摘要
重金属是危害河流生态环境的主要物质，其空间分布特征、运移规律及循环过程影响着河流水生态系统的正常运转。近年来，人们为调节流域水资源时空分布而兴修水库，在提高水资源利用效率的同时，却也削弱了河流的连续性，导致河流水动条件在湖泊沉积与河流搬运之间拮抗转化。河流水动力条件的改变将引起吸附重金属的运移介质变化，导致库区中的重金属经常随水沙沉积与运移而产生“汇”“源”转化，使得库区扮演着重金属 “汇集”与“源头”的角色。为探究黑河流域梯级库区重金属的“汇源”状态，于 2019年至 2021年夏季分别在黑河流域9条干支流内，采集了水体、沉积物及岸边土壤90份样本，测定了8种重金属(Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Cd、Mn、As)的含量，采用反距离加权插值法分析了流域重金属的时空分布特征，揭示了库区重金属的汇源状态，利用主成分分析法、相关性分析法等追溯沉积物重金属的来源，并运用水质指数法、内梅罗综合污染指数法、地累积指数法、污染负荷指数法、潜在生态风险指数法对黑河流域库区水体、沉积物的环境质量评价，为流域重金属防治及生态保护提供理论依据。主要研究结果如下： （1）黑河流域库区沉积物重金属含量变化特征较为明显，库区重金属主要处“汇”的阶段，同时有少量“源”的现象。水体重金属空间中含量普遍较低，仅占沉积物含量的 1%，As、Cd、Cu、Pb、Zn 在各河段的时空变化特征相对接近，与其地球化学行为相似有关。天然支流重金属空间分布无明显空间差异性，筑坝支流有明显“拦截”效应，梯级筑坝库区内则表现出“层层拦截”现象。而2019~2021年库区重金属含量整体呈逐年累增趋势，但增幅均较小。 （2）黑河流域内重金属来源因人类活动分布不同而有所差异。黑河中上游内As、Cd、Pb、Zn、Ni和 Cu主要源于锰矿、铅锌矿等矿产开采活动，Mn主要源于工业生产活动（Ⅰ类、Ⅱ类工厂均有），Cr来自污水排入，与其他元素主要来源不同，Ni源于上游及农业生产。天然支流及筑坝支流矿产开采活动较少，Cu、Ni、Pb、Zn主要来源于化肥农药或农田污染废弃物，As、Mn源于页岩风化等地质成因，Cd主要源于天然源，其他元素也或多或少源于此，Cr则与黑河中上游来源一致，与污水排入有关。 （3）黑河流域沉积物重金属溯源解析表明，黑河流域可选用 Cu 作为“显迹金属”。当岸边土壤 Cu 含量大于 270mg/kg 时显示有开采重金属矿产行为，大于500mg/kg 时即指示有显著开采矿产行为，小于 100mg/kg 时显示无开采重金属矿产行为。而当Cu含量介于100至270mg/kg时，只能指示附近可能有外源污染存在，需要结合实地勘查进一步判别。 （4）黑河中上游污染程度普遍高于筑坝及天然支流，库区水质指数、内梅罗综合污染指数、潜在生态风险指数均印证了黑河流域库区重金属目前仍主要处于“汇”的状态。库区水体水质指数表明，库区水体受重金属污染程度较轻，除Xgs库区外均为清洁状态。内梅罗综合污染指数相较水质指数更为敏感，黑河中上游水体受污染程度较重，Xgs 库区为中度污染。而库区沉积物地累积指数与污染负荷指数特征均显示库区沉积物受污染程度较轻，而沉积物内梅罗综合污染指数与潜在生态风险指数特征显示库区沉积物受污染程度稍重。潜在生态风险指数还表明，库区沉积物整体的潜在风险很高、Cd的潜在风险很高、Cu的潜在风险中等。
NETL