锑矿区地表径流中重金属的来源和锑在土壤中的运移及风险评估

作     者：史曦阳 

作者单位：湖南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任伯帜;Andrew.S.Hursthouse

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：重金属 土壤溶质运移 污染源解析 污染风险评估 锑矿区 

摘      要：矿区的地表径流中通常含有较高浓度的重金属元素,然而对其引起的面源污染的研究存在不足。湖南省锡矿山经过上百年的开发,地表径流中含有较高浓度的重金属元素。为了明确地表径流中重金属的来源、理解重金属的迁移过程、评估重金属的生态风险,以锡矿山锑矿区为研究区域,对204个地表径流样本中锑、铜、锌、镉、镍、铅共六种重金属元素浓度使用相关性分析、聚类分析和主成分分析以解析六种重金属元素的来源;构建研究区域地表径流样本中平均浓度最高的锑在土壤中的三维迁移模型;基于模型分析不同时间点不同深度土壤中锑的扩散情况,评估研究区域在不同时间的污染程度和人类健康风险。完成的主要研究内容和结果为:(1)解析了锑矿区地表径流样本中锑、铜、锌、镉、镍、铅六种重金属污染的4个主要来源。结果表明来源1是来自大气、交通、土壤的混合源,载荷主要来自镍、镉和铅;来源2是锌冶炼工业,载荷主要来自锌和镉;来源3是农业活动,载荷主要来自铜、铅;来源4是锑冶炼工业,载荷主要来自锑和锌。(2)构建了锡矿山锑矿区研究区域地表径流中锑在土壤中的三维迁移模型。先对所有取样点使用Hydrus-1D建立锑在土壤中的一维运移模型,然后使用克里金法插值建立二维模型,再堆叠二维模型建立锑在土壤中的三维迁移模型。(3)基于构建的锑在土壤中的三维迁移模型分析研究区域土壤3米和6米深处锑浓度与时间的关系。结果表明两处锑浓度与时间的函数都近似“S型曲线:即在计算期初期锑浓度上升缓慢,随后快速上升;浓度在接近可能的最大浓度时,上升速度逐渐减缓。(4)基于构建的锑迁移模型数据,用内梅罗指数评估不同时间点研究区域3米和6米深度土壤中锑的污染程度。计算期第160天时,土壤3米深处的锑污染程度较为严重;从第260天,土壤6米深度大部分区域被严重污染。(5)基于构建的锑迁移模型数据,用非致癌风险指数评估不同时间点研究区域土壤3米和6米深处锑对居民的非致癌健康风险。计算期第160天时,土壤3米深处大部分区域有非致癌健康风险;第260天时,土壤6米深处研究区域50%以上面积的地区有非致癌风险。通过多元统计方法确定了锑矿区地表径流样本中锑、铜、锌、镉、镍、铅的来源,构建了锑在土壤中的三维迁移模型,评估了不同深度不同时间锑在土壤中的污染程度和非致癌风险,以期为锡矿山土壤重金属污染防治决策提供有效数据参考与技术支撑。