤積泥沙重金屬污染狀況，沿河道采集15個深層淤積泥沙樣本，對樣本中的Ph、Cu、Cd、Hg、Zn、Ni、Cr共7種重金屬和As的含量進行了檢測，選擇單因子質(zhì)量指數(shù)法和地累積指數(shù)法開展了評價。結(jié)果表明：黃河中下游河道整體上屬于重金屬無污染區(qū)，在禹門口附近的HY68斷面存在明顯的Cr污染和Ni污染，在花園口斷面存在Hg污染。

關(guān)鍵詞：地累積指數(shù)法；單因子質(zhì)量指數(shù)法；污染；重金屬；淤積泥沙；黃河中下游

中圖分類號：X131；TV882.1

文獻標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.08.004

黃河是世界上著名的多沙河流，河道內(nèi)淤積有大量泥沙，特別是黃河禹門口以下河道淤積最為嚴(yán)重。近年來隨著經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展，黃河泥沙逐漸成為寶貴的自然資源，被廣泛應(yīng)用于黃河防洪、土壤改良、采煤沉陷區(qū)修復(fù)、建筑材料、制磚、制陶等諸多方面，泥沙資源利用的市場前景廣闊。黃河泥沙大部分來自黃土高原，顆粒較細，對有機農(nóng)藥、鹽、酸、堿、重金屬等污染物的吸附作用很強，在遷移過程中極易遭到污染.特別是重金屬污染，其污染物不易溶解，且能迅速結(jié)合到顆粒物上，隨著顆粒物沉入水底，使泥沙成為重金屬元素最主要的富集地。另外，重金屬污染物較難徹底清除，對人類危害嚴(yán)重。

在泥沙資源利用過程中存在重金屬二次污染風(fēng)險，應(yīng)給以足夠重視。為此，本文利用振動式柱狀取樣設(shè)備，沿黃河中下游河道采集了15個柱狀泥沙樣本，對樣本中的重金屬含量進行了檢測，并選擇適宜的評價方法開展了評價，以明晰黃河中下游河道淤積泥沙重金屬污染狀況。

1 泥沙采樣

1.1 采樣點位分布

本研究在黃河禹門口以下1267km的河道范圍內(nèi)選取15個代表斷面作為樣本采集斷面（見表1、圖1）。采樣斷面的布設(shè)主要依據(jù)以下原則：①總體上按照實測斷面間距布設(shè)：②在水庫中依據(jù)淤積情況：③在河道中主要依托浮橋的位置。根據(jù)斷面布設(shè)情況，采樣斷面間距平均為76km，基本能夠反映整個研究區(qū)域的重金屬污染狀況。

1.2 樣本采集

借鑒深海沉積物保真取樣原理，改造并研制出振動式低擾動柱狀深層取樣設(shè)備（結(jié)構(gòu)見圖2）。設(shè)備總長為4.5m，底座最大直徑為2.8m，振動器功率為7.5kW，適用水深為0～200m，可采樣本長度為0～4m，樣本直徑為70mm，適用于江、河.湖、海、水庫中純沙、硬黏土等硬底質(zhì)沉積物的柱狀取樣。設(shè)備總質(zhì)量約1.5t，需要較大型的船舶和起重設(shè)備配合采樣。利用該設(shè)備采集了河床以下1～3m的柱狀泥沙樣本，樣本及時運至實驗室，混合均勻后立即封存于干凈的聚乙烯袋中。

1.3 樣本預(yù)處理

采集的沙樣在風(fēng)干室風(fēng)干，除去沙石、動植物碎片等明顯異物，混合均勻，用瑪瑙研缽研細過100目篩，四分法縮分得到待測樣本，裝入聚乙烯塑料袋中干燥保存。

2 重金屬檢測

所采集樣本的重金屬檢測由北京譜尼土壤實驗室測定，樣本消解參照國標(biāo)四酸（HCl-HN03-HF-HC104）處理，重金屬檢測根據(jù)NY/T1121.6-2006、GB/T1741-1997、GB/T22105.2-2008、HJ491-2009等標(biāo)準(zhǔn)，利用原子吸收光譜法和原子熒光光譜法對樣本中的7種重金屬（Pb、Cu、Cd、Hg、Zn、Ni、Cr）和一種類金屬（As）的含量進行檢測。結(jié)果見表2。

3 重金屬污染評價

3.1 評價依據(jù)及方法

本文使用《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995）中的土壤一級標(biāo)準(zhǔn)值和沉積巖（普通頁巖）中地球化學(xué)背景值作為評價標(biāo)準(zhǔn)。

目前，土壤重金屬污染評價方法眾多，如單因子指數(shù)評價法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、污染負荷指數(shù)法、地累積指數(shù)法（Igeo）、沉積物富集系數(shù)法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法、模糊數(shù)學(xué)法、灰色聚類法等，各種評價方法都有其適用范圍、評價目的、優(yōu)點及不足。單因子指數(shù)評價法可以分別反映每種污染物的污染程度，不能全面、綜合地反映土壤的污染程度，但該方法是其他環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量分級和綜合評價的基礎(chǔ)：內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法突出了高濃度污染物對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，能反映各種污染物對土壤環(huán)境的作用，將研究區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量作為一個整體與外區(qū)域或歷史資料進行比較，對于黃河中下游1267km的長河段，難以反映污染的沿程變化特征：地累積指數(shù)法考慮了人為污染因素、環(huán)境地球化學(xué)背景值，還特別考慮到自然成巖作用對背景值的影響，給出直觀的重金屬污染級別，綜合考慮黃河泥沙的特性和研究范圍，選擇單因子質(zhì)量指數(shù)法和地累積指數(shù)（Igeo）法對黃河泥沙重金屬污染狀況進行評價。

單因子質(zhì)量指數(shù)法將污染等級P分為5級，分別為：P≤1，無污染（I級）；15，重度污染（濃度可能超過背景值百倍以上，V級）。

地累積指數(shù)法按照指數(shù)值的大小將污染等級分為7級，分別為：Igeo≥5，為6級，極重污染；4≤Igeo<5，為5級，介于重污染與極重污染之間；3≤Igeo<4，為4級，重污染；2≤Igeo<3，為3級，介于中污染與重污染之間；1≤Igeo<2，為2級，中污染；0≤Igeo<1，為1級，介于無污染與中污染之間；Igeo<0，為0級，無污染。

3.2 評價結(jié)果

（1）單因子質(zhì)量指數(shù)法。利用單因子質(zhì)量指數(shù)法評價得到的重金屬污染結(jié)果見表3。從表3可知：小北干流HY68斷面l