三峡库区泥沙对水污染物浓度测定值的影响研究_泥沙水质
导读:：本文主要研究三峡库区的泥沙特征及其对水样污染物测定的影响，主要分析了泥沙对0.45µm、0.020mm滤膜过滤水样、原水浑水样的六个污染物指标：高锰酸盐指数、总磷、总氮、铅、铜、镉的测定结果的影响。研究结果表明：泥沙浓度与0.45µm滤膜过滤清水样的六个污染物测定结果无相关性;泥沙浓度与原水的浑水样的五个污染物指标：高锰酸盐指数、总磷、铅、铜、镉浓度的测定结果有一定相关性，但是与总氮的测定结果无相关性; 粒径小于0.020mm的泥沙对水样中的污染物浓度值具有较大的影响。在对六个水质指标浓度测定值和泥沙浓度相关性分析的基础上，建议对三峡库区水质进行评价时，应考虑水样中泥沙含量,并对不同泥沙浓度的水样进行分级评价。
关键词：泥沙水质，水污染指标
1 研究背景
近年来，长江泥沙对三峡水质水生态的影响研究比较多，李晓等[1]以长江寸滩断面和嘉陵江大溪沟断面水样为测定样品，分析水样中的悬浮物自然沉降0-24小时时段内，澄清后的水样中的污染物随时间的变化，探讨了悬浮物对三峡水库水质测定结果的影响，提出《地表水环境质量标准》中应纳入悬浮物项目，以对水体进行较全面的评价。娄保峰等[2][3]研究了三峡水库长江干流江段监测值的影响. 得到悬浮颗粒物浓度(SS)与澄清样、浑样和清样的总磷浓度的关系，用非线性回归方法得出了水样不同处理方式下总磷间的经验关系式,并进行了验证，得到当SS大于0.5kg/m3时, 90%以上的磷赋存于悬浮颗粒物上的结论。当SS大于0.5kg/m3时, 90%以上的磷赋存于悬浮颗粒物上,SS大于1.0 kg/m3时, 80%以上的CODMn赋存于悬浮颗粒物上的结论。
本文利用从2002年9月至2004年9月期间，长江上游水环境监测中心对三峡库区水质与悬移质泥沙进行同步监测的数据泥沙水质，系统地分析泥沙对0.45μm滤膜过滤水样(清水样)、0.020mm滤膜过滤水样、原水样(浑水样)的六个污染物指标：高锰酸盐指数、总磷、总氮、铅、铜、镉的测定结果的影响，以进一步验证已有的研究成果，同时对研究未能涉及的其他污染物项目也进行系统的分析。
2 监测区域及采样
监测的区域包括三峡库区长江上游地区干流及其支流：嘉陵江和乌江，这两条支流的入库流量占所有支流入库流量的90%，在长江干流上设5个监测断面：朱沱、寸滩、清溪场、万州、奉节，嘉陵江设一个监测断面：北碚;乌江设一个监测断面：武隆。其中北碚断面距离嘉陵江入长江口的距离为60Km, 武隆断面距离乌江入长江口的距离为68 Km，距离三峡坝址三斗坪的距离，朱沱为732 Km，寸滩为593 Km，清溪场为478 Km，万州为287 Km，奉节为164 Km。
在2002年9月至2004年9月期间，每月在采样断面设置三个采样垂线，分别为距离左岸50m，中线，距离右岸50 m，在每个采样垂线上进行三点采样，分别为距离水面0.5 m处，中间水深处和距离河底0.5 m处，每点的样品分成两份，一份用于悬移质泥沙的实验室分析，一份用于水质的实验室分析。样品送回实验室后，用于水质分析的样品立即放入冰箱保存直到分析开始泥沙水质，用于悬移质泥沙分析的样品静止于容器内5天后，收集水样中悬移质泥沙进行分析。
分别测量处理过的四类水样中的总磷(TP)、总氮(TN)和高锰酸盐指数(CODMn)、铅(Pb)、铜(Cu)、镉(Cd)的浓度，同时分析悬移质泥沙的含量和泥沙颗粒粒径的分布。共从三峡库区野外采集194个水样进行处理，分析三类共582个水样的六个污染指标，共获得3492个监测数据。
长江悬移质的矿物组成和化学成分，以万县断面[4]为例，参考表1，表2
表1 万州断面悬移质的矿物组成
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矿物组成 |
方晶石 |
钠长石 |
石英石 |
伊利石 |
蒙脱石 |
绿泥石 |
高岭石 |
白云石 |
方解石 |
|
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 万州断面悬移质的化学成分
Table 2 contents of major chemicalcomponents in suspended sediment particles on the Wan Xian cross-section
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化学成分 |
SiO2 |
Al2O3 |
TFe2O3 |
FeO |
MnO |
MgO |
CaO |
Na2O |
K2O |
TiO2 |
P2O5 |
|
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 数据分析
分析通过0.45μm 的滤膜过滤的水样的CODMn、TP、TN、Pb、Cu、Cd的浓度值与泥沙浓度值的关系见图1。从清水样中污染物浓度与泥沙的关系图可得，清水样的污染物浓度与泥沙没有显著的相关性。
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Fig.1 The correlations between the dissolved pollutant concentrations and the suspended sediment concentration |
图1 清水样污染物浓度与泥沙的关系
从原水的浑水样污染物浓度值与泥沙浓度值的关系图2可得，有机污染物指标CODMn、TP、重金属指标Pb、Cu、Cd浓度值与泥沙浓度值有一定的相关性，总的趋势是，泥沙浓度大的时候，测定浑水样中对应的污染物浓度也有增加的趋势，但是有机污染物指标TN与泥沙浓度没有这样的关系趋势，可能的原因与含氮污染物主要以水体溶解态存在，泥沙吸附态含氮污染物含量较低，且难以稳定存在有关[5]。
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Fig.2 The correlations between the total pollutant concentrations and the suspended sediment concentration |
图2 浑水样污染物浓度与泥沙浓度的关系
浑水样和含沙<0.020mm水样的CODMn、TP、TN、Pb、Cu、Cd浓度的关系见图3，相关性较好,三峡库区水体中，粒径小于0.02mm的泥沙比例大，且对水污染物的测定浓度值影响较大。
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Fig.3 The correlations between the total pollutant concentrations and the pollutant concentrations in the 0.020mm filtered water |
图3 浑水样和含沙<0.020mm水样污染物浓度的关系
4 结果与讨论
根据前面的数据分析，从以下几个方面进行探讨，并提出水质评价方法的建议格式。
1)用0.020mm的滤膜对浑水样进行过滤，得到的含沙粒径小于0.020mm的部分含沙水样泥沙水质，这部分的泥沙在长江的正常流速状态下的水体中比较活跃，污染物在该部分泥沙的吸附和解吸对水质的影响较大。
2)建议当泥沙浓度小于0.10kg/m3时(通常出现在枯水期)，由于泥沙含量低，可只进行原水浑样的监测;当泥沙浓度0.10-0.50kg/m3时，进行0.45μm滤膜的过滤水样和原水样的监测;当泥沙含量大于0.50 kg/m3时，可监测原水样、0.020mm滤膜过滤样和0.45μm滤膜过滤样中的各个污染物浓度。
3)在标准中增加悬浮物项目的浓度标准，建议在进行水质评价时，对不同含泥沙浓度不同的水样进行分级评价。从本文研究的结果看，可分为水样在泥沙浓度小于0.10kg/m3，泥沙浓度0.10-0.50kg/m3、泥沙浓度大于0.50kg/m3时三种情况下对水质进行分级评价。泥沙浓度小于0.10kg/m3时，只对原水样的水质进行评价;泥沙浓度0.10-0.50kg/m3时，对原水样与0.45μm滤膜过滤样的水质进行评价，并联合考虑悬浮物指标;当泥沙浓度大于0.50kg/m3时(通常出现在丰水期)，联合悬浮物指标对含有不同粒径的泥沙的水样进行更细的分级评价，更好地反映泥沙对水质监测值的影响。
参考文献:
[1]李晓，罗财红,张筑元等，地表水样品自然沉降时间对总磷测定结果的影响分析[J].中国环境监测. 2005，21 (2)：22-23.
[2]娄保锋，臧小平,洪一平，水样不同处理方式对总磷监测值的影响[J].环境科学学报， 2006，26 (8)：1393—1399.
[3]娄保锋，陈永柏，翁立达等，水样不同处理方式对高锰酸盐指数测定值的影响[J].长江流域资源与环境，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]王晓青，吕平毓，胡长霜，三峡库区悬移质泥沙对TP、TN等的吸附研究[J]，人民长江，2006，37(7)：15—17.
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