黃河中下游泥沙重金屬污染現狀及原因分析

夏修杰 鄭軍 萬強

摘要：為明晰黃河中下游河道淤積泥沙重金屬污染狀況，沿河道采集15個深層淤積泥沙樣本，對樣本中的Ph、Cu、Cd、Hg、Zn、Ni、Cr共7種重金屬和As的含量進行了檢測，選擇單因子質量指數法和地累積指數法開展了評價。結果表明：黃河中下游河道整體上屬于重金屬無污染區，在禹門口附近的HY68斷面存在明顯的Cr污染和Ni污染，在花園口斷面存在Hg污染。

關鍵詞：地累積指數法；單因子質量指數法；污染；重金屬；淤積泥沙；黃河中下游

中圖分類號：X131；TV882.1

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.08.004

黃河是世界上著名的多沙河流，河道內淤積有大量泥沙，特別是黃河禹門口以下河道淤積最為嚴重。近年來隨著經濟社會的持續發展，黃河泥沙逐漸成為寶貴的自然資源，被廣泛應用于黃河防洪、土壤改良、采煤沉陷區修復、建筑材料、制磚、制陶等諸多方面，泥沙資源利用的市場前景廣闊。黃河泥沙大部分來自黃土高原，顆粒較細，對有機農藥、鹽、酸、堿、重金屬等污染物的吸附作用很強，在遷移過程中極易遭到污染.特別是重金屬污染，其污染物不易溶解，且能迅速結合到顆粒物上，隨著顆粒物沉入水底，使泥沙成為重金屬元素最主要的富集地。另外，重金屬污染物較難徹底清除，對人類危害嚴重。

在泥沙資源利用過程中存在重金屬二次污染風險，應給以足夠重視。為此，本文利用振動式柱狀取樣設備，沿黃河中下游河道采集了15個柱狀泥沙樣本，對樣本中的重金屬含量進行了檢測，并選擇適宜的評價方法開展了評價，以明晰黃河中下游河道淤積泥沙重金屬污染狀況。

1 泥沙采樣

1.1 采樣點位分布

本研究在黃河禹門口以下1267km的河道范圍內選取15個代表斷面作為樣本采集斷面（見表1、圖1）。采樣斷面的布設主要依據以下原則：①總體上按照實測斷面間距布設：②在水庫中依據淤積情況：③在河道中主要依托浮橋的位置。根據斷面布設情況，采樣斷面間距平均為76km，基本能夠反映整個研究區域的重金屬污染狀況。

1.2 樣本采集

借鑒深海沉積物保真取樣原理，改造并研制出振動式低擾動柱狀深層取樣設備（結構見圖2）。設備總長為4.5m，底座最大直徑為2.8m，振動器功率為7.5kW，適用水深為0～200m，可采樣本長度為0～4m，樣本直徑為70mm，適用于江、河.湖、海、水庫中純沙、硬黏土等硬底質沉積物的柱狀取樣。設備總質量約1.5t，需要較大型的船舶和起重設備配合采樣。利用該設備采集了河床以下1～3m的柱狀泥沙樣本，樣本及時運至實驗室，混合均勻后立即封存于干凈的聚乙烯袋中。

1.3 樣本預處理

采集的沙樣在風干室風干，除去沙石、動植物碎片等明顯異物，混合均勻，用瑪瑙研缽研細過100目篩，四分法縮分得到待測樣本，裝入聚乙烯塑料袋中干燥保存。

2 重金屬檢測

所采集樣本的重金屬檢測由北京譜尼土壤實驗室測定，樣本消解參照國標四酸（HCl-HN03-HF-HC104）處理，重金屬檢測根據NY/T1121.6-2006、GB/T1741-1997、GB/T22105.2-2008、HJ491-2009等標準，利用原子吸收光譜法和原子熒光光譜法對樣本中的7種重金屬（Pb、Cu、Cd、Hg、Zn、Ni、Cr）和一種類金屬（As）的含量進行檢測。結果見表2。

3 重金屬污染評價

3.1 評價依據及方法

本文使用《土壤環境質量標準》（GB15618-1995）中的土壤一級標準值和沉積巖（普通頁巖）中地球化學背景值作為評價標準。

目前，土壤重金屬污染評價方法眾多，如單因子指數評價法、內梅羅綜合污染指數法、污染負荷指數法、地累積指數法（Igeo）、沉積物富集系數法、潛在生態危害指數法、模糊數學法、灰色聚類法等，各種評價方法都有其適用范圍、評價目的、優點及不足。單因子指數評價法可以分別反映每種污染物的污染程度，不能全面、綜合地反映土壤的污染程度，但該方法是其他環境質量指數、環境質量分級和綜合評價的基礎：內梅羅綜合污染指數法突出了高濃度污染物對土壤環境質量的影響，能反映各種污染物對土壤環境的作用，將研究區域土壤環境質量作為一個整體與外區域或歷史資料進行比較，對于黃河中下游1267km的長河段，難以反映污染的沿程變化特征：地累積指數法考慮了人為污染因素、環境地球化學背景值，還特別考慮到自然成巖作用對背景值的影響，給出直觀的重金屬污染級別，綜合考慮黃河泥沙的特性和研究范圍，選擇單因子質量指數法和地累積指數（Igeo）法對黃河泥沙重金屬污染狀況進行評價。

單因子質量指數法將污染等級P分為5級，分別為：P≤1，無污染（I級）；15，重度污染（濃度可能超過背景值百倍以上，V級）。

地累積指數法按照指數值的大小將污染等級分為7級，分別為：Igeo≥5，為6級，極重污染；4≤Igeo<5，為5級，介于重污染與極重污染之間；3≤Igeo<4，為4級，重污染；2≤Igeo<3，為3級，介于中污染與重污染之間；1≤Igeo<2，為2級，中污染；0≤Igeo<1，為1級，介于無污染與中污染之間；Igeo<0，為0級，無污染。

3.2 評價結果

（1）單因子質量指數法。利用單因子質量指數法評價得到的重金屬污染結果見表3。從表3可知：小北干流HY68斷面l