松滋河河口段泥沙特征及潜在生态风险评价

徐会显 江小青 姜 军

(长江水利委员会 河湖保护与建安中心，湖北 武汉 430010)

荆南三河是荆江与洞庭湖水沙连接的重要通道,松滋河是荆南三河地区河道最长、分流量最大的支流。松滋河在大口段分东西两支，西支流经新江口，东支流经沙道观。受降雨、水文特征、人类活动等因素综合影响，荆南三河口断流天数总体呈增加趋势[1]。有学者研究了1995—2016年长江荆南三河口水系结构演变状况，发现松滋河支流结构衰减最为突出，水系复杂度趋于简化，水沙时空输移发生了改变。松滋河口门崩岸产生的泥沙不断输移至宽浅分叉河段沉积，加快了河道淤积[2]，使河口段淤沙情况较为普遍。

长江荆江段历来是长江中游航道维护疏浚的重点地区，根据2019年《长江泥沙公报》，长江干流疏浚砂利用总量约4205万t，其中宜昌以下河道疏浚砂利用量约4157万t。松滋河是荆南三河中唯一的通航河道，近年来，松滋河段航道整治工程及航道疏浚砂试点工作也在逐渐探索及开展中。泥沙特征是影响泥沙资源化利用的重要因素之一，泥沙污染物含量及生态风险评价是开展资源化利用的必要依据。一些学者对荆江干流泥沙以及航道疏浚土开展了相关研究[3-5]，主要在多污染物优先控制筛选、疏浚土潜在健康风险等方面，指出荆江航道太平口底泥存在砷和镉污染风险。但对荆南三河单个河流的泥沙理化特性研究较少，松滋河河口段泥沙相关研究尚在起步阶段。

因此，本文以松滋河河口段为研究对象，结合2019年5月实地勘测资料，分析了区域泥沙特征，并对潜在生态风险进行了评价，以期为地区泥沙资源化利用等方面提供参考借鉴。

1 材料与方法

1.1 样品采集及处理

对松滋河河口段8个断面表层0.5～1.0m的土质采用挖斗式取样，具体参照《河床组成勘测调查技术与实践》[6]，采样位置点见图1。采集的泥沙样品经过风干处理，先进行物理分析，经研磨、过筛并混合均匀后再进行化学分析。

图1 松滋河采样位置点

1.2 研究指标和分析方法

研究指标主要为物理指标和化学指标。其中物理指标为泥沙颗粒粒径，化学指标包括泥沙化学组分、重金属含量。本研究选取镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)、铬(Cr)、汞(Hg)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)作为重金属主要污染指标。

泥沙颗粒粒径分析采用激光分析法，化学组分分析采用X射线荧光光谱仪测定，Cd、Pb、Cu、Zn、Ni含量采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定，As和Hg含量采用原子荧光光谱仪测定，Cr含量采用X射线荧光光谱仪测定。

1.3 评价方法

潜在生态风险评价采用应用比较广泛的潜在生态风险指数法，该方法既可反映单个污染物的影响，也可反映全部污染物的综合影响。其评价公式[7]为

(1)

RI=∑Eri

(2)

式中：Csi为重金属实测浓度，mg/kg；Cni为背景值(选取枯水期长江干流沉积物中重金属背景值[8])；Eri为单因子潜在生态风险系数；Tri为不同污染物生物毒性响应系数，采用Hakanson标准化重金属生物毒性响应系数作为评价依据，Hg、Cd、As、Ni、Cu、Pb、Cr和Zn分别取40、30、10、5、5、5、2和1；RI为多污染物综合潜在生态风险指数。

2 结果与分析

2.1 泥沙颗粒粒径

按照《河流泥沙颗粒分析规程》(SL 42—2010)[9]，泥沙可以分为黏粒、粉砂、砂粒、砾石、卵石、漂石6类，其中黏粒、粉砂属泥类，砂粒属砂类，砾石、卵石、漂石属石类(粒径小于0.062mm的颗粒为泥类，0.062～2.000mm为砂类，粒径大于2.000mm的颗粒为石类)。按照河段划分，松滋河口至大口、松滋大口至新江口以及松滋大口至沙道观泥沙粒径特征存在一定的差异，见表1、表2。由表1可看出，从松滋河口至大口段，泥沙粒径总体呈增加趋势，在大口段(松12和松101)泥沙总体为中细砂，粒径在0.250～0.500mm居多，占比达66.8%～78.1%。此外，大口下游河段D50、平均粒径均高于大口上游河段，总体符合河流冲刷规律。由表2可看出，泥类主要集中在松滋河口至大口段，含量达38.51%；松滋河大口至新江口和沙道观绝大多数为砂类，占比可达94.00%左右，含泥量仅为6.60%和5.68%。

表1 不同断面泥沙颗粒粒径特征

表2 不同河段泥沙粒径特征和百分比

2.2 泥沙化学组分

泥沙化学组分基本为SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O，与一般陆地表层土壤差异不大，与一般航道疏浚泥沙成分类似。各化学组分质量分数见图2，由图2可以看出，SiO2质量分数最高，为63.68%，其次是CaO和Al2O3，分别为6.96%和6.74%。

图2 各化学组分质量分数

2.3 重金属含量

对泥沙样品中Cd、Pb、As、Cr、Hg、Cu、Zn、Ni等指标进行分析，结果见表3，由表3可知，松滋河Cr含量为53.60μg/g，Zn含量为57.70μg/g，Pb含量为16.20μg/g，Ni含量为20.37μg/g，As含量为5.65μg/g。与《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中各污染物的农用地土壤污染风险筛选值(pH>7.5)和风险管制值(pH>7.5)对比，均低于风险筛选值A值，远低于风险管制值B值。与1992年枯水期长江沉积物中重金属监测值相比，松滋河均低于长江沉积物背景值中最高值含量，说明松滋河河口段重金属含量总体在可控范围。

表3 泥沙重金属含量 单位：μg/g

2.4 潜在生态风险评价

松滋河泥沙潜在生态风险评价结果见表4，从单个污染物来看，Eri值均小于40，其中Cd的Eri值相对较高，为25.37，说明生态风险均处于较低水平；与2007年长江表层沉积物调查值相比，除Ni外，其余指标均低于长江对比值。潜在生态风险指数(RI)综合反映了泥沙中As、Hg、Cu、Zn、Cd、Pb、Cr和Ni的污染水平及潜在生态危害性，经计算，RI为58.59。根据生态风险分级标准(见表5)可知，松滋河泥沙属于低污染，具有较低的潜在风险，符合农用地土壤风险管控标准，可以用于农业、林业等其他用途。

表4 松滋河表层泥沙潜在生态风险评价结果

表5 生态风险评价指标及分级

3 结 语

本文以松滋河河口段为例，分析研究了区域泥沙特征及重金属含量，探究了泥沙潜在生态风险。研究发现河口段泥沙粒径主要以中细砂为主，粒径总体介于0.250～0.500mm之间。从泥沙特征来看，松滋河河口至大口段泥类含量较多，达38.51%，大口以下至新江口和沙道观段绝大多数为砂类，含量可达94.00%左右；从化学成分来看，SiO2含量最高，为63.68%，其次是CaO和Al2O3，分别为6.96%和6.74%；从重金属含量来看，河口段重金属指标值均低于农用地土壤污染风险筛选值和风险管制值，重金属含量总体在可控范围。对其进行进一步潜在生态风险评价研究，结果表明潜在生态风险较低，研究结果可为 松滋河河口区域泥沙特征研究提供一定的参考，后续可进一步加强河口区泥沙资源化利用等相关研究。