南水北调中线工程焦作段滨河地带土壤重金属污染风险评价

以南水北调中线工程焦作段为研究区，通过野外调查和室内分析的方法，采集总干渠流经的农业区、市区、工的滨河地带土壤样本，分别测定重金属 Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｐｂ的质量分数，利 用 单 因 子 污 染 指 数 法、Ｎｅｍｅｒｏｗ 内梅罗污染指数法和 Ｈａｋａｎｓｏｎ综合潜在生态风险指 数 评 价 研 究 区 的 重 金 属 污 染 状 况 及 其 潜 在 生 态 风险。结果表明，与《土壤环境质量标准》中的Ⅱ级标准pH>7.5）相比，主要重金属污染风险元素为 Ｃｄ。农业区、市区、工矿区的内梅罗污染指数分别为37.56、36.65、37.98，且均处于重度污染水平。三个区段的综合潜在风险指数分别为41823.39、18973.18、19659.09，均具有很强的生态风险。综合分析表明，南水北调焦作段总干渠依次流经的农业区、市区、工矿区滨河地带均受到不同程度的土壤重金属污染，以工矿区污染最为严重，对干渠的水质安全造成极大威胁，该研究结果对南水北调焦作段水质安全防护及滨河地带土壤污染治理具有重要意义。

关键词

南水北调工程；中线工程；滨河地带；土壤污染；风险评价

Risk assessment of heavy-metal pollution in riverside soil of Jiaozuo segment in the Middle Route of South-to-North Water Transfer Project

Taking Jiaozuo segment in the Middle Route of South-to-North Water Transfer Project as the study area, using field investigation and experimental analysis, we collected soil samples from the industrial and mining area, urban area, and agricultural area along the main canal, measured the content of heavy metals (Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Hg, and Pb) in the soil, and evaluated the condition of heavy-metal pollution and its potential ecological risks using the single factor pollution index, Nemerow pollution index, and Hakanson comprehensive potential ecological risk index. The results showed that, according to the Grade Ⅱ criteria of the Standard for Soil Quality (PH>7.5), the main heavy-metal pollution risk element was Cd. The Nemerow pollution index of the agricultural area, urban area, and industrial-mining area was 37.56, 36.65, and 37.98, respectively, all reaching severe pollution level. The comprehensive potential risk index of the three areas was 41823.39, 18973.18, and 19659.09, respectively, all posing high ecological risks. The analysis results showed that the soil of the agricultural area, urban area, and industrial-mining area along the main canal are all contaminated by heavy metals to different degrees. The industrial-mining area has the most serious pollution, which posed a great threat to the water quality safety of the canal. The above results are of important significance to water quality protection and soil pollution control in the riverside area of Jiaozuo segment of the South-to-North Water Transfer Project.

Key words

South-to-North Water Transfer Project; Middle Route Project; riverside zone; soil pollution; risk assessment

基金项目

河南省科技攻关项目（162102110169）；河南理工大学创新型科研团队资助（B2017-16）；河南省高校教师科技创新团队(18IRTSTHN008)

为了解决我国北方水资源严重短缺的问题，国家启动了南水北调重大基础战略性工程。国务院在落实科学发展观中明确提出将“南水北调水源地及沿线”作为水污染防治和国家用水安全的重要组成部分。但是在长距离输水过程中，南水北调滨河地带的环境污染问题对水质安全造成重大威胁，因此，对南水北调输水工程周边区域实施环境污染监测并进行评价，及时发现问题并解决问题，对于保障南水北调一汪清水永续北上至关重要［１］。在众多污染因素中，重金属是主要污染类型之一，其中，土壤承担着环境中大约９０％的重金属污染物［２－３］。由于重金属不能被土壤微生物分解，易于在土壤中积累，破坏土壤的生态结构和功能，从而影响植物的生长发育，并通过食物链在动物、人体内富集，严重危害生命健康［４－６］。

焦作市是南水北调中线工程总干渠唯一从中心城区穿越的城市。同时，焦作市是以矿业而兴的城市，煤炭开采历史悠久，此外还有铁、铜、锌等矿产资源。在矿产资源的开发和利用过程中，矿区废弃物如矿渣、煤矸石长期随意堆放，极易对周围环境造成污染。众多研究表明，矿区废弃物煤矸石中含有大量的重金属元素，在长期堆放过程中极易经雨水及风力作用，迁移至周边土壤、水体、大气中，从而对区域环 境 造 成 重 金 属 污 染［７－９］。近 年 来，河 流 重 金 属污染评价 一 直 是 国 内 外 研 究 的 热 点，关 于 南 水 北调的污染 评 价 虽 有 一 些 研 究，但 大 多 是 针 对 河 段底泥和水 质 的 污 染 研 究［１０－１１］，还 有 对 干 渠 两 侧 浅层地下水 的 污 染 评 价［１２－１３］，以 及 某 河 段 滨 河 地 带单个土地类 型 的 污 染 研 究［１４］，缺 乏 对 南 水 北 调 滨河地带土 壤 污 染 的 整 体 性 研 究，南 水 北 调 作 为 国家重大的水利 战 略 工 程，其滨河地带的土壤环境质量与南水北调的水质安全保障息息相关，因此，对其沿岸的土壤污染风险进行评价尤为重要。本研究以南水北调中线工程焦作段为研究对象，将流经区域按照不同的土地利用类型分为农业区、市区、工矿区三个研究区段，分别对三个研究区段土壤中的重金属元素 Ｐｂ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｎｉ和 Ａｓ的 含 量 进行测定，并对重金属污染状况进行评价。评价结果对南水北调滨河地带土壤污染治理及水质安全防护具有重要意义。

1材料与方法

1.1研究区域概况

焦作市位于河南省西北部，太行山南麓，地理坐标在113°４′－113°26′Ｅ，35°10′－35°21′Ｎ 之间。南水北调中线工程焦作段起始于焦作市温县北冷乡北张羌村，向东北穿越焦作市城区，止于焦作市修武县方庄镇丁村，全长８４．１５ｋｍ，干 渠 由 西 到 东 依 次 经过农业区、市区和工矿区。本研究通过分析焦作市的区位特征、土地利用类型及污染源类型，将南水北

1.2样品采集与测定

根据农业区、市区和工矿区的地形地貌特征、土地利用类型及植被类型，以距离南水北调工程干渠两侧沿线１００ｍ为缓冲区进行勘察布点，分别对三个研究区进行取样，用五点取样法采集０～２０ｃｍ 表层土，每个点位重复３次且分别检测取平均值，其中市区和农业区各取６个点位，工矿区取５个点位，并用 ＧＰＳ记录采样点坐标（图１）。土样采集后置于室温下通风阴干，用木棒压碎大的土块，并去除岩石块、植物根等杂物。风干后充分研磨过２ｍｍ（２０目）的尼龙筛，混合均匀并放入自封袋密封保存，记录样品号待测。

取干燥后的土壤样品，经 ＨＣｌ－ＨＮＯ₃－ＨＦ－ＨＣｌＯ₄进行消化处理，用体积比为１∶１的 ＨＣｌ水溶液溶解定容，采用火焰原子吸收分光光度法测定 Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ的含量；采用石墨炉原子吸收分光光度法测定Ｃｄ、Ｐｂ的含量以及用原子荧光光度计测定 Ａｓ、Ｈｇ的含量，测定过程中加入国家标准参比物质土壤样品（ＧＢＷ０８３０３）进行质量控制，各元 素测 定 值 的 误 差 均 在国家标准物质的允许范围内；土壤 ＰＨ 值按水土比１∶２.５比例混合、搅拌、静置，ｐＨ 计测定。