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两种河道底泥重金属污染生态危害评价方法比较研究 * 高健磊王静 郑州大学水利与环境学院，郑州450002 摘要 河道底泥作为特殊的物质形态， 其评价方法与土壤和水环境评价方法均有所差异。随着河道底泥重金属污染问 题越来越受到人们的关注， 针对河道底泥重金属污染的评价方法也大量涌现。着重介绍了 Hakanson 生态风险指数法 和污染负荷指数法两种操作简单、 使用方便的常用方法， 重点针对方法本身以及该种方法的优缺点。 关键词 底泥;重金属污染;评价方法;Hakanson 生态风险指数法;污染负荷指数法 TWO ASSESSMENT S OF HEAVY METAL POLLUTION OF RIVER SEDIMENT ECOLOGICAL RISK Gao JianleiWang Jing College of Water Conservancy and Environmental Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450002，China AbstractRiver sediment，as a special physical ，whose uation was different from that of soil and water enviroments． Along with the river sediment heavy metal pollution problem has gotten more and more attention，the uation s of heavy metal pollution in sediment got a rash． Hakanson ecological risk index and pollution load index were introduced here，focusing on the advantages and disadvantages of two s． Keywordssediment;heavy metal pollution;uation ;Hakanson ecological risk index;pollution load index * 2010 年国家重金属污染综合防治专项资金项目。 1概述 随着我国工业化进程的加快， 含重金属废水排放 量进一步增加。多年来， 河流接纳大量含重金属废 水， 水体中的重金属经沉淀、 吸附等一系列物理化学 作用沉积在河道底泥中， 并逐渐累积， 存在一定的环 境风险。当河道水流流态发生改变 ［1］时， 底泥中的 重金属等污染物就可能从底泥中释放出来进入水体， 造成河流水体及其下游干流河的二次污染。重金属 污染具有长期性、 累积性、 隐蔽性、 潜伏性和不可逆性 等特点， 危害大、 持续时间长、 治理成本高， 已对经济 社会可持续发展构成了重大威胁。国内外的大量研 究表明， 在受重金属污染的水体中， 水相重金属的含 量随机性很大， 其分布规律常随排放状况与条件不同 而变化。通过各种途径排入水体的重金属污染物由 于不易降解， 逐步转移沉积至底泥中， 底泥中重金属 有极强的累积作用， 因此其含量比水相高得多并表现 出一定的规律性， 可作为水环境重金属的污染指示 剂。底泥中污染物的浓度是长期积累的结果， 所以其 浓度较为稳定， 底泥是河流污染物的“汇” 与“源” ， 是 众多污染物在环境中迁移转化的载体、 归宿和蓄积 库， 因此， 对沉积物中的污染物进行分析和评价较水 质分析而言更具代表性， 底泥的污染状况是全面衡量 水环境质量状况的重要因素。利用河道底泥样品中 污染物含量分析生态风险有很多优点， 底泥中的含量 代表着一定时间段的平均值， 较为稳定， 底泥采集操 作简单， 一 般 取表 层 底泥 即 可 反 映 出 当 前 的 污 染 程度。 对于沉积物中重金属污染的研究，国内外均开 展了许多工作，研究的内容也逐步深入。20 世纪 80 年代以来，德国、 英国、 美国、 瑞典等国的科学家均从 沉积学角度先后提出了重金属污染评价方法。如德 国 Muller，1979 的 地 积 累 指 数 法 Indexof Geoaccumulation 、 英国 Tomlison， 1980 的污染负荷 指数法 The Pollution Load Index 、 瑞典 Hakanson， 1980的 潜 在 生 态 危 害 指 数 法 ThePotential Ecological Risk Index 、 Hilton 等的回归过量分析法 Excessafter Regression Analysis 。这些方法的侧重 911 环境工程 2013 年 4 月第 31 卷第 2 期 点不同， 适用范围也不同。本文着重介绍和对比潜在 生态风险指数法和污染负荷指数法两种较为常用的 评价方法。 2方法介绍 2. 1Hakanson 生态风险指数法 1980 年， 瑞典科学家 Hakanson［1］提出用潜在生 态风险指数法对重金属进行潜在生态风险评价， 评价 方法见式 1 RI ∑Eri ∑Tri Cfi ∑Tri Ci Cni 1 式中Ci为表层沉积物重金属浓度实测值;Cni 为计 算所需要的参比值;Cfi为某一重金属的污染系数; Tri为各重金属的毒性响应系数; Eri为单个重金属的 潜在生态风险因子。 在使用该方法对河道底泥进行评价时， 参比值的 选取以及各种重金属因子的毒性相应系数的确定对 评价结果有着很大的影响。评价时可根据实际情况 选择合理的参比值， 大多情况下以现代工业化前沉积 物重金属的最高背景值为参比值; 重金属的毒性响应 系数则是根据 Hakanson 提出的从“元素丰度原则” 和 “元素释放度” 两个方面来确定的。 几种重金属的背景参考值和毒性系数详见表 1。 表 1重金属的背景参照值和毒性系数 元素HgCdAsCuPbCrZn Cni/ mg kg － 1 0. 25 115507090175 Tri4030105521 通过计算得出各个评价指标与污染程度和潜在 生态危害程度之间的相互关系， 详见表 2。 表 2评价指标与污染程度和潜在生态危害程度的关系 CfiCd 污染程度 EriRI 潜在生态 风险程度 ＜ 1＜ 8低＜ 40＜ 150低 1 ～ 38 ～ 16中等40 ～ 80150 ～ 300中等 3 ～ 616 ～ 32重80 ～ 160300 ～ 600重 ≥6 ≥32 严重160 ～ 320≥600严重 ≥320 极严重 生态风险指数以 4 项条件为基础1 含量条件 底泥污染程度越深生态风险指数 RI 越大。2 数量 条件 生态风险指数 RI 随污染物种类的增加而增 大。3 毒性条件 毒性高的污染物对生态风险指数 RI 的贡献比毒性低的污染物大。4 敏感条件 不 同的水域对不同的有毒污染物具有不同的敏感性。 生态风险指数法客观地把污染物与其生物毒性 联系起来， 不仅反映某一特定环境下沉积物中各种污 染物对环境的影响， 而且反映了环境中多种污染物的 综合效应， 并且用定量方法划分出了潜在生态风险程 度 ［2］。该方法把观察重点放在了重金属对环境的生 态效应方面， 不同重金属具有不同的生物毒性， 对环 境造成的生态危害程度也不同; 且考虑了重金属的毒 性、 在沉积物中的普遍的迁移转化规律、 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， 消除了区域差异和异源污染的影响，可以综合反映 沉积物中重金属对生态环境的影响潜力，适用于大 区域范围不同源沉积物之间进行评价比较 ［3- 4］，成为 国内外沉积物环境质量评价中应用最为广泛的方法 之一。 2. 2污染负荷指数法 污 染 负 荷 指 数 法 Pollution Load Index 是 Tomlinson 等从事重金属污染水平的分级研究中提出 来的一种评价方法。评价指数由评价区域所包含的 多种重金属成分共同构成， 并使用了求积的统计法， 通过这种方法能对整个区域各个点位各种重金属进 行定量评价， 并对各点的污染程度进行分级， 它能直 观地反映各个重金属对污染的贡献程度， 以及重金属 在时间、 空间上的变化趋势 ［5］， 应用比较方便。污染 负荷指数法计算方法如下 污染系数 CFi的计算方法见式 2 CFi Ci C0i 2 式中 CFi为元素 i 的最高污染系数; Ci为元素 i 的实 测含量;C0 i为元素 i 的评价标准， 即背景值。 某一点的污染负荷指数 PL1 计算方法见式 3 PL1 n CF1 CF2 C 槡 Fn 3 式中 PL1为某一点的元素污染负荷指数; n 为评价元 素的个数。 某一区域的污染负荷指数 PLIzone 的计算方法 见式 4 PLIzone n PLI1 PLI2 PLI 槡 n 4 式中 n 为评价点的个数 采样点的个数 。 所采用的参数 重金属元素的评价标准采用全球 页岩平均值作为重金属的评价标准， 详见表 3。污染 负荷评价指数对应不同的污染等级和污染程度， 详见 表 4。 021 环境工程 2013 年 4 月第 31 卷第 2 期 表 3重金属元素的评价标准 全球页岩平均值 元素CrCuPbZnMnAsVSn 全球页岩平均904520958501313019 表 4污染负荷指数与污染程度之间的关系 PL1 污染等级污染程度 ＜ 10无污染 1 ～ 2Ⅰ中等污染 2 ～ 3Ⅱ强污染 ≥3 Ⅲ极强污染 污染负荷指数法侧重对某一点或某一区域的沉 积物重金属综合污染程度和区域综合污染程度进行 评价。污染负荷指数由评价区域所包含的多种重金 属成分共同构成， 使用求积统计法， 通过对整个区域 各个点位的所有重金属元素进行定量评价， 对各点的 污染程度进行分级， 筛选出环境污染贡献最大的元 素， 量化该元素对环境污染的贡献程度， 考虑到每一 种污染物对环境的贡献， 从而较为全面地评价了区域 沉积物的污染状况。这种评价方法能避免污染指数 加和关系造成的对评价结果的误差和歪曲， 又对任意 给定区域进行定量判断。但该方法没有考虑不同污 染源所引起的背景差别 ［6- 8］。 3总结 潜在生态危害指数法能体现各种重金属的相对 贡献程度、 生物有效性和地理空间差异， 不能反映重 金属在时间和空间的变化趋势; 污染负荷指数法可以 量化出每种重金属元素对环境污染的贡献程度， 对任 意给定区域可进行定量判断， 不能全面考虑不同重金 属元素污染引起的背景差别。在实际应用中， 潜在生 态危害指数法与污染负荷指法结合可以相互弥补对 方的缺点， 从而达到综合评价重金属污染的目的。 参考文献 ［1］Hakanson L． An ecological risk index for aquatic pollution control a sedimentological approach［J］． Water Research，1980，14 8 975- 1001． ［2］程祥圣， 刘海奇， 张昊飞， 等． 黄浦江沉积物污染及潜在生态风 险评价初步研究［J］． 生态环境， 2006， 15 4 682- 686． ［3］甘居利， 贾晓平， 林钦， 等． 近岸海域底质重金属生态风险评价 补步研究［J］． 水产学报，2000，24 6 533- 538． ［4］Fernandes H M． Heavymetal distributionin sedimentsand ecological risk assessmentthe role of diageneticprocesses in reducing metal toxicity in bottom sediments［J］． Environmental Pollution，1997， 97 3 317- 325． ［5］徐争启， 倪师军， 张成江， 等． 应用污染负荷指数法评价攀枝花 地区金沙江水系沉积物中的重金属［J］． 四川环境， 2004， 23 3 64- 67． ［6］范英宏， 林春野， 何孟常， 等． 大辽河水系表层沉积物中重金属 的迁移特征及生物有效性研究［J］． 环境科学， 2008， 29 12 3469- 3476． ［7］Chapman D． Water quantity assessment［M］． London Chapman ＆Hall Ltd，1992121- 134． ［8］陈静生． 铜在沉积物各相中分配的实验模拟与数值模拟研究 － 以鄱阳湖为例［J］． 环境科学学报，1987，7 2 140- 149． 作者通信处王静450002河南省郑州市金水区文化路 97 号郑州 大学工学院 E- mailwangjzzu 126． com 2012 － 05 － 02 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 檪檪 檪 檪檪 檪 殏 殏 殏 殏 收稿 简讯 2013 年 1 月 7 日以来， 我国华北、 黄淮、 江淮、 江南等中东部大部地区相继出现大范围雾霾天气。2013 年 1 月 13 日， 困扰各地多日的雾霾天气仍在持续， 中央气象台继续发布最高级别的雾霾黄色预警， 北京首发霾橙色 预警， 各地环保、 卫生、 交通等部门纷纷采取应对措施。北京 PM2. 5指数 1 月 12 日濒临“爆表” ， 空气质量持续六 级严重污染。 专家建议， 建立各省区市联控防联控机制。复旦大学环境科学与工程系教授陈莹认为， 近来的雾霾天气。 是污染物排放和大气状况综合作用的结果。应对这些重污染天气， 政府应有预案。她建议， 从污染源角度， 减 少机动车污染排放， 包括政府本身减少公车上路、 带头停驶， 以及倡导民众出行少开车; 督促重点排放企业减产 减排， 尤其是燃煤企业， 可参照北京奥运会时期， 研究暂停生产的可能性; 由于工地扬尘是污染物重要来源， 要 求建筑工地施工单位暂停作业。不过， 由于大气受周边地区影响很大， 具有区域性， 如果仅是一个城市采取这 些措施， 效果也不会很明显; 对于大气污染， 需要建立各省区市联防联控机制。 摘自“中国环境报” 121 环境工程 2013 年 4 月第 31 卷第 2 期