三峽庫區(qū)泥沙對水污染物濃度測定值的影響研究_泥沙水質
導讀:：本文主要研究三峽庫區(qū)的泥沙特征及其對水樣污染物測定的影響，主要分析了泥沙對0.45µm、0.020mm濾膜過濾水樣、原水渾水樣的六個污染物指標：高錳酸鹽指數、總磷、總氮、鉛、銅、鎘的測定結果的影響。研究結果表明：泥沙濃度與0.45µm濾膜過濾清水樣的六個污染物測定結果無相關性;泥沙濃度與原水的渾水樣的五個污染物指標：高錳酸鹽指數、總磷、鉛、銅、鎘濃度的測定結果有一定相關性，但是與總氮的測定結果無相關性; 粒徑小于0.020mm的泥沙對水樣中的污染物濃度值具有較大的影響。在對六個水質指標濃度測定值和泥沙濃度相關性分析的基礎上，建議對三峽庫區(qū)水質進行評價時，應考慮水樣中泥沙含量,并對不同泥沙濃度的水樣進行分級評價。
關鍵詞：泥沙水質，水污染指標
1 研究背景
近年來，長江泥沙對三峽水質水生態(tài)的影響研究比較多，李曉等[1]以長江寸灘斷面和嘉陵江大溪溝斷面水樣為測定樣品，分析水樣中的懸浮物自然沉降0-24小時時段內，澄清后的水樣中的污染物隨時間的變化，探討了懸浮物對三峽水庫水質測定結果的影響，提出《地表水環(huán)境質量標準》中應納入懸浮物項目，以對水體進行較全面的評價。婁保峰等[2][3]研究了三峽水庫長江干流江段監(jiān)測值的影響. 得到懸浮顆粒物濃度(SS)與澄清樣、渾樣和清樣的總磷濃度的關系，用非線性回歸方法得出了水樣不同處理方式下總磷間的經驗關系式,并進行了驗證，得到當SS大于0.5kg/m3時, 90%以上的磷賦存于懸浮顆粒物上的結論。當SS大于0.5kg/m3時, 90%以上的磷賦存于懸浮顆粒物上,SS大于1.0 kg/m3時, 80%以上的CODMn賦存于懸浮顆粒物上的結論。
本文利用從2002年9月至2004年9月期間，長江上游水環(huán)境監(jiān)測中心對三峽庫區(qū)水質與懸移質泥沙進行同步監(jiān)測的數據泥沙水質，系統(tǒng)地分析泥沙對0.45μm濾膜過濾水樣(清水樣)、0.020mm濾膜過濾水樣、原水樣(渾水樣)的六個污染物指標：高錳酸鹽指數、總磷、總氮、鉛、銅、鎘的測定結果的影響，以進一步驗證已有的研究成果，同時對研究未能涉及的其他污染物項目也進行系統(tǒng)的分析。
2 監(jiān)測區(qū)域及采樣
監(jiān)測的區(qū)域包括三峽庫區(qū)長江上游地區(qū)干流及其支流：嘉陵江和烏江，這兩條支流的入庫流量占所有支流入庫流量的90%，在長江干流上設5個監(jiān)測斷面：朱沱、寸灘、清溪場、萬州、奉節(jié)，嘉陵江設一個監(jiān)測斷面：北碚;烏江設一個監(jiān)測斷面：武隆。其中北碚斷面距離嘉陵江入長江口的距離為60Km, 武隆斷面距離烏江入長江口的距離為68 Km，距離三峽壩址三斗坪的距離，朱沱為732 Km，寸灘為593 Km，清溪場為478 Km，萬州為287 Km，奉節(jié)為164 Km。
在2002年9月至2004年9月期間，每月在采樣斷面設置三個采樣垂線，分別為距離左岸50m，中線，距離右岸50 m，在每個采樣垂線上進行三點采樣，分別為距離水面0.5 m處，中間水深處和距離河底0.5 m處，每點的樣品分成兩份，一份用于懸移質泥沙的實驗室分析，一份用于水質的實驗室分析。樣品送回實驗室后，用于水質分析的樣品立即放入冰箱保存直到分析開始泥沙水質，用于懸移質泥沙分析的樣品靜止于容器內5天后，收集水樣中懸移質泥沙進行分析。
分別測量處理過的四類水樣中的總磷(TP)、總氮(TN)和高錳酸鹽指數(CODMn)、鉛(Pb)、銅(Cu)、鎘(Cd)的濃度，同時分析懸移質泥沙的含量和泥沙顆粒粒徑的分布。共從三峽庫區(qū)野外采集194個水樣進行處理，分析三類共582個水樣的六個污染指標，共獲得3492個監(jiān)測數據。
長江懸移質的礦物組成和化學成分，以萬縣斷面[4]為例，參考表1，表2
表1 萬州斷面懸移質的礦物組成
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礦物組成 |
方晶石 |
鈉長石 |
石英石 |
伊利石 |
蒙脫石 |
綠泥石 |
高嶺石 |
白云石 |
方解石 |
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含量(%) |
7.3 |
5.1 |
21.1 |
25.0 |
11.0 |
6.6 |
7.6 |
9.7 |
6.7 |
mineral contents of suspended sediment particles on the Wan Xiancross-section
table1表2 萬州斷面懸移質的化學成分
Table 2 contents of major chemicalcomponents in suspended sediment particles on the Wan Xian cross-section
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化學成分 |
SiO2 |
Al2O3 |
TFe2O3 |
FeO |
MnO |
MgO |
CaO |
Na2O |
K2O |
TiO2 |
P2O5 |
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含量(%) |
52.1 |
13.8 |
7.29 |
3.05 |
0.12 |
3.79 |
6.78 |
1.02 |
2.32 |
1.17 |
0.17 |
3 數據分析
分析通過0.45μm 的濾膜過濾的水樣的CODMn、TP、TN、Pb、Cu、Cd的濃度值與泥沙濃度值的關系見圖1。從清水樣中污染物濃度與泥沙的關系圖可得，清水樣的污染物濃度與泥沙沒有顯著的相關性。
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Fig.1 The correlations between the dissolved pollutant concentrations and the suspended sediment concentration |
圖1 清水樣污染物濃度與泥沙的關系
從原水的渾水樣污染物濃度值與泥沙濃度值的關系圖2可得，有機污染物指標CODMn、TP、重金屬指標Pb、Cu、Cd濃度值與泥沙濃度值有一定的相關性，總的趨勢是，泥沙濃度大的時候，測定渾水樣中對應的污染物濃度也有增加的趨勢，但是有機污染物指標TN與泥沙濃度沒有這樣的關系趨勢，可能的原因與含氮污染物主要以水體溶解態(tài)存在，泥沙吸附態(tài)含氮污染物含量較低，且難以穩(wěn)定存在有關[5]。
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Fig.2 The correlations between the total pollutant concentrations and the suspended sediment concentration |
圖2 渾水樣污染物濃度與泥沙濃度的關系
渾水樣和含沙<0.020mm水樣的CODMn、TP、TN、Pb、Cu、Cd濃度的關系見圖3，相關性較好,三峽庫區(qū)水體中，粒徑小于0.02mm的泥沙比例大，且對水污染物的測定濃度值影響較大。
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Fig.3 The correlations between the total pollutant concentrations and the pollutant concentrations in the 0.020mm filtered water |
圖3 渾水樣和含沙<0.020mm水樣污染物濃度的關系
4 結果與討論
根據前面的數據分析，從以下幾個方面進行探討，并提出水質評價方法的建議格式。
1)用0.020mm的濾膜對渾水樣進行過濾，得到的含沙粒徑小于0.020mm的部分含沙水樣泥沙水質，這部分的泥沙在長江的正常流速狀態(tài)下的水體中比較活躍，污染物在該部分泥沙的吸附和解吸對水質的影響較大。
2)建議當泥沙濃度小于0.10kg/m3時(通常出現在枯水期)，由于泥沙含量低，可只進行原水渾樣的監(jiān)測;當泥沙濃度0.10-0.50kg/m3時，進行0.45μm濾膜的過濾水樣和原水樣的監(jiān)測;當泥沙含量大于0.50 kg/m3時，可監(jiān)測原水樣、0.020mm濾膜過濾樣和0.45μm濾膜過濾樣中的各個污染物濃度。
3)在標準中增加懸浮物項目的濃度標準，建議在進行水質評價時，對不同含泥沙濃度不同的水樣進行分級評價。從本文研究的結果看，可分為水樣在泥沙濃度小于0.10kg/m3，泥沙濃度0.10-0.50kg/m3、泥沙濃度大于0.50kg/m3時三種情況下對水質進行分級評價。泥沙濃度小于0.10kg/m3時，只對原水樣的水質進行評價;泥沙濃度0.10-0.50kg/m3時，對原水樣與0.45μm濾膜過濾樣的水質進行評價，并聯合考慮懸浮物指標;當泥沙濃度大于0.50kg/m3時(通常出現在豐水期)，聯合懸浮物指標對含有不同粒徑的泥沙的水樣進行更細的分級評價，更好地反映泥沙對水質監(jiān)測值的影響。
參考文獻:
[1]李曉，羅財紅,張筑元等，地表水樣品自然沉降時間對總磷測定結果的影響分析[J].中國環(huán)境監(jiān)測. 2005，21 (2)：22-23.
[2]婁保鋒，臧小平,洪一平，水樣不同處理方式對總磷監(jiān)測值的影響[J].環(huán)境科學學報， 2006，26 (8)：1393—1399.
[3]婁保鋒，陳永柏，翁立達等，水樣不同處理方式對高錳酸鹽指數測定值的影響[J].長江流域資源與環(huán)境，2008，(17)，1：143-147.
[4]ChenQiming, Chou Yuqing, chen Banglin and chen Jieyu, the Quantitative PhaseAnalysis of the Suspended and Bed Sediment in Yangtze Estuary, [J]Journal ofEast China Normal University (Natural Science), China, 2003，1：77-83.
[5]王曉青，呂平毓，胡長霜，三峽庫區(qū)懸移質泥沙對TP、TN等的吸附研究[J]，人民長江，2006，37(7)：15—17.
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