河道清淤中底泥重金屬污染生態風險評價

吳小靖

(江蘇省太湖水利規劃設計研究院有限公司，江蘇 蘇州 215000)

受工業化及城市化影響，我國河流尤其是城郊河流污染嚴重，工廠排放重金屬元素對河流的生態環境影響極大[1-3]。重金屬元素與河道底泥結合對水生態環境造成了長期的惡劣影響[4-6]，因此，對河道底泥污染情況進行試驗研究和生態風險評價具有重要意義。

梁佳文等[7]對伊通河城區段底泥展開了深入研究，并指出有機質含量呈沿水流方向逐漸降低的變化趨勢，且主要積累在上層底泥中。華昆[8]依托莊河市境內英那河治理工程深入探討了不同組合方案下河道生態修復措施對改善河流水質的治理效果，指出河道疏浚+護坡是改善河流生態環境的最佳治理方案。嚴玉林等[9]對河道底泥內源污染進行了深入研究，并依托北運河治理工程，指出底泥表層污染物含量差異較大且下層底泥污染物含量較高。

上述研究較少涉及重金屬元素對河流生態的影響，并且未展開污染元素對河流生態的整體風險影響評價。文章依托蘇州市吳江區河道治理工程，基于現場原位測試及室內試驗確定了河道底淤泥的主要污染物成分及其分布情況，并基于潛在生態風險指數法對其展開風險評價。研究成果為我國河道治理工程提供了一定的借鑒作用。

1 區域概況

吳江是典型的“江南水鄉”，河湖水域占據區域面積的四分之一，且在示范區三地中水域面積最大，現有河道2600多條，湖泊320多個。然而，區域河湖碎片化程度較高，物理連通性不足，綱目欠合理，集約化、組團化的高效河湖生態功能沒有凸顯。此外，由于工業化發展迅速，水生態環境受到一定的影響，區域河湖水質下降，水生物數量與多樣性減少。因此，急需對區域水生態進行整體優化提升，以建立起高標準、水生態環境友好的示范區。一方面，改善河道聯通狀況，恢復河道生態流量，放大重點河湖清水、蓄水、行洪等生態功能，徹底解決黑臭水體問題，實現等量河湖產品供給的最優生態效能；另一方面，水岸同步、高效優化區域空間，一體貫通、提升岸線景觀品質，為一體化發展賦予新的空間和動能。由于吳江區存在較多大型工廠及垃圾廢物處理站，因此，及時清理區域內河道污染底泥，對提升水質、改善水生態環境具有重要意義。

2 研究方法

2.1 樣品采集與室內檢測

本次研究選取蘇州市吳江區盛澤某河道段進行研究，試驗段全長4000m，對該試驗段選取41個測試點進行河道底泥取樣，每個測試點間距100m。河道底泥取樣按照HJ/T 91—2002《地表水和污水監測技術規范》中相關標準進行操作，將試樣妥善保存后送回實驗室進行試驗研究。針對蘇州市吳江區某河道底泥試樣展開重金屬污染情況，遵照CJ/T 221—2005《城市污水處理廠污泥檢驗方法》等相關標準，對Hg、Cd、As、Pb、Cu、Zn、Cr和Ni共計8種重金屬元素成分及其含量展開了檢測，其中，Hg和As元素采用原子熒光法檢測，Cd、Pb、Cu、Zn、Cr和Ni元素采用等離子體發射光譜法進行檢測。

2.2 污染風險評價方法

本次研究在大范圍閱讀調查相關研究方法，如內梅羅污染指數法、富集指數法、模糊數學法等，最終決定利用潛在生態危害指數法進行吳江區河道底泥污染風險評價，該方法具有評價準確、應用簡單、定量評價等優勢，因此在相關研究領域得到了廣泛應用。其主要評價流程包括重金屬元素污染程度計算、重金屬元素潛在生態風險計算和多重金屬元素影響下底泥綜合潛在生態風險指數計算共3個步驟，主要流程如下。

(1) 重金屬元素污染程度計算。某一重金屬元素的污染程度計算方法如下式：

(1)

(2)重金屬元素潛在生態風險計算。某一重金屬元素的污染程度計算方法如下式：

(2)

表1 重金屬元素毒性響應系數

(3)多重金屬元素影響下底泥綜合潛在生態風險指數計算。多重金屬元素影響下底泥綜合潛在生態風險指數SI的計算方法如下式：

(3)

基于潛在生態風險系數法的河道底泥評價標準見表2。

表2 基于潛在生態風險系數法的河道底泥評價標準

3 研究結果分析

3.1 底泥污染情況

本次試驗研究對該河道段41個測點展開河道底泥重金屬元素含量測試，統計后測試結果見表3。由表3可知，河道底泥中含有相當數量的重金屬元素，對河流生態環境影響較大。其中，含量較高的有Zn、Pb元素，其濃度范圍分別為2.05～330、1.66～332.42mg/kg，平均含量分別為79.89、55.23 mg/kg。而河道底泥中Hg元素和Cd元素的含量較低，其濃度范圍分別為0.012～2.90、0.03～1.44 mg/kg，平均值僅達到0.59 m、0.28 mg/kg。河道底泥中其余四種重金屬元素As、Cu、Cr和Ni的平均含量分別為8.82、24.27、17.42、13.10 mg/kg。

表3 河道底泥重金屬元素含量 單位：mg/kg

圖1為河道底泥中不同重金屬元素的超標率，由圖1可知，Cd、Pb和Zn元素的超標率最高，分別為80.49%、75.51%和78.05%，均超過75%；Cr元素的超標率最低，為12.20%。由此可見，河道底泥中檢測的8種重金屬均超過相關標準及背景值，對河道進行底泥清理十分必要，可以有效改善水生態環境。

圖1 河道底泥重金屬元素超標率

3.2 污染評價結果

依照上述方法對蘇州市吳江區某試驗段河道底泥進行生態風險評價，得到該河道41個測點的底泥評價結果，見表4。由表4可知，在蘇州市吳江區某河道試驗段中，As、Pb、Cu、Zn、Cr和Ni元素的潛在風險均集中在低風險程度，低風險樣本點均在38個以上。相比之下，Hg元素和Cd元素的單一風險程度則分布均勻，Hg和Cd元素在極高風險段出現較多樣本點，樣本點數分別為15和7個。這表明在該河道底泥中，Hg元素和Cd元素單一元素風險較大[11-14]。

進一步分析河道底泥綜合風險評價情況，由表4可知，該試驗段河道底泥在各風險程度下的SI指數分別為13、12、1、0以及15，表明河道底泥的低風險占比為31.7%、中風險占比為29.3%、較高風險占比為2.4%、高風險占比為0%、極高風險占比為36.6%。由此可見，河道底泥存在的生態風險系數較高，應當采取適當手段進行清除。

表4 重金屬元素生態風險評價結果

4 結論

文章對蘇州市吳江區某河道底泥中重金屬元素污染情況及生態風險展開了綜合研究，主要結論如下：

(1)蘇州市吳江區河道底泥中Zn和Pb元素的含量較高，而Hg和Cd元素的含量較低。其中，Cd、Pb和Zn元素的超標率最高，分別為80.49%、75.51%和78.05%。

(2)基于潛在生態危害指數法建立了蘇州市吳江區某河道底泥重金屬元素評價模型，河道底泥的低風險占比為31.7%、中風險占比為29.3%、較高風險占比為2.4%、極高風險占比為36.6%，河道底泥存在的生態風險系數較高。

文章研究僅限于底泥重金屬風險評價，如何根據研究成果制定對應的治理措施將在今后做進一步補充。