广元市嘉陵江干流重金属特征研究

冯蒙蒙,张倚铭,黎云祥,李友平,权秋梅

(西华师范大学环境科学与工程学院,四川 南充 637002)

· 水环境 ·

广元市嘉陵江干流重金属特征研究

冯蒙蒙,张倚铭,黎云祥,李友平,权秋梅

(西华师范大学环境科学与工程学院,四川 南充 637002)

为了解嘉陵江干流(广元段)水体中重金属污染状况，对其水中重金属含量变化进行分析，并探讨了水体温度、pH及DO对重金属(Pb、Zn、Cd、Cu)含量变化相关性和重金属之间的相互关系。结果表明：2012年到2015年重金属Pb、Zn、Cd、Cu总含量变化整体呈现下降趋势，Hg含量呈上升趋势；枯水期重金属含量低于平水期和丰水期；不同水文时期对水体温度、pH及DO对重金属含量变化影响不同；重金属含量之间存在一定的显著相关性，可能具有一定的同源性。

嘉陵江干流(广元段)；重金属；变化特征

1 前 言

重金属不易被微生物降解，并通过生物富集和生物放大作用不仅对生态系统安全有很大的影响，而且对人体健康和水生生物构成严重的威胁，是一类重要的有毒有害的持久性污染物[1～3]。重金属可随地表径流、工业污水、生产生活废水和大气沉降等多种方式进入河流水体中[4]，对水体造成污染。因此，重金属已成国内外备受注目的一类环境污染物[5-6]。

嘉陵江全流域水面积16万km2,干流全长1 120km,是长江的一大重要支流[7]。嘉陵江(广元段)位于三峡水库区上游，由南向北纵贯广元市境中部，是市境内最大的水体[8]。嘉陵江覆盖面积广，所以嘉陵江水质优劣，对居民的生活及生态环境具有重要影响。

重金属的迁移转化在不同的水域中存在着不同的特征，目前对较大河流中的重金属迁移转化已经有了较多的研究[9～12]，而对于嘉陵江这样的分支河流研究还是较少的，因此针对嘉陵江广元出入境断面水中重金属含量进行对比研究，力图找出重金属含量变化规律及影响因子，根据广元市环境监测站提供的2012年～2015年嘉陵江出入境断面水中重金属含量的数据，研究了嘉陵江水域广元段近四年重金属总含量的变化，分析了影响嘉陵江水域广元段水中重金属含量变化的主要因素，可以更清楚的了解到嘉陵江水质中重金属含量的变化规律，为嘉陵江水域污染的控制提供重要的科学依据。

2 实验材料与方法

2.1 研究区域

嘉陵江由南向北纵贯广元市境中部，沿嘉陵江干流有广元市主城区、朝天区城区、苍溪县城区以及16个乡镇驻地[8]。嘉陵江流域属亚热带湿润季风气候，南部低山区冬冷夏热，北部中山区冬寒夏凉，春夏多东北风，秋冬多西北风；年平均气温16℃，年平均日照1 398h，年平均降雨量1 000mm；降水量年内分布不均，50%分布在6月～9月，径流主要由降水补给[13]。根据河流的雨水补给情况及水量的大小将一个水文年划分为枯水期(12月～3月)、丰水期(6月～9月)和平水期(4月～5月，10月～11月)。

2.2 采样布点

为了准确分析嘉陵江水域广元市出入境断面水中重金属含量，分别为八庙沟、上石盘、张家岩设定检测地点，采集水样进行分析。八庙沟是国控监测断面，位于嘉陵江入川处；上石盘和张家岩都是省控监测断面，上石盘位于出广元城区3km处，张家岩是嘉陵江出广元境的断面。其中每个监测断面设置3个采样点，采样时间为2012年～2015年的每月月初采样一次。在数据分析时采用平均值进行分析。图1为采样布点图，其中A01-A03为八庙沟断面采样点，B01-B03为上石盘采样点，C01-C03为张家岩断面采样点。(因为监测断面水深≦5m，河宽50～100m，所以只需在水面下0.5m处设置一个采样点，且左右近岸设置两条垂线即可，但为了保证监测数据的准确性，采样时均设置了3条垂线)。

图1 采样点布点图Fig.1 Location of sampling sites

2.3 重金属的测定

在各采样点采用人工采样的方式进行采样，采集到的水样放置在聚乙烯瓶中并及时加入保存剂带回实验室进行处理检测。分析项目有Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As、Hg 7项。采用电感耦合等离子体发射光谱法测定Cu、Pb、Zn、Cd、Cr五种元素。采用原子荧光光谱法测定Hg、As。

2.4 水中重金属指标及标准值

我国地表水环境质量标准(GB3838-2002)中pH、DO及重金属标准限值见表1。

表1 地表水环境质量标准Tab.1 the standard of surface water environment quality (mg/L)

2.5 数据分析

运用 Microsoft Office Excel 做初步分析及作图，采用IBM SPSS 23.0 的Pearson 相关分析对pH、DO、水体温度、水体中各重金属指标进行相关性分析。

3 结果与分析

3.1 重金属变化特征

3.1.1 重金属年变化特征

表2所示为2012年～2015年嘉陵江干流(广元段)重金属的监测结果。由表1可见，Hg只在2015年检出，其他3年均未检出，说明Hg浓度有上升趋势。Pb在2013和2014年检出，2012和2015未检出，呈现先增大后减小的趋势。2013年各监测断面Pb浓度由大到小为八庙沟、上石盘、张家岩。Cd在2012、2013年检出，2014、2015年均未检出，呈现出下降趋势。2012年上石盘监测断面Cd浓度高于其他两个断面，2013年八庙沟最高。As和Cr6+连续四年均未检出。Cu和Zn在2012年～2015年基本检出，从年变化上看，Cu的浓度呈先减小后增大，2012年>2015年>2014年>2013年；Zn浓度为2013年>2012年>2014年>2015年，呈先增大后减小的趋势。从监测断面看，Cu的浓度表现为八庙沟>上石盘>张家岩，最高浓度出现在2013年八庙沟监测断面，高达0.098 8mg/L；Zn浓度在断面变化上没有明显的规律性，最高浓度出现在2013年上石盘断面，高达0.177mg/L。

表2 2012年～2015年嘉陵江干流(广元段)重金属的监测结果Tab.2 The monitoring results of heavy metal contents in Jialing river(Guangyuan section) (mg/L)

注：ND表示低于检出限

3.1.2 重金属水期变化特征

连续四年内嘉陵江广元段水中重金属Cu、Zn、Pb、Cd的平均含量如图2所示。Pb浓度远低于地表水Ⅰ类标准限值，2013年八庙沟断面平水期Pb浓度高于枯水期和丰水期，其中枯水期最低；上石盘和张家岩都是丰水期>平水期>枯水期。Cu浓度在水期变化方面，平水期略高于其他两个时期，其中2013年八庙沟的Cu浓度(0.026 5mg/L)高于Ⅰ类标准限值(0.01mg/L)，低于Ⅱ类标准限值(1mg/L)。Cd浓度在2012年上石盘枯水期和八庙沟丰水期均高于Ⅰ类标准限值，达到Ⅱ类标准限值；2012年八庙沟Cd浓度的水期变化为丰水期>平水期>枯水期，其他两个断面均为平水期最高，2013年的八庙沟平水期高于其他时期，上石盘和张家岩均是丰水期>平水期>枯水期。Zn浓度在2012年八庙沟枯水期和2013年上石盘平水期高于Ⅰ类标准限值，达到Ⅱ类标准限值，其他时期均低于Ⅰ类标准限值；Zn浓度水期变化总体为平水期>丰水期>枯水期。由图3可以明显看出这四年内，嘉陵江干流(广元段)重金属含量均不超过地表水Ⅱ类标准，且大多时期都低于Ⅰ类标准。

图2 重金属随时间含量变化Fig.2 Changes of heavy metal contents with time

3.2 pH、DO随时间变化特征

图3所示是2012年～2015年嘉陵江干流(广元段)pH值和DO的变化趋势。由图3(A)可见，从水期变化来看，张家岩断面的pH值变化幅度不大，处于7.89～8.088之间。八庙沟的pH值除2013年平水期低于枯水期和丰水期外，平水期都高于其他时期。上石盘的pH值在水期变化上较复杂，没有规律性。总体来看嘉陵江干流(广元段)pH值处于7.6～8.4之间，为弱碱性。

由图3(B)可见，3个监测断面DO变化趋势一致，都表现出枯水期>平水期>丰水期。张家岩DO含量整体高于八庙沟和上石盘，且高于Ⅰ类标准限值。八庙沟2012、2013年丰水期DO略高于Ⅰ类标准限值，而2014年和2015年的丰水期都略低于Ⅰ类标准。上石盘2015年丰水期略高于Ⅰ类标准，其余3年的丰水期都低于Ⅰ类标准。由此可见，嘉陵江干流(广元段)的DO含量个别时期低于Ⅰ类标准，但都达到地表水Ⅱ类标准。

图3 pH、DO随时间的变化Fig.3 Changes of pH,DO with time

3.3 水中重金属含量与温度、pH、DO的相关性分析

对嘉陵江干流(广元段)枯水期、平水期和丰水期水体的重金属含量与水体温度、pH和DO之间进行相关性分析，结果如表3所示，可以看出，枯水期水体重金属 Pn、Cu、Zn、Cd与水体pH和DO之间无显著性相关关系，说明pH和DO不是影响枯水期重金属含量的主要影响因子．重金属Pb、Cu和Cd与水体温度呈显著性负相关关系，相关系数分别为-0.410、-0.415和-0.414。重金属Zn与水体温度无显著性相关关系。说明枯水期时水体温度对Pb、Cu和Cd浓度有较大影响。

平水期水体各重金属与温度、pH和DO之间无显著性相关关系，说明温度、pH和DO对平水期重金属含量影响不大。丰水期重金属Cu、Cd与pH呈显著的负相关关系，与温度和DO无显著关系，说明丰水期Cu、Cd在水体中的含量受到水体pH的较大影响。

枯水期Cu与Cd之间呈极显著正相关关系，平水期和丰水期Pb与Cu、Zn、Cd之间呈显著的正相关关系，平水期Cu与Zn之间呈显著正相关，丰水期Cu、Zn、Cd两两之间呈显著正相关。说明这些重金属含量变化具有相似的规律，并且可能具有一定的同源性。

表3 嘉陵江干流(广元段)水中重金属与温度、pH、DO的相关性分析Tab.3 Correlation matrix of temperature pH and DO and heavy metal contents in the surface water of Jialing River

注：* 在 0.05 级别(双尾)，相关性显著；** 在 0.01 级别(双尾)，相关性显著。

4 讨论与结论

嘉陵江流域是以农业为主的[14]，水源直接影响农作物的生长，且广元段是广元生产和生活的集中水源[8]，因此该流域的水质优劣对社会经济、居民的生活及生态环境保护具有重要影响。本文研究了嘉陵江干流(广元段)重金属的变化特征发现重金属As和Cr6+在2012年～2015年均未达到检出限，2012年～2015年除Hg外，重金属Cd、Pb、Zn、Cu总体呈下降趋势，而Hg含量2015年高于其他三年，呈上升趋势。这可能与农场耕地有关，有研究表明重金属元素Hg、Cu 等主要来源于农业灌溉区的化肥及农药污染[15-16]。从水期变化来看，重金属大多是枯水期低于平水期和丰水期。丰水期和平水期降雨量大，农业灌溉的化肥及农药等污染物可能随雨水等农田径流汇入河水，使重金属含量升高。2012年平水期上石盘断面Cd浓度、2012年丰水期八庙沟断面的Cd及Zn浓度、2013年平水期八庙沟断面的Cu及上石盘断面的Zn浓度超过地表水Ⅰ类标准。嘉陵江(广元段)干流重金属污染主要是Cu。

对八庙沟、上石盘及张家岩3个断面的监测水质进行比较后发现，重金属浓度从上游到下游整体呈下降趋势，八庙沟重金属含量整体比上石盘及张家岩高，可能与上游工业排污有关。张家岩断面重金属含量低于其他两个断面，这可能是河流交汇对重金属含量进行了稀释，也可能是重金属随着河水下流的过程中吸附在沉积物中。3个断面水质均达到地表水Ⅱ类标准。

对枯水期、平水期和丰水期重金属含量与温度、pH、DO的相关性分析表明，枯水期温度对重金属含量影响较大，重金属Pb、Cu和Cd与水体温度呈显著相关；平水期温度、pH、DO对重金属含量无显著影响；丰水期重金属含量受pH影响较大，Cu、Cd与pH呈显著相关。比较分析重金属之间的相关关系可见，枯水期Cu和Cd之间呈极显著相关，平水期和丰水期各重金属之间具有显著的相关性，且可能具有同源性，主要受交通运输、城镇生活及农业生产等的影响。

综上可见，嘉陵江干流(广元段)的重金属含量达到地表水Ⅱ类标准，2015年重金属含量低于2012年，整体呈下降趋势。枯水期的重金属含量整体低于平水期和丰水期，且重金属所处水期不同受到的影响也不同。各重金属的含量之间也有显著相关性，具有同源性。

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Characteristics of Heavy Metals in Jialing River Main Stream in Guangyuan City

FENG Meng-meng,ZHANG Yi-ming,LI Yun-xiang,LI You-ping,QUAN Qiu-mei

(CollegeofEnvironmentalScience&Engineering,ChinaWestNormalUniversity,Nanchong,Sichuan637002,China)

In order to explore the contamination degree of heavy metals in Jialing River main stream in Guangyuan City, the contents of heavy metals in surface water of Jialing River in Guangyuan City were analyzed respectively. The influence of temperature, pH and DO on the heavy metal (Pb, Cd, Cu, Zn) contents in water and the relationship between the heavy metal were explored. The results show that the contents of Cd, Pb, Zn and Cu decreased from 2012 to 2015 in general. The contents of Hg increased. The contents of heavy metals in dry season were lower than that of wet and normal season. In different seasons, the influence of pH, DO and temperature on the distribution of heavy metal contents in water varied．Significant positive correlations were found among these elements in surface water, which implied that these elements probably had common pollution sources．

Jialing River(Guangyuan section); heavy metals; variation characteristics

2017-01-11

四川省教育厅项目(12ZA289)。

冯蒙蒙(1994-), 女, 四川盐源人，2016年毕业于西华师范大学环境工程专业, 研究方向环境生态。

权秋梅,meimeiq@163.com。

X522

A

1001-3644(2017)02-0040-06