南水北調(diào)中線工程焦作段濱河地帶土壤重金屬污染風險評價

環(huán)境修復網(wǎng)訊:以南水北調(diào)中線工程焦作段為研究區(qū)，通過野外調(diào)查和室內(nèi)分析的方法，采集總干渠流經(jīng)的農(nóng)業(yè)區(qū)、市區(qū)、工的濱河地帶土壤樣本，分別測定重金屬 Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｐｂ的質(zhì)量分數(shù)，利 用 單 因 子 污 染 指 數(shù) 法、Ｎｅｍｅｒｏｗ 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和 Ｈａｋａｎｓｏｎ綜合潛在生態(tài)風險指 數(shù) 評 價 研 究 區(qū) 的 重 金 屬 污 染 狀 況 及 其 潛 在 生 態(tài) 風險。結果表明，與《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》中的Ⅱ級標準pH>7.5）相比，主要重金屬污染風險元素為 Ｃｄ。農(nóng)業(yè)區(qū)、市區(qū)、工礦區(qū)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)分別為37.56、36.65、37.98，且均處于重度污染水平。三個區(qū)段的綜合潛在風險指數(shù)分別為41823.39、18973.18、19659.09，均具有很強的生態(tài)風險。綜合分析表明，南水北調(diào)焦作段總干渠依次流經(jīng)的農(nóng)業(yè)區(qū)、市區(qū)、工礦區(qū)濱河地帶均受到不同程度的土壤重金屬污染，以工礦區(qū)污染最為嚴重，對干渠的水質(zhì)安全造成極大威脅，該研究結果對南水北調(diào)焦作段水質(zhì)安全防護及濱河地帶土壤污染治理具有重要意義。

關鍵詞

南水北調(diào)工程；中線工程；濱河地帶；土壤污染；風險評價

Risk assessment of heavy-metal pollution in riverside soil of Jiaozuo segment in the Middle Route of South-to-North Water Transfer Project

Taking Jiaozuo segment in the Middle Route of South-to-North Water Transfer Project as the study area, using field investigation and experimental analysis, we collected soil samples from the industrial and mining area, urban area, and agricultural area along the main canal, measured the content of heavy metals (Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Hg, and Pb) in the soil, and evaluated the condition of heavy-metal pollution and its potential ecological risks using the single factor pollution index, Nemerow pollution index, and Hakanson comprehensive potential ecological risk index. The results showed that, according to the Grade Ⅱ criteria of the Standard for Soil Quality (PH>7.5), the main heavy-metal pollution risk element was Cd. The Nemerow pollution index of the agricultural area, urban area, and industrial-mining area was 37.56, 36.65, and 37.98, respectively, all reaching severe pollution level. The comprehensive potential risk index of the three areas was 41823.39, 18973.18, and 19659.09, respectively, all posing high ecological risks. The analysis results showed that the soil of the agricultural area, urban area, and industrial-mining area along the main canal are all contaminated by heavy metals to different degrees. The industrial-mining area has the most serious pollution, which posed a great threat to the water quality safety of the canal. The above results are of important significance to water quality protection and soil pollution control in the riverside area of Jiaozuo segment of the South-to-North Water Transfer Project.

Key words

South-to-North Water Transfer Project; Middle Route Project; riverside zone; soil pollution; risk assessment

基金項目

河南省科技攻關項目（162102110169）；河南理工大學創(chuàng)新型科研團隊資助（B2017-16）；河南省高校教師科技創(chuàng)新團隊(18IRTSTHN008)

為了解決我國北方水資源嚴重短缺的問題，國家啟動了南水北調(diào)重大基礎戰(zhàn)略性工程。國務院在落實科學發(fā)展觀中明確提出將“南水北調(diào)水源地及沿線”作為水污染防治和國家用水安全的重要組成部分。但是在長距離輸水過程中，南水北調(diào)濱河地帶的環(huán)境污染問題對水質(zhì)安全造成重大威脅，因此，對南水北調(diào)輸水工程周邊區(qū)域?qū)嵤┉h(huán)境污染監(jiān)測并進行評價，及時發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，對于保障南水北調(diào)一汪清水永續(xù)北上至關重要［１］。在眾多污染因素中，重金屬是主要污染類型之一，其中，土壤承擔著環(huán)境中大約９０％的重金屬污染物［２－３］。由于重金屬不能被土壤微生物分解，易于在土壤中積累，破壞土壤的生態(tài)結構和功能，從而影響植物的生長發(fā)育，并通過食物鏈在動物、人體內(nèi)富集，嚴重危害生命健康［４－６］。

焦作市是南水北調(diào)中線工程總干渠唯一從中心城區(qū)穿越的城市。同時，焦作市是以礦業(yè)而興的城市，煤炭開采歷史悠久，此外還有鐵、銅、鋅等礦產(chǎn)資源。在礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用過程中，礦區(qū)廢棄物如礦渣、煤矸石長期隨意堆放，極易對周圍環(huán)境造成污染。眾多研究表明，礦區(qū)廢棄物煤矸石中含有大量的重金屬元素，在長期堆放過程中極易經(jīng)雨水及風力作用，遷移至周邊土壤、水體、大氣中，從而對區(qū)域環(huán) 境 造 成 重 金 屬 污 染［７－９］。近 年 來，河 流 重 金 屬污染評價 一 直 是 國 內(nèi) 外 研 究 的 熱 點，關 于 南 水 北調(diào)的污染 評 價 雖 有 一 些 研 究，但 大 多 是 針 對 河 段底泥和水 質(zhì) 的 污 染 研 究［１０－１１］，還 有 對 干 渠 兩 側 淺層地下水 的 污 染 評 價［１２－１３］，以 及 某 河 段 濱 河 地 帶單個土地類 型 的 污 染 研 究［１４］，缺 乏 對 南 水 北 調(diào) 濱河地帶土 壤 污 染 的 整 體 性 研 究，南 水 北 調(diào) 作 為 國家重大的水利 戰(zhàn) 略 工 程，其濱河地帶的土壤環(huán)境質(zhì)量與南水北調(diào)的水質(zhì)安全保障息息相關，因此，對其沿岸的土壤污染風險進行評價尤為重要。本研究以南水北調(diào)中線工程焦作段為研究對象，將流經(jīng)區(qū)域按照不同的土地利用類型分為農(nóng)業(yè)區(qū)、市區(qū)、工礦區(qū)三個研究區(qū)段，分別對三個研究區(qū)段土壤中的重金屬元素 Ｐｂ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｎｉ和 Ａｓ的 含 量 進行測定，并對重金屬污染狀況進行評價。評價結果對南水北調(diào)濱河地帶土壤污染治理及水質(zhì)安全防護具有重要意義。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

焦作市位于河南省西北部，太行山南麓，地理坐標在113°４′－113°26′Ｅ，35°10′－35°21′Ｎ 之間。南水北調(diào)中線工程焦作段起始于焦作市溫縣北冷鄉(xiāng)北張羌村，向東北穿越焦作市城區(qū)，止于焦作市修武縣方莊鎮(zhèn)丁村，全長８４．１５ｋｍ，干 渠 由 西 到 東 依 次 經(jīng)過農(nóng)業(yè)區(qū)、市區(qū)和工礦區(qū)。本研究通過分析焦作市的區(qū)位特征、土地利用類型及污染源類型，將南水北

1.2樣品采集與測定

根據(jù)農(nóng)業(yè)區(qū)、市區(qū)和工礦區(qū)的地形地貌特征、土地利用類型及植被類型，以距離南水北調(diào)工程干渠兩側沿線１００ｍ為緩沖區(qū)進行勘察布點，分別對三個研究區(qū)進行取樣，用五點取樣法采集０～２０ｃｍ 表層土，每個點位重復３次且分別檢測取平均值，其中市區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)各?。秱€點位，工礦區(qū)?。祩€點位，并用 ＧＰＳ記錄采樣點坐標（圖１）。土樣采集后置于室溫下通風陰干，用木棒壓碎大的土塊，并去除巖石塊、植物根等雜物。風干后充分研磨過２ｍｍ（２０目）的尼龍篩，混合均勻并放入自封袋密封保存，記錄樣品號待測。

取干燥后的土壤樣品，經(jīng) ＨＣｌ－ＨＮＯ₃－ＨＦ－ＨＣｌＯ₄進行消化處理，用體積比為１∶１的 ＨＣｌ水溶液溶解定容，采用火焰原子吸收分光光度法測定 Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ的含量；采用石墨爐原子吸收分光光度法測定Ｃｄ、Ｐｂ的含量以及用原子熒光光度計測定 Ａｓ、Ｈｇ的含量，測定過程中加入國家標準參比物質(zhì)土壤樣品（ＧＢＷ０８３０３）進行質(zhì)量控制，各元 素測 定 值 的 誤 差 均 在國家標準物質(zhì)的允許范圍內(nèi)；土壤 ＰＨ 值按水土比１∶２.５比例混合、攪拌、靜置，ｐＨ 計測定。