李林柱　劉金寶　蔡慧敏　方小云　張媛

摘要：河道是水的主要承載體，河道底泥作為河道的重要組成部分，對整個河道的污染狀態(tài)起決定性作用。因此，文章以潮白河流域為例，研究了河道底泥污染和釋放特征，并對發(fā)展趨勢進行了分析。通過分析底泥的組成、來源、污染特征以及釋放機制，為河道污染的評估和監(jiān)測提供科學依據(jù)。在外源污染得到有效控制的基礎上，研究提出了采用生態(tài)清淤疏浚方式來快速減小內(nèi)源污染的方法。最終，根據(jù)評價及實驗結(jié)果，揭示了底泥對上覆水體的影響，并提出了科學的生態(tài)清淤方案。通過深入研究河道底泥污染和釋放特征，文章為環(huán)境保護、生態(tài)恢復和人類健康提供了科學支持，為保護水環(huán)境、維護生態(tài)平衡和保障人類健康提供了有效的管理和決策依據(jù)。

關鍵詞：河道底泥污染；釋放特征；潮白河流域；水環(huán)境保護；污染指數(shù)法

中圖分類號：X522 文獻標志碼：B

前言

河道是陸地與水體相接觸的重要環(huán)境界面，扮演著生態(tài)系統(tǒng)的重要角色。然而，由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市排放以及土壤侵蝕等活動的影響，近年來河道底泥污染問題日益凸顯。底泥作為河道的重要組成部分，富含大量的有機和無機物質(zhì)，可以長期儲存和富集各類污染物，成為環(huán)境中的一個潛在威脅。當?shù)啄嗍艿轿廴緯r，所含的污染物質(zhì)也會被釋放到周圍環(huán)境中，對水質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛的影響。因此，底泥污染及其釋放特征的研究對于保護水環(huán)境、維護生態(tài)平衡以及保障人類健康具有重要意義。

基于此，為了確保水質(zhì)能夠達標，提升河道水質(zhì)并修復生態(tài)環(huán)境，在有效控制外源污染的基礎上，采取了生態(tài)清淤疏浚的方法，以迅速減少內(nèi)源污染的影響。研究以潮白河流域為例，結(jié)合河道淤泥評價數(shù)據(jù)對河道底泥的污染特征進行評價。同時通過上覆水體與底泥之間氮磷釋放通量實驗，分析不同河段清淤深度及計算不同河段的底泥清淤量。最終根據(jù)評價及實驗結(jié)果揭示底泥對上覆水體的影響和提出科學的生態(tài)清淤方案。通過深入研究河道底泥污染和釋放特征，可以為環(huán)境保護、生態(tài)恢復和人類健康提供科學支持，為保護水環(huán)境、維護生態(tài)平衡和保障人類健康做出有效的管理和決策。

1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

潮白河，人稱“糠幫沙底逍遙河”，是海河北系五大河流之一，上游分潮河、白河兩大支流，潮河干渠是北京市重要水源之一，是北京市東部的灌溉水源。潮白河流域沿線的工業(yè)發(fā)展對河道產(chǎn)生了較為突出的生態(tài)問題。因此．文章以潮白河流域為研究區(qū)域探究河道底泥污染和釋放特征將對沿線生態(tài)保護產(chǎn)生重要意義。河道淤泥評價數(shù)據(jù)來源于2023年潮白河流域底泥的監(jiān)測數(shù)據(jù)。以下是潮白河在研究區(qū)的15個采樣坐標點：（40. 178 3°N，116. 7795°E）、（40. 189 1°N，116. 787 9°E）、（40. 198 5°N，116. 798 2°E）、（40. 208 9°N， 116. 807 6°E）、（40. 218 3°N，116. 816 9°E）、（40. 228 7°N，116. 826 3°E）、（40. 238 9°N，116. 835 5°E）、（40. 249 2°N，116. 844 7°E）、（40. 259 4°N，116. 854 0°E）、（40. 269 6°N，116. 863 3°E）、（40. 279 8°N，116. 872 6°E）、（40. 290 0°N，116. 881 9°E）、（40. 300 1°N，116. 891 1°E）、（40. 310 2°N，116. 900 2°E）、（40. 320 3°N，116. 909 4°E）。這些坐標點覆蓋了潮白河在北京市東部的部分流域范圍。

2 研究區(qū)底泥污染特征評價

2.1 底泥重金屬評價方法及結(jié)果

采用污染指數(shù)法評估底泥重金屬污染情況，具體計算公式如式（1）：

其中，Pi為污染指數(shù)，Ci為底泥中重金屬的實測濃度，單位為mg/kg；Coi為該重金屬的環(huán)境評價標準值，單位為mg/kg。

此研究采用了兩套重金屬污染標準來評估土壤和沉積物中的污染水平。首先，針對農(nóng)用地土壤污染風險，參考了《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618 - 2018）。該標準根據(jù)土壤pH值的不同，為不同污染物設定了不同的風險篩選值。例如，對于鎘，水田和其他土壤類型的風險篩選值在pH值不同的情況下分別從0.3到0.8不等。同樣的，汞、砷、鉛、鉻、銅、鎳和鋅等其他重金屬也根據(jù)土壤pH值和土壤類型（如水田、果園）有不同的風險篩選值。針對中新天津生態(tài)城污染水體沉積物的修復，參考了《中新天津生態(tài)城污染水體沉積物修復限值》（DB12/499 - 2013）。該標準為鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鋅、鎳等重金屬設定了明確的限值，如鎘和汞的限值為不超過1 mg/kg，鉻和鉛的限值為不超過90 mg/kg等。

以土壤環(huán)境重金屬質(zhì)量標準為限制評價結(jié)果顯示，在研究區(qū)域內(nèi)，#14號采樣點的底泥中銅、鎳和鉻的含量超過了標準限值，而其他重金屬的含量則普遍未超標。以中新天津生態(tài)城污染水體沉積物修復限值為標準進行評價，大部分采樣點位的重金屬含量處于安全范圍內(nèi)。然而，#8號采樣點的鉻含量超出了標準限值。

2.2 底泥中氮磷評價方法及結(jié)果

同樣采用污染指數(shù)法評估底泥重金屬污染情況，則式（1）中的Ci代表底泥中磷的實測濃度，單位為mg/kg；Coi為磷環(huán)境評價標準值，單位為mg/kg。

以《中新天津生態(tài)城污染水體沉積物修復限值》為標準，根據(jù)評價結(jié)果選擇總磷、總氮污染程度較高的監(jiān)測點所在河段為清淤范圍，具體包括#3、#4、#9、#11、#12、#13和#36為了更準確地了解底泥的性質(zhì)，采用了美國環(huán)保署（EPA）制定的底泥分類標準，標準劃分如下：

底泥總磷含量小于420 mg/kg屬于輕度污染，大于650 mg/k屬于重度污染，420 - 650 mg/kg之間為中度污染；底泥總氮含量小于1 000 mg/kg為輕度污染，大于2 000 mg/kg為重度污染，1 000 -2 000 mg/kg為中度污染。

以EPA制定的底泥分類標準劃分研究區(qū)底泥氮磷含量等級，確定清淤范圍為#3、#4、#24、#31。

除此之外，采用有機污染指數(shù)綜合評價分析氮磷污染情況，具體方法如式（2）：

OI（有機指數(shù)）=0C（%）×0N（%）

ON（有機氧）=TN（%）×0. 95％ 式（2）

OC（有機碳）=OM（%）×1.724

式（2）中，OC為有機碳，ON為有機氮。有機指數(shù)的評價標準見表1。

采用有機污染指數(shù)綜合評價氮磷污染狀況結(jié)果表明重度污染范圍為＃3、#4、#24；中度污染范圍為#11、#12、#13、#31。

3 底泥污染特征研究及氮磷釋放實驗

3.1 底泥污染特征研究

在調(diào)查區(qū)域內(nèi)，從共青濱河森林公園監(jiān)測點開始到龍?zhí)寐饭珗@每1.5公里設置一個采樣點，共15個采樣點。在現(xiàn)場，進行了水深、水寬、泥深的測量，并監(jiān)測了水溫、pH和溶解氧的數(shù)值。在實驗室中，對上覆水體進行了詳細的化學分析，檢測了其中的CODcr、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、硝態(tài)氮、總氮、磷酸鹽、總磷以及氟化物的含量。同時，對表層底泥進行了元素分析，測定了其中的銅、鎳、鉻的含量，并檢測了有機質(zhì)、全氮、氨氮、硝酸鹽氮、總磷、有效磷以及氟化物的具體數(shù)值。

3.2 底泥氮磷釋放實驗方案

在3.1節(jié)中，最終確定在清淤河段的中間位置進行采樣。每個采樣點都采集了上覆水體和上中下3層底泥。具體地，分別取上層0 -20 cm、中層20 -40 cm和下層40 -60 cm的底泥。

嚴格遵循國家標準方法對采集的水體和底泥進行保存、運輸和測定。在野外采樣時，我們立即測量了水體的溫度、pH和溶解氧。對于采集的上層水體樣品，將部分（500毫升）用于測定水質(zhì)化學指標。另一部分水樣則用于在模擬柱中進行底泥釋放實驗，模擬實驗持續(xù)7天，在此期間每天監(jiān)測這些指標的變化情況。對采集的底泥樣品，取500克，并使用塑料樣品袋封裝后帶回實驗室進行進一步分析。為了進行底泥的詳細分析，將采集的底泥樣品進行風干、研磨、過篩，并測定其SOD、有機質(zhì)、總氮（TN）、氨氮（NH+4）、硝酸鹽（NO-3）、總磷（TP）、磷酸鹽（PO3-4）和氟化物等指標。同時，將一部分底泥加注到底泥氮磷釋放模擬柱中進行釋放模擬實驗。實驗持續(xù)7天后，從底泥釋放模擬柱中取出底泥，并測定相應的化學指標。具體操作是將采集的底泥鋪在模擬柱的底部，然后注入與底泥比例為1：5的上層水體。模擬柱的底部放置厚度為20厘米的底泥，然后上面加入高度為100厘米的水樣。在試驗周期為7天（即168小時）的過程中，每隔24小時取一次上層水體，并檢測相應指標的變化情況。每次使用注射器從取水口吸取100毫升的水樣，并通過進水口添加相同體積的原水進行補充。在往模擬柱中注入水樣時，采用虹吸法以緩慢的速度進行，盡量減少對系統(tǒng)的擾動。為確保實驗數(shù)據(jù)的準確性，在每次向模擬柱中注入上層水體之前測定相關指標值，以確保水質(zhì)的一致性。（見圖1）

4 發(fā)展趨勢分析

河道底泥污染和釋放特征的研究對于環(huán)境保護和人類健康具有重要意義。盡管在過去幾十年中取得了顯著的進展，但仍面臨著一些挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展趨勢。

（1）多源污染物研究：隨著工業(yè)化和城市化的不斷發(fā)展，河道底泥污染不僅受到工業(yè)廢水的影響，還受到農(nóng)業(yè)、城市排水和大氣降解等多個源頭的污染物輸入。未來的研究將更加關注多源污染物對底泥污染和釋放特征的影響，以全面了解底泥污染問題。

（2）污染物遷移與轉(zhuǎn)化研究：河道底泥中的污染物具有復雜的遷移和轉(zhuǎn)化過程。未來的研究將更加關注污染物在底泥中的遷移路徑、轉(zhuǎn)化機制和影響因素。特別是微生物的參與和生物地球化學過程的研究，將為底泥污染的風險評估和治理提供更準確的科學依據(jù)。

（3）底泥污染的遙感與監(jiān)測技術：傳統(tǒng)的底泥采樣和分析方法存在操作繁瑣、時間成本高等問題。未來的研究將借助遙感和無人機技術，開展底泥污染的快速監(jiān)測和評估。利用遙感數(shù)據(jù)和多光譜圖像分析，可以實現(xiàn)對底泥污染物的空間分布和變化趨勢的實時監(jiān)測，提高監(jiān)測效率和準確性。

（4）底泥修復與治理技術的創(chuàng)新：底泥的修復和治理是解決底泥污染問題的關鍵環(huán)節(jié)。未來的研究將致力于開發(fā)更高效、可持續(xù)的底泥修復與治理技術。例如，采用生物修復、納米材料應用、生態(tài)工程等創(chuàng)新技術，以降低底泥污染物的風險和生態(tài)影響。

（5）跨學科合作與綜合管理：底泥污染和釋放特征的研究需要跨學科的合作和綜合管理。未來的研究將加強環(huán)境科學、生態(tài)學、地球化學、化學工程等多個學科領域的合作，形成綜合研究和綜合管理的模式。同時，政府、學術界、行業(yè)和社會公眾之間的合作與交流也至關重要。通過跨學科合作和綜合管理，可以更好地理解和解決河道底泥污染和釋放特征問題。

（6）風險評估與管理策略的發(fā)展：未來的研究將進一步加強底泥污染的風險評估和管理策略的制定?；诘啄辔廴咎卣?、污染物遷移轉(zhuǎn)化機制和生態(tài)環(huán)境條件，建立全面的底泥污染風險評估模型，為決策者提供科學依據(jù)。同時，制定有效的管理策略和政策，加強底泥污染源的控制和治理，促進河道底泥污染的長期可持續(xù)治理。

因此，河道底泥污染和釋放特征的研究將面臨多源污染物研究、污染物遷移與轉(zhuǎn)化研究、遙感與監(jiān)測技術、底泥修復與治理技術的創(chuàng)新、跨學科合作與綜合管理、風險評估與管理策略的發(fā)展等挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢。通過持續(xù)的研究和努力，我們能夠更好地了解和管理河道底泥污染問題，保護水環(huán)境、維護生態(tài)平衡和促進可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)論

研究以潮白河流域為例，研究了河道底泥污染和釋放特征，揭示了底泥中長期儲存和富集各類污染物，對水質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛影響。強調(diào)了底泥污染及其釋放特征對于水環(huán)境保護、生態(tài)平衡維護以及人類健康保障的影響，為環(huán)境保護和生態(tài)恢復提供了科學依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，有效控制外源污染后，通過生態(tài)清淤疏?？梢杂行p少內(nèi)源污染，助力河道生態(tài)的修復。此外，研究指出公眾參與和環(huán)境教育在理解和應對底泥污染方面扮演著關鍵角色。因此，未來應著重于提升公眾對底泥污染問題的認識和參與度，增強環(huán)保意識，推動社會對底泥污染治理的支持和合作，從而促進可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明的構(gòu)建。