豐水期琴江干流水土鐵、錳監測分析及其對 用水安全影響評價

彭思遠，姜傳隆，林 超，陳圖鈞

（廣東省韓江流域管理局，廣東 汕頭 515041）

韓江是廣東省除珠江外的第二大河流，承擔著河源、梅州、潮州、汕頭等市的生活、生態、生產用水。琴江位于韓江上游，干流跨河源、梅州兩市，琴江水質保護對韓江流域用水安全至關重要。鐵、錳是在自然界普遍存在的一對伴生礦，也普遍共存于天然水體中，人體所需的鐵、錳主要來源于飲水和食物[1]。多項研究表明，高鐵、高錳水會對人體健康和日常生產生活造成各種不良影響。如：高鐵、高錳飲用水可引起人食欲不振、嘔吐、腹瀉，胃腸道紊亂等不良反應[2]；水中鐵、錳的濃度超過一定限度會產生紅褐色沉淀物，不僅增加城鄉供水體系的制水成本，還會降低印染、造紙行業的產品質量[2,3]。國家在《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）[4]中將鐵、錳作為集中式生活飲用水地表水源地補充項目，對其含量進行了限制：Fe ≤0.3mg/L、Mn ≤0.1mg/L。

鑒于鐵、錳2 種金屬元素在飲用水中普遍存在、含量較高，且對居民用水安全可能產生較大影響，本研究重點關注這2 個項目，基于2019 年豐水期琴江干流自上游至下游6 個代表斷面土壤和水體中鐵、錳含量監測結果，分析琴江干流沿線土壤和水體中鐵、錳含量水平，變化情況和土壤對水體鐵、錳的影響，綜合評價琴江水土鐵、錳對用水安全的潛在影響。

琴江位于韓江上游，發源于廣東省河源市紫金縣七星崠，琴江干流由西南向東北流經紫金縣洋頭鎮后進入梅州市五華縣龍村鎮，經梅林鎮、安流鎮、橫陂鎮、水寨鎮、河東鎮等，止于五華河匯入口，全長約136km，集水面積2 871km2。琴江流域地貌分為平原（盆地）、階地、臺地、丘陵和山地五大類。琴江干流河段位于沿河盆谷平原區，沿河地貌以流水平原和階地為主，地勢較平坦，起伏和緩，主要由第四系的黏土、砂、礫石等構成[5]。琴江干流上下游沿岸自然土壤類型以赤紅壤為主，地帶性代表植被類型是亞熱帶季風常綠闊葉林[6]。琴江周邊以農業為主，工業發展相對滯后，但近年來發展較快。紫金縣、五華縣礦物資源均較豐富，紫金縣境內共有礦物22 種，鐵為優勢礦種之一[7]；五華縣境內僅金屬礦物就有34 種[8]。近年來琴江水質總體較好且較為穩定，全年水質基本保持Ⅲ類或優于Ⅲ類標準[9]。

2.1 監測代表斷面布設

本研究按《水環境監測規范》（SL219-2013）要求[10]選取沿琴江干流自上游至下游河段順直、河岸穩定、水流平緩、無急流湍灘且交通方便處依次布設際頭、吉祥、尖山、安流大橋、水寨大橋、華興大橋6 個監測代表斷面（見圖1），取斷面土壤和水體樣本進行監測分析。際頭斷面位于河源市紫金縣南嶺鎮，接近琴江源頭，是琴江源頭河段代表斷面。吉祥、尖山、安流大橋、水寨大橋、華興大橋斷面依次位于梅州市五華縣的龍村鎮、梅林鎮、安流鎮、水寨鎮和五華縣城。其中，吉祥斷面位于河源、梅州兩市交界處，是琴江上游代表斷面。尖山斷面位于琴江中游，設有尖山水文站。尖山斷面形狀多年無變化，為琴江重要控制斷面，其水質對琴江河流水質具有較強代表性[11]。安流大橋、水寨大橋、華興大橋斷面位于琴江流經下游的主要城鎮，是下游代表斷面。

圖1 韓江流域及琴江干流6個監測代表斷面位置分布示意

2.2 樣品采集與監測

本研究于2019 年豐水期（7 月）采集琴江干流6 個監測代表斷面土壤和水體樣品。土壤樣品采用蛇形布點法取樣，用鐵锨在地層0～20cm 處取混合樣3kg，用四分法去掉多余土壤，各留下1kg土壤樣品，按照《土壤環境監測技術規范》（HJ/T 166-2004）[12]對鐵、錳進行監測分析。水體樣品按照《水環境監測規范》（SL219-2013）[10]和《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）[13]的要求進行采樣和監測分析。此外，根據2017～2019 年每年5～7 月琴江尖山斷面的水質監測成果（見表2），分析豐水期琴江水體鐵、錳含量近年變化情況。

3.1 土壤和水體鐵、錳監測分析

對2019 年豐水期（7 月）琴江6 個代表斷面土壤和水體中的鐵、錳進行監測分析（見表1）可知6 個代表斷面土壤樣品鐵含量平均值為18.12mg/kg。 其中，水寨大橋斷面鐵含量最高，為26.20mg/kg ； 尖山斷面鐵含量最低，為12.30mg/kg ；6 個代表斷面土壤中鐵含量較為相近。錳含量平均值為49.60mg/kg，華興大橋斷面錳含量最高，為102.00 mg/kg ；尖山斷面錳含量最低，為15.50mg/kg ；6個代表斷面土壤中錳含量差異較大。6 個代表斷面水體樣品鐵含量平均值為1.05mg/L。其中，水寨大橋斷面鐵含量最高，為2.06mg/L ；際頭斷面鐵含量最低，為0.31mg/L，均超過《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）規定的鐵的限值（0.3mg/L）。 水體中錳含量平均值為0.05mg/L。其中，吉祥斷面的錳含量最高，為0.08mg/L；安流大橋斷面的錳含 量最低，為0.02mg/L，均未超過《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）規定的錳的限值（0.1mg/L）。

表1 2019年7月琴江6個代表斷面土壤和水體鐵、錳監測分析結果

表2 2017～2019年5～7月琴江尖山斷面水體鐵、錳含量情況

由表2 可知，2017～2019 年5～7 月期間尖山斷面水體鐵平均含量分別為0.68mg/L、0.76mg/L、0.98mg/L，均超過0.3mg/L 的限值且有逐年上升的傾向；錳平均含量分別為0.12mg/L、0.15mg/L、0.10mg/L，略超過0.1mg/L 的限值但總體相對穩定。2017～2019 年7 月尖山斷面水體鐵含量均接近于5～7 月平均含量，說明尖山斷面7 月水體鐵含量在豐水期內具有一定代表性。

3.2 土壤和水體鐵、錳含量變化情況

分析6 個代表斷面土壤和水體中鐵、錳含量變化情況（見圖2、3）顯示：從琴江上游的際頭至下游的華興大橋斷面，土壤和水體鐵、錳含量均未呈現出自上游向下游持續升高或降低的趨勢。其中，水體鐵含量在琴江中下游的水寨大橋斷面達到最高；水體錳含量則較穩定地保持在低水平。

圖2 琴江6個代表斷面土壤鐵、錳含量

圖3 琴江6個代表斷面水體鐵、錳含量

地表水中的鐵、錳金屬元素來源比較復雜。一般而言，造成水體鐵、錳含量超過標準限值的自然原因主要是河流經過含鐵、錳等金屬離子較高的巖層、土壤后，水體溶解相當數量的鐵、錳，造成本底值較高[14,15]。據梅州礦產局調查，梅州鐵、錳儲藏量居全省前列，土壤背景值偏高[11,16]，而且梅州地區酸雨較多[16]，土壤類型以赤紅壤為主，在高溫、高濕、高度風化條件下，容易形成鐵氧化物和錳氧化物等次生礦物[17,18]。特別是在豐水期，琴江周邊巖石風化后便會隨土壤經雨水沖刷進入琴江，當河水的pH 值較低時則可能溶解更多環境中的鐵、錳等金屬。有關研究發現，2002～2008 年琴江尖山斷面水體鐵、錳含量超標率分別為65.9%和18.2%，鐵流失嚴重[19]；2004～2008 年梅江流域（含琴江及其下游梅江河段）水體鐵、錳污染等級分別為重污染、中污染[11]，且都提出與土壤鐵、錳天然背景值較高有關，建議加強流域水土流失管控。

鑒于土壤可能是琴江水體鐵、錳的主要天然來源，但目前尚未發現針對琴江沿岸土壤鐵、錳含量監測的專門研究。本研究探索性地對6 個代表斷面土壤進行采樣監測，發現斷面土壤類型、質地各有不同，鐵、錳含量差異也較大，這反映了琴江干流上下游沿岸生態環境、土地開發利用狀況的不同。際頭斷面位于琴江源頭河段，基本上未受到直接污染和人類活動影響，其水體鐵、錳含量較接近自然本底狀態，相較之下，其下游5個斷面水體鐵含量均明顯升高，水體錳含量大多也有不同程度升高，但6 個斷面水體鐵、錳含量并未呈現持續的沿河流累積效應。推測琴江中下游水體鐵、錳含量受周邊環境因素影響較大，如位于水寨鎮中心區的水寨大橋斷面，該處水體受人群活動和排污影響較大，周邊環境可能會向水體引入更多的鐵元素，使水體鐵含量明顯升高。

3.3 土壤對水體鐵、錳影響分析

圖4 琴江6個代表斷面土壤和水體鐵含量對比

通過進一步對比分析豐水期6 個斷面土壤和水體鐵、錳含量（見圖4、5），未發現斷面土壤鐵、錳含量與水體鐵、錳含量存在明顯相關趨勢。初步推測，豐水期琴江土壤鐵、錳含量對水體鐵、錳的影響較為復雜，在周邊水土流失、底泥累積、支流匯入、水雨情等因素綜合作用下，斷面土壤鐵、錳含量對水體鐵、錳含量的影響并不能直接、顯著體現。除自然環境因素外，琴江沿岸生產生活等排放的廢污水也可能會額外引入鐵、錳等各類金屬。紫金及五華縣礦產資源較豐富，地區采礦業及鋼鐵、電解錳等工業企業易使各類礦物釋放入水土，增加水體鐵、錳含量。由于本研究目前未能全面監測、綜合分析干流河床底泥、支流水體、酸雨降水、工礦業污染源分布、生產排污等情況，尚難推斷水體鐵、錳的主要來源是原生地質環境還是環境污染等因素造成。現階段研究暫未發現豐水期琴江土壤鐵、錳與水體鐵、錳存在相關性，土壤對水體鐵、錳的具體影響方式不明，深入的來源分析和影響作用研究有待后續開展。

圖5 琴江6個代表斷面土壤和水體錳含量對比

3.4 土壤和水體鐵、錳對用水安全影響評價

通過監測分析2019 年豐水期（7 月）琴江干流6 個代表斷面土壤和水體鐵、錳2 個項目，未發現土壤鐵、錳對水體鐵、錳含量有明顯影響。6個代表斷面水體錳含量均低于《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）規定的限值0.1mg/L ；較長期來看，2017～2019 年5～7 月尖山斷面水體錳含量也僅在小幅度變化中輕微超過限值，初步認為琴江水體中錳對用水安全影響較小。6 個代表斷面水體鐵含量均超過0.3mg/L 的限值，特別是水寨大橋斷面水體鐵含量超限近6 倍，情況最為嚴重，且2017～2019 年5～7 月對尖山斷面水體監測結果顯示鐵普遍超限且平均含量呈逐年上升趨勢。因此，本研究綜合評價認為琴江干流水體中超過限值的鐵可能會對用水安全產生不良影響，需引起重視。建議在琴江流域通過采取防治水土流失、提高治污能力[11,19]、完善水質監測預警[16]等方式進行源頭治理，并輔以活性炭吸附等經濟簡便型末端處理方式[14,20,21]，去除琴江水體中過量的鐵，保障流域用水安全。

（1）2019 年豐水期（7 月），琴江6 個代表斷面土壤鐵含量較為接近，平均值為18.10mg/kg ；錳含量差異較大，平均值為49.60mg/kg。

（2）2019 年豐水期（7 月），琴江6 個代表斷面水體鐵和錳含量平均值分別為1.05mg/L 和0.05mg/L。6 個代表斷面水體鐵含量均超過《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）規定的0.3mg/L的限值。6 個代表斷面中錳含量均低于0.1mg/L 的限值。土壤和水體鐵、錳含量均未呈現出自上游向下游持續升高或降低的趨勢。

（3）2017～2019 年豐水期（5～7 月），琴江尖山斷面水體鐵含量均超過0.3mg/L 的限值，且平均含量呈逐年上升趨勢；錳含量輕微超過0.1mg/L 的限值，但總體相對穩定。

（4）2019 年豐水期（7 月），未發現琴江6 個代表斷面土壤鐵、錳含量與水體鐵、錳含量存在明顯相關趨勢。土壤對水體鐵、錳的具體影響方式暫不明確。

（5）本研究綜合評價認為琴江土壤和水體中的錳對用水安全影響較小，但鐵可能會產生不良影響。建議采取防治水土流失等源頭治理措施，輔以活性炭吸附等末端處理措施去除水體中過量的鐵，保障流域用水安全。