水工環地質中重金屬污染特征對比及來源解析研究

文章編號：1674-6139（2025）05-0054-06

中圖分類號：X142文獻標志碼：A

Characteristic Comparison and Source Analysis of Heavy Metal Pollution in Hydraulic Environment Geology

Ma Guoliang

（Henan Fourth Geological and Mineral Resources Survey Institute Co.，Ltd.，Zhengzhou 45Oo0o，China）

Abstract：Theheavymetalpolutioninthehydraulicenvironmentisoneoftheimportantissesinthecurrentenvironmentalfield. Inordertofacilitatetheevelopmentoffectivecontrolmeasuresintefuture，comparativesudyandsourceanalysisofavyetal polutioncharacteristicsinhydulicviromentalglogrepropodbydvidingteesamplingreastocolltcorespondingam ples.AfterproceingeaetaleementsndteirontentereetectedDataprocesingsoftareasusedtoatitiallalye thepolltionracteristcsofaetalmntsalulatetotetialologcalsidefaetalementsndalyte corelatiobetweeneachheavymetalelementasthetargetThecoelationcoeficientofheavymetalelementsasusedtoanalyzethe sourceofheavmetalelementsTheresultsindicatethattherearedferencesinheavymetalcontentinhydraulicengineringadenvironmental geology，with complexpollution sourcesand significant migration of heavy metal elements.

Keywords：hydraulicringgeology；heavymetalpollution；polutioncharacteristics；sourceanalysis；ecological environment

前言

重金屬在自然界中分布廣泛，對人類的生活和健康有著較大影響。由于重金屬本身的生物累積性，在自然環境中會產生遷移變化，不僅會隨著食物進入到人體內，同時還會對生態系統造成嚴重破壞[1-2]。水、土、大氣和地質是影響人類生存環境的重要因素，其中水工環地質的影響尤為顯著[3-4]，主要體現在兩個方面：一方面，水工環地質是整個環境的基礎和框架，存在的質量和狀況直接影響到水環境、土地資源、礦產資源等其他環境要素的質量和水平；另一方面，水工環地質中的重金屬污染也是水工環地質中一項重要內容，對水環境、土地資源等環境要素[5-6]有著嚴重影響。

由于重金屬具有較強的生物累積性，因此在進入環境后很難被分解和氧化，會在生物體內大量積累并隨著食物鏈進行逐級傳遞，最終在人體內形成長期積累而導致對人體健康造成嚴重危害[7]。為此，了解水工環地質中重金屬污染特征及其來源是指導環境治理、保證人體安全健康的重要內容[8]文章以水工環地質為研究重點，結合以往的研究資料與實地考察數據研究水工環地質中重金屬的污染特征和來源，盡可能完善相關研究內容，解決當前的污染問題，為生態環境的保護與治理提供支持。

材料與方法

1.1 研究區概況

研究采用野外取樣調查與實驗分析測試結合的方式。選擇的研究區域氣候類型主要為亞熱帶季風氣候，該區域降水較為集中且降水量較大，在降雨過程中容易導致水土流失和水土污染[9]。該地區土壤中有機質含量較高，但同時也存在著重金屬污染問題。由于區域內地形復雜、地貌多樣，所以在不同的地理位置和地質條件下，該區域的地質環境存在著較大差異。

在該區域存在工農業生產區，同時也是重金屬污染較為嚴重的地區之一。該區域內重金屬污染的主要來源包括農業污染、采礦污染以及廢水排放等[10]。農業污染往往是因為農業種植、生產過程中使用各種藥物或化肥等物質造成的。采礦污染主要是由于工業生產過程中的采礦和冶煉等活動對土壤和地下水造成了嚴重危害。廢水排放包括人們的日常生活用水和工業聚集區內產生的工業廢水。以該區域作為研究區域，從水工環地質上分別取樣進行重金屬污染的相關分析與討論。

1.2 樣品采集

在野外現場地質調查過程中，采集具有代表性的樣品進行分析。一般情況下，對地質環境和污染特征的研究主要采用地質剖面法、野外調查采樣法和室內分析法。而樣品采集的方式有兩種，一種是在野外現場直接進行取樣，另一種則是將采集的樣品運回實驗室后，使用專門的儀器和設備對其進行檢測。例如，在對某礦區重金屬污染特征進行研究時，在礦區內選取了3個不同的采樣點，每個采樣點分別采集了1＼～3個樣品，然后利用專業的儀器對樣品進行檢測。而對于地質樣品分析來說，首先對不同的地質背景下重金屬污染特征進行分析，然后再根據相應的污染特征來確定采樣點。在野外地質調查過程中，通常情況下以河流、湖泊、濱海濕地、山體等作為基本的研究對象。在采集完樣品后要使用專業的儀器進行檢測和分析。這就需要在采樣過程中對采集到的樣品進行合理規劃和有效控制。

在野外地質調查過程中，為了確保樣品采集的有效性和科學性，對采樣點的分布情況進行合理規劃。采樣點的分布按照“先遠后近、先密后疏、先主后次”的原則進行。在進行采樣點選擇時，考慮到當地的地形地貌特征、污染源分布情況和水文條件等。除此之外，在對地質樣品進行分類整理后，按照不同的污染類型進行合理規劃。在對采樣點的選址時，充分考慮到地質背景條件和土壤性質等因素，盡量選擇具有代表性的采樣點。將重點放在地下水資源比較豐富的區域，或土壤較貧瘠且交通較為便利的區域等。

根據水工環地質的研究需求，劃分三個采樣區域。在確定點位中心后，劃分 20m×20m 采樣范圍，對于工礦用地以及城鎮周邊土壤采集深度為0～60cm ，對于農用地土壤采集 0～20cm 土壤樣本。在開始采集樣品前，將土地表面的植物、碎石等雜物清理干凈，利用采樣鏟垂直向下切割與標準要求相近的土方，使用木鏟清除表面土壤后，將樣品置于聚乙烯軟墊上，再戴上丁晴手套后混合樣品，清理雜質。在實驗室內，對樣品進行研磨和過篩，處理后冷藏避光保存，等待后續化學分析。

對于水體中的樣品采集，使用采樣瓶采集水樣后，去除里面混合雜質，再使用聚乙烯容器盛裝處理后水樣，同時保存好表面沉積物，將其作為研究樣本的一種，去除雜物后保存至自封袋中，避光保存后等待化學分析。

1.3 檢測分析

對于土壤樣品化學分析來說，主要內容包括重金屬含量的測定和重金屬形態的分析，一般情況下，對于不同的重金屬元素采用不同的分析手段。一般情況下，采用的是原子吸收光譜法。在進行原子吸收光譜法分析時，通常情況下是采用石墨爐原子吸收分光光度計對樣品中的金屬元素進行測定，測定結果能夠達到國家相關標準。而在對樣品進行形態分析時，一般情況下會采用全量消解法、電感耦合等離子體原子發射光譜法等。對于樣品中重金屬元素的含量測定來說，主要是利用ICP－AES方法。對于水體樣本的化學檢測，根據不同的項目采用不同方式。具體內容見表1。

表1中分光光度法的具體使用情況由重金屬元素確定。

1.4 數據處理方法

文章依據水工環地質的特征，選取了3個不同采樣點，各個采樣點的數據存在一定的差異性，在后續分析上需要保證數據的統一。因此，在實際操作中，利用Kriging插值法，將三個區域分別劃分為不同的網格，分別對三個區域進行采樣，并利用相應的分析軟件對樣本數據進行處理，同時保證數據分析可靠性。在此基礎上，對水工環地質中重金屬的來源進行解析。

2 結果與分析

2.1重金屬含量統計特征

根據實際采集的研究區重金屬污染樣本的檢測情況，利用數據處理軟件整理出各個采樣區域的統計結果。采樣區域1的統計結果如表2所示，數據單位為 mg/L，

其中，區域1為工業聚集區域的土－水界面污染流重金屬污染統計特征，通過分析可知，該區域的土－水界面污染流中檢測到的重金屬有S Ni，Pb，Zn ，其中 ΔCd，Ni，Pb 的最小值均為0.001，說明該重金屬元素檢出有限，與地表水環境質量標準相比，部分樣本符合I類標準，但是另外幾種重金屬元素檢出遠高于標準值，樣本重金屬污染較為嚴重。區域2為工礦區域的土壤重金屬污染統計特征，以國家土壤標準值和背景值作為依據，對比觀察表中數據可以看出，沉積物中 Ni，Cu，Zn，Cd 金屬元素的含量與標準值相近，而 Cr，Pb，Hg 的含量比較高，其中 的含量遠高于標準值，重金屬污染比較嚴重。區域3為水體沉積物中的重金屬污染統計特征，表中顯示，除了 cr 和 Ni這兩種元素外，其他重金屬元素的平均值均超過了標準的土壤環境背 景值。

2.2 重金屬污染評價

在重金屬元素的污染評價中，參考以往的研究資料，采用潛在生態風險評價法分析重金屬元素的污染程度，以評價結果作為依據進行對比分析。潛在生態風險評價法采用定量的方式劃分不同重金屬元素的污染影響以及多類型重金屬的綜合影響。計算公式如式（1）：

式（1）中， m 表示重金屬污染物的類型數量， R 表示重金屬潛在的生態危害指數， T_rⁱ 表示目標的毒性反應系數， C_i 表示元素的實測質量分數， E_rⁱ 表示污染物 χ_i 的污染程度， C_nⁱ 表示參比值。由此可得出研究區域重金屬生態風險評價結果，選擇部分重金屬元素作為目標，得到的結果見圖1。

觀察圖中顯示的重金屬潛在生態風險評價結果，可以看出，在研究區域內，重金屬元素Cd具有很強的生態風險，在圖中顯示的重金屬元素中風險指數最高，其中又以采樣區域3的Cd污染程度最高，說明重金屬元素Cd對該區域的生態環境危害較大。從整體上看，圖中顯示的重金屬元素潛在風險指數的排序為重金屬元素的生態風險污染程度排序為 Cdgt;Pbgt;Cugt;Nigt;Zn ，在后續環境治理和保護上可以將其作為參考。

2.3重金屬元素相關性分析

研究水工環地質中重金屬的來源時，以重金屬元素之間的相關性作為依據，統計各個重金屬元素之間的相關系數，對重金屬元素的來源進行初步判斷，如果通過相關性分析結果確定幾種重金屬元素之間的相關性比較大，相關系數得分高，說明這幾種重金屬元素來源可能相同，反之，重金屬元素來源不同，進而可以推斷出重金屬污染可能為復合污染。

重金屬元素相關性分析結果見表3。

由表3中數據可以看出，重金屬元素Cd與Ni、 金屬元素之間的相關系數比較大，因此可得出，上述幾種重金屬元素具有同源性，將其與其他重金屬元素的相關系數對比觀察，可以確定研究區域的重金屬污染為典型的復合污染，并且其中幾種重金屬元素具有很大的遷移性，導致區域內重金屬以復合污染的形式出現顯著積累。

3討論

3.1水工環地質中重金屬污染特征對比分析

從水工環地質中重金屬污染來源的角度進行對比分析，可以得出以下結論：在不同環境背景下，重金屬的污染特征存在明顯差異。首先是地質背景，由于地質環境具有特殊性，在發生變化時會對環境造成巨大影響。如在地下水中，由于地表水的流動性強，在進入到地下水中后會發生遷移轉化，從而對地下水造成污染；而在地表水和地下水相互作用下，重金屬的污染特征也會發生明顯變化。其次是水文背景，不同類型的水文背景會對重金屬污染特征產生明顯影響。例如在江河流域中，由于自凈能力較弱，因此污染物很容易被自然降解；而在湖泊和池塘中則不同，自凈能力較強，污染物的遷移轉化也比較緩慢。在雷雨天氣時重金屬的污染特征比較明顯；而在寒潮天氣時則會出現大氣沉降作用下重金屬污染物發生遷移轉化的現象。

3.2水工環地質中重金屬元素來源解析

在對水工環地質中重金屬污染來源進行解析的過程中，首先對地質背景進行分析，了解不同地質背景下的重金屬來源。巖石的風化和侵蝕過程會釋放其中的重金屬元素進入環境。例如，在富含重金屬的母巖地區，風化作用會導致重金屬隨水流遷移至水體或沉積物中。地質構造活躍的區域，如斷層帶，常伴隨有巖漿活動或巖石破碎，這些過程也會釋放大量重金屬元素至環境中。工業活動是重金屬污染的主要來源之一，特別是冶金、化工、電鍍等行業。這些行業在生產過程中會產生含有重金屬的廢水、廢氣和固體廢棄物，如果處理不當，會直接或間接地排入環境。農藥、化肥的使用以及污水灌溉等農業活動也是重金屬污染的重要來源，長期大量使用含重金屬的農藥和化肥，會導致土壤和水體中重金屬含量升高。

將重金屬污染的統計特征、潛在生態風險評價結果與重金屬元素相關性分析結果相結合，對重金屬元素來源進行解析。在重金屬污染較為嚴重的區域，可能是污染企業聚集程度比較高，比如工業集中區域，另外，在礦產豐富的區域也存在較嚴重的重金屬污染，同時也會污染到附近的水體資源。在重金屬污染較輕的區域，產業發展集中度比較低，區域內的重金屬潛在生態風險也比較低，但是隨著產業聚集程度的提升，重金屬污染可能會逐漸增加。

4結束語

文章通過對水工環地質中重金屬污染特征的對比分析，揭示了水工環地質中重金屬的含量和特征。研究結果表明，水工環地質中的重金屬污染主要來源于工業廢水排放、城市化進程或農業活動等。其中，造成重金屬污染較為嚴重的主要來源是工業廢水排放，廢水中含有大量的重金屬離子，如銅、鉛、鋅等。農業活動中的農藥和化肥使用也是重金屬污染的重要來源之一，這些物質中的重金屬元素會在土壤中積累，進而通過地表水和地下水進入水體。在城市化進程中，城市污水的排放和處理不當也會導致重金屬污染。因此，在對水工環地質進行分析時，需要考慮到重金屬的來源和影響因素，并明確水工環地質中重金屬污染來源的類型和主要特征，為后續工作提供基礎依據。

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