生態清淤污染底泥調查及風險分析評價方法

呂廣闊LV Guang-kuo；徐吉平XU Ji-ping；李志豪LI Zhi-hao

（河南省水利勘測設計研究有限公司，鄭州 450016）

1 緒論

2015年4月，國務院公布《水污染防治行動計劃》（“水十條”），要求各級地方人民政府制定并公布水污染防治工作方案，要求全面整治改善水環境[1]。在水環境綜合治理技術體系中，“控源截污，內源治理”是最為核心的步驟[2]，生態清淤因具有疏挖深度小、對底泥擾動小、二次污染小等優點在內源污染控制技術中得到了廣泛的應用，已先后在太湖、滇池、巢湖等河湖內源治理中得到應用[3]。清淤深度及范圍作為生態清淤的關鍵參數，對生態清淤的效果的有著重要的作用[4]。清淤過淺達不到有效去除污染物質的目的，而清淤過度又會破壞性地改變湖底形態，影響底棲生態環境和清淤后的生態修復[5]，因此在底泥清淤前需開展前期工作調查及污染底泥評價工作，這對科學準確地掌握底泥污染狀況，合理設計底泥清淤深度及范圍提供參考。

2 底泥調查方法

底泥調查與污染評價共分為4個階段，即“資料準備”、“采樣點布設”、“樣品分析”、“底泥風險評價”。其中“資料準備”是底泥調查的前提?！安蓸狱c布設”要從整體合理性出發，采樣點具有目標可達性、代表性、經濟性?！皹悠贩治觥笔菍Φ啄噙M行物理和化學分析，為底泥的污染狀況分析提供基礎數據?！暗啄囡L險評價”是對樣品分析的數據進行整理總結，確定河湖污染狀況，為后續清淤深度和清淤范圍的設計提供參考。技術路線見圖1。

圖1 底泥污染物調查技術路線圖

2.1 資料準備階段

2.1.1 資料收集

前期以資料收集為主，主要對河湖的地理位置、水文特征、周邊環境狀況、底泥特征等資料進行收集，具體要求如表1所示。

表1 資料收集類型及具體要求[6]

2.1.2 現場勘察

現場勘察主要是結合資料收集情況對項目區域的具體情況進行勘察，對項目區域的周邊環境狀況、污染源情況、水質現狀等進行全方面的了解，同時刪除不合理及無法達到的采樣點位，給出更合理、更具代表性的初始采樣點位布設。

2.2 采樣點布設

采樣階段分為“采樣點布設”、“樣品采樣”、“樣品保存”三個階段。其中“采樣點布設”需合理制定采樣點位，使其具有目標可達性、代表性、經濟性；“樣品采集”主要利用采樣設備對底泥采樣；“樣品保存”主要為了能夠使得樣品更準備、科學、有效地反映出污染特性，而采取的一些措施。

2.2.1 采樣點布設

采樣點布設分為初始采樣點和加密采樣點[6]。采樣點布設應結合河湖監控斷面、點源污染排放口、干支流匯入口等綜合考慮布設。對于初始采樣點，按照《中國土壤普查技術》判斷底泥的pH、有機質、TN和TP污染情況；按照《農用污泥污染物控制標準》（GB 4284-2018）和《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》（GB 15618-2018）判斷重金屬污染情況；如采樣監測發現該點位底泥受到污染，則開展加密點位布設和監測。若未發現污染，無需開展加密點位布設[7-8]。

2.2.2 底泥樣品采集

①樣品采集類型。

底泥樣品采樣一般分為表層采樣和柱狀采樣。表層底泥可用來研究底泥物化性質的水平變化和污染空間分布情況，確定污染底泥的邊界范圍；柱狀樣品主要用于研究底泥物化性質和污染物垂直變化，確定污染底泥的清淤深度，一般柱狀采樣深度到正常層以下的50cm。

②樣品采集方法。

底泥采樣方式一般分為人工與機械兩種。對底泥物理力學指標測定所需樣品的采集主要采用機械采樣方式，采樣設備包括工程鉆機及污染底泥快速取土裝置。對底泥化學指標測定所需樣品的采集，采用人工方式采樣，由采樣人員使用安裝在連接桿上的采樣器進行采樣。

2.2.3 底泥樣品保存

底泥樣品采集后，除樣品中的沙石和動植物殘體，然后采用四分法獲取柱狀樣的混合樣，放入到聚乙烯袋中帶回實驗室。通過自然風干、篩檢、研磨、過100目篩后用聚乙烯密封袋保存備用。

2.3 底泥樣品分析

2.3.1 現場即測指標

現場采集樣品后根據顏色、氣味、粒徑、形狀等指標，確定河湖底泥分層。從垂直分布來看，底泥從上至下可分為污染層（A層）、過渡層（B層）、正常層（C層），各層主要性質分布如圖2所示。

圖2 河湖底泥分層劃分[9]

污染底泥層（A層）：該層顏色為黑色至深黑色，其上部為稀漿狀，下部呈流塑狀，有臭味。該層沉積年代新，為近年來人類活動的產物，是湖泊內源污染物的主要蓄積庫。

污染過渡層（B層）：該層顏色為黑色至深黑色，在有機質及營養鹽污染地區，其上部為稀漿狀，下部呈流塑狀，有臭味。

正常湖泥層（C層）：其顏色保持未被污染的當地土質正常顏色，一般無異味，質地較密實。

2.3.2 底泥樣品分析指標

底泥化學分析中必做的指標分別為TN、TP、有機質、重金屬（Hg、Cd、As、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn）、底泥層厚度、pH；選做的指標分別為天然密度、土粒比重、顆粒級配、孔隙比、砂的相對密度、氧化還原電位等。分析方法應采用國家標準或環保行業標準方法。

3 污染風險評價

根據目前我國河湖的污染狀況，污染類型，可以將河湖污染總體分為以氮磷超標為主的有機污染，以重金屬超標無機污染。其中以氮磷超標為主的有機污染采用內梅羅綜合指數法和有機指數法綜合進行評價，以重金屬超標無機污染推薦潛在生態風險指數法進行評價。

3.1 以氮磷超標為主的有機污染評價方法

3.1.1 高氮磷污染底泥評價方法

內梅羅綜合污染指數法綜合考慮了氮、磷兩種污染物，利用內梅羅綜合污染指數法對氮磷進行評價，計算公式和評價標準（表2）如下[10]：

表2 內梅羅綜合污染評價風險分級標準

Sj——單項評價指數或標準指數；

Cs——評價因子j的評價標準值，mg/kg；

Cj——評價因子j的實測值，mg/kg；

F為n項污染物污染指數平均值；

Fmax為最大單項污染指數。

目前國內尚無統一的TN、TP基準值，常用的主要有以下幾種：1992年加拿大安大略省環境和能源部發布的最低級別生態風險效應的TN550mg/kg，TN600mg/kg基準值；太湖1960年沉積物TN670mg/kg，TN440mg/kg 基準值；美國EPA沉積物TN1000mg/kg，TN420mg/kg 基準值[10]。具體取值根據項目情況而定。

3.1.2 有機污染底泥評價方法

有機物超標也是造成河湖污染富營養化污染的重要原因之一，內梅羅綜合指數法忽略了OM指標，有機指數（OI）為底泥有機污染評價的指標，增加河湖有機污染指數法使評價更加完善。有機指數評價標準見表3。計算公式如下：

表3 底泥有機指數評價標準

OC——有機碳物質質量分數，%；

ON——有機氮物質質量分數，%；

TN——總氮物質質量分數，%；

OM——有機質物質質量分數，%。

3.2 以重金屬超標無機污染評價方法

關于底泥中重金屬評價方法有單因子污染指數法、底泥富集系數法、內梅羅綜合指數法、地累積指數法、潛在風險指數法法等[11]。其中瑞典著名地球化學家Hakanson（1980）提出的潛在生態指數法是目前較科學、全面的評價重金屬污染程度的方法[12]。該方法將底泥中重金屬毒性、生態效應與環境效應綜合考慮，并進行等價指數分級評價，定量區分潛在生態危害程度。

潛在生態風險指數法（RI）計算公式如下：

RI——為n種重金屬潛在生態風險指數之和。

表4 土壤環境背景值（mg/kg）[12]

3.3 清淤控制指標

①底泥重金屬污染的清淤控制值宜采用潛在生態風險指數RI≥300或單一污染物污染系數Cif≥3或單一污染物潛在生態風險系數Eir≥80。②底泥營養鹽的清淤控制值宜采用重度污染等級所對應指標，即底泥FF＞2或OI≥0.5。③針對重金屬污染、高氮磷、有機質污染的交叉地帶，清淤決策應綜合考慮。

*備注：以上控制指標作為清淤參考值，具體視河湖實際情況而定。

表5 重金屬毒性響應系數[12]

表6 單項及綜合潛在生態風險評價指數與分級標準[12]

4 結論

①底泥調查與評價涉及“資料準備”、“采樣點布設”、“樣品分析”、“污染風險評價”四個階段。②采樣階段工作流程為“采樣點布設”→“樣品采集”→“樣品保存”，其中采樣點布設結合資料、現場勘察和相關標準和規范初步制定采樣點，并按照《中國土壤普查技術》、GB 4284-2018和GB 15618-2018作為底泥是否受污染的判定依據，若采樣點發現污染，則需加密進行布設。底泥的采樣分為表層采樣和柱狀采樣，生態清淤要求全柱狀采樣。樣品保存需滿足相關的規范和要求。③樣品分析包含“即測指標”和“化學實驗分析指標”。根據“即測指標”初步確定底泥的分層劃分，“化學實驗分析指標”又分為必選指標和選做指標。分析方法應采用國家標準或環保行業標準方法。④以氮磷超標為主的有機污染采用內梅羅綜合指數法和有機指數法綜合進行評價，以重金屬超標無機污染推薦潛在生態風險指數法進行評價。