湘江长株潭段水体重金属污染特征及污染源解析

论文摘要

湘江作为洞庭湖水系最大的河流，既是流域主要饮用水源地，又是沿江城市的重要纳污水体，是湖南经济社会发展的重要命脉。“十五”期间湘江流域经济取得了快速发展，其经济总量和工业发展总体水平居全省之冠。由于产业结构和工业企业地区分布的不合理以及冶炼、化工等行业工艺水平的相对落后，湘江流域经济的快速发展也带来了一系列的环境问题。其中尤其突出的是有毒有害重金属在部分河段超标频率越来越高，超标倍数呈增加趋势，部分江段重金属排放量已超过了环境功能规划所容许的纳污能力，已严重威胁着饮用水及工农业用水源的安全。据国家“十一五”《国家水体污染控制与治理科技项目》重大科技专项的《湘江水环境重金属水质目标管理与监测技术研究》子课题任务2湘江水环境重金属污染特征。本文以湘江“长株潭”段水系-沉积物为主要研究对象，开展重金属元素的污染研究。文章首先分析了湘江“长株潭”段水相-沉积物物重金属Cd、Hg、As、Cr+6、Pb、Cu、Zn污染特征，水相中总浓度超标的重金属As、Hg和Cd随时间和空间的沿程变化特征为：年内变化特征大致为枯水期>平水期>丰水期；Hg和As的年际变化特征为：2006>2005>2007，Hg的含量与流量呈一定的正相关；而As的含量与流量成负相关；Cd的年际变化特征为：2005>2006>2007，Cd含量与流量关系在2005年为正相关，2006和2007年为负相关。该段水体的沉积物中重金属浓度变化特征为：As沿程变化不大，但大部分采样点超标；Pb有一个采样点超标；Cr未出现超标现象；Zn和Hg沿程分布波动性很大，而且大部分采样点的检测值很高，污染比较严重。Mn的沿程分布比较均匀，大部分采样值比标准值高。Cd沿程分布没有明显规律，在霞湾段含量最高。其次，利用地质积累指数法、潜在生态危险指数法、沉积物污染指数法确定了“长株潭”段重要污染的重金属和污染区域，综合三种方法分析认为：污染较严重的元素为Cd、Hg、Zn和Pb，污染严重的断面为霞湾、钢炼铁厂排污口、竹埠港油库断面、浏阳河口下、游坪塘镇下游、三叉矶和乔口。再者，通过对重点污染区域沉积物中重要污染因子的形态分析可知，重点污染区域重点污染因子的形态分布特征为：Cd、Zn主要趋向于与Fe-Mn水合氧化物和碳酸盐结合，Pb主要以铁锰氧化态和残渣态为主，而Cu有机质结合态和残渣态含量较大。最后用相关分析、聚类分析、主成分分析、正矩阵因子分解解析湘江底泥重金属污染源，四种方法都定性地将污染源分为三大类。聚类分析和相关分析结果相似，主成分分析和正矩阵因子分解解析结果相似，第一类因子上的主要污染物质为Cr、Cu、Zn、Ni，主要来源于岩石的自然风化与侵蚀，第二类因子上的主要污染物质为Pb、Mn和Hg，主要来源于工业污染，第三类因子上的主要污染物质为Cd和As。最后用主成分分析、正矩阵因子分解半定量解析每种污染源的相对贡献率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义与目的
• 1.1.1 研究来源
• 1.1.2 研究意义及目的
• 1.2 水环境重金属污染评价现状
• 1.3 染源解析技术研究现状
• 1.3.1 大气污染源解析技术现状
• 1.3.2 源解析技术在水环境中的应用
• 1.3.3 源解析技术在水环境重金属污染中的应用
• 1.4 主要研究内容及技术路线
• 第2章 湘江水-沉积物系统中重金属的污染特征
• 2.1 “长株潭”水相重金属含量及分布特征
• 2.1.1 “长株潭”各监测断面单因子超标情况
• 2.1.2 重金属随时间变化特征
• 2.1.3 重金属随流量变化特征
• 2.2 “长株潭”段表层沉积物中重金属的含量及分布特征
• 2.2.1 “长株潭”段表层沉积物中重金属的含量
• 2.2.2 “长株潭”沉积物重金属污染分布特征
• 2.3 小结
• 第3章 湘江重点污染因子和污染区域的确定
• 3.1 潜在危害生态指数确定重点污染因子和污染区域
• 3.1.1 潜在危害着指数
• 3.1.2 潜在危害指数评价的结果
• 3.2 地质积累指数确定重点污染因子
• 3.2.1 地质积累指数
• 3.2.2 地质积累指数的结果
• 3.3 沉积物污染指数确定重点污染区域
• 3.3.1 沉积物污染指数
• 3.3.2 沉积物污染指数的结果
• 3.4 小结
• 第4章 重点污染区域沉积物中重金属的形态特征
• 4.1 重金属的形态分布特征
• 4.1.1 Cd 的形态分布特征
• 4.1.2 Cu 的形态分布特征
• 4.1.3 Pb 的形态分布特征
• 4.1.4 Zn 的形态分布特征
• 4.2 生物有效性分析
• 4.3 小结
• 第5章 湘江沉积物重金属污染源解析
• 5.1 相关分析初步确定污染源
• 5.2 聚类分析确定污染源
• 5.3 主成分分析-多元线性回归解析污染源
• 5.3.1 主成分分析
• 5.3.2 绝对主成分得分-多元线性回归
• 5.3.3 主成分分析解析结果
• 5.4 正矩阵因子分解解析污染源
• 5.4.1 正矩阵因子分析法
• 5.4.2 正矩阵因子分解解析结果
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 附件
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢