張占梅，黃大俊，石瑞琦，徐 源，龔雨晨

(1. 重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶 400074； 2. 環(huán)境水利工程重慶市工程實(shí)驗(yàn)室，重慶 400074)

0 引 言

通常，主城區(qū)河道受納水質(zhì)復(fù)雜，一些未經(jīng)處理或處理不達(dá)標(biāo)的污染物直接排入河道，沉積在河道底泥中。當(dāng)外部條件發(fā)生變化時(shí)，污染物會(huì)從底泥中重新釋放出來(lái)，造成水體的二次污染[1-2]。重慶作為重工業(yè)城市，在環(huán)保監(jiān)管不嚴(yán)和粗放式生產(chǎn)的歷史背景下，大量機(jī)加工企業(yè)及衍生產(chǎn)業(yè)鏈排放的含有重金屬的工業(yè)廢水就近排入河道，造成上覆水環(huán)境的嚴(yán)重污染，而重金屬也在河流底泥中長(zhǎng)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(nèi)囤積，最終進(jìn)入陸生生物和人類體內(nèi)，嚴(yán)重威脅整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)[3-5]。

目前，關(guān)于河流底泥中重金屬污染的研究大多只針對(duì)單一河流或大型河流展開，而對(duì)于主城區(qū)內(nèi)中小型河流的研究較少。何太蓉等[6]、劉國(guó)濤等[7]針對(duì)重慶市內(nèi)河流底泥中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)；楊清偉等[8]研究了重慶市區(qū)長(zhǎng)江及嘉陵江水體沉積物重金屬的污染狀況并評(píng)價(jià)其潛在生物毒性；張興英等[9]評(píng)價(jià)了1996—2010年重慶主城區(qū)段長(zhǎng)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(duì)三峽庫(kù)區(qū)重慶城區(qū)段底泥重金屬污染進(jìn)行了調(diào)查與分析。

為了摸清重慶主城區(qū)典型河道底泥中重金屬污染及分布現(xiàn)狀，筆者以重慶市主城區(qū)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(duì)象，檢測(cè)了河流底泥中6種重金屬Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn 的濃度，評(píng)價(jià)了重金屬的污染狀況和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。研究發(fā)現(xiàn)重慶市主城區(qū)5條河流底泥中，6種重金屬污染均達(dá)到了輕度污染及以上等級(jí)，其中Cu的污染較為嚴(yán)重；重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。研究結(jié)果可為底泥疏浚、水生態(tài)環(huán)境綜合治理提供依據(jù)。

1 研究河流概況、底泥樣品采集及重金屬含量測(cè)定

1.1 研究河流概況

1)花溪河，發(fā)源于巴南區(qū)南彭街道，主要流經(jīng)巴南區(qū)，河道總長(zhǎng)63.6 km，流域面積約為195.9 km2，在李家沱附近匯流入長(zhǎng)江。

2)苦溪河，發(fā)源于巴南區(qū)鹿家場(chǎng)，流經(jīng)巴南區(qū)和南岸區(qū)，全長(zhǎng)26.9 km，由南向北貫穿茶園新區(qū)經(jīng)廣陽(yáng)島流入長(zhǎng)江，具有山區(qū)性河流的典型徑流特征。

3)桃花溪，依次流經(jīng)沙坪壩區(qū)、大渡口區(qū)和九龍坡區(qū)，全長(zhǎng)15.79 km，是長(zhǎng)江在重慶主城最大的一級(jí)支流。

4)清水溪，發(fā)源于沙坪壩區(qū)歌樂山鎮(zhèn)，是嘉陵江右岸一級(jí)支流，全長(zhǎng)15.1 km，在沙坪壩區(qū)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(jīng)江北區(qū)和渝北區(qū)，全長(zhǎng)約11 km。

這5條河流流域覆蓋了重慶主城七區(qū)，且流經(jīng)主要工業(yè)區(qū)、居民區(qū)、高等院校及科研院所的集中區(qū)域，是典型的受工業(yè)污染和城市急速發(fā)展影響的城市河道，也是水體污染相對(duì)較嚴(yán)重的河流。研究河流底泥中重金屬污染現(xiàn)狀，并分析其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)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(shè)置采樣點(diǎn)1#、2#、3#，以測(cè)定底泥中重金屬含量。為確保采樣具有代表性，采樣點(diǎn)布設(shè)在河流流速均勻的平直河段，且上下游100 m范圍內(nèi)無(wú)排污口的區(qū)域，如圖1。

1.3 河流底泥中重金屬含量測(cè)定

1)將采集的底泥樣品放入塑料瓶中，封口保存，貼好標(biāo)簽，并記錄采樣時(shí)間帶回實(shí)驗(yàn)室。

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

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

表1 重慶市主城區(qū)河流底泥中重金屬測(cè)定結(jié)果

2 評(píng)價(jià)方法

2.1 底泥重金屬污染評(píng)價(jià)法

2.1.1 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法不僅能反映各重金屬對(duì)底泥的污染程度，還能判斷污染指數(shù)最大的重金屬對(duì)環(huán)境的影響程度[11]。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)Pcom按照式(1)計(jì)算：

(1)

表2 重慶市土壤重金屬評(píng)價(jià)參比值及毒性系數(shù)

根據(jù)式(1)計(jì)算得到的Pcom按表3劃分河流底泥中重金屬污染等級(jí)[12]。

表3 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)Pcom評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.1.2 地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)Igeo又稱Muller指數(shù)，由德國(guó)科學(xué)家Muller提出，是借助重金屬實(shí)測(cè)值與背景值的關(guān)系來(lái)評(píng)估河流底泥中重金屬污染程度的參數(shù)[13]。地累積指數(shù)法不僅考慮了重金屬實(shí)際污染情況及背景值，還設(shè)了一個(gè)修正系數(shù)K，用以考慮沉積特征及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響。地累積指數(shù)Igeo按式(2)計(jì)算：

(2)

式中：K為表征沉積特征、地質(zhì)等的修正系數(shù)，通常K=1.5；其他符號(hào)同前。

根據(jù)計(jì)算得到的Igeo，按表4將重金屬污染程度分為7個(gè)等級(jí)[14]。

表4 地累積指數(shù)Igeo分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法——潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法由Hakanson于20世紀(jì)80年代提出，是評(píng)價(jià)重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的一種相對(duì)快速、簡(jiǎn)便的方法，既能反映單一重金屬污染，也能評(píng)估多種重金屬污染的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況[15-16]。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI表達(dá)式如式(3)：

(3)

表5 重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)危害程度判斷標(biāo)準(zhǔn)

3 評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

3.1 河流底泥中重金屬污染程度評(píng)價(jià)

3.1.1 內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

將表1中實(shí)測(cè)重金屬含量代入式(1)，計(jì)算得到重慶市主城區(qū)5條河流每個(gè)采樣點(diǎn)的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)Pcom，按表3確定污染等級(jí)，結(jié)果見表6。

表6 Pcom計(jì)算結(jié)果及重金屬污染等級(jí)確定

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

3.1.2 地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

將表1中實(shí)測(cè)重金屬含量代入式(2)，計(jì)算得到重慶市主城區(qū)5條河流3個(gè)測(cè)點(diǎn)底泥中6種重金屬的地累積指數(shù)Igeo，并求出平均值Igeo,av，結(jié)果見表7。

表7 重慶市主城區(qū)河流底泥中重金屬地累積指數(shù)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(shù)Igeo，av大小順序?yàn)?/p>

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(shuō)明重慶市主城區(qū)河流受Cu污染較為嚴(yán)重。

3.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)危害程度

表8 重慶市主城區(qū)河流底泥中重金屬及RI計(jì)算結(jié)果

參考表5判斷標(biāo)準(zhǔn)對(duì)表8進(jìn)行分析：

1)除了花溪河3個(gè)采樣點(diǎn)的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最大值RImax=212.04，屬于“中等”風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)外，其他河流3個(gè)采樣點(diǎn)的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI < 150，屬于“輕微”風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。說(shuō)明重慶市主城區(qū)河流底泥中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低。

3 結(jié) 論

1)內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，重慶市主城區(qū)5條河流底泥中，重金屬污染較為嚴(yán)重，6種重金屬污染均達(dá)到了輕度污染及以上等級(jí)，其中桃花溪和清水溪屬于重污染。

2)地累積指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果說(shuō)明Cu對(duì)重慶市主城區(qū)河流污染較為嚴(yán)重。

3)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果說(shuō)明，重慶市主城區(qū)河流底泥中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較小。6種重金屬中，Cd的生態(tài)危害程度屬于“強(qiáng)”等級(jí)，其他重金屬均屬于“輕微”等級(jí)。