洋河水庫底泥重金屬污染及其潛在生態危害評價

李 偉，王 蕭，范瑞朋

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津300222）

沉積物是水庫生態系統的重要組成部分，它不僅作為“匯”累積水體中重金屬，當條件（氧化還原電位、溫度、pH 值、溶解氧等）改變時，又可作為“源”將重金屬再次釋放到水體中，對水生生物產生毒害，并通過食物鏈傳遞，對人體健康構成威脅[1]。洋河是北京官廳水庫的主要入庫河流之一，流量占官廳水庫入庫流量的49%左右。1997 年，由于上游排污量劇增，導致官廳水庫水質惡化進而退出北京市飲用水源地[2]。研究洋河水庫底泥重金屬污染對研究洋河流域污染狀況、恢復官廳水庫飲用水水源地功能、緩解北京用水壓力具有重要意義。

評價沉積物重金屬污染的方法有模糊集理論,化學、生態學和毒理學等多學科綜合評價法，臉譜圖法[3]，地積累指數法[4]，潛在生態危害指數法及回歸過量分析等。本文采用直接對比法、地積累指數法和潛在生態危害指數法對洋河水庫底泥受重金屬污染的程度進行分析評價。

1 樣品的采集與處理

1.1 樣品采集

2021 年9 月，在洋河水庫內沿洋河水庫縱向、橫向均勻布設取樣點11 個，取得27 個不同深度底泥樣品進行檢測。采用直徑6.6 cm 的真空吸力底泥采樣器采集，采集樣品為圓柱形完整泥樣，單個樣品質量為1～2 kg。見圖1和表1。

表1 取樣編號及深度

圖1 洋河水庫取樣點位置

1.2 樣品的處理及測定

底泥樣品用封口的聚乙烯塑料袋裝好帶回試驗室，經自然風干、除雜、混合均勻后烘干，將樣品研磨后過篩，用四分法進行縮分，從中取出500～1 000 g，分裝在用硝酸處理過的廣口聚乙烯塑料瓶中并加入濃硝酸，使pH 值達到3.5，以防止重金屬離子沉淀或吸附于容器表面。

污染物檢測指標及依據見表2。

表2 底泥重金屬檢測指標及檢測依據

2 測定結果與污染評價

2.1 地積累指數評價法及背景值的選取

地積累指數是用于研究沉積物及其他物質中重金屬污染程度的定量指標，不僅考慮了自然地質過程對背景值的影響，還關注人類活動對重金屬污染的影響，也可以反映沉積物中重金屬富集情況，是區分人類活動影響的重要參數。地累積指數法

式中：Cs為沉積物中元素n的濃度實測值，mg/kg；K為考慮當地巖石差異可能引起的背景值變動而取的系數，可取為1.5；Cn為黏質沉積巖中元素n的地球背景濃度，mg/kg。

地積累指數法中，采用頁巖（相當于粒徑＜2 μm的黏土沉積物）的平均組成作為參比值，而目前我國在研究庫區底泥顆粒物時大部分篩選粒徑＜63 μm或＜50 μm，導致計算出的重金屬污染水平等級下降[5]。通常采用所研究水庫的實際顆粒物平均元素組成濃度作為地積累指數評價法的背景濃度最合適，本次重金屬評價中，以北京地區土壤環境背景值作為背景濃度［6～7］。見表3。

表3 北京地區土壤重金屬背景值 mg/kg

利用地積累指數法對污染程度進行分級，見表4。

2.2 底泥中重金屬的測定值及地積累指數

洋河水庫重金屬污染程度處于清潔、輕度污染和中度污染，其中輕度污染主要體現在鉻、鋅、鎘3 種重金屬污染，中度污染僅體現在個別土樣上；從取樣地點來看，“12-3”位置處受輕度和中度污染較其他位置嚴重。

各采樣點中重金屬的測定值見表5。地積累指數見表6。

3 底泥重金屬污染的潛在生態危害評價

Hakanson L[8]提出的潛在生態指數法The Potential Ecological Risk Index(RI)是目前最為常用的評價重金屬生態危害評價方法[9～10]。該方法的重點之一是確定重金屬的毒性系數，不僅包括單個重金屬的污染系數及重金屬毒性響應系數，還包括潛在的生態危害系數和底泥中多種重金屬潛在的危害指數。

式中：Cir為某種重金屬的污染系數；Cis為底泥中重金屬元素的實際濃度，mg/kg；Cin為重金屬元素背景濃度，mg/kg；Eir為單因子污染物的潛在生態危害系數；T ri為重金屬的毒性響應系數，采用Hakanson制定的標準化重金屬毒性響應系數作為評價依據，鎘Cd=30、鋅Zn=1、砷As=10、銅Cu=鎳Ni=鉛Pb=5、鉻Cr=2、汞Hg=40。

Eir描述某一污染物（元素）的污染程度，從低到高分為5 個等級；而RI描述某一點多個污染物潛在生態危害系數的綜合值，分為4個等級。見表7。

表7 生態危害系數和危害指數與污染程度的關系

洋河水庫底泥中金屬的潛在生態危害系數和潛在生態危害綜合指數見表8。

表8 洋河水庫底泥重金屬生態危害評價指數

對照表7 可以看出，洋河水庫底泥大部分區域重金屬處于輕微生態危害狀態，金屬鎘存在中等生態危害，甚至強生態危害和很強生態危害；金屬汞僅在1點處存在極強生態危害。

4 評價結果分析

根據地積累指數計算結果，洋河水庫底泥重金屬污染的區域主要集中在12-3 取樣點附近，污染元素為鋅（Zn）、汞（Hg）、鎘（Cd）、鉻（Cr），污染程度鋅（Zn）＞汞（Hg）＞鎘（Cd）＞鉻（Cr）；根據生態危害指數法，洋河水庫底泥重金屬污染的區域同樣處于12-3 取樣點附近，污染元素為汞（Hg）、鎘（Cd），污染程度為汞（Hg）＞鎘（Cd）。

造成這種區別的主要原因：地積累指數法側重于重金屬含量與背景濃度的對比評價，主要反映外源重金屬的富集程度；生態風險指數法除了考慮重金屬的含量之外，更考慮到了不同金屬的生物毒性影響[11]。

5 結論

1）重金屬污染狀態大部分處于清潔和輕度污染，其中鉻、鋅、鎘三種重金屬污染程度相對嚴重。

2）取樣點12-3 位置處存在重金屬污染，污染主要集中于表層0.2～0.4 m，污染元素為鋅（Zn）、汞（Hg）、鎘（Cd）、鉻（Cr）。

3）洋河水庫底泥重金屬污染主要集中于庫尾位置，建議在水庫運行管理過程中注意該位置的風險預警預報，以保證飲用水源安全。

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