大溪水库重金属分布特征及风险评价

作     者：王姝 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：成小英;许超

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 0713[理学-生态学] 

主      题：大溪水库 重金属 时空分布 来源解析 风险评价 

摘      要：重金属作为一种具有不可降解性和累积性的污染物,通常由自然活动和人为活动产生,并通过地表径流等方式进入水生系统,进而对水环境、生物以及人体产生威胁。大溪水库作为溧阳市的重要水源地,周围存在农业面源、生活点源以及矿山开采等污染来源,这些污染源会导致重金属通过地表径流、大气沉降等途径进入水体,并经过水体与沉积物的相互作用,在沉积物中累积。本研究以大溪水库为研究区域,调查和分析了水体和沉积物中12种重金属(钒、铬、钴、镍、铜、锌、砷、硒、镉、铅、汞和锰)的时空分布特征,并运用多元统计方法和绝对主成分得分-多元线性回归对大溪水库小流域重金属的来源进行解析,并对大溪水库小流域水体和沉积物重金属分别开展了环境、生态以及人体健康风险评价,可以为保护大溪水库小流域水生环境提供更为有力的技术支撑。主要结果如下:(1)从时间上看,大溪水库小流域水体中各重金属秋季累积年均浓度最大;同时,锌的年均浓度最大,12种重金属年均浓度均未超过地表水环境质量标准Ⅲ类水浓度限值以及补充、特定项目的浓度限值;在四个季节中,钒、铬、铜、锌、砷、硒、镉、汞和锰存在季节差异性。从空间上看,洙漕河年均重金属累积浓度高于库岸带;铬、镍、铜、铅、镉、硒、汞和锰这8种重金属在库岸带和洙漕河具有空间差异性。(2)从时间上看,大溪水库小流域沉积物中各重金属冬季累积年均含量最高;同时,锰的年均含量最大,其中钒、钴、锌、硒、铅、汞和锰这7种重金属年平均含量超过江苏省土壤背景值;除锰外,其余11种重金属均具有季节性差异。从空间上看,洙漕河年均重金属累积含量高于库岸带;铬和硒在库岸带和洙漕河具有空间差异性。(3)水体重金属和沉积物重金属的相关关系显示,钒、铬、钴、砷、铅和汞这6种重金属均呈显著正线性关系。整体而言,含水率、p H、Chla、LOI、沉积物DOC含量与沉积物重金属呈显著正相关,水温与沉积物重金属呈显著负相关;水温、Chla、COD与水体重金属呈显著正相关,DO、ORP、沉积物DOC与水体重金属呈显著负相关。(4)水体重金属聚类分析显示,水体锌和锰归于一类,其余10种重金属归于另一类;空间水体重金属主要分为洙漕河和大溪水库库岸带两类。沉积物重金属聚类分析显示,沉积物锰被单独归于一类,其余11种重金属归于另一类。水体重金属的相关性显示,除砷、硒、汞和锰外,其余8种重金属之间互为正相关;沉积物重金属的相关性显示,绝大部分沉积物重金属之间存在着正相关关系,但汞与其余11种重金属基本呈负相关性;整体而言,沉积物重金属的相关程度较水体重金属更强。在水体重金属中,主成分分析将其分为自然和农业活动混合源、自然和工业活动混合源、大气沉降和农业混合源以及农业活动四个来源,研究区水体重金属钒、镍、硒和镉的来源以自然和农业活动混合源为主,镍、铜和锌的来源以农业活动为主,除此之外还存在着未知来源。在沉积物重金属中,主成分分析将其分为自然和农业活动混合源、农业和大气沉降源混合源以及自然活动三个来源,研究区沉积物重金属钒、钴、镍、铜、砷、铅和锰的来源以自然和农业混合源为主,锌、砷、镉和汞以农业和大气沉降混合源为主,铬、硒和汞以自然来源为主。(5)基于水体重金属,内梅罗综合污染指数显示大溪水库小流域水体环境整体处于无污染至中度污染级别。水体重金属对大溪水库小流域造成了季节性污染,但整体上污染程度较轻且主要属于洙漕河。综合潜在生态风险显示大溪水库小流域水体生态整体处于轻微生态风险,但汞的生态风险程度较高。基于沉积物重金属,地累积指数表明大溪水库小流域整体处于未污染程度,但铬、钴、镍、硒、铅、汞和锰这7种重金属在部分点位处于未污染至轻度污染级别,其中汞的受污染点位最多,沉积物重金属对大溪水库小流域环境也产生了季节性的污染。沉积物重金属对小流域生态整体产生轻微生态风险,但镉和汞的潜在生态风险较大。(6)大溪水库小流域水体和沉积物重金属对成人和儿童造成的人体健康风险整体上处于可接受水平;水体镍、砷和铬对成人的致癌风险超过最大可接受水平,水体砷则对儿童的非致癌风险产生负面影响;各沉积物重金属则在致癌和非致癌水平上均未对成人和儿童产生明显的负面影响。