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《中南大学》 2011年
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山西汾河河流生态地球化学特征与重金属污染机制

龚玲兰  
【摘要】:汾河流域是山西省工业集中、农业发达的地区,在山西省的经济发展中具有举足轻重的作用。近年来降雨偏少,且季节性明显,河流的生态功能已大为衰退。随着直接或间接排入汾河的污染物越来越多,由此带来的环境污染与事故日渐突出,严重威胁着人类健康。其中重金属因其自身的非降解性和通过食物链富集、毒性放大的特性,其污染问题备受关注。 本文主要研究内容如下:对汾河进行了系统的水体多介质(水、悬浮物、底泥)地球化学测量及河漫滩剖面测量;着重对八种重金属元素Hg、Cd、Pb、As、Cr、Cu、Ni、Zn进行了生态地球化学评价。尝试测定了汾河河漫滩沉积物的210Pb丰度。估算了汾河沉积物的沉积速率和重金属沉积通量;大致推导了重金属的主要污染时期。对重金属含量高的样品进行重金属形态分析,探讨了其生态危险性,并对重金属元素的来源及其迁移转化进行了探讨。 论文主要成果与认识如下: (1)、汾河重金属在悬浮物中含量最低,在水中含量较高,在底泥中最高。从太原到河津,汾河重金属含量总体上趋于增加。 黄河过滤水中重金属元素含量均低于河津过滤水中含量,黄河临猗重金属高于黄河禹门口。汾河枯水期悬浮物中重金属元素浓度均低于丰水期。反映在丰水季节泥沙夹带了大量的污染组分进入河流。汾河底泥的污染程度高于黄河。总之,汾河水体对黄河有明显的重金属输入污染。 (2)、汾河污染物主要在太原盆地和临汾盆地沉积物中,太原盆地沉积物重金属峰值集中在12~66厘米,临汾盆地重金属富集峰值的深度大致在88~100厘米左右。推测重金属累积通量高值段出现在20世纪80年代初以后时期,为重金属人为负荷量输入高峰期。重金属浓度与其沉积通量分布呈正相关性,与南方河流不同。太原盆地和临汾盆地是汾河的纳污库,将来有可能是黄河新的污染源。 (3)、采用目前国内外主要的评价方法,全面、客观评价了汾河水体及沉积物中重金属元素的污染程度。综合各种评价方法,认为汾河水体已受到重金属污染:Hg、Cr、Cd在河津为国家标准(GB3838-2002)V类水,六个监测断面上Hg的含量均属国家标准V类水。汾河水体中Pb、As、Zn、Cu和Ni含量较低,污染较轻。汾河河漫滩沉积物主要污染也是汞镉污染,其他重金属污染相对较轻。六个沉积柱重金属污染程度递降的顺序为,MHH1420副MHH1419 MHH1418 MHH1421 MHH1414 MHH1417,除MHH1418(介休)无重警样,其他沉积柱都出现了重金属污染严重现象,即生态系统服务功能严重退化,生态环境受到较大破坏,生态问题较大,生态灾害较多。 (4)、对汾河河漫滩不同站位沉积物中Hg、Cd、Pb和Zn元素进行了形态分析,形态分析中各元素的“非稳态”含量可以反映不同站位人为因素的影响。Hg、Cd、Pb和Zn四种重金属中,Hg的迁移环境风险最低,Cd的环境风险最高,Pb和Zn存在潜在危害。当环境条件改变,沉积物中Cd最易活化释放到水体中,形成新的污染源,应引起足够重视。 (5)、重金属来源研究采用与流域岩石重金属含量对比,结合相关分析和因子分析法,并与汾河流域工业发展状况进行对照。自然的汞主要来自P1x、C2、C3、O2f等沉积岩地层,岩浆岩和变质岩对汞污染的贡献很少。含镉偏高的地层主要是T1和C3。人为的汞镉污染主要与山西工业燃煤及采煤业有关。其他轻微或中等污染的重金属在沉积物中都显示不同程度的富集,除来自于流域岩石的自然风化和侵蚀外,也与流域内的人口激增和工商业蓬勃发展有关。此外,推测重金属富集的原因可能与汾河地堑的独特的地质构造有关,该结论有待进一步研究探讨。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X522;X142

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