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巢湖十五里河河口污染物沉积特征及其溯源研究 摘要 近年来巢湖富营养化问题目益严重，在控制外源污染之后沉积物仍会在很 长时间内对水质产生影响。因此，研究沉积物污染状况对于了解内源污染，追 溯污染源，治理巢湖水体富营养化以及探讨减少污染的对策具有重要的理论和 现实意义。 本研究以巢湖十五里河河口沉积区为对象，系统地研究了该区沉积物中污 染物的成分及分布特征，探讨了其来源，并评价了重金属污染的潜在生态危害。 为此，共设计了六条控制剖面，选取了1 8 个采样点，分层采集了6 4 个沉积物 样品。运用x 衍射法、原子吸收法等对沉积物样品中的总氮、总磷、有机质以 及重金属进行了测试，并且分析了污染因子之间的相互关系。另外，还采集了 部分水生植物样品，测定它们的总氮、总磷以及重金属含量，以分析水生植物 所含污染物与沉积污染物含量之间的相关性。 研究结果表明，沉积污染物分层较为明显，在沉积剖面上，自上而下可分 为严重污染层、污染过渡层和正常湖泊沉积层。污染沉积物主要集中在严重污 染层，污染物含量在污染过渡层明显减少，说明巢湖污染近年来愈加严重。沉 积物中的总氮、总磷含量与水生植物中总氮、总磷含量以及重金属含量都呈正 相关性，其相关性排序为：t p t n c r p b c d 。沉积物中重金属的污染程度依 次为h g c r p b c u c d ，具有中等潜在生态危害。沉积物中氮磷比值表明 湖水处于富营养化状态，有机物主要来源于水生植物。 关键词：河口沉积物；重金属；污染特征；生态评价；十五里河；巢湖 as t u d yo i lp o l l u t a n tc h a r a c t e r sa n ds o u r c eo fs e d i m e n t i nt h ee s t u a r yo fs h i w u l ir i v e ri nc h a o h ul a k e a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ee u t r o p h i c a t i o no fc h a o h ul a k ei sb e c o m i n gm o r es e r i o u s ， e v e nw h e nt h ec o n t r o lo fe x t e r i o rp o l l u t a n ts o u r c ei su n d e rp r o c e s s i n g ，s e d i m e n t s a r es t i l ll e a d i n gt on e g a t i v ei n f l u e n c eo nt h eq u a l i t yo fw a t e r si nt h el o n gt i m e s t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho nt h es e d i m e n tp o l l u t i o ns i t u a t i o ni so fg r e a ti m p o r t a n c e t h e o r e t i c a l l ya n dp r a c t i c a l l yf o ru n d e r s t a n d i n gi n t e r i o rp o l l u t a n ts o u r c e ，c a s t i n g b a c kt ot h eo r i g i n a lp o l l u t i o n ，i m p r o v i n gt h ee u t r o p h i c a t i o no fc h a o h ul a k e ，a n d b r i n g i n gf o r w a r ds o l u t i o n st or e d u c et h ep o l l u t a n t t a k i n gt h es e d i m e n t a r ya r e ai nt h ee s t u a r yo ft h es h i w u l ir i v e r i nc h a o h ul a k e a so b j e c t ，t h i sa r t i c l er e s e a r c h e so nt h es o u r c e s ，c o m p o n e n ta n dt h ed i s t r i b u t i n g f e a t u r e so ft h es e d i m e n t si nt h i sa r e as y s t e m a t i c a l l y , a n de v a l u a t e st h ep o t e n t i a l e c o l o g i c a l r i s ko ft h ep o l l u t a n t so ft h eh e a v ym e t a l si nt h e s es e d i m e n t s t h e r e s e a r c hi sb a s e do n6c o n t r o ls e c t i o n s ，18s a m p l i n gs p o t s ，6 4s e d i m e n ts a m p l e si n t h ee s t u a r ya r e ad i f f e r e n tl a y e r st os t u d yt h es u b s t a n t i a lc o m p o n e n t sa sw e l la st h e n u t r i m e n t a lc o n t e n t s ，a n dt h eh e a v ym e t a lc o n t e n t si nt h es e d i m e n t st h et o t a l n i t r o g e n ，t o t a lp h o s p h o r u s ，o r g a n i cc o n t e n t sa n dh e a v ym e t a lc o n t a i n e di n t h e s e s a m p l e s w e r et h e nt e s t e d t h r o u g h x d i f f r a c t i o na n da t o m i c a b s o r p t i o n s p e c t r o p h o t o m e t r y ；a tl a s t ，t h ec o r r e l a t i v er e l a t i o n so ft h ep o l l u t e df a c t o r sa n dt h e f e r t i l i t y o ft h es e d i m e n t sw e r ea n a l y z e d i na d d i t i o n ，s o m eh y d r o p h y t e sw e r e c o l l e c t e dt od e t e r m i n et h et o t a ln i t r o g e n ，t o t a lp h o s p h o r u s ，o r g a n i cc o n t e n ta n d h e a v ym e t a lc o n t a i n e di nt h e m ，t om a k ea n a l y s i so nt h ec o r r e l a t i o nb e t w e e n h y d r o p h y t ep o l l u t a n t sa n ds e d i m e n tp o l l u t a n tc o n t e n t so f t h es e d i m e n t a r yl a y e r c o n c l u s i o n ：t h ed e l a m i n a t i o no ft h es e d i m e n t si so b v i o u s ，w h i c hi n c l u d e s e r i o u sp o l l u t i o nl a y e r , p o l l u t i o nt r a n s i t i o nl a y e r , a n dt h en o r m a ll a k es e d i m e n t a r y l a y e rf r o mt o pt ob o t t o m t h es e d i m e n t sp o l l u t a n tm a i n l yc o n c e n t r a t e so nt h e s e v e r i t yp o l l u t i o nl a y e r t h ec o n t e n to fa l lt h ep o l l u t a n t sd e c r e a s e so b v i o u s l yi nt h e t r a n s i t i o nl a y e r , w h i c hc o u l db ee x p l a i n e da st h a tt h es e d i m e n t sp o l l u t i o ni sc a u s e d b yt h ep o l l u t i o ni nr e s e n ty e a r s t h ec o n t e n to ft h et o t a ln i t r o g e n ，t o t a lp h o s p h o r u s a n dh e a v ym e t a l sc o n t a i n e di nt h es e d i m e n t sa n di nt h eh y d r o p h y t ei sp r e s e n t e da s p o s i t i v er e l a t i v i t y , n a m e l yt p t n c r p b c d ，t h ep o l l u t a n td e g r e eo ft h eh e a v y m e t a li nt h es e d i m e n ti s ：m e r c u r y ，c h r o m i u m ，p l u m b u m ，c o p p e r ，c a d m i u m ，w h i c h m e a n sam e d i u mp o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s k t h er a t i oo fn i t r o g e nt op h o s p h o r u si n t h es e d i m e n t si n d i c a t e st h a tt h el a k ei si nt h es t a t eo fe u t r o p h i c a t i o n ，a n dt h e o r g a n i cr o o t sp o s s i b l yi nt h eh y d r o p h y t e s k e yw o r d s ：e s t u a r ys e d i m e n t s ；h e a v ym e t a l ；p o l l u t i o nc h a r a c t e r s ；p o t e n t i a l e c o l o g i c a lr i s k ；s h i w u l ir i v e r ；c h a o h ul a k e 插图清单 图1 - 1 巢湖水域图 图2 1 十五里河河口沉积区域图 图2 - 2 合肥市行政区和水系图 图2 - 3 研究区域位置及采样点示意图 图2 4 沉积物柱样图 图3 - la 、b 、c 三层沉积物x - r a y 衍射光谱图 图3 2 总磷标准曲线 图4 1 十五里河河口沉积物中总氮与有机质相关性图 图4 - 2 十五里河河口沉积物中总磷与有机质相关性图 表格清单 表2 1 采样点地理坐标 表3 1 沉积物含水量 表3 2a 层沉积物样品总氮测定结果 表3 - 3b 层沉积物样品总氮测定结果 表3 4c 层沉积物样品总氮测定结果 表3 - 5 总氮数据汇总表 表3 - 6 总磷标准曲线 表3 7 a 层总磷测定结果 表3 8b 层总磷测定结果 表3 9c 层总磷测定结果 表3 1 0 a 层有机质含量 表3 1 1b 层有机质含量 表3 1 2c 层有机质含量 表3 1 3 有机质含量测试结果汇总表 表3 1 4a 层重金属测定结果 表3 1 5b 层重金属测定结果 表3 1 6c 层重金属测定结果 表4 1 巢湖十五里河河口沉积物重金属测试结果 表4 2 十五里河河口沉积物重金属质量分数相关系数矩阵 表4 3 十五里河河口水生植物中总氮、总磷和重金属测定数值 表4 - 4 a 层有机碳、有机氮、有机指数数据以及碳磷、碳氮、氮磷比值 表4 - 5b 层有机碳、有机氮、有机指数数据以及碳磷、碳氮、氮磷比值 表4 - 6c 层有机碳、有机氮、有机指数数据以及碳磷、碳氮、氮磷比值 表4 7 底质肥力评价分级标准 表4 - 8 c ；，巴，e 和彤相对应的污染程度及潜在生态风险程度 表4 - 9 沉积物单个污染指数和污染程度 表4 - 1 0 沉积物潜在风险参数和潜在生态风险参数指数 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工作及取得的研究成 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 或撰写过的研究成果，也不包含为获得 盒胆王些盔堂 或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工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：白1 弗 签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金艘王些盔堂有关保留、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 权金星王些左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) 学位论文作者签名前1 羟 签字日期：年月日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师签名 r 、 7 一、 铷p j 签字日期：年月日 电话 邮编 致谢 在合肥工业大学的学习已经接近7 年，在此期间得到了各位老师、同学的关 心和帮助。在这里不紧学习到了丰富的专业知识、还得到了许多的人生感悟， 使自己逐渐的走向成熟。在即将离开合肥工业大学之际，我要对所有关心我和 帮助我的老师和同学表示衷心的感谢。 首先要感谢我的导师洪天求教授，导师严谨的治学态度、一丝不苟的敬业 精神、对事物敏锐的洞察力都使我获益匪浅。几年来，我不仅在学习和科研上 得到了导师的精心指导，在生活上也得到了导师的热情关怀和帮助。正是在这 些帮助和关怀下，帮我克服困难、完成我的学业。 同时要感谢李如忠老师、贾志海老师，对于论文的选题、试验过程中出现 的问题、以及最后论文的定稿，两位老师都花费了很大的心血。正是由于两位 老师在科研上给与的悉心指导，才有我今天的成就。感谢唐述培老师在x 衍射 试验中给与的悉心指导。 另外感谢胡宏祥、黄明、冯少茹、潘国林、李郑、张强、郑伟等师姐和师 兄弟给与的支持和帮助。试验过程中得到了的李辉夫、孙捷、谢晶晶、刘建平、 曲春风、蒋文涛大量帮助，再次对他们表示感谢。 最后我要把最诚挚的谢意送给直关心我和支持我家人，是他们一直在精 神上和生活上给与我最无私的关心和支持。 刘路 2 0 0 6 年6 月 1 1 巢湖地理学特征 第一章绪论 巢湖是我国五大淡水湖泊之一，地理位置为e 1 1 6 。2 4 7 3 0 ”一 1 1 8 。0 0 0 0 ”，n3 0 。5 8 0 0 ”一3 2 。0 6 7 0 0 ”。流域总面积1 3 4 8 6 k m 2 。其 中巢湖闸以上9 1 5 3 k m 2 ，闸以下4 3 3 3 k m 2 ，跨越合肥市、巢湖、六安等地区的 1 3 个市、县。该流域东频长江，西北为江淮分水岭，东北邻滁河流域，南与陈 瑶湖、菜子湖及皖河流域毗邻。巢湖位于合肥市南部15 公里，属长江下游左岸 水系，为半封闭型湖泊，有杭埠河、派河、南肥河、兆河等3 3 条河流呈放射状 汇入巢湖。潮水总容量4 8 1 亿m 3 ，最高达5 28 亿m 3 。灌溉面积达4 0 0 多万亩， 常年通航抵达长江各口岸，巢湖也是沿湖城镇居民的重要饮水源地。 近4 0 年来，巢湖流域人口剧增，森林锐减，水土流失严重，大量泥沙带入湖中 淤积。据考证，古巢湖的形成距今约一万多年，古巢湖面积约为2 0 0 0 k m 2 , 而今 巢湖面积仅为7 6 0 k m 2 ( 如图l l 所示) 。当今由于人类的活动影响正在加速了 巢湖的消亡过程。 图1 1 巢湖水域图【5 8 j f i g 1 - 1t h em a po fc h a o h ul a k ew a t e ra r e a 巢湖流域位于江淮之间的丘陵地带，按其地形地貌特征可划分为低山区、 低山丘陵区、丘陵岗区、岗冲地区以及冲击平原区五种地貌类型。流域内低山、 低山丘陵和丘陵岗区面积达2 6 5 7k m 2 ，其中水土流失不明显区域约为1 l5 7k m 2 ， 占4 3 5 ，而水l ：流失明显的区域约为l5 0 0k i n 2 ，占5 6 5 。巢湖流域低山区 以及低山丘陵岗的地形起伏大，坡度陡，是水土流失的主要地区。 巢湖流域东部的凤凰山、银屏山、耙耙山等地区以石英岩为主，岩质坚硬 抗风化能力较强，水土流失量少；西南的大别山区和杭埠河上游以沉积碎屑岩 及火山碎屑岩类为主，这类岩石结构一般较为疏松，极易风化剥离，水土流失 严重；流域中部以粘土、亚粘土、沙土等第四纪松散沉积物为主，水土流失较 弱。 巢湖流域内森林植被曾遭数次大规模的毁灭性破坏，森林资源几乎枯竭， 生态平衡遭到严重破坏，导致水土流失严重，河道淤塞，水流泛滥成灾，同时 也加速了对巢湖的淤积。流域内农耕地总面积6 3 7 9k m 2 ，约9 7 0 万亩。按照水 稻、旱粮、经济作物等栽培的土地类型划分，流域的耕地类型可分为水田、圩 田、冲田、早地等。十五里河河口区域土地类型以圩田为主。 1 2 巢湖污染研究现状 近年来，由于沿湖地区工业快速发展和人v i 急剧增长，致使入湖污染物不 断增多，湖泊富营养化程度日趋严重。国家“九五”、“十五”都将巢湖治理 列为一项工作的重点。目前巢湖面临的主要环境问题包括：水质恶化【”，富营 养化加速【3 】，湖泊淤积速度加快等。巢湖目前水质基本属于劣五类水，湖水总 体呈中度富营养状态。其中，西半湖呈重度富营养状态，东半湖属于轻度富营养。 富营养化的成因：( 1 ) 巢湖闸等水利工程的建设严重妨碍了巢湖与长江水体间的 自然交换能力，巢湖自然换水周期过长，改变了巢湖的生态学特征；( 2 ) 经济发 展和人口增长导致入湖的污染负荷，尤其是氮磷总量急剧增加。近年来针对巢 湖水污染和水体富营养化开展了大量的研究。韩小勇等【4 j 】对巢湖水质污染状况 进行了分析研究。曹德菊【6 】对水体重金属进行了测试，并分析了生物累积效应。 阎伍玖等1 7 , 8 1 探讨了不同土地类型的地表径流对巢湖污染的影响，比较了大豆 地、水稻田、采地、小麦地、山芋地等土地利用类型的污染特征。李志军等 9 , 1 0 1 分析了巢湖非点源污染的来源并提出了控制对策。顾成军等1 1 1 , 1 2 】对巢湖泥沙淤 积状况及其主要来源进行了分析，并提出了恢复流域生态和减少流域水土流失 等减缓泥沙淤积的措施。 对于巢湖的富营养化的治理仅依靠控制点源污染负荷和面源污染负荷是不 够的，许多研究证明，湖泊沉积物中氮磷的释放会导致湖泊富营养化状态出现 反复【l3 “l 。所以研究巢湖沉积物的污染状况可以为水环境污染与水体富营养化 的控制提供科学依据。目前对于巢湖沉积物的研究已经陆续开展了巢湖沉积物 湖底沉积物组成、粒度特征的研究，探讨沉积物的沉积环境及其沉积过程 15 , 1 6 l 。 王永华等【1 ”】对巢湖沉积物的污染物含量及分布特征进行过研究，并分析了污 染物质的相关性，用潜在危害指数法对底泥污染作了评价。刘伟等1 ”1 对巢湖清 淤合肥项目区域进行了底泥污染调查分析。姚书春等2 0 1 对巢湖湖心沉积物进行 了采样分析，对湖心区域近1 1 0 年来正构烷烃的来源进行过初步探讨。还有学 者1 2 1 1 肘巢湖沉积物的磷释放过程进行了模拟研究，以探讨沉积物磷释放对水体 污染的贡献。 1 3 湖泊沉积物研究进展 沉积物是指沉积在河流、湖泊、海洋内的松散矿物质颗粒或有机质，包括 砾石、砂、粘土、灰泥、生物残骸等。水体沉积物是水环境的重要组成成分。 有机物、矿物质颗粒等通过沉淀吸附、生物吸收等多种物理、化学和生物作用 沉积至水体底部区域1 2 2 23 1 。水体沉积物作为污染物的载体和水系统中的内源污 染源早以为人们所认识。由底泥污染而导致水体的二次污染及其消除问题已成 为科学界十分关心的焦点之一。许多研究证明，对于浅水湖泊，内源污染已经 成为其主要污染源之一1 2 4 - 2 6 。 美国e p a 对内源污染的定义是：内源污染是指来自土壤冲刷、大气沉降、 河岸侵蚀或矿化作用而积累在水域底部的、含有对人类或者环境健康有害的土 壤、沙、有机物或者矿物质。其中，污染物主要是指超过底泥质量标准、能通 过某种途径对人类或环境健康造成威胁的化学物质。 根据组分的矿物特征，可将湖底沉积物分为四个部分 2 7 1 ：火成岩和变质 岩风化残留矿物，主要包括氧化物、硅酸盐、微量盐类( 碳酸盐、磷酸盐、硫 化物) ；低温和水成矿物，主要包括粘土矿物、氧化物和氢氧化物、碳酸盐磷酸 盐、硫化物、硫酸盐和卤化物；有机组分，主要包括植物碎屑和生物尸体及其 腐烂风化形成的氨基化合物、糖类及衍生物、脂类、类固醇、多环化合物、酚、 腐殖质、碳氢化台物、沥青；流动相，主要包括沉积物中各种类型的水以及气 体和油类。 沉积物主要通过表层沉积污染物质直接向水体解吸，沉积物间隙水中的污 染物质向水体扩散等途径污染水体。沉积物与水体所含污染物质由于吸附和解 吸处于动态平衡，当水体污染物质含量降低时沉积物中所含污染物质的解吸作 用大于吸附作用，从而导致二次污染。由于沉积物对污染物质的累积远远大于 水体中的累积，所以当点源污染、面源污染等外界污染源得到控制之后，内源 污染就成为水体的主要污染途径。 国内外学者高度重视对沉积物污染的研究。目前，国内有众多学者已经 对渤海主要河口沉积物污染分析，对太湖、东湖、滇池等湖泊沉积物污染分析， 对珠江、苏州河、细河等河流沉积物污染状况进行了研究分析。美国、法国、 土耳其、葡萄牙、日本等国的学者也对此类沉积物进行了广泛研究1 2 s - 3 1 1 。 a n n s o f i ew e r n e r s s o n 等p 2 t 32 1 对海洋沉积物污染进行了评价分析，sd e g e t t o 等 【3 2j 对湖泊的沉积物污染进行过评价和动力学研究，s z e f e r 等 3 4 , 3 5 1 对河流沉积物 污染特性进行研究。 另外，还有不少学者 3 7 - 4 0 i 对沉积物中有机物污染进行了研究，并分别探讨 了农药、氯、苯等有机物在沉积物中的污染特性和来源；d e l v a l l s 等1 4 1 , 4 2 ； 9 用 多元分析方法开展了沉积物污染来源研究，分析了重金属等主要污染物质的来 源，冯素萍等【43 l 利用电镜、红外和x 衍射等技术对河流沉积物成分进行了研究； a l b r e c h t 4 4 】测定了沉积物的沉积年代并对湖泊河流水库等不同水体类型的沉积 物的沉积特性进行了研究；还有很多学者对污染物质在水体沉积物中的迁移转 化规律进行了分析研究“1 ；目前很多学者4 7 。4 9 1 还在对沉积物的氮磷吸附和释 放进行模拟分析，研究氮磷吸附释放规律以及由于污染物质释放带来水体的二 次污染问题；由于重金属在沉积物中的累积作用远远大于在水体中的累积，所 以对沉积物重金属的污染研究也是目前研究的热点之一，很多学者【如5 3 1 对重金 属与有机物质相关性，重金属的来源以及重金属的评价进行了深入的探讨。另 外还有学者1 5 4 ) 对沉积物污染因子相关性进行了研究。 1 4 研究内容、目的和意义 本研究来源于国家科技部重点基础研究规划项目前期预研项目：巢湖输入 型非点源污染的源解析及控制机制研究( 项目编号： 2 0 0 3 c c c 0 0 4 0 0 ) 。 本研究以巢湖十五里河河口沉积区为对象，借鉴国内外沉积物研究方法， 在研究区域设计了六条控制剖面，选取1 8 个采样点，共采集6 4 个沉积物样品， 以分析沉积物的物质成分和营养物质含量，并检测沉积物中重金属的含量。旨 在了解研究区域沉积营养物质的分布特征和相互关系以及其主要来源，分析重 金属污染现状和变化趋势，为研究巢湖水体污染治理和相关污染控制决策提供 科学依据。 从已有的文献报道来看，巢湖入湖河口区域沉积特征的污染相关性研究尚 未开展，因此，弄清河口沉积物中污染物成分、分布及其来源，研究沉积特征 及其污染物对巢湖水体富营养化的影响，探讨污染物与植物的相关性，有利于 了解点源、面源以及内源污染的状况，对于追溯污染源，治理巢湖水体富营养化， 具有重要的现实意义和学术价值。 本研究主要集中在以下几个方面： ( 1 ) 现场调查、采集沉积物样品； ( 2 ) 利用x 射线衍射，分析河口沉积物的物质成分； ( 3 ) 利用原子吸收法测定河口沉积物中的重金属( p b 、h g 、c r 、c d 、c u ) 含 量，分析其分布状况，并利用潜在生态风险指数法对重金属进行风险评价。 ( 4 ) 通过相关性分析，研究河口沉积物有机质含量与氮、磷含量及重金属含量 之问的关系，以及河口水生植物与沉积物污染物质之间的关系等。 4 ( 5 ) 综合分析沉积污染物与巢湖水体污染及富营养化之间的关系，指出相应的 防治对策。 2 1 研究区地理概况 第二章研究区概况和研究方法 十五里河发源于大蜀山南麓，流经蜀山、肥西、烟墩和郊区常青、骆岗、 义城和大圩等6 个乡镇，由义城镇同心桥注入巢湖。十五里河流域总面积 1 112 5 k m 2 ( 不含左岸联防片东大圩面积2 3 5 k m 2 ) ，其中丘陵区面积9 7 0 6 k i n 2 ， 圩区面积1 4 1 9 k m 2 ，河道全长2 8 8 k i n 。十五里河流域北以黄山路至望江路的高 位渠为界，西至人工湖路，东抵马鞍山路，南达东流路以南、3 1 2 国道附近。流 域内现有合肥市高新技术开发区、合肥市政务文化新区、望湖城、包河工业园 等新区和园区。目前十五里河实际上已成为合肥西南区工业企业、居民生活污 水的排污河。平时径流主要由蜀山分干渠补给，枯水季节河水径流由西南郊工 业废水构成。 十五里河流域地形起伏，西北高，东南低，西北部和中部岗冲相问，属江 淮丘陵地带；东南部地势趋于平缓，属圩畈区地貌。大板桥( 合巢公路) 以下 沿河地势低洼，筑堤挡水形成左右岸圩田。十五河道弯曲狭窄。自出口同心桥 向上86 k m 处分为左、右两支，右支为主干，名日大板桥河，流域面积5 2 9 k m 2 ， 河道比降17 1 ，流域平均宽度3 9 k m ；左支为小板桥河，流域面积2 4 8 4 k m 2 ， 河道平均比降1 1 3 o ，流域平均宽度2 9 3 k i n 。汇口以下流域面积3 3 5 lk m 2 ，河 道平均比降05 “o o ，平均宽度6 6 k m 。 气候特点：研究区域属亚热带和暖温带过渡性的副热带季风气候区。气候 温和湿润。年平均温度1 5 1 6 。1 月份平均气温2 3 ，七月份平均气温2 8 3 0 。极端最高气温3 92 ，极端最低气温2 0 ，6 。无霜期2 2 4 2 5 2 天。年 降水量约9 4 7 m m 。每年5 9 月，降雨量占全年降雨量的6 5 左右。形成较大 地面径流。十五里河河口年平均水位为8 3 l m ，多年平均水位变幅为25 m 。 研究区域位于巢湖十五里河入湖口，研究范围东西跨度约5 0 0 m ，南北跨度 约2 5 0 m 。研究面积约为1 2 5 0 0 0 m 2 。研究区域靠近湖岸区域为湿地，湿地跨度 约为2 0 m ，采样区域跨度约为2 5 0 m ( 图2 1 ) 。图2 - 2 为合肥市区域主要行政区 域和水系分布图。 6 a b 图2 - 1 十五里河河口沉积区域图 f i 9 2 - i t h es e d i m e n t a r ya r e ao f e s t u a r yi ns h i w u l ir i v e r 7 2 2 研究方法 2 2 1 采样点布设 图2 - 2 合肥市行政区和水系图 f i g 2 - 2d i s t r i c ta n dw a t e rs y s t e mo fh e f e ic i t y 本研究共设置了1 8 个采样点，采样点编号依次为1 一1 8 ，共采集沉积物样 品6 6 个。采样点地理坐标见表2 - 1 。 表2 - 1 采样点地理坐标 t a b l e 2 1t h eg e o g r a p h yc o o r d i n a t e so fs a m p l i n gs p o t s 8 十五里河河e l 底泥主要由河水及周边水土流失带来的泥沙等沉积所形成， 分层十分明显。为查清十五里河河口底泥的污染分布状况，采用全球卫星导航 定位系统( d g p s ) 精确定位设置了六个剖面，剖面呈南北走向，间距约为5 0 米。 剖面自东向西依次编号( i - 6 ) 。每个剖面设置2 - 4 个采样点，共1 8 个采样点。 图2 - 3 为研究区地理位置和采样点布设示意图。 图2 - 3 研究区位置及采样点示意图 f i 9 2 - 3t h es k e t c hm a po fs t u d y i n ga r e aa n ds a m p l i n gs i t e 2 2 2 污染源分析 目前，十五里河污染极为严重，入湖常年水质为劣v 类 5 5 1 。十五里河主 要污染源为工业污染，其上游途经包河工业区。十五里河上游企业包括：江淮 汽车厂、华瑞汽车、兴旺汽车改装厂、化三院合肥机械厂、庆达机械厂、常青 机械制造公司、兆基塑胶模具厂、兴皖畜牧( 饲料) 、李俊炒货公司、小刘瓜子、 道峰涂料、强盛石材、瑞达制管、星火包装、华运印务、晓星印刷、银联彩印、 曼迪新药业、国风集团等。这些企业产生污水均排入十五里河，污水排放量约 2 0 1 2t d ，虽然污水重金属含最较低，但累积效应可观。十五里河口周围大部分 土类类型为农田，农业面源污染为其污染源之一。此外，沿河村镇居民的生活 污水也是十五里河水污染源之一。十五里河水质超标的主要污染物为c o d 、 b o d 5 n h 3 n 和t p 。 2 2 3 取样方法 2 0 0 5 年5 月，按采样点设置，使用自制采泥器p “，采集河口的底泥样品。 采样时，用重力敲击使采样器深入正常湖泥底层。采样时尽量控制升降速度以 保证成型泥柱饱满。在采样现场对底泥柱进行分层测量描述。所采样品均保留 备用柱样，采样后尽快将样品带回实验室置于阴暗处自然风干。 根据对柱样的观察，十五里河河口沉积物由上至下可分为三层：严重污染 层( a 层) 、污染过渡层( b 层) 和正常湖积层( c 层) ，见图2 - 4 。沉积物柱样分层变 化较为明显，尤其严重污染层与污染过渡层分界清晰。a 层多为灰黑至深黑色 淤泥，呈稀浆状，富含有机质和生物残骸，有臭味；b 层为浅灰色至青灰色， 呈软塑状，较a 层紧实，与a 层之间有明显界限；c 层呈灰黄色至棕黄色，多 为粉沙黏土，质地密实，部分样品可见黄铁锈斑，少量可见贝壳残骸及草根。 图2 - 4 沉积物柱样图 f i g2 - 4t h ec o l u m ns a m p l e so fs e d i m e n t s 1 0 2 2 4 分析方法 样品经过自然风干、磨碎、装袋编号处理后送实验室，分别测定每个样品 的含水量、总氮、总磷、有机质和重金属含量。用x 射线衍射( x r a y d i f f r a c t i o n ，) 仪分析沉积物的物质成分。用半微量凯氏定氮法测定沉积物 样品的总氮含量，用可见分光光度法测试沉积物样品中的总磷含量。用重铬酸 钾法分析沉积物样品中的有机质含量。用原子吸收分光光度法分别测定p b 、 c d 、c r 、h g 、c u 等重金属含量。 第三章测试方法与结果 3 1 沉积物的物质成分分析 选取严重污染层( a 层) 、污染过渡层( b 层) 和正常湖积层( c 层) 的代 表性样品用x 射线衍射( x r a yd i f f r a c t i o n ，x r d ) 仪分析沉积物的物质成分。 图3 1 为a 层、b 层、c 层代表性沉积物样品的x 衍射图谱。 a 层 、q6 “ f丝彪上_ b 层 1 2 ono一言c一 喜! | i 。 一蛊。一号c窖u| c 层 图3 - l a 、b 、c 三层沉积物x - r a y 衍射光谱图 f i g 3 - 1x - d i f f r a c t i o n so fs e d i m e n t s ( a 、b 、c ) x 衍射结果表明，三层沉积物的成分结构较为相似。x 衍射图谱反映出三 层沉积物的主成分均为二氧化硅和钠、钾等金属的硅酸盐( 长石、云母、角闪 石等) 。非晶体结构的有机化合物在图谱中没有显示出来。 3 2 沉积物含水量测定 3 2 1 测试仪器 电子天平、恒温干燥箱、干燥匝等。 3 2 2 测试步骤 将干燥皿放入1i o c 烘箱中烘1 h ，至恒重，前后误差o 2 m g 。 称取1 0 0 0 0 0 9 左右的风干过筛底泥置于己恒重的干燥皿中，将干燥皿放 入1 0 5 士2 烘箱中，烘4 h 后取出，置于干燥器中冷却o5 h 后称重，重复烘干 05 h ，干燥至恒重。此时前后误差应o 2 m g 。 根据下式计算含水量 含水量( ) = ( 风干样重一烘干样重) 风干样重 3 2 3 测试结果 沉积物样品脱水后，都要测定其含水量，以便获得计算底泥中各种成分时 按烘干样为基准的校正值。测定结果如表3 1 表示： 表3 - 1沉积物含水量( 单位：) t a b l e 3 1 t h ea q u i f e r o u sr a t i oi ns e d i m e n t s ( u n i t ：) a 层含水量变化范围为52 1 63 9 ，平均值为5 5 2 。b 层含水量变化范 围为4 9 1 5 3 3 ，平均值为51 2 。c 层含水量变化范围为4 8 9 5 3 l ，平均值 为5 0 2 。三层含水量相差不大。严重污染层略高于污染过渡层和正常湖积层。 所有样品含水量均集中在5 左右。 3 3 沉积物总氮含量测定 3 3 1 测试方法 3 3 1 1 测试仪器与试剂 ( 1 ) 仪器 电子天平、硬质开氏烧瓶、半微量定氮蒸馏装置、滴定管、锥形瓶、电 子万用炉等。 ( 2 1 试剂 硫酸、硼酸、乙醇、氢氧化钠、溴甲酚绿、甲基红、硫酸钾、五水合硫酸 铜、硒粉、高锰酸钾、铁粉、辛醇。 以上试剂皆为分析纯。 3 3 1 2 方法原理 样品在加速剂的参与下，用浓硫酸消煮时，各种含氮有机化合物。经过复 杂的高温分解反应，转化为铵态氮。碱化后蒸馏出来的氨用硼酸吸收，以酸标 准溶液滴定，测出样品全氮含量( 不包括全部硝态氮) 。包括硝态和亚硝态氮的 全氮测定：在样品消煮前，需先用高锰酸钾将样品中的亚硝态氮氧化为硝态氮 后，再用还原铁粉使全部硝态氮还原，转化成铵态氮。 3 3 1 3 测试步骤 ( 1 ) 试剂的配制 高锰酸钾溶液：称取2 5 0 0 9 高锰酸钾溶于少量水中，然后加水至5 0 0m i 。 贮于棕色瓶中。 4 混合指示剂：o 5 0 9 溴甲酚绿和0l g 甲基红置于玛瑙研钵中，加入少量 9 5 乙醇，研磨至指示剂全部溶解后，加9 5 乙醇至1 0 0 m l 。使用前，每升硼 酸溶液中加2 0 m l 混合指示剂，并用稀碱调节至红紫色( p h 值约4 5 ) 。此液放 置时问不宜过长，如在使用过程中p h 值有变化，霰随时用稀酸或稀碱调节之。 加速剂：称取1 0 0 9 化学纯硫酸钾和1 0 9 化学纯五水合硫酸铜，然后将l g 硒粉置于研钵中研细，三者必须充分混合均匀。 高锰酸钾溶液：称取2 5 9 高锰酸钾溶于5 0 0 m l 去离子水，贮于棕色瓶中： 还原铁粉：磨细通过孔径015 m m ( 1 0 0 目) 筛。 1 0 m o l l 氢氧化钠溶液、o 0 0 5 m o l l 硫酸溶液、1 ：l 硫酸。 f 2 ) 坝l j 试步骤 准确称量风干底泥1 0 0 0 0 9 放入干燥的开氏瓶中，加入1 m l 高锰酸钾溶液， 摇动开氏瓶，缓缓加入2 m l1 ：1 硫酸，不断转动开氏瓶，然后放置5 m i n ，再 加入1 滴辛醇。 加入0 5 0 0 9 ( 士o ，0 1 9 ) 还原铁粉，瓶口盖上小漏斗，转动开氏瓶，使铁粉 与酸接触，待剧烈反应停止时( 约5 m i n ) ，将开氏瓶置于电炉上缓缓加热4 5 m i n 。 停火，待开氏瓶冷却后，加入2 9 加速剂和5 m l 浓硫酸，摇匀。 将开氏瓶倾斜置于变温电炉上，用小火加热，待瓶内反应缓和时( 约1 0 15 m i n ) ，加强火力使消煮的样液保持微沸。待消煮液全部变为黄绿色，再继 续消煮1 h 。消煮完毕，冷却，待蒸馏。在消煮样液的同时，做两份空白测定。 氨的蒸馏，先检查蒸馏装置是否漏气，并通过水的馏出液将管道洗净。待 消煮液冷却后，将消煮液定量地全部转入蒸馏器内，洗涤4 5 次，使试液总体 积为3 0 - - 3 5 m l ，倒入1 5 0 m l 锥形瓶中，加入5 m l2 硼酸指示剂混合液，放在 冷凝管末端，管口置于硼酸液面以上3 4 c m 处。然后向蒸馏室内缓缓加入 2 0 m 1 1 0 m o l l 氢氧化钠溶液，通入蒸汽蒸馏，待馏出液体积约5 0 m l 时，即蒸馏 完毕。 用硫酸标准溶液滴定馏出液至红紫色为终点。消耗酸标准溶液的体积为y ( m 1 ) 。 与样品操作的同时，用空硬质试管作全程空白实验，消耗酸标准溶液为 v o ( m 1 ) 。空白测定所用酸标准溶液的体积一般不得超过o4 m l 。 计算 样品全氮( u g g ) = ( 卜) c u 1 4 m 1 0 0 0 公式中：肛滴定试液时所用酸标准溶液的体积( m 1 ) ； 一滴定空白时所用酸标准溶液的体积( m 1 ) ： c h 一酸标准溶液的浓度( t o o l l ) ； 1 4 一氮原子的毫摩质量； 埘一烘干样品质量( g ) ； 3 3 2 测试结果 表3 - 2 、表3 - 3 、表3 - 4 分别为严重污染层、污染过渡层和正常湖积层总氮 含量的测定计算结果 表3 - 2a 层沉积物样品总氮测定结果 t a b l e3 - 2t o t a ln i t r o g e ni nal a y e ro fs e d i m e n t 点号 样品( g ) 硫酸用量( 矿) ( m 1 ) 全氪( u g g )空白( ) 1 ( 1 ) 10 2 2 119 72 6 8 4 6 6 92 7 25 4 o 0 1 1 ( 2 ) 10 0 2 119 92 7 66 1 9 1 o0 1 2 ( 1 ) 1 o o o o39 2 5 4 74 0 0 05 4 76 1o0 1 2 f 2 ) 1 0 0 1 83 9 35 4 78 1 3 9 o 0 1 3 ( 1 ) 1 0 0 528 9 4 0 119 44 0 29 400 1 3 ( 2 ) 0 9 9 9 8 294 0 46 8 0 9o0 1 4 ( 1 ) 10 1 0 236 9 5 0 99 9 8 05 1 3 0 4o0 1 4 ( 2 ) 1o o l3 75 1 60 8 3 9 o 0 1 5 ( 1 ) 10 0 9 13 3 94 6 89 3 2 7 4 7 38 700 1 5 ( 2 ) 10 0 2 93 4 44 7 8 8 1 1 4o0 1 5 ( 1 ) 10 0 0 439 7 5 5 4 1 7 8 35 5 14 600 1 6 ( 2 ) 1 0 0 5 239 55 4 87 4 6 5 o 0 1 7 ( 1 ) o 9 9 7 86 8 4 0 4 4 9 08 4 0 0 3o0 1 7 ( 2 ) o9 9 8 868 3 96 0 7 5o0 1 8 ( 1 ) 1 0 0 4 859 68 2 90 2 0 7 8 3 19 500 1 8 ( 2 ) o9 9 4 4 5 9 48 3 4 8 7 5 3o 0 1 9 ( 1 ) 1 o 0 0 14 6 66 5 0 9 3 4 96 5 1 7 0 o 0 1 9 ( 2 ) 0 9 9 5 6 4 6 56 5 24 7 0 9oo i 1 0 ( 1 ) 10 0 2 472 41 0 0 97 7 7 01 0 0 70 8 o 们 1 0 ( 2 ) 10 0 2 27