于桥水库上游子流域水体重金属分布特征及生态风险评价

发布时间：2017-05-20 10:13

  本文关键词：于桥水库上游子流域水体重金属分布特征及生态风险评价，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：于桥水库作为天津工农业生产用水和人民生活饮用水的水源地,成为了引滦入津工程重要的调蓄水库。但近几年,由于流域及库区周边区域的经济发展迅速,加剧了库区的点源、面源污染,重金属污染源通过降水-径流过程、水土流失以及引滦来水等途径进入库区,大大的增加了库区污染负荷,造成水库水质严重恶化。因此,重金属污染源的潜在性危害给天津市唯一的大型水源地于桥水库的水质问题造成了严重的危害。作为重金属的容纳介质—水体和土壤,由于吸收了向环境中排入的大量重金属元素,使得重金属污染问题日趋严重,如不及时施加控制并改善,会给人体健康和生态环境带来严重的威胁和伤害。同时,土地利用／覆被变化(LUCC)也引起了国际上的普遍关注。本文的研究侧重于子流域内进行区域性的研究,针对水体和土壤两种环境介质进行分析对比,对于桥水库的保护有重要的意义。本研究对水体中沉积物、上覆水、悬浮物以及土壤中重金属含量特征这四项进行描述统计,同时,采用多元相关性分析法分析沉积物中重金属污染来源,再运用潜在生态危害指数法和地质累积指数法对于桥水库上游三条支流重金属的污染程度进行分析评价,最终得到沉积物中的重金属污染状况。1、上覆水和悬浮颗粒物的统计特征于桥水库三条子流域内上覆水水质比较好,其中6种重金属(Cd、As、Pb、Cu、Cr、Zn)含量均低于地表水环境质量标准I类水质标准,上覆水没有受到污染,不会造成慢性毒性效应；淋河流域内Pb和Zn两种重金属的平均值未超过土壤环境质量一级标准,Cd、As、Cu和Cr等4种重金属的平均值超过土壤环境质量一级标准(水田)。沙河流域内只有重金属Zn的平均值未超过土壤环境质量一级标准,其余五种重金属均值都超过土壤环境质量。三条河流中黎河和淋河的污染程度相对较轻,而沙河受污染程度相对较重。三条支流各子流域悬浮物重金属从上游到下游呈现下降的趋势,下游的富集程度低于上游。2、沉积物重金属统计特征：对33个采样点进行分析统计,33个采样点中Cd含量变化范围为0.04-1.29mg·kg-1,有18个超过土壤背景值,占总数的54.5%,平均值为0.29mg·kg-1,超过土壤环境质量一级标准2.0mg·kg-1。As含量变化范围为15.62-116.9mg·kg-1,全部超过土壤环境质量一级标准,已达100%,平均值为30.39 mg·kg-1,其超过土壤环境质量一级标准15 mg·kg-1。Pb含量变化范围为9.27-139.1 mg·kg-1,有10个超过土壤环境质量一级标准,占总数的30%,平均值为33.49mg·kg-1,低于土壤环境质量一级标准35mg·kg-1。Cu含量变化范围为16.14-118.84mg·kg-1,有27个超过土壤环境质量一级标准,占总数的82%,平均值为58.20mg·kg-1,其超过土壤环境质量一级标准35mg·kg-1。Cr含量变化范围为43.10-254.63 mg·kg-1,33个采样点中有14个采样点Cr超过土壤环境质量一级标准,占总数的42%,平均值为90.16mg·kg-1,其超过土壤环境质量一级标准90mg·kg-1。Zn含量变化范围为2.03-184.33 mg·kg-1,有12个超过土壤背景值,占总数的36%,平均值为94.8mg·kg-1,低于土壤环境质量一级标准100mg·kg-10。Ni含量变化范围为24.85-96.62mg·kg-1,有26个采样点超过土壤环境质量一级标准,占总数的79%,平均值为56.10mg·kg-1,超过土壤环境质量一级标准40mg·kg-1。三条支流采样点中重金属Pb和Zn的均值未超过土壤环境质量一级标准,重金属Cd、As、Cu、 Cr和Ni均值超过土壤环境质量一级标准。三条河流中,7种重金属的变异系数大小顺序是沙河黎河淋河,7种重金属的变异系数大小顺序是CdPbCuAsCrNiZn,变化范围在33%～91%之间,沉积物整体空间变异性较弱,离散性强,说明河流沉积物中重金属含量已经受到人类活动的影响。3、土壤重金属统计特征：研究区土壤Cd、As、Pb、Cu、Cr和Zn这几种重金属元素的平均值除重金属元素Cd,其余的平均值均已超过国家一级标准,未超过国家二级标准,但是除Cu以外的重金属元素的极大值均已超过国家二级标准。除Cd外,其余均超过河北省土壤背景值,As、Pb、Cu、Cr和Zn的平均含量分别是背景值的2.14、3.30、2.44、2.30和1.40倍,Cd、As、Pb、Cr和Zn则为高度变异。说明土壤重金属空间分布不均匀,离散性较强,重金属有一定的累积,需要加强监测。4、沉积物重金属来源分析：利用Pearson相关性分析方法对监测点内土地利用类型面积比例与重金属两者之间进行分析,表明河流沉积物中Cd的来源主要是人为来源,As、Pb的来源复杂,以天然来源为主,有人类活动干扰,Zn主要为天然来源,Cu的来源是天然来源和人类活动共同作用的结果,Ni和Cr的来源主要是人为源,因此可判定七种重金属污染不属于面源污染,属于点源污染。对沉积物中33个重金属数据进行分析,采用相关性判断各个重金属之间的相关性,利用聚类分析和主成分分析判断其来源,结果近似一致。7种重金属可以辨识3个主成分,第一类(Pb和Zn)污染程度较弱,受自然背景值影响；第二主成分Cd、As和Pb属于人类活动的工矿业采冶造成,污染程度较强；第三主成分As、Cu主要是自然来源和人为活动所造成。5、水体沉积物重金属评价结果：地累积指数法评价结果表明,Cd有14个样号处于污染状态,其中24号样点处于中强污染状态；As有13处监测点处于污染状态,其中10、21、27、32号样点处于中等的污染状态；Pb有7处处于污染状态,其中10号样点处于中等污染状态；Cu有19处监测点处于污染状态,其中21号和27号样点处于中污染状态；Cr有9处监测点处于污染状态；Zn有3处处于轻污染状态；Ni有14处处于轻污染状态。说明沉积物部分样点已然受到重金属Cd、As、Pb、Cu、Cr、Zn、Ni的影响。潜在生态危害指数法评价结果表明,33个采样点中七种单项重金属污染因子的平均数除重金属Cd处于中等风险等级,其余重金属都处于轻微风险程度,于桥水库上游支流个样点大部分处于轻微生态危害等级,而在33个采样点中沉积物中,Cd重金属呈很强危害占2个,呈较强危害占6个,呈中等危害占11个,其余均处于轻微生态危害等级。综合潜在生态危害指数表明,样点10、18、20、24、33号样点属于较强生态风险,其中重金属元素Cd在各样点的潜在生态危害中贡献的程度最大,其次是As、Cu、Ni。三条河流重金属污染沙河中生态危害高于淋河和黎河。
【关键词】：于桥水库 重金属污染 多元相关性 生态风险评价
【学位授予单位】：天津师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X524;X826
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 水体、土壤重金属研究现状13-15
• 1.2 土壤、水体中重金属污染来源及其危害15-18
• 1.2.1 土壤重金属来源15-17
• 1.2.2 水体重金属来源17
• 1.2.3 重金属污染的危害17-18
• 1.3 重金属污染的评估方法18-20
• 1.3.1 地积累指数法18-19
• 1.3.2 Hakanson的潜在生态危害指数法19-20
• 1.4 本文研究的内容、创新点及技术路线20-23
• 1.4.1 本文研究的目的、内容20-21
• 1.4.2 本文研究的创新点21
• 1.4.3 本文研究的技术路线21-23
• 第二章 研究区概况及采样分析23-28
• 2.1 研究区概况23-26
• 2.1.1 于桥水库概况23
• 2.1.2 流域气候23-24
• 2.1.3 地形地貌24
• 2.1.4 水系情况24-25
• 2.1.5 经济发展25-26
• 2.2 采样点采集及分析方法26-28
• 2.2.1 样品的采集26-27
• 2.2.2 样品的预处理及分析27
• 2.2.3 样品理化性质、重金属的测定方法27-28
• 2.3 实验试剂及仪器28
• 第三章 于桥水库三条支流河流水体重金属污染特征28-36
• 3.1 支流河流上覆水重金属含量及分布特征28-29
• 3.2 支流河流悬浮颗粒物中重金属含量及分布特征29-31
• 3.3 支流河流表层沉积物中重金属含量及分布特征31-36
• 3.4 支流周边±壤重金属含量的描述性统计36
• 第四章 于桥水库上游三条支流沉积物重金属来源分析36-43
• 4.1 支流沉积物重金属含量与子流域内土地利用方式的关系37-40
• 4.2 支流水体沉积物重金属来源分析结果40-43
• 4.3 小结43
• 第五章 水体沉积物重金属污染生态风险评价43-48
• 5.1 地累积指数法43-45
• 5.2 潜在生态危害指数法45-48
• 5.3 小结48
• 第六章 结论48-51
• 参考文献51-55
• 致谢55

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