重庆主城区河流底泥中重金属污染现状及生态风险分析

张占梅，黄大俊，石瑞琦，徐 源，龚雨晨

(1. 重庆交通大学 河海学院，重庆 400074； 2. 环境水利工程重庆市工程实验室，重庆 400074)

0 引 言

通常，主城区河道受纳水质复杂，一些未经处理或处理不达标的污染物直接排入河道，沉积在河道底泥中。当外部条件发生变化时，污染物会从底泥中重新释放出来，造成水体的二次污染[1-2]。重庆作为重工业城市，在环保监管不严和粗放式生产的历史背景下，大量机加工企业及衍生产业链排放的含有重金属的工业废水就近排入河道，造成上覆水环境的严重污染，而重金属也在河流底泥中长期沉积。由于富集作用和食物链的存在，重金属易在水生生物体内囤积，最终进入陆生生物和人类体内，严重威胁整个生态系统[3-5]。

目前，关于河流底泥中重金属污染的研究大多只针对单一河流或大型河流展开，而对于主城区内中小型河流的研究较少。何太蓉等[6]、刘国涛等[7]针对重庆市内河流底泥中重金属的潜在生态风险进行了分析评价；杨清伟等[8]研究了重庆市区长江及嘉陵江水体沉积物重金属的污染状况并评价其潜在生物毒性；张兴英等[9]评价了1996—2010年重庆主城区段长江寸滩和望龙门断面沉积物中重金属污染程度；张兴梅等[10]对三峡库区重庆城区段底泥重金属污染进行了调查与分析。

为了摸清重庆主城区典型河道底泥中重金属污染及分布现状，笔者以重庆市主城区花溪河、苦溪河、桃花溪、清水溪及盘溪河等5条河流为研究对象，检测了河流底泥中6种重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn 的浓度，评价了重金属的污染状况和潜在生态风险。研究发现重庆市主城区5条河流底泥中，6种重金属污染均达到了轻度污染及以上等级，其中Cu的污染较为严重；重金属的潜在生态风险相对较小。研究结果可为底泥疏浚、水生态环境综合治理提供依据。

1 研究河流概况、底泥样品采集及重金属含量测定

1.1 研究河流概况

1)花溪河，发源于巴南区南彭街道，主要流经巴南区，河道总长63.6 km，流域面积约为195.9 km2，在李家沱附近汇流入长江。

2)苦溪河，发源于巴南区鹿家场，流经巴南区和南岸区，全长26.9 km，由南向北贯穿茶园新区经广阳岛流入长江，具有山区性河流的典型径流特征。

3)桃花溪，依次流经沙坪坝区、大渡口区和九龙坡区，全长15.79 km，是长江在重庆主城最大的一级支流。

4)清水溪，发源于沙坪坝区歌乐山镇，是嘉陵江右岸一级支流，全长15.1 km，在沙坪坝区磁器口汇入嘉陵江。

5)盘溪河，是嘉陵江左岸的一条支流，流经江北区和渝北区，全长约11 km。

这5条河流流域覆盖了重庆主城七区，且流经主要工业区、居民区、高等院校及科研院所的集中区域，是典型的受工业污染和城市急速发展影响的城市河道，也是水体污染相对较严重的河流。研究河流底泥中重金属污染现状，并分析其潜在生态风险具有典型的代表意义。

1.2 河流底泥样品采集

在5条河流中分别设置采样点1#、2#、3#，以测定底泥中重金属含量。为确保采样具有代表性，采样点布设在河流流速均匀的平直河段，且上下游100 m范围内无排污口的区域，如图1。

1.3 河流底泥中重金属含量测定

1)将采集的底泥样品放入塑料瓶中，封口保存，贴好标签，并记录采样时间带回实验室。

2)在实验室中，将底泥样品置于干净的玻璃器皿上，待自然风干后，取适量于研钵中，用钵杵碾压，除去砂砾后过筛(100目)。

3)将底泥样品进行消解，采用电感耦合等离子体(ICP)法测定重金属 Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量。测定结果如表1。

表1 重庆市主城区河流底泥中重金属测定结果

2 评价方法

2.1 底泥重金属污染评价法

2.1.1 内梅罗综合指数法

内梅罗综合指数法不仅能反映各重金属对底泥的污染程度，还能判断污染指数最大的重金属对环境的影响程度[11]。内梅罗综合污染指数Pcom按照式(1)计算：

(1)

表2 重庆市土壤重金属评价参比值及毒性系数

根据式(1)计算得到的Pcom按表3划分河流底泥中重金属污染等级[12]。

表3 内梅罗综合指数Pcom评价标准

2.1.2 地累积指数法

地累积指数Igeo又称Muller指数，由德国科学家Muller提出，是借助重金属实测值与背景值的关系来评估河流底泥中重金属污染程度的参数[13]。地累积指数法不仅考虑了重金属实际污染情况及背景值，还设了一个修正系数K，用以考虑沉积特征及地质结构的影响。地累积指数Igeo按式(2)计算：

(2)

式中：K为表征沉积特征、地质等的修正系数，通常K=1.5；其他符号同前。

根据计算得到的Igeo，按表4将重金属污染程度分为7个等级[14]。

表4 地累积指数Igeo分级标准

2.3 生态风险评价法——潜在生态风险指数法

潜在生态风险指数法由Hakanson于20世纪80年代提出，是评价重金属潜在生态风险的一种相对快速、简便的方法，既能反映单一重金属污染，也能评估多种重金属污染的潜在生态风险状况[15-16]。潜在生态风险指数RI表达式如式(3)：

(3)

表5 重金属潜在生态风险危害程度判断标准

3 评价结果及分析

3.1 河流底泥中重金属污染程度评价

3.1.1 内梅罗指数法评价结果与分析

将表1中实测重金属含量代入式(1)，计算得到重庆市主城区5条河流每个采样点的内梅罗综合指数Pcom，按表3确定污染等级，结果见表6。

表6 Pcom计算结果及重金属污染等级确定

由表6可知，重庆市主城区5条河流均达到了轻度及以上污染等级，其中桃花溪和清水溪达到重污染等级(Ⅴ级)。

3.1.2 地累积指数法评价结果与分析

将表1中实测重金属含量代入式(2)，计算得到重庆市主城区5条河流3个测点底泥中6种重金属的地累积指数Igeo，并求出平均值Igeo,av，结果见表7。

表7 重庆市主城区河流底泥中重金属地累积指数平均值Igeo,av

由表7可见，各条河流底泥重金属平均地累积指数Igeo，av大小顺序为

花溪河：Igeo,av(Cr)

桃花溪：Igeo,av(Pb)

苦溪河：Igeo,av(Cr)

清水溪：Igeo,av(Cd)

盘溪河：Igeo,av(Cd)

可见，除花溪河外，其他4条河流中Igeo,av(Cu)都是最大的，说明重庆市主城区河流受Cu污染较为严重。

3.2 潜在生态风险危害程度

表8 重庆市主城区河流底泥中重金属及RI计算结果

参考表5判断标准对表8进行分析：

1)除了花溪河3个采样点的重金属潜在生态风险指数最大值RImax=212.04，属于“中等”风险等级外，其他河流3个采样点的重金属潜在生态风险指数RI < 150，属于“轻微”风险等级。说明重庆市主城区河流底泥中重金属的潜在生态风险较低。

3 结 论

1)内梅罗综合指数评价结果表明，重庆市主城区5条河流底泥中，重金属污染较为严重，6种重金属污染均达到了轻度污染及以上等级，其中桃花溪和清水溪属于重污染。

2)地累积指数法评价结果说明Cu对重庆市主城区河流污染较为严重。

3)潜在生态风险指数法评价结果说明，重庆市主城区河流底泥中重金属的潜在生态风险较小。6种重金属中，Cd的生态危害程度属于“强”等级，其他重金属均属于“轻微”等级。