重慶主城區河流底泥中重金屬污染現狀及生態風險分析

張占梅，黃大俊，石瑞琦，徐 源，龔雨晨

(1. 重慶交通大學 河海學院，重慶 400074； 2. 環境水利工程重慶市工程實驗室，重慶 400074)

0 引 言

通常，主城區河道受納水質復雜，一些未經處理或處理不達標的污染物直接排入河道，沉積在河道底泥中。當外部條件發生變化時，污染物會從底泥中重新釋放出來，造成水體的二次污染[1-2]。重慶作為重工業城市，在環保監管不嚴和粗放式生產的歷史背景下，大量機加工企業及衍生產業鏈排放的含有重金屬的工業廢水就近排入河道，造成上覆水環境的嚴重污染，而重金屬也在河流底泥中長期沉積。由于富集作用和食物鏈的存在，重金屬易在水生生物體內囤積，最終進入陸生生物和人類體內，嚴重威脅整個生態系統[3-5]。

目前，關于河流底泥中重金屬污染的研究大多只針對單一河流或大型河流展開，而對于主城區內中小型河流的研究較少。何太蓉等[6]、劉國濤等[7]針對重慶市內河流底泥中重金屬的潛在生態風險進行了分析評價；楊清偉等[8]研究了重慶市區長江及嘉陵江水體沉積物重金屬的污染狀況并評價其潛在生物毒性；張興英等[9]評價了1996—2010年重慶主城區段長江寸灘和望龍門斷面沉積物中重金屬污染程度；張興梅等[10]對三峽庫區重慶城區段底泥重金屬污染進行了調查與分析。

為了摸清重慶主城區典型河道底泥中重金屬污染及分布現狀，筆者以重慶市主城區花溪河、苦溪河、桃花溪、清水溪及盤溪河等5條河流為研究對象，檢測了河流底泥中6種重金屬Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn 的濃度，評價了重金屬的污染狀況和潛在生態風險。研究發現重慶市主城區5條河流底泥中，6種重金屬污染均達到了輕度污染及以上等級，其中Cu的污染較為嚴重；重金屬的潛在生態風險相對較小。研究結果可為底泥疏浚、水生態環境綜合治理提供依據。

1 研究河流概況、底泥樣品采集及重金屬含量測定

1.1 研究河流概況

1)花溪河，發源于巴南區南彭街道，主要流經巴南區，河道總長63.6 km，流域面積約為195.9 km2，在李家沱附近匯流入長江。

2)苦溪河，發源于巴南區鹿家場，流經巴南區和南岸區，全長26.9 km，由南向北貫穿茶園新區經廣陽島流入長江，具有山區性河流的典型徑流特征。

3)桃花溪，依次流經沙坪壩區、大渡口區和九龍坡區，全長15.79 km，是長江在重慶主城最大的一級支流。

4)清水溪，發源于沙坪壩區歌樂山鎮，是嘉陵江右岸一級支流，全長15.1 km，在沙坪壩區磁器口匯入嘉陵江。

5)盤溪河，是嘉陵江左岸的一條支流，流經江北區和渝北區，全長約11 km。

這5條河流流域覆蓋了重慶主城七區，且流經主要工業區、居民區、高等院校及科研院所的集中區域，是典型的受工業污染和城市急速發展影響的城市河道，也是水體污染相對較嚴重的河流。研究河流底泥中重金屬污染現狀，并分析其潛在生態風險具有典型的代表意義。

1.2 河流底泥樣品采集

在5條河流中分別設置采樣點1#、2#、3#，以測定底泥中重金屬含量。為確保采樣具有代表性，采樣點布設在河流流速均勻的平直河段，且上下游100 m范圍內無排污口的區域，如圖1。

1.3 河流底泥中重金屬含量測定

1)將采集的底泥樣品放入塑料瓶中，封口保存，貼好標簽，并記錄采樣時間帶回實驗室。

2)在實驗室中，將底泥樣品置于干凈的玻璃器皿上，待自然風干后，取適量于研缽中，用缽杵碾壓，除去砂礫后過篩(100目)。

3)將底泥樣品進行消解，采用電感耦合等離子體(ICP)法測定重金屬 Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量。測定結果如表1。

表1 重慶市主城區河流底泥中重金屬測定結果

2 評價方法

2.1 底泥重金屬污染評價法

2.1.1 內梅羅綜合指數法

內梅羅綜合指數法不僅能反映各重金屬對底泥的污染程度，還能判斷污染指數最大的重金屬對環境的影響程度[11]。內梅羅綜合污染指數Pcom按照式(1)計算：

(1)

表2 重慶市土壤重金屬評價參比值及毒性系數

根據式(1)計算得到的Pcom按表3劃分河流底泥中重金屬污染等級[12]。

表3 內梅羅綜合指數Pcom評價標準

2.1.2 地累積指數法

地累積指數Igeo又稱Muller指數，由德國科學家Muller提出，是借助重金屬實測值與背景值的關系來評估河流底泥中重金屬污染程度的參數[13]。地累積指數法不僅考慮了重金屬實際污染情況及背景值，還設了一個修正系數K，用以考慮沉積特征及地質結構的影響。地累積指數Igeo按式(2)計算：

(2)

式中：K為表征沉積特征、地質等的修正系數，通常K=1.5；其他符號同前。

根據計算得到的Igeo，按表4將重金屬污染程度分為7個等級[14]。

表4 地累積指數Igeo分級標準

2.3 生態風險評價法——潛在生態風險指數法

潛在生態風險指數法由Hakanson于20世紀80年代提出，是評價重金屬潛在生態風險的一種相對快速、簡便的方法，既能反映單一重金屬污染，也能評估多種重金屬污染的潛在生態風險狀況[15-16]。潛在生態風險指數RI表達式如式(3)：

(3)

表5 重金屬潛在生態風險危害程度判斷標準

3 評價結果及分析

3.1 河流底泥中重金屬污染程度評價

3.1.1 內梅羅指數法評價結果與分析

將表1中實測重金屬含量代入式(1)，計算得到重慶市主城區5條河流每個采樣點的內梅羅綜合指數Pcom，按表3確定污染等級，結果見表6。

表6 Pcom計算結果及重金屬污染等級確定

由表6可知，重慶市主城區5條河流均達到了輕度及以上污染等級，其中桃花溪和清水溪達到重污染等級(Ⅴ級)。

3.1.2 地累積指數法評價結果與分析

將表1中實測重金屬含量代入式(2)，計算得到重慶市主城區5條河流3個測點底泥中6種重金屬的地累積指數Igeo，并求出平均值Igeo,av，結果見表7。

表7 重慶市主城區河流底泥中重金屬地累積指數平均值Igeo,av

由表7可見，各條河流底泥重金屬平均地累積指數Igeo，av大小順序為

花溪河：Igeo,av(Cr)

桃花溪：Igeo,av(Pb)

苦溪河：Igeo,av(Cr)

清水溪：Igeo,av(Cd)

盤溪河：Igeo,av(Cd)

可見，除花溪河外，其他4條河流中Igeo,av(Cu)都是最大的，說明重慶市主城區河流受Cu污染較為嚴重。

3.2 潛在生態風險危害程度

表8 重慶市主城區河流底泥中重金屬及RI計算結果

參考表5判斷標準對表8進行分析：

1)除了花溪河3個采樣點的重金屬潛在生態風險指數最大值RImax=212.04，屬于“中等”風險等級外，其他河流3個采樣點的重金屬潛在生態風險指數RI < 150，屬于“輕微”風險等級。說明重慶市主城區河流底泥中重金屬的潛在生態風險較低。

3 結 論

1)內梅羅綜合指數評價結果表明，重慶市主城區5條河流底泥中，重金屬污染較為嚴重，6種重金屬污染均達到了輕度污染及以上等級，其中桃花溪和清水溪屬于重污染。

2)地累積指數法評價結果說明Cu對重慶市主城區河流污染較為嚴重。

3)潛在生態風險指數法評價結果說明，重慶市主城區河流底泥中重金屬的潛在生態風險較小。6種重金屬中，Cd的生態危害程度屬于“強”等級，其他重金屬均屬于“輕微”等級。