張國涵，蘇 濤，楊耀雷，夏萬永，陳瑞娟，劉 云，張俊華

（云南省生態(tài)環(huán)境廳駐昆明市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，云南 昆明 650228）

0 引言

底泥通常是黏土、泥沙、有機質及各種礦物的混合物，經過長時間物理、化學及生物等作用及水體傳輸而沉積于水體底部所形成。河道表面0～15cm厚的底泥稱為表層底泥，超過15cm厚的底泥稱為深層底泥。底泥往往是河流污染物的最終歸宿，通過各種途徑進入水體的重金屬污染物，通過吸附、絡合、沉淀等作用絕大部分迅速地由水相轉為固相，沉積到底泥中，底泥中的重金屬污染物又再次釋放出來對水生生態(tài)系統造成潛在危險。當重金屬在生物體內富集，成為持久性污染物，并通過各種方式在生態(tài)系統中遷移循環(huán)，最終可能進入人體，產生嚴重危害[1]。研究表明，底泥是水體污染的指示劑，其環(huán)境質量反映著水體的污染狀況[2]。因此，底泥監(jiān)測及污染評價在環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮著重要的作用。已有相關學者對滇池底泥重金屬污染情況做過評價和研究[3]，但對入滇河道底泥重金屬的評價卻鮮有報道。本文針對昆明市主城區(qū)匯入滇池的盤龍江、船房河、運糧河等5條主要河道，收集了2014—2019年河道底泥重金屬監(jiān)測數據，采用污染負荷指數法、地累積指數法和潛在生態(tài)風險指數法分析和評價了昆明市主城區(qū)主要河流的重金屬污染程度和環(huán)境風險，旨在為河道污染防治提供技術依據。

1 研究區(qū)域概況

昆明為云南省省會，有“春城”之美譽，是國家歷史文化名城，也是中國重要的旅游、商貿城市，西部地區(qū)重要的中心城市。昆明市主城區(qū)河流眾多，水網密布。隨著昆明市人口不斷增長和經濟持續(xù)快速的發(fā)展，城市化面積不斷擴大，滇池及其入湖河流的生態(tài)環(huán)境受到嚴重的破壞，水資源的承載能力逐漸下降。

2 布點及采樣情況

根據以往河流水流量及重金屬污染物含量等監(jiān)測數據，本文選取了主城區(qū)具有代表性的盤龍江、大清河、船房河、新河和運糧河5條主要入滇河流作為評價目標。因河道表層底泥在水流作用下會向下游移動，為使樣品更具有代表性，因此將采樣點設置在各條河道下游匯入滇池口的附近，具體點位分別為：嚴家村橋、大清河泵站、船房河五社橋頭、積善村橋和積中村入湖口，各點位經緯度如表1所示。按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）底泥監(jiān)測部分的相關規(guī)定，使用抓斗采集表層底泥進行分析測試。

表1 采樣點位經緯度

3 評價指標

本文選取了砷、汞、鉻、鉛、鎘、銅和鋅7項指標進行評價。

4 評價方法

根據各采樣點重金屬分析有效數據，采用污染負荷指數法、地累積指數法和潛在生態(tài)風險指數法，分別分析和評價了河道底泥重金屬綜合污染程度、底泥重金屬累積情況以及重金屬的環(huán)境風險。

4.1 污染負荷指數法

污染負荷指數法[4]（Pollution Load Index）是Tomlinson等從重金屬污染水平的分級研究中提出的一種評價方法，現在廣泛應用于環(huán)境影響評價中。計算公式如下：

式中：Ci—元素i的實測值；C0i—元素i的評價標準；n—評價元素的個數；m—采樣點個數；CFi—某一金屬最高污染系數；PLI—某點污染負荷指數；PLIzone—評價區(qū)域污染負荷指數。

污染負荷指數法能直觀地反映各個重金屬對污染的貢獻程度以及重金屬在空間上的變化趨勢，應用比較方便，但不能反映重金屬的化學活性和生物可利用性，也沒有考慮各種不同污染源所引起的背景差別。污染負荷指數與污染程度之間的關系如表2所示。

表2 污染負荷指數與污染程度之間的關系

4.2 地累積指數法

應用Miilten提出的地質累積指數[5]（Index of Geoaccumulation，Igeo）法對河道底泥重金屬的污染狀況進行評價。

地質累積指數法計算公式：

式中：Cn—沉積物中重金屬n的實測濃度（mg/kg）；K—造巖運動可能引起背景值波動而設定的常數（一般取1.5）；Bn—普通頁巖中重金屬元素的地球化學背景值，本文選取云南省土壤背景值作為重金屬的Bn值。

根據Igeo值劃分7個污染等級見表3。

表3 地累積指數與污染程度分級

4.3 潛在生態(tài)風險指數法

對底泥潛在生態(tài)風險評價，采用Hakanson潛在生態(tài)危害指數法[6]。潛在生態(tài)危害指數法計算公式如下：

潛在生態(tài)危害系數 描述某一重金屬污染物的污染程度，從低到高可分為5個等級；而潛在生態(tài)危害指數RI為描述某一點多個污染物潛在生態(tài)危害系數的綜合值，分為4個等級，兩者的關系見表4。根據Hakanson提出的全球工業(yè)化以前土壤中重金屬背景值，重金屬的背景和重金屬的生態(tài)毒性響應系數取值見表5。

表4 潛在生態(tài)危害系數、潛在生態(tài)危害指數與危害程度的關系

表5 重金屬的背景值和生態(tài)毒性響應系數取值

5 評價結果及分析

2014—2019 年昆明主城區(qū)主要河道底泥中7種重金屬元素的含量見表5。由表可知，除船房河和盤龍江的砷這一指標外，5條河道7種重金屬的平均含量均高于云南省土壤背景值[7]，表現出不同程度的污染。其中污染程度較輕的河道為盤龍江，Hg、Cr、Pb、Cd、Cu、Zn的含量對比云南省土壤背景值分別超標21.50、0.56、1.41、3.54、1.27和1.85倍；污染程度較重的河流為運糧河，As、Hg、Cr、Pb、Cd、Cu、Zn的含量對比云南省土壤背景值分別超標4.97、39.53、0.43 、10.67、240.32、28.78和28.57倍，各項指標均表現出明顯的累積效應。

對比5條河7項重金屬指標的均值與中位值可以看出：船房河、大清河、盤龍江和運糧河整體來講平均值與中位值基本相當，只有個別指標差異較大。說明這4條河道重金屬含量基本趨于穩(wěn)定。新河中，7項重金屬含量的中位值均高于均值，并且除Hg以外，As、Cr、Pb、Cd、Cu、Zn含量的中位值均遠高于中位值，說明該區(qū)域6種重金屬含量分布向高含量方向傾斜，呈現偏態(tài)分布。

由表6中標準偏差可以看出：船房河、大清河和盤龍江As、Hg、Cd 3項指標6年均值的標準偏差較小，說明3項指標隨時間分布均勻且離散性較小；Cr、Pb、Cu、Zn 4項指標6年均值的標準偏差較小，說明4項指標隨時間分布非常不均勻且離散性較大。新河和運糧河除Hg以外，其余6項指標標準偏差較大，重金屬含量隨時間波動遠遠高于其它3條河，時間分布極其不均勻且離散性極大?？梢猿醪酵茢噙@兩條河重金屬含量受人為干擾的程度遠高于其它3條河道。

表6 2014—2019年昆明市主城區(qū)河道底泥重金屬監(jiān)測結果表 （mg / kg）

2014—2019 年各金屬元素的Spearman秩相關分析結果顯示：船房河中As和Zn含量呈現上升趨勢但不顯著，其余4項指標均呈現下降趨勢，其中Cu為顯著下降；大清河中7項指標均呈現下降趨勢但不顯著；盤龍江中Cd呈上升趨勢但不顯著，其余6項指標呈下降趨勢，其中Hg和Cu為顯著下降；新河中As和Cr呈下降趨勢，其余5項指標呈上升趨勢，但均不顯著；運糧河中As、Pb和Zn呈下降趨勢但均不顯著，其余4項指標呈上升趨勢，其中Cd為顯著上升。2014—2019年昆明市主要入滇河道底泥重金屬變化趨勢如圖1所示。由圖可以看出，5條主要入滇河道各金屬元素變化趨勢與Spearman秩相關分析結果基本吻合。

圖1 2014—2019年昆明市主要入滇河道底泥重金屬變化趨勢圖

由表7可知，2014—2019年5條河道底泥重金屬的CFi平均值范圍為1.68～52.36，其中Cd和Hg為污染貢獻最大的兩項指標，各種金屬指標對污染的貢獻程度從大到小依次為：Cd＞Hg＞Zn＞Cu＞Pb＞As＞Cr。5條河道的PLI值范圍為3.02～18.88，污染等級均為“極強污染”。污染負荷從大到小依次為：運糧河＞船房河＞新河＞大清河＞盤龍江。主城區(qū)5條河道均為流入滇池的主要河道，將其看作一個整體區(qū)域評價，計算得到PLIzone為5.08，可以看出整個昆明市主城區(qū)主要河道的污染等級為“極強污染”。其中，運糧河污染最嚴重，對整體的污染貢獻最大，其余4條河道污染貢獻相當。

表7 河道底泥重金屬污染負荷指數評價

由2014—2019年昆明市主城區(qū)主要河道底泥中重金屬的地質累積指數評價結果（表8）可知：5條河道中As含量年均值的Igeo值在-0.77～1.99，按污染等級劃分，運糧河為“中度”污染，其余4條河道為“清潔”；Hg含量年均值的Igeo值在3.91～4.78，按污染等級劃分，盤龍江為“重度”污染，其余4條河道為“嚴重”污染；Cr含量年均值的Igeo值在-0.07～0.41，按污染等級劃分，運糧河為“清潔”，其余4條河道為“偏中度”污染；Pb含量年均值的Igeo值在0.69～2.96，按污染等級劃分，船房河為“中度”污染，運糧河為“偏重度”污染，其余3條河道為“偏中度”污染；Cd含量年均值的Igeo值在1.55～7.33，按污染等級劃分，船房河為“偏重度”污染，運糧河為“嚴重”污染，其余3條河道為“中度”污染；Cu含量年均值的Igeo值在0.60～4.31，按污染等級劃分，船房河為“中度”污染，運糧河為“嚴重”污染，其余3條河道為“偏中度”污染；Zn含量年均值的Igeo值在0.93～4.30，按污染等級劃分，船房河為“偏重度”污染，新河為“中度”污染，運糧河為“嚴重”污染，其余2條河道為“偏中度”污染。整體來看，5條河道中運糧河和船房河重金屬累積程度遠高于其它3條河道。由5條河道重金屬含量的Igeo平均值可以看出，重金屬總體污染順序為：Hg＞Cd＞Zn＞Cu＞Pb＞Cr＞As，Hg和Cd的累積污染程度要高于其它5項指標。

表8 河道底泥重金屬地累積指數和等級

表9 河道底泥重金屬潛在生態(tài)危害指數評價

6 建議

昆明市區(qū)主要河道重金屬的污染和生態(tài)危害程度與城市發(fā)展有著密切的關系，總體來看，運糧河和船房河污染程度要比其它河道重，7項重金屬監(jiān)測指標中，Cd和Hg是主要的污染物。針對當前河道底泥的污染情況，建議：

（1）因底泥監(jiān)測點位為國控監(jiān)測點，目前監(jiān)測頻次為每年1次，導致樣本容量較少，對底泥污染的評價的客觀性和科學性存在影響，建議有關部門根據不同季節(jié)或不同水期增加監(jiān)測頻次，使數據更具代表性；

（2）建議開展入滇河道底泥重金屬相關課題，對重金屬污染來源及存在形態(tài)進行分析，為治理提供科學依據；

（3）建議治理部門對污染較重的運糧河和船房河，以及主要污染物Cd和Hg采取有針對性的治療措施。