深圳河口及深圳灣內灣底泥污染性狀分析

佟長江, 何廣海

(深圳市水務規劃設計院有限公司,廣東 深圳 518002)

深圳河口及深圳灣內灣底泥污染性狀分析

佟長江, 何廣海

(深圳市水務規劃設計院有限公司,廣東 深圳 518002)

以實際工程為例，依據國家海洋局和香港特別行政區相關規定對深圳河底泥污染性狀的研究分析,判定該區域大部分底泥屬于污染疏浚物和污染土是造成深圳河水嚴重污染的二次污染源,并提出處理建議，對制定合理有效的治理措施、解決目前深圳河污染問題具有重要作用。

深圳河;底泥;污染;分析

深圳河位于深圳市南部,屬珠江三角洲水系,干流自東北向西南流經深圳與香港,匯入深圳灣,主流長37 km。

據《2015年第三季度深圳市環境質量狀況公報》,深圳河下游(特別是河口附近)水域水質污染嚴重,水質劣于地表水Ⅴ類標準,主要污染物為氨氮和總磷。無論是深圳河口按地表水Ⅴ類標準來評價,或者是河口附近的深圳灣內灣按海水四類標準來評價,許多水質指標都嚴重超標。從監測數據與評價結果還可以看出,深圳灣與深圳河的水污染主要為有機物污染,反映在水質指標中主要是氮、磷、溶解氧、化學需氧量、生化需氧量和大腸菌群等嚴重超標。

通過廢水排放、雨水淋溶與沖刷等方式,大量的污染物進入河流水體,其中一部分沉積到底泥中并逐漸富集,使底泥受到污染。在一定的條件下,累積于底泥中的各種有機和無機污染物通過與上覆水體間的物理、化學、生物交換作用,重新進入到上覆水體中,成為影響水體水質的二次污染源[1]。底泥對水質的影響一般通過以下幾個途徑實現:①底泥懸浮過程中吸附于顆粒物上的污染物解吸釋放;②表層底泥中的污染物直接向上覆水體解吸釋放;③底泥間隙水中的污染物直接向上覆水體擴散釋放等。因此,深圳河底泥污染性狀的研究,對于解決目前深圳河水質污染問題具有重要作用。

1 底泥分布特征

深圳河口位于深圳市南部深圳灣海域東側。場地北側(深圳市)陸地地形平緩略有起伏,零星分布幾個山體,海灘基本為泥灘,寬度2 300 m,其中紅樹林寬度1 100 m,沿岸堆積有呈東西向展布的砂堤,地面高程一般12.5～4.5 m。南部(香港特別行政區)為香港尖鼻嘴灘地及山地。河口兩岸濱海漫灘平原,地勢由北向南,由東向西逐漸低平寬闊,海拔高程1.14 m,地面高程較低,海相作用強烈,形成較厚的淤泥、淤泥質土層。其厚度變化較大,表現為北部較厚而南側較薄,最大厚度達22 m,一般厚度>4 m,呈流塑狀,含水量57%～94%,孔隙比1.625～2.904,有機質含量1.26%～5.34%,具高壓縮性,富含貝殼等海洋生物碎片。

深圳河口及深圳灣內灣淤泥及淤泥質土的空間分布呈現出以下特征:

(1) 接近主航道處淤泥類軟土的厚度最大,可達16.3～20.0 m,而南、北兩側漸薄,一般厚度<15.0 m。

(2) 北厚南薄。北側包括紅樹林及大沙河入海口處淤泥類軟土的厚度一般>10 m,而主航道以南的厚度均<10 m,最薄處僅有1.1 m。

(3) 從東、西兩側淤泥類軟土的厚度來比較,東側大于西側,特別是深圳河口處,其厚度一般>18 m,而西側除主航道外,淤泥類軟土的厚度一般<15 m(圖1)。

2 底泥污染性狀分析

根據已完成研究項目的要求,對底泥污染性狀的分類和評價,分別按照國家海洋局相關規范和香港特別行政區有關規定進行。

圖1 深圳河口及內灣淤泥類軟土厚度等值線圖Fig.1 Contour map of Shenzhen river and thickness of soft soil sludge

2.1 化學成分分析[1]

深圳河口、深圳河下游底泥化學分析結果見表1和表2。

2.1.1 疏浚物分類

疏浚物分類化學篩分水平上限及下限值見表3 。

(1) 清潔疏浚物(Ⅰ類):疏浚物中污染物含量都不超過化學篩分水平的下限;疏浚泥中砷、鉻、銅、鉛、鋅、有機碳、硫化物、油類,其中任何兩種(或小于兩種)的含量都超過化學篩分水平的下限,但不超過(上限+下限)/2,且其<4 μm粒度的組分含量≤5%,<63 μm粒度的組分含量≤20%。

(2) 沾污疏浚物(Ⅱ類):疏浚物中鎘、汞、六六六、滴滴涕、多氯聯苯總量等任何一種或一種以上的含量超過化學篩分水平的下限,但不超過化學篩分水平的上限。

表1 深圳河口底泥化學測試結果及分類統計表(國家海洋局)

表2 深圳河下游表層底泥化學測試結果及分類統計表(國家海洋局)

表3 疏浚物分類化學篩分水平(10-4)(mg/kg)

疏浚物中砷、鉻、銅、鉛、鋅、有機碳、硫化物、油類,其中任何一種的含量均不超過化學篩分水平的上限,但其含量超過清潔疏浚物(Ⅰ類)規定的要求。

(3) 污染疏浚物(Ⅲ類):疏浚物中一種或一種以上污染物含量超過化學篩分水平的上限。

根據上述分類原則及測試結果,樣品中疏浚泥樣品中油類、硫化物多數樣品均超Ⅲ類疏浚物評價標準,有機碳、銅等普遍超Ⅱ類疏浚物評價標準,汞、鉛、鎘等部分超Ⅱ類疏浚物評價標準,只有極個別樣品符合Ⅰ類疏浚物評價標準。

從污染土的分布位置來看,深圳河口南側表層底泥以Ⅱ類為主,其他各處均為Ⅲ類;深圳河下游羅湖橋—深圳河口,除極少數土為Ⅱ類外,絕大部分為Ⅲ類。深圳河下游(羅湖橋—河口)表層土均為污染土(Ⅲ類土),深圳河口以污染土(Ⅲ類土)為主(圖2)。

根據《香港特區政府環境運輸及工務局技術通告34/2002號》和港方技術部門要求完成污染物化學分析,其結果見表4、表5。污染程度分類標準見表6。

按照上述污染物含量標準,根據化學監測分析的結果底泥被劃分為三類:

L類 所有的污染物含量均未超過下限值(LCEL)。

M類 底泥污染物指標中有一項或幾項指標超過下限值(LCEL)而同時沒有一項指標超過上限值(UCEL)。

H類 底泥污染物指標中有一項或幾項超過了上限值(UCEL)。

圖2 深圳河下游及深圳河口底泥污染分類圖Fig.2 Classification figure of downstream of Shenzhen river and sediment pollution in Shenzhen river

圖3 深圳灣底泥污染分類圖Fig.3 Classification figure of sediment pollation in Shenzhen Bay

表4 深圳河口底泥金屬及類金屬測試結果統計表(香港)

表5 深圳河下游底泥金屬及類金屬測試結果統計表(香港)

表6 底泥污染程度分類標準表

注:*為當污染物含量大于所設值時已超過上限值。

深圳河口0.9 m深度土層以M類為主,南、北兩側為L類,M類土樣數占該處總取樣數的59%,約占面積的50%;1.9 m深度土層以M類和L類為主,M類樣數占41%,約占面積的30%;2.9 m深度土層以L類為主,樣數為11例,占總樣數69%,約占面積的80%,而M類僅有4例,占1/4。

深圳河下游ZK46號鉆孔以東,0.9～4.0 m深度內土層以H1類污染土(≤10×LCEL)為主,占總數的70%,與國家海洋局的測試結果基本一致;M類占7%,而L類占23%,主要分布在2.5 m深度以下。

2.2 生物毒性分析

生物毒性測試,就是利用生物受到污染物質毒害所產生的生理機能等變化來測試污染狀況的方法。其目的是測試環境污染物對環境的綜合影響和危害。

2.2.1 按國家海洋局規范測試結果

生物測試中,多線蝦櫛虎魚同雜色蛤仔的測試樣在大亞灣潮間帶采集,選擇約1年齡的生物樣進行測試,測試樣品每個平行樣放10個受試生物,各設3個平行樣。對照海水為人造海水,參考海水用源自大亞灣間帶海水。對照參考泥樣及樣品的泥樣均經過網目為1.0 μm的不銹鋼篩過濾,將濾出的樣品充分混合均勻后,置于4℃冷藏箱里保存。

生物測試結果:樣品中未能通過水相或固相毒性檢驗的分別約占總樣品的39%和22%,而“生物蓄積試驗”只有一個樣品未能通過外,其它均能滿足生物相蓄積檢驗,約占總數的96%;而未能通過兩種生物檢驗的樣品約占總數的22%。從上表可知,深圳河河口底泥樣絕大部分通過了生物測試,而深圳河下游段則有近一半未通過。

2.2.2 按香港要求測試結果

(1) 生物測試簡介及評價標準。海洋底泥的生物測試需要以下三個實驗:①20 d多毛類生物毒性試驗;②48～96 h雙殼類或海膽類生物毒性實驗;③10 d端足類生物毒性試驗。

三個實驗的方法都是把海洋底泥樣品放入實驗容器并加入海水,再將受試生物加進實驗容器,使其暴露于底泥樣品中直到實驗結束。實驗過程中保持海水溫度、鹽度,酸堿度及溶解氧在容許范圍內,并每天對這些指標進行測定,底泥對照樣品的測試方法亦相同。

這些實驗依據香港ETWB TCW NO.34/2002—Appendix B的標準有兩個可能結果:“通過”和“未通過”。其標準如下:

20多天毛類生物毒性試驗所量度的是受試生物實驗結束時的干重。如果同時符合下列兩個條件,實驗的結果是“未通過”:①在統計學上海洋底泥樣品內的受試生物的平均干重和對照樣品內的受試生物的平均干重有顯著差異。②海洋底泥樣品內受試生物的平均干重比對照樣品內的受試生物的平均干重低10%。

48～96 h雙殼類或海膽類生物毒性實驗所量度的是受試生物在實驗結束時的正常發育存活比率。如果同時符合下列兩個條件,實驗的結果是“未通過”:①在統計學上海洋底泥樣品內的受試生物的平均正常發育存活比率和對照樣品內的受試生物的平均正常發育存活比率有顯著差異。②海洋底泥樣品內的受試生物的平均正常發育存活比率比對照樣品內的受試生物的平均正常發育存活比率低20%。

10 d端足類生物毒性實驗所量度的是受試生物在實驗結束時的存活比率。如果同時符合下列的兩個條件,實驗的結果是“未通過”:①在統計學上海洋底泥樣品內的受試生物的平均存活比率和對照樣品內的受試生物的平均存活比率有顯著差異。②海洋底泥樣品內受試生物的平均存活比率比對照樣品內的受試生物的平均存活比率低20%。如果一個海洋底泥樣品未能通過三個實驗中任何一個實驗,該樣品便定為“未通過”。

(2) 試驗生物、對照底泥和海水的獲取方法。鉤蝦和多毛類試驗生物購自美國專門的試驗生物培養實驗室;雙殼類試驗生物購自英國專門的試驗生物培養實驗室。

鉤蝦購自美國專門的試驗生物培養實驗室,此項目大約購入5 000只鉤蝦幼蟲,體長3～4 mm。多毛類亦購自美國專門的試驗生物培養實驗室,此項目大約購入1 500條多毛類幼蟲,干重0.5～1 mg。雙殼類購自英國專門的試驗生物培養實驗室,為成熟成體。所有試驗生物均經過若干日馴化,并達到所需成活標準。

試驗對照底泥采于香港新界東岸,海水采于香港港島東岸,海水經過濾處理及鹽分調節,底泥經篩選,測試期間的水質量度為溫度、鹽度、酸堿度、溶解氧及氨濃度。

(3) 生物測試結果:所取39個底泥樣均未能通過生物測試。

3 結語

(1) 深圳河水環境嚴重污染,超過地表水水質Ⅴ類水質標準要求,水體生態受到嚴重破壞。作為河流生態系統的重要組成部分,底泥不僅是河流營養物質循環的中心環節,而且也是營養物質的主要聚集庫。由于底泥與水體之間存在著一種吸收與釋放的動態平衡,一旦水體污染物含量減少,底泥中污染物的釋放量就會增加,對水體的二次污染也會增大。底泥中的污染物累積是在長時間中形成的,對水質的影響也比較長久,即使外界污染源消除后,底泥仍能在很長時間中對上覆水的水質不斷產生影響。因此,底泥污染的研究和治理,是從根本上解決河流污染問題的重要途徑之一。

(2) 深圳河底泥(如疏浚處理),根據國家海洋局要求,其清潔部分可由主管部門簽發普通傾倒許可證在指定區域傾倒,而對于沾污部分,則需由主管部門簽發特別許可證,在指定海域有限制地傾倒;依據香港通告要求,L類及通過了生物測試的M類底泥可棄置于海上海泥卸置區,而一般H類及未通過生物測試的M類底泥須棄置于卸置污染海泥的泥坑;污染物濃度超出污染下限10倍的H類底泥須經生物測試,通過者可卸置于污染海泥的泥坑,而未通過者則須經過特殊處理和特殊處置。

(3) 對于深圳河污染底泥的治理,應在充分研究和比較的基礎上選取最佳方案,最終實現深圳河不黑不臭的目標,并且滿足周邊市民的親水需求。

[1] 李偉,宋潔,王斌.基于典型相關分析的河流水質與底泥的相關性研究[R].成都:四川大學,2007.

(責任編輯：陳文寶)

Anaysis of Pollution Characteristics of Sediment Pollutionin Shenzhen River and Shenzhen Bay

TONG Changjiang, HE Guanghai

(ShenzhenWaterPlanningandDesignInstituteCo,LTD,Shenzhen,Guangdong518002)

Sediment as an important part of river ecosystem,exists dynamic balance between absorption and release,can produce secondary pollution to water.Sediment pollution treatment is one of the main difficulties.Through the analysis of the research on the behavior of Shenzhen river sediment pollution,the authors formulate rational and effective management measures,solve the problem of the pollution in Shenzhen river.

Shenzhen river; sediment; pollution; analysis

2016-04-22;改回日期:2016-05-06

佟長江(1963-),男,高級工程師,工程地質專業,從事水利工程勘察與科研工作。E-mail:1512997015@qq.com

X55

A

1671-1211(2016)03-0445-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.046

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160505.1531.012.html 數字出版日期:2016-05-05 15:31