（环境科学专业论文）淮河（安徽段）行蓄洪区沉积物重金属污染及潜在生态危害研究.pdf

t h es t u d yo fh 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 s t h ep o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ki nt h ef l o o dd i v e r s i o n a r e a sa l o n gh u a i h er i v e r , a n h u ip r o v i n c e a b s t r a c t t h es e d i m e n ts a m p l e sf r o mt h ef l o o dd i v e r s i o na r e a s ：m e n g w a 、q i u j i a h u 、 t a n g d u o h ua n dj i n g s h a n h ua l o n gh u a i h er i v e r ，a n h u ip r o v i n c ew e r ec o l l e c t e d t h et o t a lc o n c e n t r a t i o n sa n dc o n t e n to fd i v e r s ec h e m i c a lp h a s e so ft h eh e a v ym e t a l s ( p b 、h g 、z n 、c d 、a s ) i nt h es e d i m e n ts a m p l e sw e r ea n a l y z e d t h ep o t e n t i a l e c o l o g i c a lr i s ko ft h ef i v eh e a v ym e t a l sw a sp r e l i m i n a r i l ye v a l u a t e db yt h ei n d e xo f g e o a c c u m u l a t i o n ( i g e o ) & t h ep o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ki n d e x ( p e r ) t h er e s u l t s s h o wa sf o l l o w i n g ：t h ec o n c e n t r a t i o n so fh e a v ym e t a l si nt h es e d i m e n ts a m p l e sa r e g e n e r a l l yh i g h e rt h a nt h eb a c k g r o u n dv a l u e s ，t h e r ea r eg o o dp o s i t i v er e l a t i o n s h i p s a m o n gt h ee l e m e n t si ns u r f a c es e d i m e n t se v a l u a t e dw i t hk e n d a l l sr a n kc o r r e l a t i o n a n a l y s i s t h u s ，i ti sp o s s i b l et h a tt h ef l o o dd i v e r s i o na r e a sh a v eb e e np o l l u t e db y t h es i m i l a rp o l l u t i o nr e s o u r c e s u s i n gb c r s e q u e n t i a le x t r a c t i o np r o c e d u r e st o a n a l y z et h eh e a v ym e t a l ss p e c i a t i o n s ，i ti n d i c a t e st h a tt h es p e c i a t i o n so fs a m ek i n d e l e m e n th a v et h es i m i l a rd i s t r i b u t i o n si nt h ef l o o dd i v e r s i o na r e a s t h em a i nf o r m o fp b 、z n 、a sw e r er e s i d u ep h a s ea n dt h er a t eo fn o n r e s i d u ep h a s eo fc dw e r em o r e t h a n5 0p e r c e n t t h ea s s e s s m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h eh e a v ym e t a lp o l l u t i o no f s u r f a c es e d i m e n tb e l o n g st ol i g h t - m i d d l ed e g r e er i s k t h em a i ne c o l o g i c a lr i s k f a c t o r so ft h es u r f a c es e d i m e n t sa r ec d ，h g t h e yc a na c q u i r es a t i s f i e da s s e s s m e n t r e s u l t su s i n gt h ei g e oa n dp e rm e t h o d st o g e t h e r t h ee c o l o g i c a la n ds o c i a l p r o b l e m sw e r ea l s od i s c u s s e d ，a n ds o m eo p i n i o n sw e r ep r o p o s e d k e yw o r d s ：h u a i h er i v e r , f l o o dd i v e r s i o na r e a s ， s e d i m e n t s ，h e a v ym e t a l s e n v i r o n m e n t a le f f e c t sa s s e s s m e n t 插图清单 图1 1 课题研究的技术路线图 图2 1 淮河流域范围与水系图 图2 1 颍上县行洪区位置图 图2 2 王家坝行蓄洪区 图2 3 荆山湖行蓄洪区进、退洪闸 图3 1 行蓄洪区位置图 图3 2 行蓄洪区沉积物采样示意图 图3 - 3b c r 分布提取步骤示意图 图4 1 重金属含量柱形图 图4 2 重金属含量与背景值比较柱型图 图4 3 重金属形态分布柱形图 图6 1 污染严重的颍河 图6 2 邱家湖行洪区砂压地及修复工程 图6 3 处于蓄洪时期的王家坝金黄村庄台 加_。旧加烈押鹪北们们 表格清单。 表卜1 连续浸提分析方法的比较 表2 1 安徽省淮河中游行洪区基本情况表 表2 - 2 颖上县沿淮行洪区基本情况表 表3 一l 采样点地理位置 表3 2 实验使用的试剂 表3 - 3 实验所用仪器 表3 4a f s 测定条件 表4 一l 重金属元素背景值比较( m g k g ) 表4 2 沉积物中重金属含量 表4 3 重金属含量分布范围和平均值 表4 4 行蓄洪区沉积物重金属元素相关性( n = 2 4 ) 表4 5p b 各形态占总量百分比例 表4 - 6z n 各形态占总量百分比例。 表4 7c d 各形态占总量百分比例 表4 - 8a s 各形态占总量百分比例 表5 1 地积累指数( i g e o ) 分类与污染程度 表5 2 地积累指数法地球化学背景值( m g k g ) 表5 3 地积累指数值 表5 4 地积累指数分级 表5 - 5 潜在生态危害指标及分级关系 表5 6 行蓄洪区潜在生态危害系数和指数 0 m坫掩趴盟拢历约引趴弛弛盯 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究【：作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研冗成果，也不包肯为获得 盒超些盘堂或其他教育机构的学位或证 悖雨使用过的材料。与我一同l ：作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名 剐主捻 签字日期：口年舌月? 目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解佥起量些盘堂有关保留、使用学位论文的规定有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 佥罂工些态堂可以将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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：蒯女矽令 签字日期：彳年月甲日 学位论文作者毕业后去向 r 作单位： 通讯地址： 铷签知让 签字日期：。彳年百月他日 电话 邮编 致谢 首先感谢我的导师李双应教授，从论文的选题到实验、研究工作的开展，以 及论文的撰写，每一步都给予了悉心的指导，论文中的每一字无不渗透着导师的 心血。三年的学习生活中，导师的博学多才、严谨治学以及一丝不苟的工作作风 深深的影响着我，激励着我，使我获益非浅、终生受益。在此论文完成之际，谨向 导师表示最诚挚的谢意! 衷心感谢何刚师弟在实验中给予的支持与帮助。感谢我的大学同窗、合肥 市环境监测中心站的王成贵同志在实验过程中的精心指导! 感谢师兄孔为伦， 师弟储书武和郝玺给予的帮助! 感_ i 身 我的家人在我求学过程中给予的支持、理解与鼓励。他们的无私的支持 与鼓励，是我顺利完成学业的动力。 同时，安徽省环境科学研究院、安徽省水利厅、颖上水务局、阜南县防汛抗 旱指挥部、阜南县王家坝镇人民政府、怀远县水利局为本文的写作提供了大量 资料和帮助，在此表示诚挚的谢意。同时向在论文中被引用资料的单位及个人表 示感谢! 作者：蒯文玲 2 0 0 6 年5 月2 0 同 第一章概述 1 1 重金属及重金属污染 什么是重盒属，尚没有严格统一的定义。目前学术界主要有两种见解，其一 重金属指比重大于4 或5 的金属，约有4 5 种，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、 镉、汞、钨、钼、金、银等。其二，在环境污染方面所晚的重金属主要是指汞( 水 银) 、镉、铅、铬等生物毒性显著的重元素，砷是一种准金属，但由于其化学性 质和环境行为与重金属多有相似之处，故在讨论重会属时往往包括砷。尽管 锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、 镉等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。 早在公元前约1 0 0 0 年，人们r 盲目而毫无节制地丌发会属资源，就造成了重 金属对环境的最初的污染，在当时，也发现了重金属中毒的患者”。现今环境中 重金属主要来源于有色金属治炼工业、采矿工业、化工业、制革工业、核工业 生产过程中排放出的废水、废渣、废气。它们由于某些原因未经处理就被排入 河流、湖泊或海洋，或者进入了土壤中，使得这些河流、湖泊、海洋和土壤受到 污染，使得环境f ；： 趋恶化，直接或间接对生物造成威胁，并给人类健康带来危害。 重金属污染具有以下特点：1 ) 有些重金属，如锰、铜、锌等生物机体所必 需的微量元素，只是在超过一定量的标准时才是污染物。2 ) 重金属不能被生物 降解，却能在食物链的生物放大作用下，成千百倍地富集，进入环境中的重金属 往往参与食物链循环并在生物体内积累，破坏生物体的正常生理代谢。“。鱼类 或贝类如果积累重金属而为人类所食，或者重金属被稻谷、小麦等农作物所吸收 被人类食用，重金属就会进入人体使人产生重金属中毒，轻则发生怪病( 水俣病、 骨痛病等) ，重者就会死亡。3 ) 重金属形态多变，重金属的毒性及稳定性与其形 态关系密切，如甲基汞的毒性是无机汞的10 0 多倍，4 ) 重金属的物理化学行为 多具有可逆性，如沉淀一溶解、氧化一还原、吸附一解吸：5 ) 重金属产生毒 性效应的浓度范围很低，由于重金属灾生物体内具有富集性，因此即便是微量重 金属的存在也可能构成污染的原因。6 ) 毒性潜伏期长。关于重金属元素对生物 体的致毒作用国内外研究了很多，其中有l o n g 和m o r g a n p 的以生物体做试验的 重金属含量阀值研究，有入把这个值作为沉积物中重会属含量的界限”1 。7 ) 重 金属污染物不能或不易被降解而消除，从而造成更大的危害。上个世纪出现的举 世闻名的由汞污染引起的“水俣病”事件和由镉污染引起的“骨痛病”事件， 以及在欧洲某些国家陆续发现重金属污染而引发的一系列严重的生态后果，唤 醒了人类对重金属污染的重视。其中，一些重金属污染危害已成为世界范围的环 境问题而引起了高度的重视。 1 2沉积物 1 _ 2 1 沉积物的来源 沉积物最主要的来源是地表先成岩石的风化，即母岩风化作用的产物。风化 彻底的岩石所提供的沉积物几乎全是由风化最终产物组成，这些物质在搬用过 程中进一步分选，成为分别由粘土矿物或碎屑组成的成分单一的沉积物，其中， 重矿物含量很少。风化不彻底的岩石所提供的沉积物成分复杂，稳定和不稳定的 矿物碎屑都有，还有较多的各种岩石碎屑和重矿物。生物死亡后其遗体在原地堆 积埋藏，或搬用到异地堆积下来，也成为沉积物的一部分。这些沉积物主要形成 了油、气、煤、燃料等资源。另外，沉积物还来自于由火山作用带到地表的火山 碎屑物及其伴生的气热液和沿深断裂流出地表的热卤水以及来自宇宙空间，降 落到地球上的陨石。与其他来源的沉积物相比，宇宙来源的沉积物是次要的，母 岩风化来源是最主要的。 1 2 2 沉积物的性质 沉积物中最重要的自然胶体为粘土矿物，其粒径一般小于0 0 0 i m m ，是沉积 物颗粒中最活跃的部分，影响着沉积物许多重要的物理、化学性质，如高吸水能 力、粘着性好、强吸附能力等。 总的来说，沉积物具有下列性质： ( 1 ) 有序性和稳定性，这一性质为大环境的演变研究及对全球变化的重建提 供了重要的理论依据。 ( 2 ) 沉积物是一个复杂的体系，在这个体系中，发生着复杂的化学、物理化 学、以及复杂的生物化学反应。其中，沉积物体系的氧化还原性、酸碱性等对各 种反应和物质交换起着决定性的影响。 ( 3 ) 富集性：富含有机质的沉积物中腐殖质含量较高，具有很强的吸附与 富集污染物的能力。1 9 8 2 年p e t e r 等”3 指出1 2 9 种污染物中的绝大多数优先积 累于沉积物中和生物体中，特别是高毒性污染物几乎全部优先积累于沉积物和 生物体中。因此，优先监测沉积物可大大提高区域环境污染监测效率和监测灵敏 度、准确度。 1 3 沉积物中的重金属 1 3 1 影响沉积物中重金属含量的因素 据有关文献报道，水体中的重金属有8 0 以上存在于沉积物内。影响沉积物 中重金属含量可分为自然因素和人为因素两种。对于已经受污染的水体，其沉积 物中重金属含量受人为因素影响较大，研究表明，底泥沉积物中重余属含量随深 度而变化”1 尤其是改革开放以来，随着工业的发展，重金属污染越来越严重，沉 积物中含量越来越高。 对于相对清洁的水体沉积物中重余属含量主要受自然因素的影响。 ( 1 ) 自然地质过程的影响。各种地质作用，如构造活动、陆地和海底岩石 风化、侵蚀及水动力作用等，都可造成重金属元素在水体中的分散迁移和在沉积 物中的沉积聚集等。自然过程作用的结果表现了重金属元素的自然丰度和分布 状态，即构成了其环境本底值( 也称为背景值或环境基线值) 。在没有人为污染的 情况下，水体中重金属的含量值一般很低，不会对人体健康造成危害。 ( 2 ) 区域气候的影响。尽管各个水体的沉积物性质各异，成分复杂，但是它 们尤其是污染相对较少的河流中的沉积物，被认为是自身水域范围内的岩石、土 壤的持续气候变化和淋洗过程的产物，因此不同地域的沉积物中微量重金属元 素的含量与流域内的气候情况有关。1 。 ( 3 ) 外部环境因素的影响。影响同一地域内沉积物中微量重金属含量的外 部环境因素有酸度、温度、盐度、氧化还原电位( e h ) 、络合剂含量等，它们的变 化将引起沉积物中重金属的吸着或释放u ”1 。如沉积物氧化还原环境影响着重金 属元素在沉积物与水体的固液相间的交换，引起重金属元素在两相间平衡的移 动而发生沉积或释放，一般将e h 在4 0 0 m y 以上者认为是氧化环境，4 0 0 2 0 0 m y 为弱 氧化环境，2 0 0 m y 为中度还原环境，o m v 以下为强还原环境3 。 ( 4 ) 沉积物中的有机质和微生物活动的影响。大量金属阳离子能被吸附到 藻类、细菌、真菌上。细菌作为重要的微生物种类，它的细胞壁能强烈吸附水体 中的金属阳离子，这导致水体中金属元素的含量与细菌的可移动性息息相关 ”“1 。水体中金属离子在细菌表面的吸附作用能强烈影响金属的形态及其在水 一沉积物体系中的迁移。 ( 5 ) 沉积物自身性质的影响。沉积物中重金属的含量除了受水体中重金属 的负荷和沉积物一水界面环境条件( 如p h 和e h ) 、有机质和微生物活动的影响外， 还受沉积物自身性质( 沉积物表面特性、地球化学特性以及粒度) 的显著影响 “。其中粒度是最主要的控制参数“”1 。 1 3 2 以小于6 3 u m 粒级为统一粒级标准的合理性 总的来说，影响颗粒物中重余属含量的主要因素包括物理因素以及化学因 素“”1 一般地，随着颗粒物粒度降低，重金属元素的含量增加，这是粒度对上述 物理和化学因素综合作用的结果。基于科学研究的统一性和可比性以及建立沉 积物质量基准的需要，颗粒物中重金属是研究迫切需要建立在一种统一的粒度 标准上。 我国学者陈静生”0 3 的研究指出，以 a s h g p b c u z n 。 淮河流域行蓄洪区的开辟，是在治淮初期国家经济条件比较困难，技术资料 缺乏的情况下，牺牲局部保全大局的权宣措施，是构筑淮河干流防洪体系的重要 组成部分，在历次的洪涝灾害中发挥了显著的抗灾减灾效益。在2 0 0 3 年淮河大水 之后，人们的视线再次聚焦行蓄洪区。但是研究的重点仍在行蓄洪区的调整建设 ”7 、可持续发展研究”“ 以及洪涝灾害原因探讨”等方面。对行蓄洪这一 行为给行蓄洪区带来的生态危害尤其是重金属污染尚未见到相关的研究报道。 1 5 本课题研究的主要内容 课题来源于合肥工业大学博士基金项目淮河行蓄洪区环境沉积学研究。 本课题应用环境沉积学原理，以行蓄洪区的沉积物为研究对象，将沉积学的决 口扇沉积模式应用于行蓄洪区的重金属污染研究。研究的主要内容有： ( 1 ) 用王水一h n o 。- h c l o 。对沉积物进行消解，对重金属p b 、h g 、z n 、c d 、a s 总 最进行测定，以了解行蓄洪区重金属污染的一般状况。 ( 2 ) 用b c r 连续萃取分级法进行沉积物重金属的形态提取实验，以了解沉积 物中重金属的赋存形态。重金属的存在形态是沉积物中重金属活动性的重要参 数，对了解重金属的生态环境效应有重要意义。 ( 3 ) 应用地积累指数法和潜在生态危害指数法客观地评价了行蓄洪区沉积 物的重金属的潜在生态危害。 ( 4 ) 对整个行蓄洪区的存在的生态环境社会问题进行探讨分析，并提出一些 建设性意见。 本课题的研究具有以下意义： 1 ) 为淮河流域行蓄洪区政策的调整与建设提供依据。 2 ) 从一个独特的角度、崭新的视角反映淮河流域的污染情况。 3 ) 可以对淮河行蓄洪区的生产建设予以理论指导。 另外本文对行蓄洪这一社会行为给行蓄洪区带来的一系列生态及社会问题 进行分析探讨，以使行蓄洪区社会发展、经济繁荣、生态优化。目前国内外尚未 见相关的研究。 本课题研究的技术路线图见图卜1 图卜1 课题研究的技术路线图 淮河( 安徽段) 行蓄洪区沉积物重金属污染及潜在生态危害研究 上 餐 对行蓄洪区进行考察 4 1r 句 皇 采集土样 接 上 土样预处理 1r 土样分析 f 重金属b c r 形态分析 重金属含量分析 、 1r 完 数字结果分析 成 论 r 文 1 r 重金属生态风险评价 土 行蓄洪区生态环境评价 一l o 第二章研究区域概括 2 1 淮河概况 2 1 1自然地理 淮河，发源于河南桐柏山，流经豫、皖、苏三省，全长约1 0 0 0 千米，在全国七 大河流中位居第六。她地处中国东部，介于长江和黄河两流域之i 白j ，位于东经 1 1 2 。1 2 1 。北纬3 l 。3 6 。，流域面积2 7 万平方千米。流域西起桐柏山、伏 牛山，东临黄海，南以大别山、江准丘陵、通扬运河及如泰运河南堤与长江分界， 北以黄河南堤和沂蒙山与黄河流域毗邻。流域西部、西南部及东北部为山区、 丘陵区，其余为广阔的平原。山丘区面积约占总面积的l 3 ，平原面积约占总面 积的2 3 。流域西部的伏牛山、桐柏山区，一般高程2 0 0 5 0 0 米；沙颖河上游 石人山高达2 1 5 3 米，为全流域的最高峰；南部大别山区高程3 0 0 l7 7 4 米；东 北部沂蒙山区高程在2 0 0 l l5 5 米。丘陵区主要分布在山区的延伸部分，西部高 程一般为1 0 0 2 0 0 米，南部高程为5 0 1 0 0 米，东北部高程一般在1 0 0 米左右。 淮河干流以北为广大冲、洪积平原，地面自西北向东南倾斜，高程般1 5 5 0 米：淮河下游苏北平原高程为2 1 0 米；南四湖湖西为黄泛平原，高程为3 0 5 0 米。流域内除山区、丘陵和平原外，还有为数众多、星罗棋布的湖泊、洼地。 图2 - i 是淮河流域范围与水系图 图2 - 1 淮河流域范围与水系图( 据文献 8 6 ) 2 i 2 气象水文 淮河流域地处我国南北气候过渡带，淮河以北属暖温带区，以南属北亚热带 区，气候温和，年平均气温为l l 1 6 。气温变化由北向南，由沿海向内陆递增。 极端最高气温达4 4 5 ，极端最低气温达一2 4 1 。蒸发量南小北大，年平均水 面蒸发量为9 0 0 15 0 0 毫米，无霜期2 0 0 2 4 0 天。自古以来，淮河就是中国南北 方的自然分界线。 淮河流域多年平均降水量约为9 2 0 毫米，其分布状况大致是由南向北递减， 山区多于平原，沿海大于内陆。流域内有三个降水量高值区：一是伏牛山区，年 平均降水量为1 0 0 0 毫米以上；二是大别山区，超过1 4 0 0 毫米：三是下游近海区， 大于1 0 0 0 毫米。流域北部降水量最少，低于7 0 0 毫米。降水量年际变化较大， 最大年雨量为最小年雨量的3 4 倍。降水量的年内分配也极不均匀，汛期( 6 9 月) 降水量占年降水量的5 0 8 0 。 2 1 3 河流水系 淮河流域以废黄河为界，分淮河及沂沭泗河两大水系，流域面积分别为1 9 万平方千米和8 万平方千米，有大运河及淮沭新河贯通其间。 淮河发源于河南省桐柏山，东流经豫、皖、苏三省，在三江营入长江，全长 1 0 0 0 千米，总落差2 0 0 米。洪河口以上为上游，长3 6 0 千米，地面落差1 7 8 米，流 域面积3 0 6 万平方千米：洪河口以下至洪泽湖出口中渡为中游，长4 9 0 千米， 地面落差1 6 米，中渡以上流域面积1 5 8 万平方千米；中渡以下至三江营为下游 入江水道长1 5 0 千米，地面落差约7 米，三江营以上流域面积为1 6 4 6 万平方千 米。洪泽湖以下淮河下游的排水出路，除入江水道以外，还有苏北灌溉总渠和向 新沂河相机分洪的淮沭新河。 淮河上中游支流众多。南岸支流都发源于大别山区及江淮丘陵区，源短流急 流域面积在2 0 0 0 7 0 0 0 平方千米的有白露河、史灌河、淠河、东淝河、池河。 北岸支流主要有洪汝河、沙颖河、话淝河、涡河、从浚河、新汴河、奎濉河、 其中除洪汝河、沙颍河上游有部分山丘区以外，其余都是平原排水河道，流域面 积以沙颍河最大，近4 万平方千米。其他支流都在3 0 0 0 1 6 0 0 0 平方千米之间。 淮河下游里运河以东，有射阳港、黄沙港、新洋港、斗龙港等滨海河道，承泄里 下河及滨海地区的雨水，总流域面积为2 ，5 万平方千米。 沂沭泗河水系位于淮河流域东北部，大都属苏、鲁两省，由沂河、沭河、泗 河组成，均发源于沂蒙山区。泗河流经南四湖，汇集蒙山西部及湖西平原各支流 后，经韩庄运河、中运河、骆马湖、新沂河于灌河口燕尾港入海。沂河、沭河自 沂蒙山区平行南下，沂河流至山东省临沂市进入中下游平原，在江苏省邳县入骆 马湖，由新沂河入海。沂河在刘家道口和江风口还有“分沂入沭”和邳分洪道， 分别分沂河洪水入沭河和中运河。沭河在大官庄分新、老沭河，老沭河南流至新 沂县入新沂河，新沭河东流经石梁河水库，至临洪口入海。沂沭泗水系流域面积 大于1 0 0 0 平方千米的平原排水支流有东鱼河、洙赵新河、梁济运河等。浚水系 直接入海的河流1 5 条，流域面积1 6 1 0 0 平方千米。 2 2 淮河流域安徽段概括 安徽地处淮河中游，淮河干流自阜南县王家坝入境至明光市小柳巷出境，长 约4 3 0 千米。主要支流有颖河、涡河、沱河、侩河、新汁河、奎河、溟河、东 把河、西视河、池河等2 0 余条。安徽省辖淮河流域面积6 6 9 4 l 平方千米，人口 3 8 7 i 8 万人。安徽地处暖温带与亚热带过渡地区，气侯温暖湿润，四季分明。淮 河以北属暖温带半湿润季风气侯，淮河以南为亚热带湿润季风气侯。 安徽省淮河流域涉及蚌埠、淮南、阜阳、六安、毫州、淮北、宿州、滁州、 合肥等直辖市，共涉及3 8 个县市。流域内2 0 0 0 年总人口约3 7 5 0 万人，其中农业 人口3 1 3 0 万人，人口密度达5 6 0 人k m 2 ，远高于全国平均水平。耕地总面积4 3 3 4 万亩，其中水田1 2 2 2 万亩，旱地3 1 1 2 万亩。是我国主要的粮油棉的生产基 地，2 0 0 0 年粮食、油料、棉花总产量分别位2 1 1 0 万吨、1 5 2 万吨、1 6 2 万吨， 工业以煤炭、电力工业及以农业产品为原料的食品、轻纺工业为主。交通发达， 京沪、京九、陇海铁路纵横贯穿本流域，铁路交织成网。淮河干流、支流湖泊的 内河航运也很发达。流域内公路四通八达，近几年高等级公路建设发展迅速。另 外，西气东输工程也贯穿安徽省的淮河流域。 2 3 淮河流域行蓄洪区 2 3 1 行蓄洪区简介 淮河流域的行蓄洪区，是1 9 5 0 年全面治淮以后根据河流地理特性，按照“蓄 泄兼筹”的治淮方针逐步建立起来的。目前，全流域共有2 8 处蓄滞洪区，累计面 积3 9 0 3 k m 2 ，蓄洪容量1 4 9 亿m 3 ，耕地2 2 8 7 万h m 2 ，1 9 9 7 年人口约1 6 5 万，固定资产 1 3 9 亿元，国内生产总值4 6 亿元，人均国内生产总值2 7 9 0 元。其中，10 处蓄滞洪区 总面积2 6 5 1 k m2 ，蓄洪容量8 8 亿m 3 ，耕地1 4 6 7 万h m 。，1 9 9 7 年人口约1 1 2 万，固定资 产9 0 亿元，国内生产总值3 l 亿元；1 8 处行洪区共计面积1 2 5 2 k m 2 ，滞洪容积6 l 亿m 4 耕地8 2 万h m2 ，1 9 9 7 年人口5 3 万人，固定资产4 9 亿元，国内生产总值1 5 亿元。 行洪区是指洪水到达某规定水位时才允许流过的范围，行洪区根据行洪作 用、面积大小、历史状况等不同情况，确定行洪水位及行洪方式。行洪区的主要 作用是在淮河河道泄洪能力不足时扩大河道的行洪断面，增加河道泄洪能力。作 为淮河行洪通道的一部分，淮河中小洪水( 5 0 0 0 7 0 0 0 m s ) 时，大部分行洪区投 入使用，较大洪水时，所有行洪区全部启用。据分析，行洪区可分泄淮河干流相应 河段河道设计流量的2 0 一4 0 。 蓄洪区主要是滞蓄河道超额洪水，削减河道洪峰，减轻洪水对河道堤防的防 洪压力。在历次洪水中，蓄洪区为削减河道洪峰、减轻淮北大堤等重要堤防的防 洪压力、保证重点防洪保护区的安全起到了重要的作用。 行蓄洪区是淮河流域防洪工程体系的重要组成部分。淮河流域现有蓄洪区 四处，即位于淮河干流中游两岸的蒙洼、城西湖、城东湖、瓦埠湖等4 处。安徽 省淮河中游行洪区共1 8 处，面积1 1 3 7 平方千米，耕地l l5 1 万亩，人口7 2 4 万 居住在行洪区内的人口4 8 万。其中：正阳关以上5 处，l7 7 2 平方千米，1 9 3 万亩耕地，5 7 3 万人，居住人口3 6 8 万。表2 1 为安徽省淮河中游行洪区基本 情况表 表2 一l 安徽省淮河中游行洪区基本情况表( 安徽省水利厅1 9 9 0 年统计资料) 面积耕地总人口洼地人口 地点所在县市 说明 ( 平方千米)( 万亩)( 万人)( 万人) 南润段 颖上2 0 22 o 1 4 0 9 润赵段 颖上1 2 51 21 o 1 0 扣除退建 邱家湖颖上 2 9 13 53 33 3 9 2 k m 扣除退建 姜家湖 霍邱4 7 65 o3 3i 9 1 9 k m 扣除退建 塘垛湖 颖上6 7 87 66 13 3 4 0 k m 寿西湖寿县 1 7 0 2 1 6 3 9 6 7 3 蓬峰湖 凤台4 3 06 o3 o2 0 上六坊堤 淮南市8 51 oo 8 下六坊堤淮南市1 6 21 91 6 o 2 石姚段淮南市 2 0 22 01 7o 6 汤渔湖 淮南、怀远 6 6 07 56 04 7 洛河洼淮南市】8 7】91 4 荆山湖怀远 7 4 07 65 6o 6 方邱湖蚌埠、凤阳 8 5 08 66l5 3 临北段五河 2 9 03 62 o1 9 花园湖凤阳、五河2 1 3 o1 5 69 26 2 香浮段五河、嘉山4 5 05 83 42l 潘村洼嘉山1 7 1 51 8 o6 95 9 合计1 1 3 7 51 1 5 17 2 44 7 2 2 3 2流域内安徽省颖上县、阜南县、怀远县概况 ( 1 ) 颖上县概况：颖上县地处淮河中游，中贯颖河，北靠西淝河，境内淮河 全长为9 8 千米，全县面积1 8 8 5 6 平方千米，耕地1 6 l 万亩，人口1 4 6 9 万人，境 内主要有南润段、邱家湖和唐垛湖等行洪区，行洪区基本情况见表2 2 。 其中，唐垛湖行洪区地处淮河干流垂岗集至正阳关之间，湖区东西长约1 5 千米；南北宽约6 千米，湖区面积6 9 7 平方千米，总耕地面积1 0 万亩，辖垂岗、 王岗和赛涧三乡镇。 图2 一i 为颍上县的行洪区位置图。 表2 - 2 颖上县沿淮行洪区基本情况表( 2 0 0 3 年统计) 名称所在乡镇面积( 平方千米)耕地( 亩)人口 南润段南照镇、润河镇 9 ，9 71 1 5 6 49 4 6 3 邱家湖半岗镇、关屯乡 2 7 8 12 8 7 4 55 2 7 l 唐垛湖王岗镇、垂岗镇、赛涧乡6 6 8 7 5 9 1 8 8 3 8 9 合计1 0 4 5 8 1 1 6 2 0 92 3 1 2 3 注：资料来源于颍上县水务局 图2 - 1 颍上县行洪区位置图 ( 2 ) 阜南县概况：阜南县位于淮河中上游北岸，总面积1 8 4 2 平方千米，人 1 31 4 2 万，耕地15 1 万亩，辖8 1 个乡镇。全境为淮河泛滥形成的冲积平原，地势 平坦开阔，海拔高度在2 0 米- - 3 4 米之间，地形由西北向东南缓倾。地势由西北 向东南逐渐缓倾，地面高程由新村最高3 1 5 米至蒙洼下段最低为2 0 米。全县境 内南部为洪蒙洼地，中部为岗坡地，北部为河问平地。全县主要河道有8 条，其中 边界河道两条，即淮河、洪河；内河6 条，即蒙河分洪道、洪河分洪道、谷河、 润河、陶子河、界南河等。其中蒙洼保护面积为1 8 2 平方千米， 耕地1 8 2 9 万亩，人口1 4 7 7 万，辖4 个乡镇一个农场；洪洼保护面积2 2 3 平方 千米，耕地2 2 万亩，人口1 6 3 2 万；内河( 谷河、润河、陶子河) 保护耕地面积 1 2 万亩，人口6 万。王家坝镇距离县城3 0 千米，南临淮河。辖1 4 个村，1 1 1 个村 民组，2 7 万人，1 5 万亩耕地，国土面积3 3 4 平方千米，闻名遐迩的淮河王家坝 闸座落境内。 图2 - 2 为王家坝行蓄洪区图片，浚区域在3 4 年中行藿洪3 2 次。 图2 - 2 王家坝行蓄洪区 ( 3 ) 怀远县概况：怀远县地处淮河中游，辖1 9 个乡镇、3 6 5 个行政村，总 面积2 3 2 6 平方千米，耕地面积1 8 8 万亩，总人口1 2 6 万人。地处中西部地区的过 渡地带，承东启鹾，横贯南北，东与蚌埠市相连，南与淮南市相接，西与毫州市相 邻，北与徐州市相望。淮河、涡河等河道排列其间。淮河干流荆山湖行洪区就位 于怀远县境内，面积7 2 1 平方千米，耕地8 6 万亩。为灵活、有效地控制荆山湖 行蓄洪区，加强对淮河洪水的调度，2 0 0 3 年淮河大水后，水利部淮委批复同意兴 建为灵活、有效地控制荆山湖行蓄洪区，加强对淮河洪水的调度，2 0 0 3 年淮河大 水后，水利部淮委批复同意兴建荆山湖行蓄洪区进、退洪闸工程。 图2 - 3 为建设中的荆山湖行蓄洪区进、退洪闸工程。 圈2 - 3 荆山湖行蓄洪区进、退浃闸 3 1 样品的采集及处理 3 1 1 样品的采集 第三章实验部分 表3 1 采样点地理位置 采样点 编号经度纬度 蒙洼行蓄洪区 m w - l 1 1 5 。3 65 8 0 3 2 。2 5 0 0 3 入口处 m w 一2 1 1 5 。3 6 5 8 7 7 3 2 。2 5 1 5 7 蒙洼行蓄洪区 m w - 31 1 5 。3 77 7 1 3 2 。2 6 4 6 2 中部 m w 一4 1 1 5 。3 7 6 8 3 7 3 2 。2 6 3 7 3 蒙洼行蓄洪区m w - 51 1 5 。3 9 2 4 1 7 3 2 。2 6 8 4 3 尾部 m w 一6 1 1 5 。3 9 4 7 5 3 2 。2 69 4 9 邱家湖行蓄洪区q j h l 1 1 5 6 3 9 2 4 1 7 3 2 。3 0 4 0 8 入口处 q j h 一2 1 1 5 。3 9 4 7 5 3 2 。3 0 7 9 6 邱家湖行蓄洪区q j h 一3 1 1 5 o 4 7 5 7 9 7 3 2 。3 3 0 9 4 中部q j h 一41 1 5 。4 7 8 4 3 3 2 。3 3 2 7 7 邱家湖行蓄洪区o j h 一5 6 6 3 9 1 7 4 7 3 2 。3 5 1 3 7 尾部q j h 一6 1 1 6 o 3 9 3 5 2 3 2 。3 5 3 4 9 唐垛湖行蓄洪区 t d h i1 1 6 6 2 9 5 8 0 3 2 。2 6 8 4 3 7 入口处 t d h 一21 1 6 。2 9 7 4 5 7 3 2 。2 6 9 4 9 唐垛湖行蓄洪区t d h - 31 1 6 o 3 4 1 4 3 7 3 2 。3 0 7 0 5 中部t d t t - 41 1 6 o 3 4 4 7 5 3 2 。3 0 5 8 6 7 唐垛湖行蓄洪区 t o i l 一51 1 6 。3 9 2 4 i 7 3 2 。3 3 6 4 l 7 尾部t d l _ - 61 1 6 。3 9 4 7 5 ，3 2 。3 3 9 9 7 7 荆山湖行蓄洪区j s h 一1 1 1 7 6 0 56 5 7 7 3 2 。4 69 7 4 入口处j s h 一2 1 17 。0 5 6 6 3 3 2 o 4 6 9 4 9 荆山湖行蓄洪j s h 一3 1 1 7 o l o ，4 1 9 7 3 2 o 5 1 ，4 6 5 中部 j s h 一4 1 1 7 o 1 0 4 5 6 3 2 。5 1 8 8 9 荆山湖行蓄洪区j s h 一5 1 1 7 。13 9 9 5 7 3 2 o 4 7 9 9 0 尾部 j s i t 一6 1 1 7 。1 3 5 3 8 7 3 2 o 5 1 4 1 2 一1 8 一 2 0 0 4 年4 月，前往阜南县蒙洼，颍上县邱家湖、唐垛湖以及怀远县荆山湖行 蓄洪区现场采样，采样时用g p s 定位系统定位。行蓄洪区沉积物形成，是通过开 闸和炸毁堤坝制造人工决口，河水携带沉积物进入行蓄洪区。沉积物的形成类似 于决口扇和洪泛平原沉积。在采样中应用环境沉积学原理，将沉积学的决口扇和 洪泛平原沉积模式应用于整个行蓄洪区的重金属污染研究。因此，采样点分别选 在行蓄洪区的入口处、行蓄洪区的中部以及尾部。同时在布点时选取的是未受 到人为干扰的沉积物，这为本课题的开展提供了保障。采样点地理位置见表3 1 行蓄洪区位置图见图3 l 。 图3 一l 行蓄洪区位置圈 由图3 一l 可以看出蒙洼，邱家湖、唐垛湖以及荆山湖地理位置分处于不同的 河段，都属于已蓄洪区。选择这样的行蓄洪区具有一定的典型性与代表性，可以 建立沉积物重金属的空间的变化模式，而且有助于探讨重金属污染物的来源。 在采样中，我们发现，行蓄洪区沉积物出现明显的分层，大致从上而下分为 三层：第一层，粉质粘土、较细、浅棕黄色，含较多沙粒，含有少量贝壳及灰色有 机质，水平状沉积；第二层，粉质粘土、灰黄色、可塑状，局部可见红褐色锈纹绣 斑和灰色污泥，含少量植物根茎，水平状沉积；第三层粉质块状粘土、棕黑色、 可塑状，局部可见砖红色铁锈质板块，水平状沉积。见图3 2 。 图3 - 2 行蓄洪区沉积物采样示意图 为反应当时行蓄洪区重金属现状，防止出现人为污染，采集沉积物表层士样 用塑料小铲。土样保存于洁净塑料密封袋中( 排出空气) 。 3 1 2 样品的处理 将沉积物放置在实验室自然风干，干燥至恒重，去除样品中贝壳、杂草、沙 粒等杂物，用玛瑙研钵研磨后，用尼龙筛筛取粒径 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