（环境科学与工程专业论文）湘江长株潭段水体重金属污染特征及污染源解析.pdf

| | i i iiii iii i i i i ii i i iu l y 19 0 6 6 5 9 t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n ds o u r c ea p p t i o n m e n to f h e a v y m e t a l s c o n t a m i n a t i o ni n “c h a n g s h a z h u z h o u - x i a n g t a n s e c t i o no f x i ；g ji a n gr i v e r l a n k i v e r b y g u a nx i a o m i n b e ( w u h a ni n s t i t u t eo ft e c h n o l o g y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fs c i e n c e e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rz e n gg u a n g m i n g n o v , 2 0 1 0 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：禾d 敏 日期：，b 年i1 月。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囤。 ( 请在以上相应方框内打“) 作者签名：未小数日期：f 。年 月oz 日 导师签名：9 日期：刀f d 年t ? - ) l 护细 湘长株潭段水体重金属污染特征及污染源解析 摘要 湘江作为洞庭湖水系最大的河流，既是流域主要饮用水源地，又是沿江城市 的重要纳污水体，是湖南经济社会发展的重要命脉。“十五”期间湘江流域经济取 得了快速发展，其经济总量和工业发展总体水平居全省之冠。由于产业结构和工 业企业地区分布的不合理以及冶炼、化工等行业工艺水平的相对落后，湘江流域 经济的快速发展也带来了一系列的环境问题。其中尤其突出的是有毒有害重金属 在部分河段超标频率越来越高，超标倍数呈增加趋势，部分江段重金属排放量已 超过了环境功能规划所容许的纳污能力，已严重威胁着饮用水及工农业用水源的 安全。据国家“十一五”国家水体污染控制与治理科技项目重大科技专项的湘 江水环境重金属水质目标管理与监测技术研究子课题任务2 湘江水环境重金属 污染特征。本文以湘江“长株潭段水系沉积物为主要研究对象，开展重金属元 素的污染研究。 文章首先分析了湘江“长株潭段水相沉积物物重金属c d 、h g 、a s 、c r + 6 、 p b 、c u 、z n 污染特征，水相中总浓度超标的重金属a s 、h g 和c d 随时间和空间 的沿程变化特征为：年内变化特征大致为枯水期 平水期 丰水期；h g 和a s 的年 际变化特征为：2 0 0 6 2 0 0 5 2 0 0 7 ，h g 的含量与流量呈一定的正相关；而a s 的含 量与流量成负相关；c d 的年际变化特征为：2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 ，c d 含量与流量关 系在2 0 0 5 年为正相关，2 0 0 6 和2 0 0 7 年为负相关。该段水体的沉积物中重金属浓 度变化特征为：a s 沿程变化不大，但大部分采样点超标；p b 有一个采样点超标； c r 未出现超标现象；z n 和h g 沿程分布波动性很大，而且大部分采样点的检测值 很高，污染比较严重。m n 的沿程分布比较均匀，大部分采样值比标准值高。c d 沿程分布没有明显规律，在霞湾段含量最高。 其次，利用地质积累指数法、潜在生态危险指数法、沉积物污染指数法确定 了“长株潭”段重要污染的重金属和污染区域，综合三种方法分析认为：污染较 严重的元素为c d 、h g 、z n 和p b ，污染严重的断面为霞湾、钢炼铁厂排污口、竹 埠港油库断面、浏阳河口下、游坪塘镇下游、三叉矶和乔口。 再者，通过对重点污染区域沉积物中重要污染因子的形态分析可知，重点污 染区域重点污染因子的形态分布特征为：c d 、z n 主要趋向于与f e m n 水合氧化物 和碳酸盐结合，p b 主要以铁锰氧化态和残渣态为主，而c u 有机质结合态和残渣 态含量较大。 最后用相关分析、聚类分析、主成分分析、正矩阵因子分解解析湘江底泥重 金属污染源，四种方法都定性地将污染源分为三大类。聚类分析和相关分析结果 硕士学位论文 相似，主成分分析和正矩阵因子分解解析结果相似，第一类因子上的主要污染物 质为c r 、c u 、z n 、n i ，主要来源于岩石的自然风化与侵蚀，第二类因子上的主要 污染物质为p b 、m n 和h g ，主要来源于工业污染，第三类因子上的主要污染物质 为c d 和a s 。最后用主成分分析、正矩阵因子分解半定量解析每种污染源的相对 贡献率。 关键词：重金属污染；污染特征；污染评价；源解析 i i i 湘长株潭段水体重金属污染特征及污染源解析 a b s t r a c t x i a n g ji a n gr i v e r ，a st h el a r g e s tr i v e ri nt h ed o n g t i n gl a k ew a t e rs y s t e m ，i sn o t o n l yam a j o rd r i n k i n gw a t e rs o u r c e ，b u ta l s oam a jo rc o n t a i n e rf o rt h ew a s t ew a t e rf r o m t h ec i t i e so ns h o r e t h e r e f o r ei ti st a k e na sac r u c i a ll i f e l i n ef o rt h ee c o n o m i ca n d s o c i a ld e v e l o p m e n to fh u n a np r o v i n c e d u r i n gc h i n a sn a t i o n a l “10 t hf i v e y e a rp l a n ” p e r i o d ，x i a n g ji a n gr i v e rv a l l e yh a sg o tr a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n tt h a tb o t hi t s e c o n o m i ca g g r e g a t ea n di n d u s t r i a ld e v e l o p m e n tl e v e lc a m et ob et o po fh u n a n p r o v i n c e b u td u et ot h ei m p e r f e c ti n d u s t r i a ls t r u c t u r ea n dr e g i o n a ld i s t r i b u t i o n sa n d t h eu n d e v e l o p e dt e c h n o l o g i c a ll e v e lo fm e t a l l u r g y , c h e m i c a li n d u s t r i e s ，t h er a p i d e c o n o m i cd e v e l o p m e n th a sa l s or a i s e dal o to fs e r i o u se n v i r o n m e n t a li s s u e sa t x i a n g ji a n gr i v e rv a l l e y o n eo ft h ei s s u e si st h eg r o w i n gf r e q u e n c ya n ds p e e dt h a tt h e p o i s o n o u sa n dh a r m f u lh e a v ym e t a lc o n t e n te x c e e d st h es a f es t a n d a r di ns o m ep a r t so f t h er i v e r a n dt h em e t a lc o n t e n ti nc e r t a i np a r th a v ea l r e a d ye x c e e d e dt h ed e s i g n e d a s s i m i l a t i v ec a p a c i t yo ft h ee n v i r o n m e n t a lf u n c t i o n ，w h i c hi st h r e a t e n i n gt h es a f e t yo f d r i n k i n gw a t e ra n dt h eu s i n gw a t e ri na g r i c u l t u r ea n di n d u s t r y a c c o r d i n gt o t h ec h a r a c t e r i s t i c so f x i a n g j i a n gr i v e rh e a v ym e t a l sp o l l u t i o ni n w a t e re n v i r o n m e n t ”，t a s k2o ft h e “r e s e a r c ho nt a r g e tm a n a g e m e n ta n dm o n i t o r i n g t e c t e c h n i q h n o l u n d e r u e so f h e a v ym e t a l sw a t e rq u a l i t yi nx i a n g j i a n gr i v e r ”，am a jo rs c i e n c ea n d o g yi t e mo ft h e s t a t ew a t e rp o l l u t i o nc o n t r o la n dm a n a g e m e n tt e c h n o l o g y t h e “1lt hf i v e y e a rp l a n ”，t h i s p a p e r t a k e st h ew a t e r - s e d i m e n ta t “c h a n g s h a z h u z h o u x i a n g t a n s e c t i o no fx i a n g ji a n gr i v e ra st h eo b je c t i v et om a k e r e s e a r c ho nt h eh e a v ym e t a l sp o l l u t i o n f i r s t l y , t h ep a p e ra n a l y z e st h ec h a r a c t e r so fh e a v ym e t a l sp o l l u t i o ni nt h e w a t e r s e d i m e n ts y s t e mi n “c h a n g s h a - z h u z h o u x i a n g t a n ”s e c t i o no fx i a n g j i a n gr i v e r t h ev a r y i n gc h a r a c t e r i s t i c so fh e a v ym e t a la s 、h ga n dc di nw a t e ra c c o r d i n gt ot i m e a n ds p a c ei ss t u d i e d ：a n n u a lc h a n g ei sr a i n l e s sp e r i o d n o r m a l w a t e rp e r i o d h i g h f l o wp e r i o d i n t e ra n n u a lv a r i a t i o no fh ga n da si s2 0 0 6 2 0 0 5 2 0 0 7 ，a n dc gi s 2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 t h er e l a t i o nb e t w e e nh gc o n t e n t sa n d f l o wr a t ei sp o s i t i v e c o r r e l a t i o nw h i l et h a to fa si sn e g a t i v e t h er e l a t i o nb e t w e e nc dc o n t e n ta n df l o wr a t e i s p o s i t i v e c o r r e l a t i o ni n2 0 0 5w h i l en e g a t i v ei n2 0 0 6a n d2 0 0 7 t h ev a r y i n g c h a r a c t e r i s t i c so fh e a v ym e t a l si ns e d i m e n ti st h a t ：t h el o n g i t u d i n a lv a r i a t i o no fa s c h a n g e ss l i g h t l y , b u tm o s ts a m p l i n gp o i n t se x c e e dt h es t a n d a r d ；o n es a m p l i n gp o i n t i v 硕士学位论文 e x c e e d st h es t a n d a r df o rp b ，n oe x c e e d i n gp o i n tf o rc r ；z na n dh ga r ee r r a t i c a l l y d i s t r i b u t e da n dh a v eaq u i t eh i g hv a l u ea tm o s ts a m p l i n gp o i n t s m ni sw e l l d i s t r i b u t e d b u th i g h e ri nv a l u ea tm o s ts a m p l i n gp o i n t st h a nt h es t a n d a r d c di se r r a t i c a l l y d i s t r i b u t e do fw h i c ht h em a x i m u mv a l u ei sa tt h ex i a w a ns e c t i o n s e c o n d l y , t h eg e o a c c u m u l a t i o ni n d e x ，p o t e n t i a l e c o l o g i c a l r i s ki n d e xa n d s e d i m e n tp o l l u t i o ni n d e xw e r eu s e dt oa s s e s st h ep o l l u t i o nl e v e lo fh e a v ym e t a l sa t “c h a n g s h a z h u z h o u x i a n g t a n ”s e c t i o no fx i a n 西i a n gr i v e r t h er e s u l ti st h a tc d ，h g ， z na n dp ba r es e r i o u sc o n t a m i n a t i o ne l e m e n t s ，a n dt h e s e r i o u sc o n t a m i n a t e d m o n i t o r i n gs e c t i o n sa r ex i a w a n ，s e w a g ed r a i n i n ge x i to fb l a s tf u r n a c ep l a n t ，l o w e r r e a c h e so fl i u y a n gr i v e ra n ds oo n i na d d i t i o n ，c h e m i c a lf o r m a t i o n so ft h em a i nh e a v ym e t a l si nt h ek e yp o l l u t e da r e a i ns u r f a c es e d i m e n ti nx i a n g ji a n gr i v e rw e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o wt h a tc h e m i c a l f o r m a t i o n so fh e a v ym e t a lc da n dz ni ns u r f a c es e d i m e n ta r em a i n l yc o m p o u n d s c o m b i n e db yo x i d a n t so ff ea n dm na n dw a t e ra n da c i ds o l u b l ep h a s e t h ep bi s m a i n l yf o u n di nc o m p o u n d sc o m b i n e db yo x i d a n t so f f ea n dm na n dr e s i d u a lf 0 1 t n t h ec ui no r g a n i cb o u n da n dr e s i d u a lf o r mi sv e r yg r e a ti nq u a n t i t y f i n a l l y ，t h i sp a p e ru s ec o r r e l a t i o na n a l y s i s ，c l u s t e ra n a l y s i s ，p r i n c i p a lc o m p o n e n t a n a l y s i s ( p c a ) a n dp o s i t i v em a t r i xf a c t o r i z a t i o nt oa p p o r t i o nt h eh e a v ym e t a ls o u r c e s i ns e d i m e n to fx i a n g j i a n gr i v e r t h r o u g hq u a l i t a t i v ea n a l y s i sb yt h ef o u rm e t h o d s ，t h e p o l l u t i o ns o u r c e sa r ed i v i d e di n t ot h r e em a j o rt y p e s a n di n t h i ss t u d y ，p c a a n d p o s i t i v em a t r i xf a c t o r i z a t i o nm o d e lw a sa p p l i e dt oa p p o r t i o nt h em a s sc o n c e n t r a t i o n s o fe a c hh e a v ym e t a ls o u r c ea n di t sc h e m i c a ls p e c i e s k e yw o r d s ：h e a v ym e t a lp o l l u t i o n ；p o l l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ；p o l l u t i o na s s e s s m e n t ； s o u r c e sa p p o r t i o n m e n t v l 湘长株潭段水体重金属污染特征及污染源解析 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t 。i v 插图索引一v i i i 附表索引i x 第l 章绪论1 1 1 研究意义与目的l 1 1 1 研究来源一1 1 1 2 研究意义及目的1 1 2 水环境重金属污染评价现状2 1 3 染源解析技术研究现状3 1 3 1 大气污染源解析技术现状一4 1 3 2 源解析技术在水环境中的应用j 5 1 3 3 源解析技术在水环境重金属污染中的应用5 1 4 主要研究内容及技术路线6 第2 章湘江水沉积物系统中重金属的污染特征8 2 1 “长株潭”水相重金属含量及分布特征8 2 1 1 “长株潭”各监测断面单因子超标情况9 2 1 2 重金属随时间变化特征1 1 2 1 3 重金属随流量变化特征1 3 2 2 “长株潭”段表层沉积物中重金属的含量及分布特征1 5 2 2 1 “长株潭”段表层沉积物中重金属的含量1 6 2 2 2 “长株潭”沉积物重金属污染分布特征18 2 3 小结l 2 l 第3 章湘江重点污染因子和污染区域的确定2 3 3 1 潜在危害生态指数确定重点污染因子和污染区域2 3 3 1 1 潜在危害着指数一2 3 3 1 2 潜在危害指数评价的结果2 5 3 2 地质积累指数确定重点污染因子2 8 3 2 1 地质积累指数2 8 3 2 2 地质积累指数的结果2 8 硕士学位论文 3 3 沉积物污染指数确定重点污染区域3 1 3 3 1 沉积物污染指数31 3 3 2 沉积物污染指数的结果31 3 4 小结3 3 第4 章重点污染区域沉积物中重金属的形态特征3 5 4 1 重金属的形态分布特征一3 6 4 1 1c d 的形态分布特征3 6 4 1 2c u 的形态分布特征3 7 4 1 3p b 的形态分布特征一3 8 4 1 4z n 的形态分布特征一3 9 4 2 生物有效性分析4 0 4 - 3 小结4 0 第5 章湘江沉积物重金属污染源解析4 2 5 1 相关分析初步确定污染源4 2 5 2 聚类分析确定污染源4 3 5 3 主成分分析多元线性回归解析污染源4 5 5 3 1 主成分分析一4 6 5 3 2 绝对主成分得分一多元线性回归4 6 5 3 3 主成分分析解析结果4 7 5 4 正矩阵因子分解解析污染源5 0 5 4 1 正矩阵因子分析法5 0 5 4 2 正矩阵因子分解解析结果51 5 5 小结5 5 结论5 6 参考文献5 8 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录：6 5 致谢6 6 v 湘长株潭段水体重金属污染特征及污染源解析 插图索引 图1 1 技术路线图7 图2 1 湘江“长株潭 监测断面9 图2 2 镉沿程超标率9 图2 3 汞沿程超标率一1 0 图2 4 砷沿程超标率1 0 图2 5a s 随时间变化的沿程分布图1 1 图2 6h g 随时间变化的沿程分布图1 2 图2 7c d 随时间变化的沿程分布图1 2 图2 8 霞湾断面a s 与径流量变化关系1 4 图2 9 霞湾断面h g 与径流量变化关系1 4 图2 1 0 霞湾断面c d 与径流量变化关系1 5 图2 1 1 湘江底泥监测断面1 6 图2 1 2 金属c r 、p b 和a s 的污染指数沿程分布图1 9 图2 1 3 金属z n 、m n 和h g 的污染指数沿程分布1 9 图2 1 4 金属c d 污染指数沿程分布2 0 图4 1 采样点c d 的形态分布图3 7 图4 2 采样点c u 的形态分布图3 7 图4 3 采样点p b 的形态分布图j 3 8 图4 4 采样点z n 的形态分布图一3 9 图5 1 聚类分析的垂直冰柱图4 5 图5 2 各污染物的三维因子载荷4 9 图5 3 基本运行和仿真运行的结果5 2 图5 4 镉和锌监测值和预测值图5 2 图5 5 第一因子5 2 图5 6 第二因子5 2 图5 7 第三因子5 2 i i l 硕士学位论文 附表索引 表2 1 湘江“长株潭”底泥重金属浓度表1 7 表2 2 河流底泥评价标准1 8 表2 3 湘江底泥污染指数表18 表3 1 潜在生态风险评价指标与分级关系2 5 表3 2 工业化前重金属的参照值和毒性系数2 5 表3 3 湘江沉积物中重金属的潜在生态危害系数( e ，1 ) 和危害指数( r i ) 2 5 表3 4 湘江沉积物中重金属的潜在生态危害系数( e ，1 ) 和危害指数( r i ) 2 6 表3 5 地积积累指数( i 鲫) 与地积累污染级数2 8 表3 6 河流底泥评价标准2 8 表3 7 湘江底泥地质积累指数及污染分级2 9 表3 8 湘江沉积物中重金属污染的i g e o 和污染分级3 0 表3 9 沉积物污染指数级数3 1 表3 1 0 主成分分析特征值和特征向量3 2 表3 1 l 选取变量的权重3 2 表3 1 2 湘江底泥重金属污染因子质量等级3 2 表3 1 3 湘江“长株潭 段沉积物污染指数统计3 3 表4 1 霞湾污染因子总量值3 6 表5 1 各污染物间p e a r s o n 相关系数4 2 表5 2 湘江底泥重金属浓度4 4 表5 3 旋转因子后的载荷矩阵一4 8 表5 4 绝对主成分得分一多元线性回归源贡献率4 9 i x 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究意义与目的 1 1 1 研究来源 本研究来源于国家“十一五重大科技专项国家水体污染控制与治理科技 项目中的湘江水环境重金属水质目标管理与监测技术研究子课题任务2 湘 江水环境重金属污染特征。 1 1 2 研究意义及目的 湘江是洞庭湖水系最大的河流，干流全长8 5 6 公里，湖南省境内长6 7 0 公里， 流域面积8 5 3 8 5 平方公里，占湖南全省面积的4 0 3 。水系跨郴州、永州、衡阳、 娄底、株洲、湘潭、长沙、岳阳等八市，2 0 0 5 年底流域人口达3 9 7 7 6 万人，占全 省总人口的5 9 1 ，其中城镇人口占全省城镇人口的5 8 3 。湘江流域也是湖南省 的主要经济带，全省冶金、化工、建材、轻工、纺织、食品加工、机械等行业大 多分布在湘江流域，其中衡阳水口山、株洲清水塘、湘潭岳塘是全省重要的工业 区，下游的长沙、株洲、湘潭城市群更是流域的核心。“十五期间湘江流域经 济取得了快速发展，其经济总量和工业发展总体水平居全省之冠，2 0 0 5 年工业总 产值2 0 2 1 2 亿元，占全省工业总产值的8 1 4 。但湘江流域经济的快速发展也带 来了一系列的环境问题，据统计，2 0 0 5 年湘江流域工业主要水污染物有毒有害的 汞、镉、铬、铅、砷、氰化物和挥发酚占全省工业污染物排放总量的6 0 。 湘江既是纳污水体，又是流域居民的重要生活饮用水及工农业用水水源。由 于产业结构和工业企业地区分布的不合理以及冶炼、化工等行业工艺水平的相对 落后，湘江流域经济的快速发展也带来了一系列的环境问题。其中尤其突出的是， 有毒有害重金属在部分河段超标频率越来越高，超标倍数呈增加趋势，部分江段 重金属排放量已超过了环境功能规划所容许的纳污能力，湘江底泥中重金属镉、 汞、砷、锌、铜超标，部分排污口附近超标上百倍，其环境风险和潜在危害正在 不断增大。而且，有毒有害重金属元素在河流底泥中不断富积，遇到洪水或水环 境条件改变，随底泥扰动再悬浮或释放到水体中，极易造成河流水质重金属含量 超标，向下游河段和洞庭湖输移，扩大了危害影响范围。湘江流域是“有色金属 之乡 ，有色金属冶炼具有悠久的历史，重金属水体污染主要来自有色金属冶炼等 行业，行业结构型污染明显。这些，都己成为区域经济社会发展的瓶颈问题。已 严重威胁着饮用水及工农业用水源的安全。据统计，2 0 0 6 年湖南全省重金属排放 湘长株潭段水体重金属污染特征及污染源解析 如汞达到1 3 吨，镉1 8 5 吨，铬1 3 9 吨，砷8 0 5 吨，而以上重金属的6 0 集中排放于 湘江的衡阳、株洲、湘潭、长沙江段。同时，近年来湘江水环境重金属污染重大 事故时有发生，例如2 0 0 6 年1 月，株洲清水塘工业区进行排污渠道清淤时，株洲冶 炼厂一股高浓度含镉废水悄然排入湘江，导致湘江湘潭段出现大面积镉超标；2 0 0 6 年9 月，岳阳新墙河浩源化工公司和桃林铅锌矿化工厂废水未经任何处理，将超过 国家标准1 0 0 0 多倍的高浓度含砷废水直接注入新墙河，导致重大污染事故。研究 表明，湘江水环境重金属污染越来越严重，造成的危害也越来越具有突发性和爆 发性。 然而，目前由于湘江流域水环境功能区划的调整和行政区域内经济社会状况 的变化，湘江现有水质监测断面点位己不能适应新形势的发展，例如部分监测断 面重复设置或设置不当、部分区域缺少有效监控，导致对整个湘江水环境重金属 污染的整体特征、规律缺乏系统、准确的认识，对重点污染源缺乏有效的监控； 同时，目前尚缺乏对河流重金属水质目标管理技术体系的系统研究，对于重金属 污染由来已久且污染已非常严重的湘江，其水质管理继续执行以前的标准已经不 能满足湘江水环境功能区划和重金属污染物总量控制的要求；再次，对重金属污 染突发事故的应急技术体系包括应急状态下重金属快速监测分析技术、新型在线 监测仪器等缺乏系统研究，导致污染事故发生后难以迅速提供可靠技术参数和对 策依据而造成更大的经济损失和社会影响。因此，根据湘江水环境重金属污染的 特点，对整个流域内的水质监测断面点位进行优化，建立科学、高效的重金属污 染监控网络体系，全面、准确地认识湘江流域水环境重金属污染特征、规律，建 立科学合理的湘江水环境重金属污染水质目标管理技术体系和监测技术体系，显 得非常必要和紧迫。 本研究以湘江“长株潭”河段为重点研究对象，根据主要江段重金属污染特 征与规律，结合湘江水环境质量标准，在分析各种历史数据和实测数据的基础上， 系统、准确地认识湘江流域水环境重金属污染特征、规律，分析湘江主要污染源， 初步尝试建立科学合理的湘江水环境重金属污染源解析技术。以期为湘江流域水 环境重金属污染水质目标管理、重金属污染减排和饮用水安全保障提供技术支持， 并为其它流域和区域的重金属污染治理和流域管理提供参考。 1 2 水环境重金属污染评价现状 水环境中重金属污染评价方法主要包括两方面：一是水质直接评价方法，二 是沉积物评价方法。 对于水质评价，目前国内外通常应用的方法主要有综合指数法、模糊数学法、 灰色理论系统、综合分级法、集对分析法等。综合指数法在一定程度上需克服单 因素分析的片面性和不确定性；模糊综合评价法是一种运用模糊变换分析和评价 2 硕士学位论文 模糊系统的方法，采用隶属度来描述差异的过渡状态，符合环境系统中各因素间 的不确定性、随机性和模糊性，可以作为处理环境评价中的模糊性问题的有力手 段：灰色理论系统是邓聚龙于1 9 8 2 年提出的【l 】，它在解决有限数据、不确定性问题 方面具有独特的优势，在水环境评价中，有限的时空监测数据只能提供不完全和 非确定的信息，因此环境系统是一个灰色系统，采用灰色系统理论进行分析有利 于得到更加客观、合理的结果；集对分析是赵克勤【2 j 提出的用于处理不确定性问题， 这种方法的基本思路是从同一性、异差异不确定性、对立性3 个侧面研究环境系统 中给定问题背景下的确定性联系与不确定性的联系、可变与转化，然后用一个能 充分反映上述情况的同异反联系数进行系统的具体研究。 目前，国内外学者常通过评价沉积物中的重金属来间接分析水体重金属的污 染程度。沉积物质量评价方法主要包括化学分析指数法和生物监测法。化学分析 指数法包括地积累指数法、元素富集指数法、综合指数法、尼梅罗综合指数法、 回归过量分析法、次生相富集系数法、污染负荷指数法、对比度和阈值、潜在生 态危害指数法、脸谱法等。生物学方法有整体沉积物毒性检验、底栖生物评价法 等。综合指数法、尼梅罗综合指数法、污染负荷指数法、沉积物富集系数法和次 生相富集系数法等。 目前普遍采用的方法主要有地质累积指数法、潜在生态危害指数法、次生相 与原生相分布比法和沉积物富集系数法，从而间接反映水环境重金属污染程度。 地质累积指数法不仅考虑了人为活动对水环境的影响，而且还考虑到由于自然成 岩作用可能会引起背景值变化的因素，但该方法没有考虑不同重金属元素毒性效 应的差别；潜在生态危害指数法考虑了重金属的毒性、在沉积物中的迁移转化规 律、评价区域对重金属污染的敏感性以及重金属区域背景值的差异，可以综合反 映沉积物中重金属对生态环境的影响潜力【3 】。次生相与原生相分布比法消除了母岩 对重金属浓度的影响，可以较为客观地反映人类活动对沉积物环境的影响；沉积 物富集系数法对有关沉积物粒度进行了有效地校正，消除了由于黏土含量的不同 造成沉积物重金属浓度的差别，但它不能反映重金属来源、化学活性和生物可利 用性。 1 3 染源解析技术研究现状 “源解析”一词主要起源于对大气颗粒物污染源的识别与解析，为了有效控 制大气颗粒物的污染源，源解析技术应运而生。大气颗粒物源识别与解析研究一 直是大气环境研究的重要课题，大气源解析技术不仅可以定性识别大气颗粒物的 污染源，而且可以定量地计算出每个污染源对受体环境的贡献值，即它是对大气 颗粒物的来源进行定性或定量研究的技术。 湘长株潭段水体蕈会属污染特征及污染源解析 1 3 1 大气污染源解析技术现状 大气源解析技术大体可以分为三种：( 1 ) 排放清单；( 2 ) 以污染源为对象的扩散 模型；( 3 ) 以污染区域为对象的受体模型。 1 排放清单 排放清单是通过观测和模拟大气颗粒物的源排放量、排放特征及排放地理分 布等列表建立模型 4 】。排放清单内容主要包括点源、面源。这种方法需要详细的污 染源排放清单，而且计算过程比较复杂，选取的排放参数对结果影响很大，如缺 乏部分源排放因子，则计算的结果存在较大的不确定性。 2 扩散模型 扩散模型是根据污染源排放率和当地的气象资料来估算污染源排放并扩散到 采样点处对采样点处大气颗粒物的影响，即利用已知影响采样点处大气颗粒物的 污染源个数和方位，选取主要污染因子，利用扩散模型估算这些污染源对采样点 处大气颗粒物中该污染因子的贡献。 扩散模型需要提供颗粒物扩散过程中详细的气象资料，需要知道粒子在大气 中生成、消除和输送等重要特征参数，获取这些参数并把握其规律性使扩散模型 变得复杂和实际操作困难。扩散模型中的许多变量在时空上是随机的、复杂的、 彼此之间相互独立，并且利用扩散公式只能估算出近似值，不能准确地计算并描 述颗粒物在大气中的扩散特征，因此扩散模型只能粗略地计算污染物在受体处的 负载。 3 受体模型 受体模型就是通过测量源和大气环境( 受体) 样品的物理、化学性质，定性识别 对受体有贡献的污染源，并定量计算各类污染源对受体的贡献值。应用受体模型 对大气颗粒物污染源进行解析是大气颗粒物主要源解析技术，它旨在研究排放源 对受体的贡献，已广泛应用于城市、区域以至全球的大气环境。受体模型不依赖 于排放源的排放条件、气象、地形等数据，不用追踪颗粒物的迁移过程，避开了 源模型计算遇到的困难【5 6 】。受体模型所给出污染物对各类排放源的贡献值，可作 为大气污染防治战略性决策的依据【7 j 。 最早开展大气颗粒物源解析技术并用于大气环境资源管理的国家是美国。