湘江長沙段重金屬分布特征及污染評價

摘要：2016年7月至2017年3月對湘江長沙段水體鎘、砷、鉛及汞四種主要重金屬污染物進行檢測，并運用內梅羅指數法對重金屬污染情況進行綜合評價，結果表明，汞為湘江長沙段水體重金屬污染物，所有取樣斷面檢測數據總體超標率為70.59%，其他重金屬含量較低，隨著水流流向及采樣時間的推移，各重金屬污染物沒有表現出明顯的分布特征及規律；內梅羅指數法評價結果顯示，作為飲用水源一級保護區的黑石鋪和杜甫閣斷面與二級保護區的坪塘斷面污水域重金屬污染狀況屬污染及重污染級別，作為工業用水區的丁字鎮、霞凝港和三汊磯斷面水質基本屬于清潔級別，但也出現輕污染。

關鍵詞：湘江；重金屬；內梅羅指數法；污染評價

中圖分類號：X522 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）03-0063-04

湘江是長江主要的支流之一，全長856 km，湖南省境內干流長670 km，流域面積總計85 385 km²，占湖南全省面積的40.3%。水系由南到北跨越湖南省八個地級市，沿途分布全省主要的工業產業，是湖南省主要經濟帶，但湘江流域經濟的整體快速發展也帶來了一系列的環境污染問題，特別是重金屬污染物在部分河段超標頻率越來越高，造成的環境風險和潛在危害正逐漸增大。

湖南省有色金屬冶煉具有悠久的歷史，是著名的“有色金屬之鄉”，主要來自有色金屬冶煉等行業的污染物使湘江水體行業結構型污染特征十分明顯。研究表明，湘江水環境問題越來越嚴重，重金屬污染帶來的危害越來越具有突發性和爆發性，污染問題已經對水源安全構成了嚴重的威脅，同時也制約著區域經濟的發展。而重金屬因其在環境中的不可降解性、穩定性及對生物的毒性，成為水環境污染評價的重要指標。

研究以湘江長沙河段為重點研究對象，在檢測水體鎘、砷、鉛及汞4種重金屬數據基礎上，結合水環境質量標準及水環境功能區劃分，通過內梅羅指數法對湘江長沙段水質重金屬污染程度進行評價，分析湘江水環境主要的污染物及污染程度，為湘江流域水環境保護提供技術支持與理論參考。

1材料與方法

1.1采樣點設置

依據采樣的目標分類和采樣斷面設置的基本原則，用最小數量的斷面反映流域內環境污染特征，獲取足夠代表性信息，考慮實際采樣的可行性和方便性，確定由湘江長沙段內上游至下游6個斷面，分別是：坪塘斷面（湘江湘潭入長沙斷面）、黑石鋪大橋斷面、杜浦江閣斷面、三汊磯斷面、霞凝港斷面及丁字鎮斷面（蔡家洲水利樞紐工程壩前斷面），采樣斷面設置如圖1所示。

1.2樣品采集

結合湘江地理及水文特征等實際情況，采用中泓線水樣采樣方法進行采樣，保證監測期間數據的有效性與統一性，采樣設備為不銹鋼圓桶采樣器。

1.3采樣時間

于2016年7月開始，平均每半個月采集一次水樣，具體時間根據天氣、水位等情況而定，持續至2017年3月，采樣頻次全面反應監測水域水質變化情況，也滿足水質評價的數據需求。

1.4樣品處理及測定

采取水樣完畢，隨即測定pH值，并加硝酸對水樣進行固定，經微孔濾膜過濾后取50 mL水樣于燒杯中，加2 mL硝酸溶液，消解至顏色保持澄清且穩定不變，冷卻后，加超純水定容至50 mL，汞和砷使用雙道原子熒光光度計測定（型號：AFS—920）；鉛和鎘使用原子吸收分光光度計測定（型號：AA240FS+GTA120）。

1.5數據處理

數據采用Excel 2013進行圖表處理。

1.6水體重金屬污染評價方法與標準

由于河流水質綜合評價自身存在的特殊性和不同情況下的實用性，筆者使用加內梅羅法綜合評價工程的運行對長沙段水體重金屬污染的影響，從而能得出綜合水質類別判斷。

1.6.1內梅羅指數法 內梅羅指數P是一種兼顧極值（突出最大值）的計權型多因子環境質量指數。主要公式為：

1.6.2地表水質量標準 根據地表水環境質量標準（GB3838—2002）且考慮到6個斷面水域的不同功能區，劃分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類水質標準計算相應權重值，其中，黑石鋪和杜甫閣斷面參考Ⅱ類水標準；坪塘斷面參考Ⅲ類水標準；三汊磯、霞凝港和丁字鎮斷面參考Ⅳ類水標準，見表1。

1.6.3監測斷面水環境功能區分類 水質評價工作需要考慮到不同斷面的功能區，以便準確的評價湘江水利樞紐工程的運行對不同水功能區河段的水質帶來不同影響。

根據《長沙市地表水環境功能區劃方案》的規定，結合國家地表水環境質量標準，設置的監測斷面中，具體的水環境功能區分類如下表。

2評價結果與分析

2.1湘江長沙段重金屬污染現狀

2.1.1水體鎘污粢現狀 如表3所示，2016年7月至2017年3月期間，各斷面水體鎘含量分布在0.29～1.59μg/L之間，其中最大值出現在黑石鋪斷面，最小值在霞凝港斷面，相對平均值而言，整體趨勢為黑石鋪>丁字鎮>三汊磯>坪塘鎮>霞凝港>杜甫閣，沒有從水流方向及地理位置體現出相關的規律。各斷面水體中鎘含量均未出現超標情況，這也說明相關部門對湘江長沙段的鎘污染加強治理取得了良好的成效。但除杜甫閣斷面整體數據小于1μg/L，其他斷面均出現了鎘含量大于1μg/L，其中黑石鋪及三汊磯鎘含量>1μg/L的樣品達到23%以上，具有潛在的污染危險，因此需要加強對湘江長沙段鎘污染防治工作，并注意預防湘江長沙段底泥中的鎘進入水體造成的鎘濃度瞬時值升高的污染事故，加強上游工業城市及長沙周邊工業區的廢水排放管理，并注意暴雨、漲水等自然因素引起的兩岸泥土及底泥攪動釋放的大量鎘污染物。

2.1.2水體砷污染現狀 如表4所示，采樣月期間，湘江長沙段砷含量最高檢測值為17.40μg/L，最低檢測值為6.30μg/L，遠低于國家Ⅰ類水砷標準（50μg/L），丁字鎮斷面砷含量相對偏高，最高值分別為16.40μg/L，其均值分別為12.11μg/L，監測期平均值顯示，各斷面砷含量隨著水流方向呈現先上升再下降，再上升的趨勢。砷主要來源為湘江湘潭和衡陽段，離監測水域較遠，砷在長時間遷移過程中逐漸沉降至底泥或被其他物質吸附、轉化，因此湘江長沙段各斷面水體中砷含量普遍不高，總體看來，6個監測斷面砷含量均未超標，其砷濃度均達到國家Ⅰ類水質標準。

2.1.3水體鉛污染現狀 根據采樣期間各斷面監測數據，如表5所示，坪塘鎮段面鉛的總體含量高于其他斷面，出現最高值分別為2A5μg/L，其均值分別為1.21μg/L，杜甫閣斷面含量最低，均值為1.08μg/L。總體而言，各斷面水體中鉛的總體含量普遍較低，全部達到相應標準。

2.1.4水體汞污染現狀 如表6所示，在監測期間湘江長沙段水體汞污染相對較為嚴重，根據每個斷面對應的水質標準進行計算，得到所有取樣斷面檢測數據總體超標率為70.59%。各斷面均值均超過國家Ⅲ類水質標準，其中作為飲用水源一級保護水域的黑石鋪和杜甫江閣斷面水體汞含量測量值均超過水功能區劃限量值，作為飲用水源二級保護區的坪塘斷面也全部超過標準限量值，超標率均達到100%；作為工業用水區的三汊磯、霞凝港和丁字鎮斷面，汞含量也多次超過其水功能區劃標準限量值，超標率分別為29.41%、41.18%和52.94%，說明湘江水體汞污染的情況依然形勢嚴峻，要注意一些違規企業利用雨季雨后偷排和排放廢水處理不達標有關事項。

2.2湘江長沙段水質綜合評價

通過各斷面每次取樣水質重金屬監測數據進行內梅羅指數法計算，得到了水質綜合污染評價結果（見表7），較好的反映了湘江長沙段水質重金屬污染狀況。劃分水質級別的標準如下：指數≤0.8時為清潔；指數為0.8～2.5時為輕污染；指數為2.5～3.5時為污染；指數為3.5～5時為重污染，指數>5為嚴重污染。

結合表7，根據內梅羅指數法地表水評價分級可以看出，2016年7月至2017年3月期間，作為飲用水源一級保護水域的坪塘鎮、杜甫閣，及飲用水源二級保護水域黑石鋪斷面重金屬污染相對嚴重，坪塘鎮斷面采樣檢測數據中輕度污染級別占58.82%，污染級別41.18%；杜甫閣斷面輕度污染級別僅占5.89%，污染級別占76.47%，重污染級別17.64%；黑石鋪斷面輕度污染級別僅占11.76%，污染級別占29.41%，重污染級別58.83%。而工業用水區的三汊磯、霞凝港及丁字鎮斷面重金屬污染相對較輕，基本為清潔與輕污染級別，三汊磯斷面清潔級別占76.47%、輕污染級別占23.53%；霞凝港斷面清潔級別占58.82%、輕污染級別占41.18%；丁字鎮斷面清潔級別占47.06%、輕污染級別占52.94%。由此可知，隨著湘江進入長沙段，整體污染級別逐漸減輕，主要可能是因為近年來的湘江污染治理成效、水體污染物的消溶以及蔡洲壩水利樞紐對下游污染物的稀釋。

3結論

湘江長沙段重金屬污染物主要為汞，其他重金屬含量較低，隨著水流流向及采樣時間的推移，各重金屬污染物沒有表現出明顯的分布特征及規律；內梅羅指數法評價結果顯示，作為飲用水源一級保護區的黑石鋪和杜甫閣斷面，以及二級保護區的坪塘斷面污水域重金屬污染狀況屬重污染級別，要重視污染情況，加強監測與治理，保證水源安全。作為工業用水區的三汊磯、霞凝港和丁字鎮斷面水質基本屬于清潔級別，但也出現輕污染，要繼續加強保護與監測。