張海濤, 石雪芳, 劉亞斌, 許云海, 楊海君

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院, 長(zhǎng)沙 410128; 2.花垣縣環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站, 湖南 花垣 416499)

湘西花垣河花垣鎮(zhèn)地段水體污染特征及來源解析

張海濤1, 石雪芳2, 劉亞斌1, 許云海1, 楊海君1

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院, 長(zhǎng)沙 410128; 2.花垣縣環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站, 湖南 花垣 416499)

為探究礦業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下花垣河重污染地段水體污染特征及污染物來源，于2007年1月至2015年12月對(duì)湘西花垣河重污染地段獅子橋電站下游200 m、川心城、教化碼頭、匯合口、龍科村下游500 m及對(duì)照點(diǎn)兄弟河浮橋電站上游100 m共6個(gè)點(diǎn)位水體中的Pb，Cd，Mn，Zn，Cr6+，高錳酸鹽指數(shù)，氨氮，COD，BOD5的含量進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)監(jiān)測(cè)值進(jìn)行了相關(guān)性及主成分分析。結(jié)果表明：研究區(qū)水體主要以Mn、氨氮污染為主，Mn和氨氮在2007—2015年間最大監(jiān)測(cè)值分別達(dá)到了2.561 9 mg/L，2.539 mg/L，9年來除氨氮、BOD5呈先降后升外，其他污染物監(jiān)測(cè)值總體呈下降趨勢(shì)；Pb—Zn，Mn—Cd，Cr—Cd，Cr—Mn，氨氮—高錳酸鹽指數(shù)，COD—高錳酸鹽指數(shù)，COD—氨氮之間具有顯著正相關(guān)性(p<0.01)，COD—Zn，COD—Pb之間存顯著負(fù)相關(guān)性(p<0.01)，高錳酸鹽指數(shù)—Pb，氨氮—Pb之間具有顯著負(fù)相關(guān)性(p<0.05)，BOD5—高錳酸鹽指數(shù)，BOD5—氨氮之間存在顯著正相關(guān)性(p<0.05)，說明以上污染物相互之間有較大影響；花垣河點(diǎn)位1—5之間具有顯著正相關(guān)性(p<0.01)，說明各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位相互之間存在較大影響；主成分的主要影響因素為高錳酸鹽指數(shù)，氨氮，COD，BOD5，Cd，Mn，Cr等的監(jiān)測(cè)值，點(diǎn)位1—5污染程度排序?yàn)椋狐c(diǎn)位5>點(diǎn)位1>點(diǎn)位2>點(diǎn)位3>點(diǎn)位4；污染成因分析結(jié)果表明，花垣河水體中存在無機(jī)污染和有機(jī)污染，周邊企業(yè)廢水和居民生活污水是花垣河水體污染的主要來源。

湘西花垣河; 相關(guān)性; 主成分分析; 水體污染物; 變化規(guī)律; 成因分析

重金屬元素可以通過沉淀、吸附或離子交換作用進(jìn)入次生礦物相，或通過溶解態(tài)形式從尾礦和廢渣中遷移出去，進(jìn)而污染地表及地下水[1-3]。毒理學(xué)研究表明，進(jìn)入環(huán)境中的重金屬，其中Cd，Mn，Zn，Pb，Cr等會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重危害，如生殖毒性、免疫毒性、神經(jīng)毒性和內(nèi)分泌干擾作用等[4-5]。隨著經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，環(huán)境保護(hù)已經(jīng)越來越受到人類的關(guān)注和重視，加大對(duì)重金屬污染地區(qū)的監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)及污染治理，提出相應(yīng)解決方案，是當(dāng)前環(huán)境工作者和政府的當(dāng)務(wù)之急[6]。

花垣河發(fā)源于貴州省松桃縣，上游名為清水江，入花垣縣境內(nèi)稱花垣河，貫穿花垣縣西、北境界，成為貴州省、重慶市、湖南省三省市的分界河，后經(jīng)保靖縣匯入酉水，境內(nèi)河長(zhǎng)71.8 km，花垣河平均流量為6.612 m3/s。作為花垣縣的2大河流之一，花垣河是流經(jīng)區(qū)域農(nóng)田灌溉水、居民飲用水與生活用水等主要來源[7-8]。因花垣縣為有色金屬之鄉(xiāng)，鉛鋅礦資源豐富，為湖南省第一；錳礦儲(chǔ)量約達(dá)3×107t，居全國(guó)第二位，礦業(yè)活動(dòng)等促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，但也導(dǎo)致花垣河受到重金屬等的污染，已影響到當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展與人群健康[9-10]。

本文通過對(duì)花垣河獅子橋電站下游200 m(點(diǎn)位1)、川心城(點(diǎn)位2)、教化碼頭(點(diǎn)位3)、匯合口(點(diǎn)位4)、龍科村下游500 m(點(diǎn)位5)及對(duì)照點(diǎn)兄弟河浮橋電站上游100 m共6個(gè)點(diǎn)位河流水體中的重金屬Pb，Cd，Mn，Zn，Cr6+，高錳酸鹽指數(shù)，氨氮，COD，BOD5進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，結(jié)合花垣河花垣鎮(zhèn)地段6大典型污染企業(yè)廢水的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用多元統(tǒng)計(jì)分析法，首次全面探究花垣河花垣鎮(zhèn)地段河流中污染物的分布、來源及污染狀況等。研究成果可為花垣縣水資源保護(hù)與有效利用、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展及合理規(guī)劃提供指導(dǎo)作用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及采樣

花垣河(又名松桃河)，河長(zhǎng)187 km，流域面積2 797 km2，平均流量6.612 m3/s，自然落差315 m[7]。河流流經(jīng)花垣鎮(zhèn)，流經(jīng)花垣鎮(zhèn)區(qū)域主要有文華錳業(yè)、東方錳業(yè)、興銀錳業(yè)、峰云錳業(yè)、三立集團(tuán)、錳鋅高科共6家污染企業(yè)。采樣點(diǎn)位為所有引起水文特征變化處，由下游至上游依次為：點(diǎn)位1(東經(jīng)109°32′35″，北緯28°37′13″)、點(diǎn)位2(東經(jīng)109°32′4″，北緯28°37′3″)、點(diǎn)位3(東經(jīng)109°30′22″，北緯28°36′21″)、點(diǎn)位4(東經(jīng)109°29′23″，北緯28°35′49″)，點(diǎn)位5(東經(jīng)109°27′16″，北緯28°35′44″)，對(duì)照點(diǎn)：點(diǎn)位6(東經(jīng)109°29′26″，北緯28°35′42″)。采樣時(shí)間為2007年1月至2015年12月，每月連續(xù)采集3 d(每月的前1～3 d)，每天采水樣3次，分別為每天上午10：00和下午14：00，18：00。以平行采樣方式取樣，取樣深度為河流水體0～20 cm，每個(gè)采樣點(diǎn)取水樣3份、每份水樣為3個(gè)重復(fù)樣的混合，同時(shí)記錄采樣位置、采樣日期、水溫、樣品顏色和周圍環(huán)境狀況以備分析。水樣采集后，其中1份加HNO3至pH值<2保存，另2份不做處理。

1.2 測(cè)定方法

樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，未經(jīng)消化處理的水樣采用玻璃電極法測(cè)定pH值，納氏試劑比色法測(cè)定樣品中氨氮濃度，化學(xué)需氧量(COD)和生物需氧量(BOD)按(GB11914—89)標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定[11]。樣品消解方法參照國(guó)標(biāo)法進(jìn)行，各取水樣5 ml至比色管中，然后分別加入王水與超純水混合液5 ml(王水：超純水=1∶1)，置于電熱板上濃縮至2 ml左右，再用超純水定容至25 ml，采用火焰原子吸收光譜法測(cè)定Zn，Mn，Cd，Pb，Cr6+共5種重金屬的濃度[12-13]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，研究花垣河水體中各種污染物監(jiān)測(cè)值在不同季節(jié)、不同年份以及不同點(diǎn)位之間的變化趨勢(shì)，然后結(jié)合MATLAB(matrixlaboratory，矩陣實(shí)驗(yàn)室)軟件對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位1—5，各種污染物之間的相關(guān)性和主成分進(jìn)行分析[14-15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 花垣河花垣鎮(zhèn)地段不同季節(jié)水體中的重金屬監(jiān)測(cè)值

為了解花垣河花垣鎮(zhèn)地段歷年來不同季節(jié)重金屬監(jiān)測(cè)值的差異性，對(duì)2007—2015年不同季節(jié)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位1—5水體中的Zn，Mn，Cd，Pb，Cr6+平均值進(jìn)行比較(圖1)。由圖1可知，2007—2015年期間，花垣河花垣鎮(zhèn)地段歷年來不同季節(jié)水體中Zn，Mn，Cd，Pb，Cr6+等重金屬監(jiān)測(cè)值具有一定的波動(dòng)性。水體中Zn監(jiān)測(cè)值除了在2007—2015年豐水期、2011年平水期及2013年平水期低于國(guó)家水環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)外(0.05 mg/L)，其他各時(shí)期都高于國(guó)家水環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，Zn監(jiān)測(cè)值在2008年枯水期達(dá)到最大值0.318 6 mg/L，但遠(yuǎn)低于國(guó)家水環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(1.0 mg/L)；水體中Cd監(jiān)測(cè)值在2009—2011年平水期、2013—2015年各個(gè)時(shí)期均低于國(guó)家水環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(0.1 mg/L)，其他監(jiān)測(cè)時(shí)期都超過國(guó)家水環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，與Cd監(jiān)測(cè)值情況相似；水體中Pb監(jiān)測(cè)值除在2010—2012年豐水期、2015年豐水期、2014年枯水期、豐水期以及2013年所有時(shí)期未超過國(guó)家水環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(0.1 mg/L)，Pb監(jiān)測(cè)值在2008年豐水期接近國(guó)家水環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其他情況下Pb監(jiān)測(cè)值均超過國(guó)家水環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，Pb監(jiān)測(cè)值的波動(dòng)變化較小，并在2013年以后水體中Pb監(jiān)測(cè)值呈下降趨勢(shì)，但下降幅度并不大。2007年、2009年豐水期與2010年平水期，花垣河花垣鎮(zhèn)地段水體中Mn監(jiān)測(cè)值3次超過國(guó)家水環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(2.0 mg/L)，且在2009年枯水期、2010年豐水期接近國(guó)家水環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，說明研究區(qū)花垣河水體錳污染嚴(yán)重。水體中Cr6+監(jiān)測(cè)值除2007—2009年、2012年、2014—2015年豐水期以及2013年平水期外，其他各個(gè)季節(jié)Cr6+監(jiān)測(cè)值均超過了國(guó)家水環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(0.1 mg/L)，但研究區(qū)水體中Cr6+監(jiān)測(cè)值并沒有超過國(guó)家水環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(0.05 mg/L)，結(jié)果表明，不同季節(jié)河流水流量對(duì)水體中重金屬監(jiān)測(cè)值有較大影響。

2.2 花垣河花垣鎮(zhèn)地段各年份水體中重金屬監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.2.1 不同年份同一點(diǎn)位水體中重金屬監(jiān)測(cè)值 為分析各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水體中Zn，Mn，Cd，Pb，Cr6+等重金屬監(jiān)測(cè)值年變化趨勢(shì)，分別計(jì)算出6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位(含對(duì)照區(qū))2007—2015年重金屬監(jiān)測(cè)值年平均值，結(jié)果見圖2。由圖2可知，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水體重金屬監(jiān)測(cè)值具有較大差異，花垣河水體中各重金屬監(jiān)測(cè)值順序?yàn)镸n>Zn>Cr6+>Pb>Cd，點(diǎn)位1—5水體中的Zn，Mn，Cd，Pb，Cr6+等重金屬元素9 a平均監(jiān)測(cè)值分別為對(duì)照點(diǎn)6的8.72倍、44.86倍、5.72倍、3.60倍、3.16倍，且水體中各重金屬監(jiān)測(cè)值總體上呈下降趨勢(shì)。

2.2.2 相同年份不同點(diǎn)位水體中各重金屬監(jiān)測(cè)值 為更直觀地了解各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位Zn，Mn，Cd，Pb，Cr6+等重金屬污染情況，分別計(jì)算出2007—2015年各點(diǎn)位重金屬元素監(jiān)測(cè)值平均值，結(jié)果見圖3。從圖3可知，水體中Zn監(jiān)測(cè)值在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位1，3，5比較高，分別達(dá)到0.318 6 mg/L，0.270 mg/L，0.242 3 mg/L，超過了國(guó)家水環(huán)境一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(0.05 mg/L)；水體中Cd監(jiān)測(cè)值在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位3，5比較高，分別達(dá)到0.021 4 mg/L，0.026 1 mg/L，超過國(guó)家水環(huán)境一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(0.01 mg/L)；水體中Pb監(jiān)測(cè)值在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位3最高，達(dá)到0.030 9 mg/L，超過國(guó)家水環(huán)境一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(0.01 mg/L)；監(jiān)測(cè)點(diǎn)位1—5水體中Mn的監(jiān)測(cè)值都大于0.1 mg/L，超過了國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)(0.01 mg/L)，另外，水體中Mn，Cr6+監(jiān)測(cè)值最高均出現(xiàn)在點(diǎn)位5，分別達(dá)到2.561 9 mg/L，0.030 1 mg/L，均超過國(guó)家水環(huán)境一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(0.01 mg/L)，而對(duì)照點(diǎn)6水體中重金屬監(jiān)測(cè)值均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

花垣河花垣鎮(zhèn)地段水體中Zn，Cd，Pb，Mn，Cr6+5種重金屬監(jiān)測(cè)值在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位有較大差異，Zn，Cd，Pb，Cr6+等重金屬監(jiān)測(cè)值沒有超出國(guó)家水環(huán)境二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位1—5水體中Mn監(jiān)測(cè)值都大于0.1 mg/L，超過了國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)位5水體中Mn監(jiān)測(cè)值在2007年達(dá)到最大值2.561 9 mg/L，所以，花垣河存在嚴(yán)重的Mn污染。

2.3 采樣點(diǎn)水體中非重金屬污染物監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.3.1 不同年份相同點(diǎn)位高錳酸鹽指數(shù)，氨氮，BOD5，COD監(jiān)測(cè)值 為分析各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體中高錳酸鹽指數(shù)，氨氮，BOD5，COD監(jiān)測(cè)值變化趨勢(shì)，分別計(jì)算出6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位2007—2015年高猛酸鹽，氨氮，BOD5，COD年平均監(jiān)測(cè)值，結(jié)果見圖4。由圖4可知，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水體中的高錳酸鹽指數(shù)，氨氮，BOD5，COD監(jiān)測(cè)值具有較大差異，而對(duì)照監(jiān)測(cè)點(diǎn)位6的相應(yīng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)監(jiān)測(cè)值都相當(dāng)?shù)?，所以，花垣河花垣?zhèn)地段非重金屬污染遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于兄弟河?；ㄔ踊ㄔ?zhèn)地段水體中的高錳酸鹽指數(shù)呈先下降后上升的趨勢(shì)，氨氮，BOD5監(jiān)測(cè)值呈緩慢上升趨勢(shì)，而COD監(jiān)測(cè)值呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)樽?007年以來，花垣縣沿河工業(yè)企業(yè)由215家減少到101家，很大程度上減少了工業(yè)廢水的排放，從而使河流水體中COD下降；而花垣縣近5 a城區(qū)人口以1.2%的年平均增長(zhǎng)率迅速發(fā)展，城區(qū)人口密度達(dá)到3 807人/km2，由此導(dǎo)致了花垣河水體中高錳酸鹽指數(shù)，氨氮以及BOD5監(jiān)測(cè)值上升。

2.3.2 相同年份不同點(diǎn)位水體中高錳酸鹽指數(shù)，氨氮，BOD5，COD監(jiān)測(cè)值 為更直觀地了解各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水體中高錳酸鹽指數(shù)，氨氮，BOD5，COD監(jiān)測(cè)值情況，分別計(jì)算出2007—2015年各個(gè)點(diǎn)位高錳酸鹽指數(shù)，氨氮，BOD5，COD的年平均監(jiān)測(cè)值，結(jié)果見圖5。從圖5可知，高錳酸鹽指數(shù)在點(diǎn)位4，5最大，分別達(dá)到3.321 mg/L，3.390 mg/L，但沒有超過國(guó)家水環(huán)境Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(4.0 mg/L)；氨氮監(jiān)測(cè)值在點(diǎn)位4，5值最大，分別達(dá)到2.360 mg/L，2.539 mg/L，超過了國(guó)家水環(huán)境Ⅴ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(2.0 mg/L)；COD監(jiān)測(cè)值在點(diǎn)位2，5最大，分別達(dá)到28.17 mg/L，29.98 mg/L，沒有超過國(guó)家水環(huán)境Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(30.0 mg/L)；BOD5監(jiān)測(cè)值在點(diǎn)位4最大，達(dá)到2.541 mg/L，點(diǎn)位1—6的BOD5監(jiān)測(cè)值都低于國(guó)家水環(huán)境Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(3 mg/L)。

各點(diǎn)位水體中高錳酸鹽指數(shù)及氨氮，COD，BOD5監(jiān)測(cè)值差異比較明顯，其中高錳酸鹽指數(shù)監(jiān)測(cè)值均在國(guó)家水環(huán)境Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，BOD5監(jiān)測(cè)值沒有超過國(guó)家水環(huán)境Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但是點(diǎn)位2，5水體中COD最大監(jiān)測(cè)值分別達(dá)到28.17 mg/L，29.98 mg/L，超過了國(guó)家水環(huán)境Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，點(diǎn)位4，5水體中氨氮最大監(jiān)測(cè)值分別達(dá)到2.360 mg/L，2.539 mg/L，超過了國(guó)家水環(huán)境Ⅴ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，說明花垣河存在一定程度的有機(jī)污染。

2.4 各污染物及點(diǎn)位之間相關(guān)性分析

花垣河監(jiān)測(cè)點(diǎn)位1—5水體中Pb，Cd，Mn，Zn，Cr6+，高錳酸鹽指數(shù)，氨氮，COD，BOD5共9種污染物監(jiān)測(cè)值之間的相關(guān)性、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位1—5之間的相關(guān)性見表1，2。從表1可知，花垣河水體污染物監(jiān)測(cè)值中Pb—Zn，Mn—Cd，Cr—Cd，Cr—Mn，氨氮—高錳酸鹽指數(shù)，COD—高錳酸鹽指數(shù)，COD—氨氮具有顯著正相關(guān)性(p<0.01)，COD—Zn，COD—Pb存在顯著負(fù)相關(guān)性(p<0.01)，高錳酸鹽指數(shù)—Pb、氨氮—Pb存在顯著負(fù)相關(guān)性(p<0.05)，BOD5—高錳酸鹽指數(shù)、BOD5—氨氮存在顯著正相關(guān)性(p<0.05)，說明以上污染物相互之間有較大影響。從表2可知，花垣河點(diǎn)位1—5之間存顯著正相關(guān)性(p<0.01)，說明各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位相互之間存在較大影響。

2.5 主成分分析

花垣河監(jiān)測(cè)點(diǎn)位1—5水體中Pb，Cd，Mn，Zn，Cr6+，高錳酸鹽指數(shù)，氨氮，COD，BOD5這9種污染物的9 年平均監(jiān)測(cè)值見表3，進(jìn)行主成分分析，選入和剔除變量的概率水準(zhǔn)均取默認(rèn)值0.05，所得結(jié)果見表4和表5。由表4可知，第一主成分貢獻(xiàn)率為55.222%，第二主成分貢獻(xiàn)率為34.882%，前兩個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)達(dá)到90.104%，如果按85%以上的信息量選取新因子，則可以選取前二個(gè)主成分，前兩個(gè)新因子的自變量系數(shù)見表5，得到關(guān)系式分別為：

Z1=-0.3619X1+0.1343X2-0.3774X3-0.0133X4+0.1835X5+0.4314X6+0.4349X7+0.4464X8+0.3166X9

(1)Z2=0.2830X1+0.5229X2+0.2541X3+0.5385X4+0.4965X5+0.0938X6+0.1319X7-0.0232X8-0.1368X9

(2)

圖3 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水體重金屬的監(jiān)測(cè)值

圖4 2007-2015年各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水體中高錳酸鹽指數(shù)及氨氮、BOD5，COD監(jiān)測(cè)值

圖5 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位高錳酸鹽指數(shù)及氨氮、BOD5，COD監(jiān)測(cè)值

指標(biāo)ZnCdPbMnCr高錳酸鹽指數(shù)氨氮CODBOD5Zn1Cd0.2341Pb0.986**0.2071Mn0.5040.808**0.4131Cr0.0400.949**0.0050.800**1高錳酸鹽指數(shù)-0.6470.410-0.719*0.1790.4931氨氮-0.6520.522-0.691*0.1770.5980.968**1COD-0.845**0.245-0.882**-0.0530.3820.949**0.949**1BOD5-0.4960.061-0.506-0.317-0.0450.693*0.668*0.6561

注：*表示0.05顯著性水平，**表示0.01顯著性水平。下同。

表2 花垣河監(jiān)測(cè)點(diǎn)位1-5的相關(guān)性分析結(jié)果

第一新因子Z1包含的信息量最大，它的主要代表變量為X6(高錳酸鹽指數(shù)監(jiān)測(cè)值)、X7(氨氮監(jiān)測(cè)值)、X8(COD監(jiān)測(cè)值)、X9(BOD5監(jiān)測(cè)值)，其權(quán)重系數(shù)分別為0.431 4，0.434 9，0.446 4，0.316 6，第二新因子Z2的主要代表變量為X2(Cd監(jiān)測(cè)值)、X4(Mn監(jiān)測(cè)值)、X5(Cr監(jiān)測(cè)值)，其權(quán)重系數(shù)分別為0.522 9，0.538 5，0.496 5，這些代表變量反映了各自對(duì)新因子作用的大小，它們是花垣河污染程度的主要影響因素。

根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位1—5污染物監(jiān)測(cè)值，5個(gè)點(diǎn)位污染程度評(píng)價(jià)得分依次為1.248 2，-0.087 1，-0.534 7，-2.273 9，1.647 4，因此監(jiān)測(cè)點(diǎn)位1—5污染程度排序?yàn)椋狐c(diǎn)位5>點(diǎn)位1>點(diǎn)位2>點(diǎn)位3>點(diǎn)位4。點(diǎn)位5水體監(jiān)測(cè)結(jié)果污染程度最大，是因?yàn)辄c(diǎn)位5的上游民樂鎮(zhèn)也是工業(yè)企業(yè)集中區(qū)域，工業(yè)廢水排放量?jī)H次于花垣鎮(zhèn)，加之花垣河在點(diǎn)位5處的水流量不大，所以，點(diǎn)位5水體更容易污染、水生態(tài)更脆弱，水體受到的污染程度最大，點(diǎn)位4水體的污染程度突然降低，是因?yàn)橛谢ㄔh飲用水水源地兄弟河河水的匯入，使得花垣河在點(diǎn)位4的徑流量突然增大，單位體積內(nèi)水體中的各種污染物監(jiān)測(cè)值明顯下降，水體污染程度降低。而在點(diǎn)位3，2，1因花垣鎮(zhèn)企業(yè)廢水和居民生活污水等的大量排放，導(dǎo)致該區(qū)段水體中各種污染物監(jiān)測(cè)值明顯增加。

表3 花垣河監(jiān)測(cè)點(diǎn)位1-5水體中各污染物的9年平均監(jiān)測(cè)值

表4 主成分分析結(jié)果

2.6 花垣河花垣鎮(zhèn)地段污染成因分析

近年來，花垣河花垣鎮(zhèn)地段有文華錳業(yè)等6家典型污染企業(yè)，各企業(yè)廢水排放情況及廢水主要成分見表6。由于這些企業(yè)的廢水和廢渣處理不到位，偷排廢水和廢渣泄漏事件時(shí)有發(fā)生，造成花垣河污染日益嚴(yán)重，河流水質(zhì)不斷惡化，這也是近年來花垣河花垣鎮(zhèn)地段內(nèi)水環(huán)境污染物質(zhì)的主要來源[16-18]。同時(shí)，管理不到位導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)秉著“先污染后治理，甚至不治理”的生產(chǎn)理念，致使尾礦處理混亂。在礦山開采和冶煉過程中，重金屬隨尾砂、礦塵、冶金廢棄物進(jìn)入土壤，并由地表徑流進(jìn)花垣河流，這成為花垣河花垣鎮(zhèn)地段重金屬污染的直接污染源，此外花垣河支流多且河道彎曲程度較大容易蓄積重金屬是造成花垣河重金屬污染的間接原因[19-20]。

表5 新因子的自變量系數(shù)

表6 花垣鎮(zhèn)典型污染企業(yè)近年廢水排放量及廢水主要組成成分

3 結(jié) 論

(1) 2007—2015年花垣河花垣鎮(zhèn)地段水體中Zn，Mn，Cd，Pb，Cr6+共5種重金屬不同季節(jié)、不同年份、不同點(diǎn)位水體中重金屬監(jiān)測(cè)值大小排序?yàn)镸n>Zn>Cr6+>Pb>Cd，不同季節(jié)河流水流量對(duì)重金屬監(jiān)測(cè)值影響較大，各時(shí)期重金屬監(jiān)測(cè)值呈下降趨勢(shì)，研究區(qū)以Mn污染為主，超過了國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，其中點(diǎn)位5水體中Mn監(jiān)測(cè)值的最高值達(dá)到了2.561 9 mg/L。

(2) 2007—2015年花垣河花垣鎮(zhèn)地段水體中高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、BOD5及COD的監(jiān)測(cè)值在不同年份、不同點(diǎn)位的水體中，高錳酸鹽指數(shù)、COD監(jiān)測(cè)值在各時(shí)期均下降，氨氮、BOD5先降后升；研究區(qū)COD超過了國(guó)家水環(huán)境Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，水體中氨氮監(jiān)測(cè)值超過了國(guó)家水環(huán)境Ⅴ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，說明花垣河存在一定程度的有機(jī)污染。

(3) 污染物監(jiān)測(cè)值相互之間有較大影響，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位相互之間存在較大影響?；ㄔ游廴境潭鹊闹饕绊懸蛩貫楦咤i酸鹽指數(shù)，氨氮，COD，BOD5，Cd，Mn，Cr等；5個(gè)點(diǎn)位污染程度排序?yàn)椋狐c(diǎn)位5>點(diǎn)位1>點(diǎn)位2>點(diǎn)位3>點(diǎn)位4?；ㄔ哟嬖跓o機(jī)污染和有機(jī)污染，周邊企業(yè)廢水及居民生活污水排放是花垣河水體污染的主要來源。

[1] 韓倩,張麗娟,胡國(guó)成,等.中山高平工業(yè)園區(qū)周邊水體沉積物中重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2015,34(8):1563-1568.

[2] 賈英,方明,吳友軍,等.上海河流沉積物重金屬的污染特征與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2013,33(1):147-153.

[3] Wongsasuluk P, Chotpantarat S, Siriwong W, et al. Heavy metal contamination and human health risk assessment in drinking water from shallow groundwater wells in an agricultural area in Ubon Ratchathani province, Thailand[J]. Environmental Geochemistry and Health, 2014,36(1):169-182.

[4] Zhang Z Y, Abuduwaili J, Jiang F Q. Determination of occurrence characteristics of heavy metals in soil and water environments in Tianshan Mountains, Central Asia [J]. Analytical Letters, 2013,46(13):2122-2131.

[5] Zhu B Q, Yu J J, Qin X G, et al. The significance of mid-latitude rivers for weathering rates and chemical fluxes: Evidence from northern Xinjiang Rivers[J]. Journal of Hydrology, 2013,48(6):151-174.

[6] Lafabrie C, Pergent G, Kantin R, et al. Trace metals assessment in water, sediment, mussel and seagrass species-Validation of the use ofPosidoniaoceanicaas a metal biomonitor [J]. Chemosphere, 2007,68(11):2033-2039.

[7] 劉俊,朱允華,胡南,等.花垣河軟體動(dòng)物多樣性調(diào)查和水質(zhì)評(píng)價(jià)[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2009,25(3):73-76.

[8] 沈園,譚立波,單鵬,等.松花江流域沿江重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)水環(huán)境潛在污染風(fēng)險(xiǎn)分析[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(9):2732-2739.

[9] Hu N, Zheng J F, Ding D X, et al. Metal pollution in Huayuan River in Hunan Province in China by manganese sulphate waste residue[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2009,83(4):583-590.

[10] Dimitriou E, Karaouzas I, Sarantakos K, et al. Groundwater risk assessment at a heavily industrialised catchment and the associated impacts on a peri-urban wetland[J]. Journal of Environmental Management, 2008,88(3)526-538.

[11] 陳一輝,李偉民,伍培,等.氨氮測(cè)定方法的對(duì)比研究[J].環(huán)境工程,2011,29(10):234-236.

[12] 關(guān)小敏.湘江長(zhǎng)株潭段水體重金屬污染特征及污染源解析[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué),2011.

[13] 鄒華,王靖國(guó),朱榮,等.太湖貢湖灣主要河流表層沉積物重金屬污染及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2016,10(3):1546-1552.

[14] Adriano D C. Trace element in the terrestrial environment[M]. Heidelberg: Springer-Verlag, 1986.

[15] 程芳,程金平,桑恒春,等.大金山島土壤重金屬污染評(píng)價(jià)及相關(guān)性分析[J].環(huán)境科學(xué),2013,34(3):1062-1066.

[16] Bai J M, Liu X P. Heavy metal pollution in surface soils of Pearl River Delta, China[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2014,186(12),8051-8061.

[17] 魏偉.安徽銅陵地區(qū)河流重金屬污染、生物多樣性研究與評(píng)價(jià)[D].合肥:安徽大學(xué),2012.

[18] 孟雪靖.農(nóng)村水污染經(jīng)濟(jì)問題研究[D].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2007.

[19] He J, Wang X W, Li C S, et al. Pollution character of heavy metals in the water-sediment system from Baotou section of theYellow River[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2003,23(1):53-57.

[20] 張兆永,吉力力·阿不都外力,姜逢清,等.天山山地河流水體中微量重金屬的分布特征及形態(tài)分析[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2015,35(11):3612-3619.

CharacteristicsandSourceIdentificationofWaterPollutionofHuayuanRiverinHuayuanTownSection,WesternHu′nanProvince

ZHANG Haitao1, SHI Xuefang2, LIU Yabin1, XU Yunhai1, YANG Haijun1

(1.CollegeofPlantProtection,HunanAgriculturalUniversity;Changsha,Hu′nan410128,China;2.EnvironmentalMonitoringStationofHunanProvince,Huayuan,Hu′nan416499,China)

With the economic development of mining industry, in oder to explore the characteristics and sources of water pollution in the heavily polluted section of Huayuan River, we collected water samples from Jan. 2007 to Dec. 2015 at 6 sites, including 200 m downstream of the Lion Bridge hydropower station, Chuanxincheng, Jiaohua dock, Huihekou, 500 m downstream of the Longke village and 100 m upstream of the Fuqiao hydropower station of Brothers River (as the control point). The contents of Pb, Cd, Mn, Zn, Cr6 +, permanganate index, ammonia-nitrogen, COD, and BOD5were determined and analyzed by correlation and principal component analyses. The results indicated that Mn and ammonia-nitrogen mainly caused the pollution. The highest monitoring values of Mn and ammonia-nitrogen were 2.561 9 mg/L and 2.539 mg/L, respectively. The contents of ammonia-nitrogen and BOD5decreased firstly and then increased while the other pollutant contents kept at a trend of decreasing during the nine years. Pb—Zn, Mn—Cd, Cr—Cd, Cr—Mn, ammonia-nitrogen-permanganate index, COD—permanganate index, COD—ammonia-nitrogen were significantly positively correlated, respectively (p<0.01), while COD—Zn, COD—Pb had significant negative correlation (<0.01), permanganate index—Pb, ammonia-nitrogen—Pb had a significant negative correlation (p<0.05), BOD5—permanganate index, BOD5—ammonia-nitrogen had a significant positive correlation (p<0.05), indicating that these pollutants greatly interacted each other. At the same time, significant positive correlation also existed through site 1 to site 5 (p<0.01), suggesting that there were the great influences among these monitoring sites. By the principal component analysis, the main influence factors were permanganate index, ammonia-nitrogen, COD, BOD5, Cd, Mn and Cr. The pollution degrees of the six monitoring sites followed the sequence: site 5>site 1>site 2>site 3>site 4>site 6. The results of the cause analysis showed that both inorganic and organic pollution existed in the water of Huayuan River, the wastewater from the enterprises around and the domestic sewage were the major sources of river water pollution.

western Huayuan River; correlation; principal component analysis; water pollutants; variation; cause analysis

2016-09-08

：2016-10-18

湖南省自然科學(xué)基金(2016JJ5015);長(zhǎng)沙市科技計(jì)劃(K1403022-31)

張海濤(1991—),男,湖南邵陽人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)榄h(huán)境污染修復(fù)與治理。E-mail:842692960@qq.com

楊海君(1974—),男,湖南長(zhǎng)沙人,教授,博士,主要研究方向?yàn)榄h(huán)境污染與治理。E-mail:1227677453@qq.com

X522

：A

：1005-3409(2017)05-0329-08