長江重慶主城區段懸浮泥沙與重金屬濃度變化趨勢分析

羅以生，呂平毓，陳 虎

（1.長江水利委員會長江上游水文水資源勘測局，重慶400014；2.重慶交通大學河海學院，重慶400074）

水環境系統中，泥沙通過對污染物質的吸附與解吸，直接影響著污染物質在水固兩相間的賦存狀態。同時，伴隨著泥沙在水體中的運動，污染物質在水體和底泥之中的賦存狀態也發生著變化。因此，泥沙與水流共同成為污染物的主要載體，影響著污染物在水體中的遷移轉化，從而最終影響水生態環境的狀態。這種作用稱為泥沙的環境作用［1］。河流中的污染物特別是重金屬污染物，與河流泥沙的關系甚為密切。泥沙對水體中重金屬的影響及其環境效益方面的研究，一直受到國內外學者的關注。早在20世紀70年代，國外學者就開始了土壤顆粒物吸附重金屬特性和影響因素的研究［2－3］。在我國，主要的河流、湖泊和河口都進行過泥沙中各相重金屬含量的實測研究［4］。在湘江，懸浮物與底泥中重金屬形態的分布，總的趨勢是一致的［5］。重慶市位于長江上游，三峽回水區末端，江段總體水質可達到國家地表水Ⅲ類標準。隨著重慶市城市化進程的加快和工農業的迅猛發展，大量未經處理的城市垃圾、污染的土壤、工業和生活污水，以及大氣沉降物不斷排入水中，使水體懸浮物和沉積物中的重金屬含量大量增加。為了解長江重慶主城區段的泥沙與重金屬污染物的變化趨勢，本文采用長江重慶主城區段2003～2010年主要代表監測斷面Pb和Cd的水質監測數據，研究其泥沙與重金屬污染物的關系特征。

1 監測斷面與試驗方法

1.1 監測斷面

根據長江重慶主城區段的自然環境特征、庫區水文情勢和社會經濟發展特點，從主城區河段上游至下游選取朱沱、銅罐驛、寸灘3個代表斷面進行分析，其中朱沱斷面為重慶市長江干流入境監測斷面，銅罐驛斷面為重慶主城區長江干流入境監測斷面，寸灘斷面為重慶主城區長江干流出境監測斷面。分析時段為2003－2010年。監測數據采用分析時段內各監測斷面每月1次的常規水環境監測數據。

1.2 試驗方法

本文對長江上游水環境監測中心2003－2010年朱沱、銅罐驛、寸灘3個斷面的水質與懸浮泥沙同步監測數據進行分析。分別測量清樣和渾樣中Pb、 Cd的濃度，采用分光光度法，清樣為通過0.45μm濾膜過濾后的水樣，懸浮泥沙為水樣通過孔徑為0.45μm的濾膜，截留在濾膜上在（105±5）℃條件下烘干至恒重的固體物質，采用重量法（GB11901－89）分析懸浮泥沙的含量。

2 懸浮泥沙與重金屬濃度年際化趨勢分析

為系統地研究重慶主城區兩江河段懸浮泥沙與重金屬Pb、Cd濃度的關系，更有效地控制水污染，本文采用2003－2010年長江上游水環境監測中心對朱沱、銅罐驛、寸灘3個斷面水體中Pb、Cd濃度與懸浮泥沙監測成果，并進行試驗和分析，斷面含沙量與渾樣、清樣重金屬濃度變化見圖1。從圖中可以看出，泥沙的存在對水體中的重金屬污染物濃度有著不同程度的影響。

圖1 斷面含沙量與Pb（渾樣、清樣）、Cd（渾樣、清樣）濃度的年際變化圖

從圖1（a）可以看出，3個斷面的懸浮泥沙含量整體變化趨勢相近，汛期水樣含沙量較大，枯季懸浮泥沙含量較小，年際變化幅度很大，豐枯交替出現，呈現出明顯的季節性變化特征。沙量的年內分配不均，泥沙集中在汛期6－10月。汛期沙量約占全年的90%，其中8、9月來沙更集中，占全年的70%以上，從空間分布看，從上游至下游含沙量略有增加。

圖1（b）（c）為Pb渾樣和清樣的年際變化圖。Pb渾樣的整體變化趨勢與含沙量相近，在來沙量集中的6～10月Pb含量增加幅度較大，呈現出明顯的季節性變化趨勢，渾樣與清樣的濃度比逐漸減小。清樣的濃度變化沒有渾樣明顯，整體變化趨勢平緩，呈逐年降低趨勢。各斷面渾水樣Pb濃度比清水樣濃度均高出1倍以上，說明泥沙的存在對Pb的影響較大。

污染物Cd的濃度年際變化起伏較大，有一定的季節性變化趨勢，但沒有Pb變化趨勢明顯。2003－2008年混養中Cd濃度較高，2009－2010年濃度明顯降低［圖1（d）］，清樣的濃度變化平緩，整體呈下降趨勢［圖1（e）］。

3 懸浮泥沙與重金屬濃度不同水期變化趨勢分析

不同斷面含沙量與渾樣、清樣重金屬濃度不同水期變化見圖2。

圖2 斷面含沙量與重金屬Pb、Cd濃度不同水期變化趨勢圖

長江重慶主城區段水體中懸浮泥沙含量呈現高低波動變化，2003年、2006年、2008年豐水期水體中懸浮泥沙的含量較高，2004年、2005年、2007年、2009年和2010年豐水期水體中的含量較低，而豐水期水體中泥沙含量要高于枯水期水體中的含量，枯水期泥沙含量則呈降低趨勢。下游的水體中重金屬的含量和上游的含量差異不大，說明上游水體對下游的影響不大［圖2（a）（b）］。

江段水體中重金屬Pb的含量豐水期也呈逐年降低趨勢。豐水期水體中Pb的含量要高于枯水期的含量。豐水期水體中Pb的含量變化較明顯，各斷面之間水體中Pb含量差異不大；枯水期水體中Pb含量變化比較平緩，從上游到下游水體中含量差異較小［圖2（c）（d）］。

從水體中Cd含量的變化趨勢看，2003－2008年豐水期Cd含量變化較為平緩，2008－2010年Cd含量急劇下降，且降幅較大［圖2（e）］；在枯水期，2003－2004年Cd含量呈上升趨勢，2004－2008年趨于平緩，2009－2010年又逐漸減小，在枯水期呈現“中間高，兩端低”的變化特征［圖2（f）］。

4 懸浮泥沙與重金屬濃度的方差分析

對2003－2010年長江重慶主城區段朱沱、銅罐驛、寸灘斷面懸浮泥沙、重金屬Pb、Cd監測數據進行雙因素無重復試驗的方差分析（見表1）。通過分析，弄清與研究對象有關的各因素之間相互作用對該對象的影響。研究對象都假定遵從正態分布。

表1 水體中懸浮泥沙、重金屬鉛、鉻方差分析結果

從表1可以看出，懸浮泥沙含量在各斷面之間的差異無顯著性（P＞0.05），不存在明顯的點污染源，在不同水期之間的差異也有顯著性（P＜0.05），季節變化有一定影響。Pb清樣與渾樣以及Cd的清樣與渾樣濃度在各斷面之間的差異無顯著性（P＞0.05），除Cd清樣濃度外，在不同水期之間均存在顯著性差異（P＜0.05），說明季節變化對水體中重金屬Pb和Cd的含量有影響，對清樣中Cd的含量無影響。造成豐水期水體中重金屬含量高而枯水期水體中含量低的原因是由于豐水期降雨量較大，雨水對庫區岸邊土壤和城市的沖刷，使大量污染物及含As和Pb的顆粒物隨著雨水流入水體中，對水體中Pb和Cd的含量產生很大影響；而在枯水期雨量較小，對岸邊的沖刷攜帶污染物流進庫區水體的能力較弱，從而使枯水期水體中Pb和Cd的含量較小［6］。

5 結論

（1）從數據分析可以看出，朱沱、銅罐驛、寸灘3個斷面懸浮泥沙含量整體變化趨勢相近，年際變化幅度很大，豐枯交替出現，呈現出明顯的季節性變化特征。Pb與Cd渾樣的整體變化趨勢與含沙量相近，清樣的濃度變化沒有渾樣明顯，整體變化趨勢平緩，呈逐年降低趨勢。

（2）過濾清樣的重金屬濃度遠遠低于全沙渾樣的濃度，這說明泥沙中的重金屬含量對水中重金屬作了主要貢獻，地表水中泥沙含量的高低將直接影響重金屬含量的高低。泥沙是影響地表水重金屬含量的重要因素。

（3）通過方差分析可以看出，懸浮泥沙含量在各斷面之間的差異無顯著性，在不同水期之間的差異有顯著性。除Cd清樣濃度外，在不同水期之間的差異均有顯著性，說明季節變化對水體中重金屬Pb和Cd的含量有影響，對清樣中Cd的含量無影響。

［1］ 禹雪中，鐘德鈺，李錦秀，等.水環境中泥沙作用研究進展及分析［J］.泥沙研究，2004，12（6）：75－81.

［2］ Shuman LM.Zinc adosorption isotherms for soil clays with and without iron oxides removed［J］.Soil Science Society of America Journal，1976，40（3）：349－352.

［3］ Shuman LM.Adosorption of Zn by Fe and Al hydrous oxides as influenced by aging and pH［J］.Soil Science Society of A－merica Journal，1977，41（4）：703－706.

［4］ 黃歲梁，萬兆惠.河流泥沙吸附－解吸重金屬污染物試驗研究現狀［J］.水利水電科技進展，1995，15（2）：25－31.

［5］ 陳瑞生.河流重金屬污染研究［M］.北京：中國環境科學出版社，1986：69－164.

［6］ 李 倩.三峽水庫蓄水后水體中有毒重金屬砷、鉛、鉻研究［D］.西南大學，2006.