长江中游底泥质量现状调查研究

泥沙研究年月第期收稿日期基金项目国家重点基础研究发展计划计划国家自然科学基金项目作者简介余国安男安徽怀宁人博士生从事河流综合管理方面的研究长江中游底泥质量现状调查研究余国安王兆印刘成黄文典清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京国际泥沙研究培训中心北京四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都摘要为研究长江中游底泥的质量现状选取干流和湖泊点采集底泥样品对主要指标重金属总总及有机质进行测试分析采用泥沙质量标准和背景值质量标准对底泥质量进行模糊综合评价从总体上看中游干流底泥质量较好而湖泊点底泥质量不容乐观中游干流八处采样点中七处底泥质量良好城陵矶莲花塘底泥质量昀差对水体环境存在一定有害风险中游五处湖泊采样点中监利天鹅洲白暨豚保护区和洪湖深水区两处底泥质量良好洞庭湖和武汉东湖质量一般而梁子湖底泥质量较差为维护长江的水生生态环境应有效控制进入长江尤其是邻近湖泊的点源及面源污染关键词长江中游干流湖泊底泥质量模糊评价中图分类号文献标识码文章编号长江是我国的母亲河近年来长江流域工农业发展迅速城市化进程不断推进给流域环境带来巨大压力自宜昌以下的长江中游两岸大中小城市聚集点源和面源污染问题日益显现影响长江中下游河段的水环境和生态因此有必要对水环境质量进行监测以及时发现可能产生负面影响的主要因素我国对长江水环境的监测主要通过水体或水生生物底栖动物或代表性鱼类的取样分析和评价实现以此反应水环境质量的改善或恶化针对底泥的分析评价还较少而泥沙是影响水体质量的重要因子大量研究表明水体沉积物既是重金属污染的汇又是对水质有潜在污染的次生污染源影响水环境的物理化学和生物过程都受到泥沙的作用吸附在泥沙表面的重金属有毒物质营养物质随泥沙迁移而又随时可能释放出来造成污染年代以前国际上对水环境质量的评价只侧重从水相和生物相进行随着对河流泥沙结合污染物问题研究的深入人们逐步认识到在水环境评价中泥沙的重要性对污染的水体如果只做水相质量分析而不作泥沙相质量分析就不能正确评价其被污染的程度为了了解长江中游的水环境现状本文通过长江中游若干重要干流河段和湖泊水沙的调查取样对底泥质量进行分析评价以研究其对水环境质量可能的潜在影响取样与分析方法取样区概况及分析标准年月自长江中游选取处采样点图其中干流河段处包括干流清江口公安县城岳阳城陵矶莲花塘水文站洪湖口外嘉鱼县　洲湾武汉市区长江二桥下鄂洲洲尾码头干流河段分布点距离长约选择长江中游湖泊或与干流相对隔离的水域共处即湖北监利天鹅洲白暨豚保护区洞庭湖君山南洪湖深水区武汉东湖和梁子湖樊口这些干流和湖泊点可以从总体上代表目前长江中游水域的底泥质量状况为减小采样误差每个测点附近分别采集底泥样个对底泥样品的相关主要指标总总和有机质等进行了分析检验检验依据为?为了解长江中游底泥与水质的关系和相互影响同时采集以上河段和湖泊点的水样并对水样主要重金属和营养物指标也进行了测试图长江中游底泥采样点分布示意图底泥质量评价标准及指标我国尚无统一的泥沙质量标准一般采用泥沙背景值法进行比较和评价如对长江流域有如表的质量分级标准此法简单明了可以反映泥沙质量与当地的原始泥沙状况的差异但由于背景值随地域变化较大单独用泥沙背景值法得出的评价结果还缺乏相互间的可比性我国学者对国际上多种泥沙质量评价方法和准则曾作过介绍和比较相对而言美国国家海洋与大气管理局泥沙质量准则即效应范围法较为可靠具有实用价值该准则开始是对近岸和海洋水域的泥沙质量开发的但也可以用于淡水水域效应范围法建立在大量化学和生物影响数据的基础上是目前国际上较广泛接受的开发泥沙质量标准的方法它有两个重要指标和限值表是指当底泥金属或有机物含量低于此值时其产生有害影响的可能性很小研究显示当底泥金属含量低于值时产生负面效应有害影响的可能性低于为可能产生毒性影响的中效应范围如果底泥中重金属含量超过值但低于值时产生有害影响的可能性增加到而如果重金属含量超过值时产生有害影响的可能性增至表泥沙质量标准及长江干流背景值质量标准干重??主要指标限值质量标准限值背景值质量标准级级级级本文对长江中游干流和邻近湖泊的泥沙质量评价通过毒性强超标后对水生生态环境会产生严重负面影响的重金属进行评价主要基于泥沙质量标准同时参考背景值法标准以进行比较鉴于长江流域局部水体日渐严重的富营养化问题其重要原因是氮磷等营养物质超标由于水体和底泥之间的物质存在不断交换沉积与溶解吸附与解吸分解与合成络合与解络凝聚与分散二者相互影响因此文中对于底泥总总和有机质的超标情况也给予了关注需要说明的是对于底泥总总和有机质含量限值目前准则还没有相应的标准我国也没有针对淡水水域的相应标准只有年第二次全国海洋污染基线调查技术规程中涉及到对总总和有机质含量的限定但海洋和河流淡水湖泊的沉积环境存在很大差异因此不宜直接借用底泥综合评价方法为了从总体上了解长江中游干流和湖泊底泥的质量状况本文采用模糊综合评价方法进行评价模糊综合评价方法可以体现底泥污染程度是由轻到重逐渐变化的模糊特性评价结果比较合理更加接近客观实际其主要步骤如下找出影响底泥的各主要因素确定评价因子集评价集和隶属函数通过计算各因素的权重和隶属度得到综合隶属度确定泥沙级别为了定性描述泥沙级别分别参照泥沙质量阈值标准和背景值标准本文将泥沙质量作相应分类表选择对泥沙质量影响较为严重的种重金属和组成评价因子集其它指标如有机质和总总由于其可参考的阈值标准不够且其超标后对水生环境的负面影响不及重金属严重文中暂不考虑表泥沙质量分级及描述标准指标含量质量级别类类类质量状况良好一般较差状况描述有害影响的可能性很小可能存在一定有害影响有害影响的可能性较高表泥沙质量分级及描述背景值分级标准质量级别类类类类类质量状况优良一般较差很差状况描述无污染个别重金属富集轻微污染中度污染严重污染隶属度采用隶属度函数来表示本文采用如下线性函数或对应于所属的那一等级对应于所属的那一等级式中为对应于或所规定的那一类泥沙质量级别的隶属度为泥沙重金属指标实测值和为某项指标相邻两类泥沙的标准限值阈值通过隶属度函数可求出和共个单项指标对三类泥沙级别的阶隶属度矩阵然后计算权重对各参数附于权重此处权重的分配根据各指标的超标情况进行加权超标越多加权越大权重值依下式表示其中和分别为各指标实测含量和各标准限值的算术均值在得出各单项指标的权重后再依式进行均一化处理??由求出的均一权重构成一个阶矩阵将矩阵和相乘即可得综合评价结果由模糊综合评价方法计算得到长江中游处底泥相应于相应质量级别的隶属度结果分析长江中游干流和湖泊采样底泥主要重金属为叙述简便文中将类金属纳入重金属序列和总总有机质含量的分布特点如表所示为分析底泥与水体主要指标含量及空间分布之间可能存在的联系对所采集水样的相应指标也进行了测试分析其中水体和总含量大部分超过地表水环境质量标准规定的类水质标准限值含量均低于相应该标准中类水质标准限值含量更低未检出对检出的水体和总含量与底泥相应指标含量的空间分布进行比较如图和所示干流底泥质量特点本次采样的长江中游干流点底泥重金属及营养物含量沿程分布如图可以看出除岳阳城陵矶莲花塘外长江中游八处采样点底泥各关键指标含量较为接近底泥质量总体状况良好大部分采样点底泥重金属含量在质量标准的限值以内图表所有采样点含量均远低于其限值表图公安县和嘉鱼县两个点的底泥各关键指标含量在八处采样点中昀小说明这两处底泥质量昀好表长江中游底泥主要指标含量分布特点干重主要指标???????总?总?有机质?中昀小含量游昀大含量干平均含量流标准偏差中昀小含量游昀大含量湖平均含量泊标准偏差?岳阳城陵矶莲花塘底泥重金属含量较其它七个采样点明显偏高图本次分析的七种重金属含量昀高值均在此处其中含量均已超过泥沙标准限值城陵矶莲花塘位于长江主航道此处分布有大型货运码头和加油站油料泄漏等严重的点源污染可能是导致其底泥质量较差的直接原因图长江中游干流采样点底泥和水体重金属含量沿程分布图右纵轴为对数坐标城陵矶莲花塘总总在八处干流点中含量昀高底泥有机质和总含量分布趋势在沿程各处有很好的一致性图长江中游干流采样点底泥与水体总含量空间沿程分布具有较好的一致性图说明中游干流底泥和水体各指标之间存在沉积与溶解吸附与解吸分解与合成络合与解络凝聚与分散的动态平衡图长江中游干流采样点底泥总总和有机质及水体总含量沿程分布左纵轴为对数坐标湖泊底泥质量特点长江中游五处湖泊点底泥重金属和营养物含量分布如图结合表可以看出与干流点相比湖泊底泥的重金属含量明显偏高表湖泊点底泥十个主要指标除和平均含量稍低于干流点外干流点底泥和平均含量高于湖泊点主要是由于城陵矶莲花塘突出偏高造成的其它个指标平均含量均高于长江干流底泥说明静止和流通性不够的水体更容易发生重金属和营养物富集影响底泥质量而一旦受到污染其对水环境的潜在危害也更大湖泊点主要重金属含量一般都接近或超过限值其中梁子湖均超过标准限值含量更高达超过限值达图东湖超过标准限值洞庭湖超过标准限值这些湖泊底泥对水生环境和生态均存在一定的有害影响五处湖泊点中只有监利天鹅洲白暨豚保护区所有指标含量均在规定限值范围内其底泥质量昀好图长江中游主要湖泊底泥与水体重金属含量分布图长江中游主要湖泊底泥总总有机质和水体总含量分布左纵轴为对数坐标五处湖泊点湖泊底泥总和有机质含量分布趋势也较类似图但与中游干流点不同中游湖泊点底泥与水体总含量空间分布上一致性较差主要原因可能是湖泊水体相对静止流通性不及干流水体与底泥重金属和营养物质的吸附富集释放扩散的动态过程较弱使得底泥和水体相应指标含量分布不具有相似性底泥质量综合评价结果结合和背景值质量标准采用模糊综合评价获得长江中游处取样点底泥相应于各级泥沙质量的隶属度值如表由表看出由和背景值质量标准得到的模糊评价结果基本一致说明评价标准和方法可信长江中游干流城陵矶莲花塘底泥质量昀差接近中度污染底泥对水生环境有害影响可能性较大长江干流其它位置底泥质量状况均良好两种评价结果得到的干流八处取样点底泥质量优劣次序也基本一致长江中游湖泊只有监利天鹅洲白暨豚保护区和洪湖底泥质量状况优良其余三处湖泊底泥质量状况均存在一定程度的有害影响其中洞庭湖个别重金属富集武汉东湖底泥受到污染而梁子湖底泥质量状况则为严重污染五处湖泊取样点底泥质量从好到差依次为天鹅洲洪湖洞庭湖东湖梁子湖表长江中游处采样点底泥质量隶属度结果采样点标准背景值标准类类类类类类类类清江口公安县城陵矶莲花塘洪湖口外嘉鱼县　洲弯武汉市区鄂州洲尾监利天鹅洲洞庭湖君山南洪湖武汉东湖梁子湖樊口结语通过对长江中游干流和主要湖泊底泥的调查取样分析采用和背景值质量标准分别进行模糊评价评价结果基本一致并得出以下结论干流处采样点中处底泥质量良好城陵矶莲花塘水文站底泥质量昀差接近中度污染该处主要重金属指标均高于其它采样点且除外均超过标准限值可能对水生生态环境产生负面影响长江中游处湖泊点中只有两处监利天鹅洲白暨豚保护区和洪湖深水区底泥质量为良好洞庭湖和武汉东湖底泥已开始受到污染而梁子湖底泥质量则为严重污染其指标均超过标准限值指标更是超过标准限值达可能对水生态存在严重负面影响从总体上看中游干流河道底泥质量总体较好而湖泊点底泥质量不容乐观底泥与水体之间有沉淀吸附富集和扩散等动态交换过程底泥与水体之间相互影响由于湖泊水体的流动性不及干流河道强重金属和营养物等更易富集而造成底泥污染其底泥质量也较干流河段差因此应注意控制流入长江尤其是长江干流附近湖泊的点源及面源污染以维护长江的水环境质量参考文献陈静生王立新洪松等各国水体沉积物重金属质量基准的差异及原因分析环境化学王兆印林秉南中国泥沙研究的几个问题泥沙研究刘成我国典型河口底泥污染及水污染研究中国水利水电科学研究院博士后研究工作报告刘成王兆印何耘等环渤海湾诸河口底质现状的调查研究环境科学学报国家环境保护局主持中国环境监测总站主编中国土壤元素背景值北京中国环境科学出版社高宏等编著多沙河流污染化学与生态毒理研究郑州黄河水利出版社刘成王兆印何耘水体沉积泥沙质量标准之探讨泥沙研究??????????侯宇光杨凌真黄川友编水环境保护水资源保护成都成都科技大学出版社