长江泥沙及重金属变化趋势

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本文作者：罗以生1吕平毓1陈虎2作者单位：1.长江水利委员会长江上游水文水资源勘测局2.重庆交通大学河海学院

水环境系统中，泥沙通过对污染物质的吸附与解吸，直接影响着污染物质在水固两相间的赋存状态。同时，伴随着泥沙在水体中的运动，污染物质在水体和底泥之中的赋存状态也发生着变化。因此，泥沙与水流共同成为污染物的主要载体，影响着污染物在水体中的迁移转化，从而最终影响水生态环境的状态。这种作用称为泥沙的环境作用［1］。河流中的污染物特别是重金属污染物，与河流泥沙的关系甚为密切。泥沙对水体中重金属的影响及其环境效益方面的研究，一直受到国内外学者的关注。早在20世纪70年代，国外学者就开始了土壤颗粒物吸附重金属特性和影响因素的研究［2－3］。在我国，主要的河流、湖泊和河口都进行过泥沙中各相重金属含量的实测研究［4］。在湘江，悬浮物与底泥中重金属形态的分布，总的趋势是一致的［5］。重庆市位于长江上游，三峡回水区末端，江段总体水质可达到国家地表水Ⅲ类标准。随着重庆市城市化进程的加快和工农业的迅猛发展，大量未经处理的城市垃圾、污染的土壤、工业和生活污水，以及大气沉降物不断排入水中，使水体悬浮物和沉积物中的重金属含量大量增加。为了解长江重庆主城区段的泥沙与重金属污染物的变化趋势，本文采用长江重庆主城区段2003～2010年主要代表监测断面Pb和Cd的水质监测数据，研究其泥沙与重金属污染物的关系特征。

1监测断面与试验方法

1．1监测断面

根据长江重庆主城区段的自然环境特征、库区水文情势和社会经济发展特点，从主城区河段上游至下游选取朱沱、铜罐驿、寸滩3个代表断面进行分析，其中朱沱断面为重庆市长江干流入境监测断面，铜罐驿断面为重庆主城区长江干流入境监测断面，寸滩断面为重庆主城区长江干流出境监测断面。分析时段为2003－2010年。监测数据采用分析时段内各监测断面每月1次的常规水环境监测数据。

1．2试验方法

本文对长江上游水环境监测中心2003－2010年朱沱、铜罐驿、寸滩3个断面的水质与悬浮泥沙同步监测数据进行分析。分别测量清样和浑样中Pb、Cd的浓度，采用分光光度法，清样为通过0．45μm滤膜过滤后的水样，悬浮泥沙为水样通过孔径为0．45μm的滤膜，截留在滤膜上在（105±5）℃条件下烘干至恒重的固体物质，采用重量法（GB11901－89）分析悬浮泥沙的含量。

2悬浮泥沙与重金属浓度年际化趋势分析

为系统地研究重庆主城区两江河段悬浮泥沙与重金属Pb、Cd浓度的关系，更有效地控制水污染，本文采用2003－2010年长江上游水环境监测中心对朱沱、铜罐驿、寸滩3个断面水体中Pb、Cd浓度与悬浮泥沙监测成果，并进行试验和分析，断面含沙量与浑样、清样重金属浓度变化见图1。从图中可以看出，泥沙的存在对水体中的重金属污染物浓度有着不同程度的影响。

从图1（a）可以看出，3个断面的悬浮泥沙含量整体变化趋势相近，汛期水样含沙量较大，枯季悬浮泥沙含量较小，年际变化幅度很大，丰枯交替出现，呈现出明显的季节性变化特征。沙量的年内分配不均，泥沙集中在汛期6－10月。汛期沙量约占全年的90％，其中8、9月来沙更集中，占全年的70％以上，从空间分布看，从上游至下游含沙量略有增加。

图1（b）（c）为Pb浑样和清样的年际变化图。Pb浑样的整体变化趋势与含沙量相近，在来沙量集中的6～10月Pb含量增加幅度较大，呈现出明显的季节性变化趋势，浑样与清样的浓度比逐渐减小。清样的浓度变化没有浑样明显，整体变化趋势平缓，呈逐年降低趋势。各断面浑水样Pb浓度比清水样浓度均高出1倍以上，说明泥沙的存在对Pb的影响较大。污染物Cd的浓度年际变化起伏较大，有一定的季节性变化趋势，但没有Pb变化趋势明显。2003－2008年混养中Cd浓度较高，2009－2010年浓度明显降低［图1（d）］，清样的浓度变化平缓，整体呈下降趋势［图1（e）］。

3悬浮泥沙与重金属浓度不同水期变化趋势分析

不同断面含沙量与浑样、清样重金属浓度不同水期变化见图2。长江重庆主城区段水体中悬浮泥沙含量呈现高低波动变化，2003年、2006年、2008年丰水期水体中悬浮泥沙的含量较高，2004年、2005年、2007年、2009年和2010年丰水期水体中的含量较低，而丰水期水体中泥沙含量要高于枯水期水体中的含量，枯水期泥沙含量则呈降低趋势。下游的水体中重金属的含量和上游的含量差异不大，说明上游水体对下游的影响不大［图2（a）（b）］。江段水体中重金属Pb的含量丰水期也呈逐年降低趋势。丰水期水体中Pb的含量要高于枯水期的含量。丰水期水体中Pb的含量变化较明显，各断面之间水体中Pb含量差异不大；枯水期水体中Pb含量变化比较平缓，从上游到下游水体中含量差异较小［图2（c）（d）］。

从水体中Cd含量的变化趋势看，2003－2008年丰水期Cd含量变化较为平缓，2008－2010年Cd含量急剧下降，且降幅较大［图2（e）］；在枯水期，2003－2004年Cd含量呈上升趋势，2004－2008年趋于平缓，2009－2010年又逐渐减小，在枯水期呈现“中间高，两端低”的变化特征［图2（f）］。

4悬浮泥沙与重金属浓度的方差分析

对2003－2010年长江重庆主城区段朱沱、铜罐驿、寸滩断面悬浮泥沙、重金属Pb、Cd监测数据进行双因素无重复试验的方差分析（见表1）。通过分析，弄清与研究对象有关的各因素之间相互作用对该对象的影响。研究对象都假定遵从正态分布。从表1可以看出，悬浮泥沙含量在各断面之间的差异无显著性（P＞0．05），不存在明显的点污染源，在不同水期之间的差异也有显著性（P＜0．05），季节变化有一定影响。Pb清样与浑样以及Cd的清样与浑样浓度在各断面之间的差异无显著性（P＞0．05），除Cd清样浓度外，在不同水期之间均存在显著性差异（P＜0．05），说明季节变化对水体中重金属Pb和Cd的含量有影响，对清样中Cd的含量无影响。造成丰水期水体中重金属含量高而枯水期水体中含量低的原因是由于丰水期降雨量较大，雨水对库区岸边土壤和城市的冲刷，使大量污染物及含As和Pb的颗粒物随着雨水流入水体中，对水体中Pb和Cd的含量产生很大影响；而在枯水期雨量较小，对岸边的冲刷携带污染物流进库区水体的能力较弱，从而使枯水期水体中Pb和Cd的含量较小［6］。

5结论

（1）从数据分析可以看出，朱沱、铜罐驿、寸滩3个断面悬浮泥沙含量整体变化趋势相近，年际变化幅度很大，丰枯交替出现，呈现出明显的季节性变化特征。Pb与Cd浑样的整体变化趋势与含沙量相近，清样的浓度变化没有浑样明显，整体变化趋势平缓，呈逐年降低趋势。（2）过滤清样的重金属浓度远远低于全沙浑样的浓度，这说明泥沙中的重金属含量对水中重金属作了主要贡献，地表水中泥沙含量的高低将直接影响重金属含量的高低。泥沙是影响地表水重金属含量的重要因素。（3）通过方差分析可以看出，悬浮泥沙含量在各断面之间的差异无显著性，在不同水期之间的差异有显著性。除Cd清样浓度外，在不同水期之间的差异均有显著性，说明季节变化对水体中重金属Pb和Cd的含量有影响，对清样中Cd的含量无影响。