羅以生，呂平毓，陳 虎

（1.長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江上游水文水資源勘測(cè)局，重慶400014；2.重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶400074）

水環(huán)境系統(tǒng)中，泥沙通過對(duì)污染物質(zhì)的吸附與解吸，直接影響著污染物質(zhì)在水固兩相間的賦存狀態(tài)。同時(shí)，伴隨著泥沙在水體中的運(yùn)動(dòng)，污染物質(zhì)在水體和底泥之中的賦存狀態(tài)也發(fā)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(zhuǎn)化，從而最終影響水生態(tài)環(huán)境的狀態(tài)。這種作用稱為泥沙的環(huán)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(guān)系甚為密切。泥沙對(duì)水體中重金屬的影響及其環(huán)境效益方面的研究，一直受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。早在20世紀(jì)70年代，國(guó)外學(xué)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(guó)，主要的河流、湖泊和河口都進(jìn)行過泥沙中各相重金屬含量的實(shí)測(cè)研究［4］。在湘江，懸浮物與底泥中重金屬形態(tài)的分布，總的趨勢(shì)是一致的［5］。重慶市位于長(zhǎng)江上游，三峽回水區(qū)末端，江段總體水質(zhì)可達(dá)到國(guó)家地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。隨著重慶市城市化進(jìn)程的加快和工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，大量未經(jīng)處理的城市垃圾、污染的土壤、工業(yè)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(zhǎng)江重慶主城區(qū)段的泥沙與重金屬污染物的變化趨勢(shì)，本文采用長(zhǎng)江重慶主城區(qū)段2003～2010年主要代表監(jiān)測(cè)斷面Pb和Cd的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究其泥沙與重金屬污染物的關(guān)系特征。

1 監(jiān)測(cè)斷面與試驗(yàn)方法

1.1 監(jiān)測(cè)斷面

根據(jù)長(zhǎng)江重慶主城區(qū)段的自然環(huán)境特征、庫(kù)區(qū)水文情勢(shì)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)，從主城區(qū)河段上游至下游選取朱沱、銅罐驛、寸灘3個(gè)代表斷面進(jìn)行分析，其中朱沱斷面為重慶市長(zhǎng)江干流入境監(jiān)測(cè)斷面，銅罐驛斷面為重慶主城區(qū)長(zhǎng)江干流入境監(jiān)測(cè)斷面，寸灘斷面為重慶主城區(qū)長(zhǎng)江干流出境監(jiān)測(cè)斷面。分析時(shí)段為2003－2010年。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用分析時(shí)段內(nèi)各監(jiān)測(cè)斷面每月1次的常規(guī)水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

1.2 試驗(yàn)方法

本文對(duì)長(zhǎng)江上游水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心2003－2010年朱沱、銅罐驛、寸灘3個(gè)斷面的水質(zhì)與懸浮泥沙同步監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。分別測(cè)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(zhì)，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(shì)分析

為系統(tǒng)地研究重慶主城區(qū)兩江河段懸浮泥沙與重金屬Pb、Cd濃度的關(guān)系，更有效地控制水污染，本文采用2003－2010年長(zhǎng)江上游水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心對(duì)朱沱、銅罐驛、寸灘3個(gè)斷面水體中Pb、Cd濃度與懸浮泥沙監(jiān)測(cè)成果，并進(jìn)行試驗(yàn)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(duì)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(gè)斷面的懸浮泥沙含量整體變化趨勢(shì)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(xiàn)，呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化特征。沙量的年內(nèi)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(lái)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(shì)與含沙量相近，在來(lái)沙量集中的6～10月Pb含量增加幅度較大，呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化趨勢(shì)，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(shì)平緩，呈逐年降低趨勢(shì)。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(duì)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(jié)性變化趨勢(shì)，但沒有Pb變化趨勢(shì)明顯。2003－2008年混養(yǎng)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(shì)［圖1（e）］。

3 懸浮泥沙與重金屬濃度不同水期變化趨勢(shì)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(shì)圖

長(zhǎng)江重慶主城區(qū)段水體中懸浮泥沙含量呈現(xiàn)高低波動(dòng)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(shì)。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(duì)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(shì)。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?。蹐D2（c）（d）］。

從水體中Cd含量的變化趨勢(shì)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(shì)，2004－2008年趨于平緩，2009－2010年又逐漸減小，在枯水期呈現(xiàn)“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(duì)2003－2010年長(zhǎng)江重慶主城區(qū)段朱沱、銅罐驛、寸灘斷面懸浮泥沙、重金屬Pb、Cd監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙因素?zé)o重復(fù)試驗(yàn)的方差分析（見表1）。通過分析，弄清與研究對(duì)象有關(guān)的各因素之間相互作用對(duì)該對(duì)象的影響。研究對(duì)象都假定遵從正態(tài)分布。

表1 水體中懸浮泥沙、重金屬鉛、鉻方差分析結(jié)果

從表1可以看出，懸浮泥沙含量在各斷面之間的差異無(wú)顯著性（P＞0.05），不存在明顯的點(diǎn)污染源，在不同水期之間的差異也有顯著性（P＜0.05），季節(jié)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(wú)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(jié)變化對(duì)水體中重金屬Pb和Cd的含量有影響，對(duì)清樣中Cd的含量無(wú)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(duì)庫(kù)區(qū)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(duì)水體中Pb和Cd的含量產(chǎn)生很大影響；而在枯水期雨量較小，對(duì)岸邊的沖刷攜帶污染物流進(jìn)庫(kù)區(qū)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(jié)論

（1）從數(shù)據(jù)分析可以看出，朱沱、銅罐驛、寸灘3個(gè)斷面懸浮泥沙含量整體變化趨勢(shì)相近，年際變化幅度很大，豐枯交替出現(xiàn)，呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化特征。Pb與Cd渾樣的整體變化趨勢(shì)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(shì)平緩，呈逐年降低趨勢(shì)。

（2）過濾清樣的重金屬濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全沙渾樣的濃度，這說明泥沙中的重金屬含量對(duì)水中重金屬作了主要貢獻(xiàn)，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(wú)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(jié)變化對(duì)水體中重金屬Pb和Cd的含量有影響，對(duì)清樣中Cd的含量無(wú)影響。

［1］ 禹雪中，鐘德鈺，李錦秀，等.水環(huán)境中泥沙作用研究進(jìn)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(wàn)兆惠.河流泥沙吸附－解吸重金屬污染物試驗(yàn)研究現(xiàn)狀［J］.水利水電科技進(jìn)展，1995，15（2）：25－31.

［5］ 陳瑞生.河流重金屬污染研究［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1986：69－164.

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