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《华东师范大学》 2011年
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尼罗河三角洲泻湖沉积物重金属时空分布特征及其环境意义

顾家伟  
【摘要】:尼罗河三角洲属于典型的地中海干燥性气候区域,降水稀少。1964年阿斯旺大坝的建造又拦截了大量的径流和泥沙,导致尼罗河河口从高浊度演变为现今的清水环境。强烈的人类活动向河口地区排放了大量的污染物(有机和无机的),它们只能够通过径流排放至河口—泻湖入海。因此,探讨近半个世纪以来重金属元素在泻湖沉积物中的时空分布、环境变迁,以及与河口环境综合管理等具有十分重要的环境地学科学意义。 本文以尼罗河三角洲泻湖(Manzala、Burullus、Edku)为典型区域,在2007—2008年分别采集6根柱状样并高密度采样(1cm/样),选取若干主要重金属元素(Al、Cd、Cr、Fe、Mn、Pb、Cu、Zn等)为研究对象,并辅以三个泻湖典型钻孔(M-1、B-4、E-1)的Z10Pb和137Cs核同位素定年,分析在受自然和高强度人类活动综合作用下的河口湿地系统环境中、沉积速率特征以及重金属元素在沉积物中的时空分布、累积和迁移转化过程;旨在指示阿斯旺大坝建造后,沉积环境对重金属污染元素分布的影响,并对尼罗河三角洲泻湖湿地重金属环境污染进行生态风险评价。另外,本研究试图与长江三角洲的重金属元素时空分布进行对比,探索季风湿润气候条件和高强度人类活动影响下重金属的分布迁移的不同模式。通过以上研究,本文旨在为大河三角洲河口综合环境管理评价和环境修复提供科学依据。 在对大量第一手数据资料进行综合分析的基础上,本文主要得到以下几条结论: (1)尽管前人在尼罗河三角洲地区利用210Pb、137Cs放射性测年遇到诸多困难,但本文通过选取合适钻孔进行高分辨率采样,并利用CIC模式获得了尼罗河三角洲泻湖建坝后的沉积速率(0.22-0.27 cma-1)。低沉积速率反映了进入三角洲河口的泥沙极少,它们在泻湖中分布较为平均;阿斯旺建坝是导致泥沙剧减、三角洲泻湖沉积速率极低的主要原因。研究表明,上游来沙减少和海岸保护工程的实施使得泻湖成为一个较为稳定的沉积环境,极少的泥沙得以在此缓慢堆积。本研究中钻孔上层(-10cm)沉积物中保存较好的210Pb记录表明,尽管一些钻孔存在一定程度的生物扰动,但不能否定放射性同位素测年在泻湖中的应用。CRS模式结果显示1980s以来泻湖的沉积速率逐渐增加,其原因可能是湖泊周围城市化、农业围垦,以及高速公路建设等人类活动所引发湖面日益萎缩,使得入湖的物质相对“积聚”。 (2)多数重金属(绝对含量和Al归一化数值)在钻孔上部(-10-15cm)沉积物中富集。它们的增加反映了阿斯旺1964年建坝后河口环境污染的历史。重金属水平分布显示,三角洲东西两边的Manzala和Edku湖污染较重,而中部的Burullus较轻。相关性分析结果表明Manzala湖的主要污染元素是Mn、Pb、Cu、Zn和Cd。Manzala湖重金属输入源主要是三角洲东部大城市(包括开罗)的石油化工相关产业的废水,以及Manzala湖周边的Matariya市、Damietta市排放的废水。研究表明,Burullus湖主要重金属污染元素为Mn和Pb,这可能与Burullus湖主要接纳三角洲农业污水有关。但是,近些年中部平原土地利用方式的改变以及一些大城市的兴起(Tanta, Baltim等),使得钻孔上层出现了一定程度重金属富集(Mn、Pb等),也暗示了该湖不容乐观的污染预期。Edku湖的主要重金属污染元素为Mn、Pb和Zn。研究表明Edku湖虽然远离主要工业区,但已经遭受一定程度的污染,其重金属污染源可能来自邻近的、与亚历山大工业废水有关的Abu-Qir湾,污水可以通过潮汐作用回灌Edku湖。 (3)对比研究尼罗河与长江三角洲重金属污染分布规律,本文发现尼罗河三角洲的多数重金属含量高于长江三角洲,并且前者的EF值为长江三角洲的~3倍之多。两三角洲的重金属污染分布格局差异明显,尼罗河泻湖在建坝后逐渐成为重金属的聚集盆地;长江三角洲重金属含量向海沿程逐渐降低,巨量季风降水和径流对重金属的扩散能力很强,因而导致污染水平较低。与世界其他地区河口重金属污染程度比较,尼罗河三角洲的重金属污染属于中等水平,而长江三角洲属于中下水平。 (4)两三角洲的重金属污染评价结果显示,尼罗河三角洲已经达到“中等”生态风险,长江三角洲为“轻”生态风险。在两三角洲重金属中,Cd的生态风险均为最高。另外,本文从社会经济、自然条件、人类活动(建坝)等三方面对比研究了两地三角洲重金属污染的控制因素。研究表明,阿斯旺建坝后处于干旱气候带下的“封闭型”尼罗河三角洲沉积环境,日益演化成重金属的“沉降池”。相反,长江三角洲的污水排放量(重金属输入)虽远大于尼罗河三角洲,但由于位于季风气候带,长江口的巨量水沙输入所形成的稀释效应要远大于尼罗河三角洲,另外长江口属于强动力沉积“开放型”沉积环境,易于污染物的扩散,以上长江口污染较轻的主要原因。 (5)本文对三峡建坝后长江对重金属污染物容量进行了初步评估。结果表明,建坝后如果要维持长江口沉积物环境质量达到海洋环境质量Ⅰ类标准,所需的年输沙量应该达到-0.7亿吨;考虑到泥沙的季节性分配不均,那么年输沙量可能要维持在>~1.75亿吨时,冬季长江口沉积物环境质量才能达到上述标准。鉴于近几年(2003-2009)长江输沙量逐渐递减,研究认为对未来长江口的重金属环境污染监测要予以足够重视。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X832

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