湘江长沙--湘潭段河床沉积物重金属污染评价.pdf

摘要湘江已成为我国重金属污染最严重的河流之一。本次工作在湘江长沙湘潭段河(湖)床采集九个沉积柱，得到样品2 4 0 份，利用等离子质谱(I C P M S)对其中4 5 份沉积物样品的主量元素、重金属元素和其他微量元素进行了系统的测试分析，并采用地累积指数法、富集因子法、重金属污染负荷指数法和内梅罗综合指数法对沉积物重金属污染进行评价。通过对沉积物主量元素的分析可知，湘江长沙湘潭段河湖沉积物的主要主量元素为S i 0 2、A 1 2 0 3、L O I、F e 2 0 3、K 2 0、M g O；与中国土壤平均值相比，湘江长沙湘潭段河湖沉积物富A 1 2 0 3、F e 2 0 3、K 2 0、M g O、S i 0 2，而相对亏C a O、M n O、P 2 0 5；沉积柱X W l、X W 4、S G l中的沉积物中S i 0 2 含量较高，A 12 0 3 含量较低，而在其他沉积物中，S i 0 2 含量较低，A 1 2 0 3 含量较高，说明X W l、X W 4、S G l 沉积物较其他沉积物颗粒粒度较大，石英碎屑矿物的含量较高，粘土矿物含量较小。通过对沉积物重金属元素和其他微量元素分析可知，湘江长沙湘潭段河湖沉积柱中重金属元素和其他微量元素含量与中国土壤平均值相比，M n、C u、P b、Z n 等重金属元素在各沉积柱芯中富集明显；微量元素N b、C s、Y、G e、R b 在各沉积柱中高度富集，而S r、H f、T a 则在沉积柱中呈亏损状态。对湘江长沙湘潭段河湖沉积物中重金属污染评价结果显示，元素M n 矛l：I Z n 在湘江长沙湘潭段沉积物中的污染最重，其次为P b 矛1 C u，这四种元素基本达到中度乃至强度以上污染。综合地累积指数法、富集因子法、重金属污染负荷指数法和内梅罗综合指数法评价方法，结果表明重金属污染负荷指数法和内梅罗综合指数法评价结果较不适宜本研究区域。重金属污染负荷指数法和内梅罗综合指数法显示其污染程度非常高，这可能是由于该方法没有考虑不同污染物源所引起的背景差别和夸大了浓度高的元素的影响作用；地累积指数评价法和富集因子评价结果较适合湘江长沙湘潭段河湖沉积物重金属污染，为使结果更客观，应把这两种评价方法结合起来。关键词：重金属元素；沉积物；重金属污染评价；湘江A B S T R A C TT h eX i a n g ji a n gR i v e rh a sb e e no n eo ft h em o s ts e v e r e l y p o l l u t e dr i v e r sb yh e a v ym e t a l si nC h i n a T h er e s e a r c hw o r kf o rt h i sp r o j e c tw a sd o n eb yc o l l e c t i n gn i n es e d i m e n ts a m p l e sf r o mt h er i v e r b e do fX i a n g j i a n gR i v e ri nt h eC h a n g s h a X i a n g t a ns e g m e n t T h ea u t h o ra n a l y z e dt h em a i ne l e m e n t s，h e a v ym e t a le l e m e n t sa n do t h e rt r a c ee l e m e n t ss y s t e m a t i c a l l yo f4 5s a m p l e so u to ft h e2 4 0s a m p l e sb yu s i n gI C P M S，a n da l s oe v a l u a t e dt h eh e a v ym e t a lp o l l u t i o no ft h es e d i m e n t sb yu s i n gt h eG e o a c c u m u l a t i o nI n d e x(I g e o)m e t h o d，E n r i c h m e n tF a c t o r sm e t h o d，P o t e n t i a lE c o l o g i c a lR i s kI n d e x(R I)m e t h o d，H e a v yM e t a lP o l l u t i o nL o a dI n d e xm e t h o da n dN e m e r o wC o m p r e h e n s i v eI n d e xm e t h o d B ya n a l y z i n gt h em a i ne l e m e n t si nt h es e d i m e n t，t h ea u t h o rl e a r n e dt h a tt h em a i ne l e m e n t so ft h es a m p l e sa r eS i 0 2、A 1 2 0 3、L O I、F e 2 0 3、K 2 0a n dM g O C o m p a r e dw i t ht h ea v e r a g el e v e lo fs o i li nC h i n a，t h es a m p l e sa r er i c hi nA12 0 3、F e 2 0 3、K 2 0、M g Oa n dS i 0 2w h i l el a c k i n gC a O、M n Oa n dP 2 0 5 I nX W l、X W 4、a n dS G l，t h e r ei sah i g hS i 0 2l e v e la n dl o wA12 0 3l e v e l，b u ti nt h eo t h e rs e d i m e n t s，t h e r ei sal o wS i 0 2l e v e la n dh i g hA12 0 3l e v e l T h e r e f o r e，i ts h o w st h a ti nX W1、X W 4、a n dS G1t h es i z eo ft h ep a r t i c u l a t ei sb i g g e r，t h eq u a r t zd e t r i t u sm i n e r a ll e v e li sh i g h，a n dt h ec l a ym i n e r a ll e v e li sl o w B ya n a l y z i n gt h eh e a v ym e t a le l e m e n t sa n do t h e rt r a c ee l e m e n t si nt h es e d i m e n tf r o mt h er i v e r b e do ft h eX i a n g ji a n gR i v e r SC h a n g s h a X i a n g t a ns e g m e n t，t h ea u t h o rl e a r n e dt h a tt h e r ei sa no b v i o u se n r i c h m e n to fh e a v ym e t a l sl i k eM n、C u、P b、Z ne t ca n dt h e r ei sa l s oah i g he n r i c h m e n to ft r a c ee l e m e n t sl i k eN b、C s、Y、G e、R b，b u tt h e r ei sal a c ko fS r，H f、a n dT ac o m p a r e dw i t ht h ea v e r a g el e v e l si nt h es o i lo fC h i n a B ye s t i m a t i n gt h eh e a v ym e t a lp o l l u t i o ni nt h es e d i m e n tf r o mt h er i v e r b e do ft h eX i a n g j i a n gR i v e r SC h a n g s h a X i a n g t a ns e g m e n t，i ts h o w st h a tt h et w oe l e m e n t sw h i c hc a u s e dt h em o s ts e r i o u sp o l l u t i o na r eM na n dZ n，f o l l o w e db yP ba n dC u T h e s ef o u re l e m e n t sh a v ec a u s e dm e d i u ml e v e lo re v e ni n t e n s el e v e lp o l l u t i o n A f t e ru s i n gG e o a c c u m u l a t i o nI n d e x(I g e o)m e t h o d，E n r i c h m e n tF a c t o r sm e t h o d，H e a v yM e t a lP o l l u t i o nL o a dI n d e xm e t h o da n dN e m e r o wC o m p r e h e n s i v eI n d e xm e t h o d，i tt u r n so u tt h a tt h er e s u l t so ft h eH e a v yM e t a lP o l l u t i o nL o a dI n d e xM e t h o da n dt h eN e m e r o wC o m p r e h e n s i v eI n d e xm e t h o da r en o tf i tf o rt h i sp a r t i c u l a rs t u d y t h er e s u l to fH e a v yM e t a lP o l l u t i o nL o a dI n d e xm e t h o da n dN e m e r o wC o m p r e h e n s i v eI n d e xm e t h o ds h o w st h a ti th a sb e e ns e r i o u s l yp o l l u t e d，w h i c hp r o b a b l yi sb e c a u s et h eb a c k g r o u n dd i f f e r e n c e sc a u s e db yd i f f e r e n tc o n t a m i n a t i o n sa n dt h ee x a g g e r a t i o no fe f f e c t so ft h ee n r i c h e de l e m e n t sa r en o tc o n s i d e r e d G e o a c c u m u l a t i o nI n d e x(I g e o)m e t h o da n dE n r i c h m e n tF a c t o r sm e t h o da r ef i tf o re v a l u a t i n gt h eh e a v ym e t a lp o l l u t i o ni nt h es e d i m e n tf r o mt h er i v e r b e do fX i a n g j i a n gR i v e r SC h a n g s h a X i a n g t a ns e g m e n t，a n di no r d e rt oh a v eam o r eo b je c t i v er e s u l t，i ti Sb e t t e rt oc o m b i n et h e s et w om e t h o d st o g e t h e rf o rt h i ss t u d y K e yw o r d s：h e a v ym e t a le l e m e n t s,s e d i m e n t；h e a v ym e t a lp o l l u t i o na s s e s s m e n t；t h eX i a n Ni a n gR i v e rV目录中文摘要I英文摘要I I I1 引言1 1 重金属研究概述11 2 沉积物重金属污染研究现状一21 3 湘江流域沉积物重金属研究现状一41 4 重金属污染评价研究现状51 5 研究工作概况62 研究区概况2 1 区域地理概况72 2 湘江流域环境要素73 材料与方法一1 l3。1 样品采集1 l3 2 样品加工一1 73 3 样品分析1 83 4 数据处理1 94 湘江长沙一湘潭段沉积物元素地球化学特征4 1 主量元素2 04 2 重金属元素214 3 其他微量元素2 44 4 本章小结2 55 沉积物重金属的污染评价5 1 背景值的选择一2 75 2 地累积指数(I g e o)评价2 75 3 富集因子评价3 05 4 污染负荷指数法3 45 5 内梅罗综合污染指数法3 55 6 各种评价方法的综合分析3 85 7 本章小结4 26 结论6 1 主要结论4 36 2 主要问题和思考4 4参考文献一4 5附录5 0致谢一51湘江K 沙一湘潭段河床沉积物重金属污染评价1 引言1 1 重金属研究概述1 1。1 重金属及重金属污染重金属元素没有统一的定义，在化学上一般是指比重大于或等于4 5 k g c m 3的金属元素，包括铁、锰、铜、锌、福、铅、汞、铬、镍、铝、钻等4 5 种元素。从环境污染中的重金属是指：汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属和毒性一般的重金属锌、铜、钻、镍、锡等 2 1。由重金属或其化合物造成的环境污染统称为重金属污染。重金属污染主要有以下特点：(1)重金属难于被降解。重金属污染和其他有机化合物的污染不同，有很多有机化合物能够通过自然界本身物理、化学或生物的净化，从而使其有害性降低或解除。而重金属具有富集性，难于在环境中降解。水体中的某些重金属可在微生物作用下转化为毒性更强的金属化合物，如汞的甲基化作用就是其中典型例Z【3】J0(2)重金属具有毒性。生物从环境中摄取重金属，经过食物链的生物放大作用，在较高级生物体内成千万倍地富集起来，然后通过食物进入人体【4】，危害人体健康。同时，重金属在人体内能和蛋白质各种活性酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性1 5J，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人体会造成很大的危害，例如，日本发生的水俣病(汞污染)和骨痛病(镉污染)等公害病，都是由重金属污染引起的【6 J。(3)重金属易进入生态循环体系。沉积物是地表作用过程中重金属的储存库和最后的归宿【6，7J。积聚在沉积物中的重金属，由于沉积环境和物理化学条件的变化，可以迁移转入水体，继而可进一步转入土壤等地表环境介质【8，9】。从而使沉积物成为一种重金属污染源，而对环境产生二次污染【l0 1。在我国，重金属矿床的开采、冶炼、加工等工业活动，是主要的重金属污染源。如湖南湘江流域上游，是我国著名的有色金属矿床富集区，矿床的开采、矿石的冶炼加工已对该流域构成严重的重金属污染。因此，重金属污染物己被众多国家列为环境优先污染物，优先进行监测和控制【9 1。目前，我国列入环境优先污染物黑名单的重金属及其化合物包括A s、B e、C d、C r、C u、P b、H 2、N i 和T IE 1 1】。1 1 2 研究意义已有研究表明，在受重金属污染的水体中，由于重金属污染物不易溶解，大部分会迅速地由水相转入固相中，即迅速地结合到悬浮物和沉积物中。结合在悬浮物中的重金属在被流水搬运的过程中，当负荷超过流水的搬运能力时，会转入沉积物中，导致即使水相中重金属的含量很微，沉积物中重金属的含量也比相应水相中的重金属含量高很多。因此，水体沉积物亦是潜在的主要重金属污染源之一【l2|，是进行重金属污染评价的重要依据。废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。水体中金属有利或有害不仅取决于金属的种类、理化性质，而且还取决于金属的浓度及存在的价态和形态，即使有益的金属元素浓度超过某一数值也会有剧烈的毒性，使动植物中毒，甚至死亡。金属有机化合物(如有机汞、有机铅、有机砷、有机锡等)比相应的金属无机化合物毒性要强得多；可溶态的金属又比颗粒态金属的毒性要大；六价铬比三价铬毒性要大等等。汽车尾气排放的铅经大气扩散等过程进入环境中，造成地表铅的浓度显著提高，致使近代人体内铅的吸收量比原始人增加了约1o o 倍，损害了人体健康而且重金属污染物的难以降解，将长时间存在于环境介质中，并沿食物链发生富集。因此沉积物中重金属的污染评价一直是国内外研究的热点【1 3,1 4 。水体中污染物浓度因为受到各种因素的影响，具有多变和动态的特性，而沉积物中污染物的浓度是长期积累与富集的结果，污染物浓度较为稳定【l 引。因此，对沉积物中的污染物进行分析和评价较水质分析而言更具有代表性【l6 1，分析测试也更为简单、可靠。重金属相对于其环境背景值的变化直接反映了一个地区的环境质量，是环境评价中的一个重要指标。已有的研究结果表明【1 7】，人类生活和生产活动造成了河湖沉积物中重金属含量明显增加，其在沉积物中的沉积、分布变化主要受其周边地区的排污和河口水动力条件的影响。1 2 沉积物重金属污染研究现状1 2 1 国外研究现状国外学者早在2 0 世纪7 0 年代就丌展了莱茵河、洛杉矶湾、死海、同耳曼湾等水体及沉积物中重金属污染的研究。O l i v a r e s R i e u m o n t 1 8】等通过对古巴哈瓦那湘江K 沙一湘潭段河床沉积物重金属污染评价A l m e n d a r e s；)可的沉积物中C u、Z n、P b、C r、C d、C o 空问分布的研究，发现该河流中重金属含量处于较高水平。印度和德国学者【1 9 对恒河的研究揭示，在流经德罩等都市的河段沉积物中重金属的含量与自然背景值相比较，C r 干 1N i f f 勺富集超过1 5 倍，C u、Z n、P b 的富集超过3 倍，C d 的富集超过1 4 倍。2 0 世纪8 0 年代木，美国、加拿大、同本、德国、意大利等国广泛开展了以水系沉积物研究为手段的区域地质一地球化学调查与研究 2 0 1。德国学者F o l 9 8 9年出版了专著污染沉积物一书，详细介绍了水体沉积物的各种性质、污染状况、评价方法和基准研究等【2 1】。2 0 世纪9 0 年代初，美国、加拿大和澳大利亚等国家为了进行严格的实验室质量控制，己研制生产出了统一的沉积物标准物质【2 0 1。二十世纪九十年代末到二十一世纪初，国外的地球化学工作者极为重视水系沉积物的研究。他们在沿河流域、湖泊流域以及海岸地带的水系沉积物中重金属的分布及污染评价方面做了大量的工作，取得了一些成就。经过几十年的努力，国际上水系沉积物重金属质量基准方面的研究也取得了较大的进展，部分国家和地区己经在形态分析的基础上制定了适合于本国和本地区的水系沉积物重金属质量基准(S Q C)1 1】。1 2 2 国内研究现状我国在二十世纪五六十年代，开展了一些水系沉积物的调查。七十年代后期到八十年代，我国以地质找矿、资源勘查为目的，在全国范围内开展了1：2 0 万水系沉积物化探扫面拉2|。通过扫面，根据水系沉积物提供的信息，找到了许多大型矿产，为我国的经济建设提供了急需资源。但当时没有考虑将水系沉积物提供的信息应用到环境研究中去。自2 0 世纪7 0 年代以来，我国先后对珠江、长江、黄河口及大陆架等地区开展了河口及近海沉积物的地球化学调查和研究，但大多数工作集中于研究沉积物中重金属的吸附及表面络合方法【2 3 1。从8 0 年代开始，特别注重了对重金属等元素地球化学的研究，如金相灿开始对河流沉积物中的重金属迁移进行了研究【2 3 1。进入9 0 年代后，我国对河湖沉积物重金属污染的研究开始逐渐增多。研究内容主要包括环境背景值的调查，重金属质量基准的制定，重金属在沉积物中的空间分布与积累研究，水系沉积物界面中重金属的生物地球化学过程研究，重金属在沉积物中赋存形态、形念转化及影n 向因素的研究，重金属污染源追溯的研究和沉积物中重金属污染评价的研究【2。我国学者相继开展了湘江、蓟运河、第二硕十学位论文松花江、金沙江、长江(口)、黄河(口)、淮河、海河、辽河、珠江、鸭绿江、太湖、滇池、锦州湾、渤海湾、胶州湾等水体的重金属污染研究工作心4。2 6 J，取得了大量的研究成果。1 3 湘江流域沉积物重金属研究现状湖南是有色金属之乡。矿床的丌采、矿石冶炼、以及矿物资源的加工利用等，导致废水、废渣、废气的排放，诱发河流沉积物重金属污染。同时，由于有色工业的发展，加剧了煤、石油等能源资源的消耗，进一步促发“三废”的排放。这样以有色金属矿床开发利用为主导的工业活动，为区域重金属污染留下了严重的隐患，使得湘江沉积物重金属污染同益严型2 7,2 8】，湘江成为我国重金属污染最严重的河流之一【2 9 J。自1 9 6 6 年在湘江河水中检测出C r、P b、M n、Z n、A s 等重金属以来，有关该流域重金属污染问题已有多次报道：如贺广华和曹昌指出，1 9 9 0 年之后，湘江水质恶化明显，工业污染导致的重金属污染日益严重 2 9】。湖南省“十一五”湘江流域水污染防治规划(待批稿)中指出：随废水流入湘江的有害物质中，以有色金属的“贡献”最大，主要包括H g、C d、P b、Z n、C u、C r 等重金属。目前，湘江水污染中的主要重金属污染已由H g 转变为C d 和A s，其入河量分别为：H g1 1 7t a 1，C d1 4 8 5 5t a，A s 8 1 8 5t a-1 30 1。污染严重的地区集中在衡阳、株洲、郴州等地。湘江作为我国重金属污染最严重的河流之一，其重金属污染问题一直备受关注。对其沉积物重金属污染的分析研究也一直没有间断 1 0】。从重金属区域分布、污染程度评价及环境效应、土壤酸化和重金属活化迁移、重金属赋存特征、重金属元素的环境背景值、重金属污染源等很多方面进行了大量的研究工作，取得了重要的研究成果J。如曾北危等评价了湘江沉积物重金属污染，结果表明湘江长沙河段沉积物中相对富集重金属C d、H g、P b、A s、C r、C u、Z n，对该地区生态环境构成潜在威胁 3 1】。张立成、陈喜保、毛美洲等在2 0 世纪8 0 年代初，分析了湘江流域沉积物中重金属C u、C d、P b、z n 等的含量、赋存状态等【3 2 36 1，发现湘江流域沉积物重金属净化的主要动因是重金属与碳酸盐及铁锰氧化物的共沉淀，并注意到沉积物中C d 的污染等重要环境污染问题。此后，章霆、王晓丽等从区域地质背景的角度，对湘江河口表层沉积物的重金属元素也进行了大量的分析，得到湘江流域本身即位于多种金属元素的高背景区内 3 7。9 1 等一些重要认识。王增盛等对长沙城市降雨径流进行过研究，结果显示城市径流引起的湘江重4湘江K 沙一湘潭段河床沉积物重金属污染评价金属污染个远超过同常排污废水，对湘江的突发性影响十分明显。彭利 4 0 1 等对长沙段表层沉积物中重金属进行监测和分析，采用潜在生态危害指数法对各种重金属的生态风险进行了评价。结果表明：按当地最高背景值为参比值计算，湘江长沙段表层沉积物中各种重金属潜在生态危害系数大小排序为C d H 2 A s P b C u C r Z n，多种重金属的潜在生态风险综合指数为5 6 0 8，表明湘江长沙段沉积物重令属污染属于强生态危害。从湘江流域沉积物研究概况可以看出，以往对重金属污染评价方法比较单一，对于沉积物重会属污染程度的客观性得不到保证，本文拟通过对湘江沉积物的主量元素和重金属元素进行分析，试图了解湘江流域重金属元素的富集特征、综合多种评价方法，以更综合性的评价湘江沉积物重金属的污染程度。希望能够为研究湘江流域河湖沉积物地球化学特征、污染评价及重金属污染防治提供参考。1 4 重金属污染评价研究现状目前，国内外就重金属污染评价开展了大量的研究，并建立了不同的评价体系，针对沉积物重金属污染的评价方法有：化学方法、生态方法和毒理学方法等三大类【4 l 4 2 1，常用且具有代表性的主要有删：地累积指数法、富集因子法、沉积物富集系数法、潜在生态危害指数法、回归过量分析法和脸谱图法等。这些评价方法的侧重点不同，得到的结果就不一样。因而各有各自的适用范围，应用也有各自的局限性。地累积指数法考虑了成岩作用对土壤背景值的影响，但它侧重于单一的元素的评价，忽视区域差异、不同元素的污染贡献比率和对生物的有效性，不能反映重金属来源、化学活性和生物可利用性【4 引。潜在生态危害指数前提条件分别体现了对化学分析、生物毒性以及指数灵敏度的要求，指标涵盖了环境化学、生物毒理学和生态学内容。但其也存在某些不足，如确定毒性加权系数带有主观性，没有考虑可能存在的拮抗作用，指标没有充分体现p H，E h，碱度等对毒性的影响，未包括水文、地貌等沉积环境条件对元素地球化学分布的校正影响H6 l。富集因子法能够比较准确地判断人为污染状况，但参比元素的选择需规范H T IO王铁宇【4 8 等运用内梅罗指数法对北京官厅水库周边土壤重金属污染进行了环境风险评价，并指出该方法可用于评价多种重金属的复合污染，突出了高浓度重金属对环境质量的影响。滕彦国1 4 9 J 等运用富集因子法对攀枝花工矿区土壤重金属人为污染情况进行了评价，认为该方法是分析表生环境中污染物来源和污染程硕+学位论文度的有效手段。L o s k a t 5 0】等运用地累积指数法对受工业污染的农用地金属污染情况进行评价，该方法较好地考虑了地质背景所产生的影响。1 5 研究工作概况本次工作以湖南省教育厅重点项目“洞庭湖沉积物中重金属元素的源区地球化学示踪”(0 7 A 3 0 9)；乖N 国家自然科学基金(4 1 0 7 3 0 9 5)为依托，展丌了如下野外和室内研究工作：(1)样品采集：2 0 1 0 年11 月2 0 11 年3 月月先后多次野外取样。对采样点周围环境进行了详细的记录与测量。(2)室内样品加工：采得沉积物样品在室内阴干后，在4 0 烤箱中彻底烘干，剔除动植物残体和较大的杂物、砾石，对样品进行进一步描述，再用木棍来回滚压后过3 0 0 目尼龙筛，存样，用于地球化学分析的土壤岩石样品再用玛瑙研钵研磨后，过2 0 0 目尼龙筛备用。(3)样品分析：以沉积柱芯中主量元素、重金属元素和其他微量元素的特征，研究湘江沉积物中重金属元素的重金属污染程度。在论文工作期间，作者完成的工作量统计如下：表1 1 硕士学位论文期间主要工作一览表T a b l e1-1R e s e a c hw o r kf i n i s h e db yt h i ss t u d y6湘江长沙一湘潭段河床沉积物重金属污染评价2 研究区概况2 1 区域地理概况湘江是长江水系第五大支流，也是湖南的母亲河，地处长江之南，南岭之北，东以幕阜山脉、罗霄山脉与鄱湖水系分界，西隔衡山山脉与资水毗邻。发源于广西临桂县龙门界，由全州斗牛领入湖南，向北经苹岛、冷水滩、衡阳、株洲、湘潭、长沙至湘阴注入东洞庭湖，汇入长江。湘江干流全长8 5 6k m，湖南省境内干流长6 7 0 k m，流域面积9 4 6 6 0k m 2，沿途接纳大小支流1 3 0 0 余条，湖南省境内湘江流域面积占全省总面积的4 0。长沙市和湘潭市地处湘中偏北，地跨东经111。5 57 1 1 4。1 47，北纬2 7 0 21 2 8。3 07，湘江下游，湘江自全州斗牛向北流经长沙湘潭市到湘阴注入东洞庭湖。湘江入湖南省境内，永州境内先后纳入紫水、石期河、潇水、应水、白水等支流，在衡阳汇蒸水和来水，衡山纳沫水，禄口汇入禄水，湘潭汇入涟水，长沙市区汇入浏阳河和捞刀河，于望城的新康纳伪水，至湘阴的壕河口分左右两支汇入洞庭湖。湘潭市境内河流有涟水、涓水，长沙境较大的支流有浏阳河、捞刀河、靳江、沩水。2 2 湘江流域环境要素2 2 1 岩石地层湘江流域从地质构造和地貌上来说都属于搞地【5，发源于华南板块的南岭构造带，向北汇入位于扬子板块的洞庭湖【3 9 1。湘江流域出露的地层，从元古界到新生界第四系均有分布，但分布最广泛的为碳酸盐岩和碎屑岩。碳酸盐岩石主要分布在中、上游地区；东部和东北部及衡山周围等地，广泛分布着砂岩或砂质板页岩，并广泛出露加里东至燕山各期花岗岩【5 2】。具体来说，构成贫地的岩层在边缘地带主要为前震旦纪的变质岩系。古生代地层以泥盆纪的砂页岩和石炭纪的石灰岩为主，在湘江流域南部分布最广，湘桂交界处全县、道县一带，有很好的石灰岩溶蚀地貌；在中游和下游，第三纪的红色岩系占有很大的面积，它是陆相沉积：湘江下游还有较厚的第四纪沉积，主要为白砂井组砂砾层和网纹红土【5 3 1。湘江长沙湘潭段流域总的地质特征是：地层出露齐全，花岗岩体广布，地质构造复杂。区内构造以断裂为主，褶皱形态不明显。地层上部为第四系冲积粉质硕：f f q-：位论文粘土、砂卵石沉积层和网纹红土，基底主要为第三系泥质粉砂岩、砾岩，泥锍纪砂岩、狄岩、泥岩及上元古界板溪群砂质板岩央薄层状千枚岩 5 4 1。2 2 2 水文环境湘江流域降水丰沛，年平均降水量为1 3 0 0 1 5 0 0 m m，由于该流域内丘陵山地占有三分之二的面积，大部分地区的逸流量高达8 0 0 1 0 0 0 m m。该区地表物质的冲刷淋溶强度很大，加之水系河网稠密，流域面积5 0 0 k m 2 以上的河流有5 2条，其流程较长的支流如潇水、来水、春陵水和沫水等，多分布在湘江右岸，这些密集的河流与地表逸流相衔接，使地面的风化产物能很快进人河流水系中，河图2 1 湘江流域岩性分布图(据文献【55 J)F i g 2-1S k e t c hs h o w i n gt h el i t h o l o g yo fX i a n gR i v e rd r a i n a g ea r e a水的矿化过程短。由于降水量大，河水的稀释度高、含盐量低【3 8 J。2 2 3 矿产分布湖南素负“有色金属之乡”的盛名，矿产资源丰富【5 5 J(见表2 1)，而其主要的矿藏和冶炼厂都集中在湘江流域。已有研究表明 5 6】，湘江长沙河段是一个明显富集C d、H g、P b、A s、C r、C u、Z n 等多种有色金属元素的地球化学异常区，湘江湘潭河段沉积物中相对富集重金属C d、H g、P b、A s、C r、C u、Z n。刘汉元”7 J 对湘江流域地质背景分析表明，湘江流域区域岩层富集的元素有A s、P b、H g等，流域富集的矿产有P b、z n、S n、W、H g、C u、及稀有金属等多种矿产。湘江K 沙一湘潭段河床沉积物重金属污染评价2 2 4 土壤、植被湘江下游段流域土壤种类多样，可划分9 个土类、2 1 个亚类、8 5 个土属、2 2 1个土种，总面积1 3 6 6 2 万亩，其中，以红壤、水稻土为主，分别占土壤总面积的7 0 与2 5。其余还有菜园土、潮土、山地黄壤、黄棕壤、山地草甸土、石灰土、紫色土等，适宜多种农作物生长。长沙土质多为弱酸性地带红壤和河流冲积土。湘潭位于衡山山脉的小丘陵地带，地貌以平原、岗地、丘陵为主，土地资源具有耕地、水面和丘陵地较多较好的优势。土地质量好，利用率高。该区域现有森林植被以人工林为主，树种类型多样，用材林有杉木、马尾松、樟木、稠木、楠木、百乐等16 种；经济林有油茶、油桐、棕、乌桕、桑、茶叶、桃、李、梅等15 种；引进树有湿地松、国外松、火炬松、水杉、池杉、意大利杨、黑荆等。表2 1 湘江流域岩层富集元素和矿产T a b l e2-1T h er e g i o n a le l e m e n te n r i c h m e n ta n dd i s t r i b u t i o n o fm e t a lo r ed e p o s i t so ft h eX i a n g ji a n gd r a i n a g e注：根据文献 5 7 1 整理研究区属亚热带季风湿润气候区。具有四季分明，雨热同季，降水丰沛且年际变化大等鲜明特点。由于降水量丰富，河水稀释度高，热量资源较丰富，有助于岩石风化。2 2 5 工业布局及经济发展以长沙为主导的，长沙、株洲、湘潭(长株潭)城市群是该流域的经济文化中心，经济总量占全省的3 3 7 5。长株潭城市群在宏观区域布局中的区域位置极为重要，具有着承东(南)启西(北)的作用。长株潭城市群处于我国东部发达地区与中西部发展中地区的中问地带，是两大区域的过渡中介，是所谓“前沿的内陆，内陆的前沿”，长沙市和湘潭市各具特色，在省域经济中的地位作用也不尽硕十学位论文相同【5 8】。长株潭地区尤其是株洲和湘潭地区，解放以来一直是国家的重点工业项目投资区，通过国家重大项目的布点使得本区形成了相对比较雄厚f K j S _,l k 基础，特别是在冶金、机械制造、化工等方面具有相当的规模优势和技术优势。株洲“一五”、“二五”计划时期国家相继安排了南方动力机械公司、株洲电力机车厂1 3 个重点工业项目在株洲兴建，因此工业建设突飞猛进。现在，全市乡以上企业已达1 8 0 0 余个，其中大、中型企业6 2 个。株洲市工业密集，是全国有名的工业污染区，主要有株洲冶炼厂、化工厂、水泥厂、氮肥厂、塑料厂等2 1 0 家排污企业，其中1 8 9 家企业被列入污染企业名单。据统计，该工业区平均每天生产粉煤灰、炉渣、有色冶炼渣等工业废渣近40 0 0t，其中株洲冶炼厂的废渣场，堆存了2 0 0多万吨冶炼废渣，占地约2 3 公顷。据报道，该冶炼区2 0 0 3 年排放H g、A s、C d、P b 等有毒重金属3 4 吨，占全市有毒重金属排放量的9 0 以上。湘潭的湘钢和涟钢、衡钢组成的华凌钢铁集团进入国内十大钢铁企业行列，其产生了一系列环境问题，湘江干流湘潭段分布于湘潭市境东侧，境内全长6 1k m，沿途有较大工业废水排污口1 5 个，日污水排放总量在1 5 0t 以上。1 0湘江K 沙一湘潭段河床沉积物重金属污染评价3 1 样品采集3 材料与方法2 0 1 0 年1 2 月至2 0 1 1 年3 月(枯水季节)，在湘江长沙湘潭河段采集表层沉积物。为了反映近期污染状况，采样点多布设于水流缓慢，沉积稳定的地带。用长1 2 0 c m 的有机玻璃管，进行沉积柱岩心取样。自北向南，选取凝霞(x w)、三叉矶(S G)、橘子洲(J Z)、猴子石(H Z)、昭t h(z s)、醴潭桥(X T)等6 个采样点进行沉积柱岩心采样。采样点分布如图3 1。野外在各采样点采取4 个沉积柱，每个沉积柱之问相距1 0 0 米。野外先取得长度在2 0 5 0 c m 之间的沉积柱样品，再现场对沉积柱样品进行观察、岩性描述、长度测量、拍照等，然后按2 c m 间距进行切割分样，获取沉积物样品。样品装于洁净塑料密封袋中(排出空气)，带回实验室。各采样点采得的沉积柱岩心样品基本特征描述如下：图3 1 湘江长沙湘潭河段沉积物采样点位置图F i g 3 1S a