陳德慧,許恒韜,錢　健,周青松,宋偉華

(國(guó)家海洋局 第二海洋研究所 工程海洋學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012)

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獨(dú)山港表層沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的Monte Carlo模擬

陳德慧,許恒韜,錢健,周青松,宋偉華

(國(guó)家海洋局 第二海洋研究所 工程海洋學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012)

摘要:基于沉積物重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)的不確定性和隨機(jī)性，采用Monte Carlo模擬技術(shù)定量刻畫(huà)沉積物重金屬含量數(shù)據(jù)分布特征，并通過(guò)與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法的綜合集成，評(píng)估了獨(dú)山港海域表層沉積物重金屬(Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg和As)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。結(jié)果表明，港區(qū)中Cu、Pb和Zn為中等污染，Cd、Cr、Hg和As為輕微污染；綜合污染指數(shù)Cd處于輕微污染的概率為38.32%，處于中等污染的概率為61.68%。所有7種重金屬污染程度以及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI均為輕微級(jí)。敏感性分析表明，Cu、Zn和Cr對(duì)Cd和RI起主導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞:獨(dú)山港；表層沉積物；重金屬；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；Monte Carlo模擬

0引言

近海沉積物作為污染物的主要匯集場(chǎng)所，面臨著不斷增加的各種重金屬污染壓力，包括大氣沉降、地質(zhì)風(fēng)化、生活與農(nóng)業(yè)廢水、礦藏開(kāi)采、金屬冶煉以及電子垃圾等[1-2]。由于重金屬密度大，大部分水體中的重金屬在被水流輸送的過(guò)程中，當(dāng)其負(fù)載量超過(guò)其輸送能力時(shí)會(huì)隨著其他污染源沉降到水底，累積在沉積物中。另外，沉積物中的重金屬元素又可釋放到水體中形成“二次污染”[3]。水體中重金屬元素由于其毒性、持久性以及生物累積的特性[4-5]，不僅威脅到水體生態(tài)環(huán)境健康，而且通過(guò)食物鏈向攝食等級(jí)更高的物種體內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)移,并最終影響到人類健康[6]。因此，科學(xué)評(píng)估沉積物中重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。

目前沉積物潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中,應(yīng)用較多的評(píng)價(jià)方法是HAKANSON[7]提出的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法(The Potential Ecological Risk Index,RI)，該方法綜合考慮了重金屬的生態(tài)毒性及重金屬區(qū)域背景值的差異，消除了區(qū)域差異影響，在國(guó)內(nèi)外土壤、沉積物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用[8]。然而重金屬含量和空間分布具有隨機(jī)性和不確定性，重金屬的生態(tài)危害效應(yīng)也因生物種類和個(gè)體差異而存在不確定性[9]。因此，科學(xué)的方法應(yīng)是從系統(tǒng)不確定性角度評(píng)估沉積物重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。本研究將Monte Carlo模擬法(Monte Carlo simulation，MCS)應(yīng)用于Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法中，以獨(dú)山港區(qū)表層沉積物中Cu，Pb，Zn，Cr，Cd，Hg和As等7種重金屬為對(duì)象，評(píng)估其潛在生態(tài)危害及風(fēng)險(xiǎn)性，并對(duì)各種重金屬污染程度的敏感性進(jìn)行分析，以期為沉積物重金屬污染治理提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

嘉興港地處長(zhǎng)江三角洲南翼、杭州灣北岸，背靠富饒的杭嘉湖平原和環(huán)太湖流域，緊臨上海，是杭州灣北岸唯一的海上貿(mào)易通道，為浙江沿海四大主要港口之一，屬國(guó)家一類開(kāi)放口岸。而獨(dú)山港區(qū)作為嘉興港的三大港區(qū)(獨(dú)山、乍浦、海鹽)之一，位于平湖金絲娘橋至益山，緊鄰上海金山石化總廠。港區(qū)主要分石化作業(yè)區(qū)(A區(qū))、散雜貨與多用途集裝箱作業(yè)區(qū)(B區(qū))、港口支持系統(tǒng)區(qū)(C區(qū))和散貨作業(yè)區(qū)(D區(qū))，另外包括進(jìn)港航道錨地等(圖1)。從自身資源來(lái)看，獨(dú)山港區(qū)是浙北地區(qū)唯一的深水良港，區(qū)內(nèi)擁有前沿水深13 m的海岸資源達(dá)12.6 km，可建3萬(wàn)至5萬(wàn)噸級(jí)碼頭43個(gè)，具有獨(dú)特的海河陸聯(lián)運(yùn)條件，是開(kāi)展集裝箱喂給、分流的理想港址[10]。

根據(jù)《浙江省海洋功能區(qū)劃(2011-2020年)》[11]，獨(dú)山港區(qū)處于嘉興港口航運(yùn)區(qū)，鄰近的海洋功能區(qū)有九龍山休閑娛樂(lè)區(qū)和平湖農(nóng)漁業(yè)區(qū)。港區(qū)長(zhǎng)年有進(jìn)出口貨輪靠泊，2012年獨(dú)山港區(qū)全年完成貨物吞吐量為1 415萬(wàn)噸。裝卸貨種包括散雜貨與多用途集裝箱、液體化工原料等。進(jìn)港航道外側(cè)設(shè)有獨(dú)山港區(qū)待泊、引航和聯(lián)檢錨地。

獨(dú)山港區(qū)還有不少已批復(fù)待建的泊位，例如A區(qū)部分液體化工碼頭，施工期涉及施工船舶、施工棧橋、機(jī)械等鋼構(gòu)設(shè)備的投入使用。因此，施工期碼頭的施工機(jī)械與設(shè)備，船員、碼頭工人、施工人員的生活垃圾，碼頭沖洗廢水以及鋼制船體長(zhǎng)期浸泡海水中重金屬元素的析出、沉降，都會(huì)給港區(qū)及周邊休閑旅游、農(nóng)漁業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)重金屬污染壓力與健康風(fēng)險(xiǎn)。

1.2樣品采集與分析

2012年4月，在獨(dú)山港周邊海域設(shè)置了16個(gè)沉積物調(diào)查站位，如圖1所示。表層沉積物樣品采用抓斗式采泥器采集，采集表層0～10 cm沉積物樣品，用塑料勺從采泥器耳蓋中取0～2 cm表層的泥樣于聚乙烯袋中，樣品采集、貯運(yùn)、預(yù)處理和分析測(cè)定方法均按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB17378-2007)[12-13]相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。主要檢測(cè)儀器為原子熒光光度計(jì)(XGY1011A) 以及原子吸收分光光度計(jì)(AAnalyst800)。其中Cu、Pb和Zn分析采用火焰原子吸收分光光度法，Cr和Cd采用無(wú)火焰原子吸收分光光度法，Hg和As采用原子熒光法。樣品分析過(guò)程中進(jìn)行質(zhì)量控制，同步測(cè)定近海海洋沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07314)和平行樣，各重金屬元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差( RSD) 均小于5%。

圖1　采樣站位Fig.1　Sampling stations

1.3基于Monte Carlo模擬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

1.3.1潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是土壤、沉積物等環(huán)境介質(zhì)重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)研究中較為常用的評(píng)價(jià)方法，由瑞典科學(xué)家Hakanson于1980年提出，其計(jì)算公式為：

(1)

(2)

(3)

BPI=10%T灼燒量+TN

(4)

式中：T灼燒量為總灼燒量，TN為總含氮量。

表1　7種重金屬Tir與的關(guān)系

1.3.2基于Monte Carlo 模擬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

受調(diào)查海域站位數(shù)量以及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)離散性制約，依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的Hakanson風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法無(wú)法準(zhǔn)確估算整個(gè)調(diào)查海域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況，即受到樣本-總體關(guān)系的限制。樣本數(shù)量偏少，統(tǒng)計(jì)量的分布情況無(wú)法明確得到，也便無(wú)從選取檢驗(yàn)方法。而Monte-Carlo模擬法能在小樣本情況下求得較精確的臨界值。Monte Carlo模擬法具有2個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)：第一是對(duì)樣本的選擇沒(méi)有過(guò)高的要求；第二是統(tǒng)計(jì)量服從漸進(jìn)分布而樣本容量很小時(shí)，具有更高的精度[18]。基于此，引入Monte Carlo模擬法以解決沉積物重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的小樣本隨機(jī)性問(wèn)題。

Monte Carlo模擬法 (MCA)是目前解決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中隨機(jī)性和不確定性問(wèn)題最有效的方法之一，能更加真實(shí)地反映風(fēng)險(xiǎn)分布情況。其核心原理是以大數(shù)定律和中心極限定理為基礎(chǔ)，采用服從某種概率分布模型的大量隨機(jī)抽樣來(lái)模擬可能出現(xiàn)的現(xiàn)象[19]。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(USEPA)在風(fēng)險(xiǎn)分析政策中已將Monte Carlo模擬法定為風(fēng)險(xiǎn)分析的基本方法[20]。

基于Monte Carlo模擬法的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的主要步驟可以概括為：(1)根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定相應(yīng)每種金屬含量的概率分布模型；(2)在服從某種分布模型的前提下跟據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分布情況模擬隨機(jī)取值，生成新的隨機(jī)重金屬含量值；(3)統(tǒng)計(jì)分析隨機(jī)輸出結(jié)果，生成概率分布或累積概率分布并進(jìn)行定量生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

1.4圖件制作與數(shù)據(jù)處理

采樣站位的空間分布情況,使用Surfer 11軟件繪制。Monte Carlo模擬、數(shù)據(jù)處理及圖件生成均采用Oracle Crystal Ball軟件。

2結(jié)果與分析

2.1重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.2.1評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表2表層沉積物重金屬含量統(tǒng)計(jì)特征

Tab.2Statistics values of heavy metal contents in surface sediments

統(tǒng)計(jì)值CuPbZnCdCrHgAs范圍/(mg·kg-1)21.65～37.4927.61～39.54179.60～241.500.08～0.1353.57～73.370.03～0.063.90～8.88平均值/(mg·kg-1)29.24±4.5731.52±3.26209.28±18.810.11±0.0161.42±5.540.04±0.017.06±1.57中值/(mg·kg-1)29.2831.15204.000.1159.950.047.40CV(%)15.6310.348.9913.799.0316.2322.23偏度0.300.880.35-0.240.810.27-0.84峰度-0.040.71-0.79-0.600.300.36-0.07背景值/(mg·kg-1)[20]25.0026.0086.000.2074.000.2511.00概率分布模型StudentstBetaTriangularWeibullLognormalLogisticWeibull(29.24,2.65)(26.83,45,96,1.42,4.38)(167.47,203.60,256.74)(0.05,0.06,4.60)(61.50,5.78,47.16)(0.04,0.00)(6.06,13.78,10.06)AndersonDarling檢驗(yàn)0.360.330.310.130.190.250.35

表3　污染程度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

表4　風(fēng)險(xiǎn)程度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2.2潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模擬與評(píng)價(jià)

表5　不同污染等級(jí)下Cif和Cd的概率分布

圖2　綜合污染指數(shù)(Cd)Monte Carlo模擬結(jié)果Fig.2　Monte Carlo simulated result of comprehensive pollution index(Cd)

圖3　各重金屬元素污染程度敏感性分析Fig.3　Sensitive analysis of pollution level for each heavy metals

%

圖4　潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)的Monte Carlo模擬Fig.4　Monte Carlo simulation of potential ecological risk index(RI)

圖5　各重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)敏感性分析Fig.5　Sensitive analysis of potential ecological risk index of each heavy metals

3討論

3.1沉積物重金屬背景值的選擇

研究某一區(qū)域沉積物重金屬污染程度，對(duì)該區(qū)域相應(yīng)重金屬元素背景值的選取十分重要。而背景值應(yīng)選取所在地在未受或受人類活動(dòng)影響較小的土壤或沉積物，即土壤或沉積物盡可能接近天然構(gòu)成時(shí)的重金屬元素含量。但沉積物重金屬背景值有很顯著的地域性，在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)法每次研究都對(duì)各個(gè)細(xì)化的研究區(qū)域作背景值測(cè)定，因此需要根據(jù)歷史數(shù)據(jù)選取或估算相對(duì)適用自身所處研究區(qū)塊的重金屬背景值。

杭州灣以及周邊海域，但不能代表獨(dú)山港這一局部區(qū)域。

因此，綜合其他學(xué)者相關(guān)研究成果，結(jié)合實(shí)際調(diào)查站位數(shù)據(jù)、獨(dú)山港的地理位置、底質(zhì)條件與港航功能特性，本研究選取1983年運(yùn)河(杭州段)河床以下的地層污染元素值作為背景值[21]。

表7　獨(dú)山港周邊及其它區(qū)域沉積物重金屬含量比較

3.2基于Monte Carlo模擬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

使用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法經(jīng)Monte Carlo模擬預(yù)測(cè)，調(diào)查海域Cu、Pb和Zn為中度污染，其余4種元素為輕度污染(表5)。對(duì)綜合污染指數(shù)Cd貢獻(xiàn)度(所占百分比)前3位依次為Cu(46.80%)、Zn(23.90%)和Cr(17.30%)；對(duì)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI貢獻(xiàn)度(所占百分比)前3位依次也為Cu(39.90%)、Zn(25.70%)和Cr(23.10%)。

而若不借助Monte Carlo模擬，直接根據(jù)測(cè)得的各站位重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及相關(guān)參數(shù)計(jì)算綜合污染指數(shù)Cd以及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI。求得各重金屬參數(shù)對(duì)Cd貢獻(xiàn)度所占比重前3位是Zn(34.84%)、Pb(17.36%)和Cu(16.74%)；各重金屬參數(shù)對(duì)RI貢獻(xiàn)度所占比重前3位是Cd(34.84%)、As(18.22%)和Pb(13.36%)。

即無(wú)論是綜合污染指數(shù)Cd還是潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI,用Monte Carlo模擬法得出的結(jié)論均是Cu、Zn和Cr三種元素占主導(dǎo)地位。而實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算表明Cd中貢獻(xiàn)程度排前3位的元素依次為Zn、Pb和Cu，雖然相比模擬法Zn和Cu也位列其中，然而所占比例差別較大。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)直接計(jì)算的RI與模擬法計(jì)算結(jié)果相比差異更為明顯，兩者對(duì)RI的貢獻(xiàn)程度占前3位的元素完全不同，模擬法結(jié)果為Cu、Zn和Cr，實(shí)測(cè)計(jì)算結(jié)果為Cd、As和Pb?？梢园l(fā)現(xiàn)由于使用Monte Carlo模擬的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是實(shí)測(cè)值，因此得出的結(jié)果與直接使用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)論存在一定共性，但經(jīng)過(guò)上萬(wàn)次模擬計(jì)算后，綜合結(jié)論差別較大(例如潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI值)。由于實(shí)地監(jiān)測(cè)取樣存在隨機(jī)性問(wèn)題，并且獲取的數(shù)據(jù)樣本數(shù)偏少，實(shí)測(cè)的離散型數(shù)據(jù)無(wú)法直接構(gòu)建統(tǒng)計(jì)模型，需要在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，借助一定的統(tǒng)計(jì)方法構(gòu)建相適應(yīng)的函數(shù)分布，生成具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的數(shù)據(jù)。理論上模擬演算次數(shù)越多，所得出的結(jié)論更能接近研究區(qū)域的真實(shí)情況。

3.3獨(dú)山港重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值的特殊性

獨(dú)山港作為一個(gè)優(yōu)良的港口，靠岸一側(cè)是港池，往外是錨地，船舶貨物吞吐量大，對(duì)港區(qū)水深要求較高，存在對(duì)港區(qū)底泥疏浚的現(xiàn)象，這可能是調(diào)查海域表層沉積物污染指數(shù)Cd和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI數(shù)值偏低的原因之一。

除了港池疏浚的因素，另外可能因?yàn)楠?dú)山港海域潮流急，表層沉積物易被沖刷，無(wú)法長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)而沉積。加之浙北海域底泥中含沙量偏高(實(shí)際采樣過(guò)程中，獨(dú)山港海域流速大，沉積物采集難度大，且整體泥質(zhì)偏硬，各站位有不同程度的含沙浮泥)。上述兩個(gè)因素同樣也制約了獨(dú)山港海域沉積物的富集，這也可能是導(dǎo)致該海域Cd值和RI值偏低的原因。

4結(jié)論

本文嘗試對(duì)嘉興獨(dú)山港海域沉積物進(jìn)行污染綜合指數(shù)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，借助Monte Carlo模擬法對(duì)相應(yīng)的離散型數(shù)據(jù)模擬，構(gòu)建服從一定概率分布的連續(xù)型函數(shù)，在充分體現(xiàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)信息的前提下，同時(shí)又解決了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系中隨機(jī)性和不確定性問(wèn)題，使得出的結(jié)論更具有科學(xué)性、合理性和區(qū)域代表性。

參考文獻(xiàn)(References)：

[1] PAN K, WANG W X. Trace metal contamination in estuarine and coastal environments in China[J]. Science of the Total Environment,2011,doi:10.1016/j.scitotenv.2011.03.013.

[2] WANGER A, BOMAN J. Biomonitoring of trace elements in muscle and liver of freshwater fish [J].Spectrochimica Acta Part B,2003,58(12):2 215-2 226.

[3] CHAPMAN P M, WANG F, ADAMS W J, et al. Appropriate applications of sediment quality values for metals and metalloids[J]. Environmental Science & Technology,1999,33(22):3 937-3 941.

[4] JIANG Xia, WANG Wen-wen, WANG Shu-hang, et al. Initial identification of heavy metals contamination in Taihu Lake, a eutrophic lake in China[J]. Journal of Environmental Sciences,2012,24(9):1 539-1 548.

[5] VAROL M. Assessment of heavy metal contamination in sediments of the Tigris River (Turkey) using pollution indices and multivariate statistical techniques[J]. Journal of Hazardous Materials,2011,195(1):355-364.

[6] FUNG C N, LAM J C W, ZHENG G J, et al. Mussel-based monitoring of trace metal and organic contaminants along the east coast of China using Pernaviridis and Mytilusedulis [J]. Environ Pollut,2004,127(2):203-216.

[7] HAKANSON L. An ecological risk index for aquatic pollution control—A sedimentological approach[J]. Water Research,1980,14(8):975-1 001.

[8] MA De-yi, WANG Ju-ying.Evaluation on potential ecological risk of sediment pollution in main estuaries of China[J]. China Environmental Science,2003,23(5):521-525.

馬德毅,王菊英.中國(guó)主要河口沉積物污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2003,23(5):521-525.

[9] LI Ru-zhong, PAN Cheng-rong, XU Jing-jing, et al. Application of potential ecological risk assessment model based on Monte Carlo simulation[J]. Research of Environmental Sciences,2012,25(12):1 336-1 343.

李如忠,潘成榮,徐晶晶,等.基于Monte Carlo模擬的潛在生態(tài)危害指數(shù)模型及其應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)研究,2012,25(12):1 336-1 343.

[10] OU li. Jiaxing Port: A hotly contested spot for supply of goods[N]. China Water Transport,2013-07-24(5).

歐麗.嘉興港:貨源必爭(zhēng)之地[N].中國(guó)水運(yùn)報(bào),2013-07-24(5).

[11] The People’s Government of Zhejiang Province. Zhejiang marine functional zoning(2011-2020)[EB/OL]. Hangzhou: The People’s Government of Zhejiang Province,2012-10[2013-10].http://www.zjoaf.gov.cn/attaches/2013/03/04/2013030400007.pdf.

浙江省人民政府.浙江省海洋功能區(qū)劃(2011-2020)[EB/OL].杭州：浙江省人民政府,2012-10[2013-10].

http://www.zjoaf.gov.cn/attaches/2013/03/04/20130304 00007.pdf.

[12] GB 17378.3-2007 The specification for marine monitoring Part 3: Sample collection, storage and transportation[S].2008.

GB 17378.3-2007 海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范第3部分:樣品采集、貯存與運(yùn)輸[S].2008.

[13] GB 17378.5-2007 The specification for marine monitoring Part 5: Sediment analysis[S].2008.

GB 17378.5-2007 海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范第5部分: 沉積物分析[S].2008.

[14] FANG Ming, WU You-jun, LIU Hong, et al. Distribution, sources and ecological risk assessment of heavy metals in sediments of the Yangtze River estuary[J]. Acta Scientiae Circumstantiae,2013,33(2):563-569.

方明,吳友軍,劉紅,等.長(zhǎng)江口沉積物重金屬的分布、來(lái)源及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2013,33(2):563-569.

[15] LI Fei, XU Min. Source characteristics and contamination evaluation of heavy metals in the surface sediments of Haizhou Bay[J]. Chinese Journal of Environmental Science,2014,35(3):1 035-1 040.

李飛,徐敏.海州灣表層沉積物重金屬的來(lái)源特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué),2014,35(3):1 035-1 040.

[16] Zhejiang Provincial Ocean and Fisheries Bureau.Zhejiang marine environment bulletin(2012)[EB/OL]. Hangzhou: Zhejiang Provincial Ocean and Fisheries Bureau.2015-04[2015-05].http://www.zjoaf.gov.cn/attaches/2015/04/02/2015040200013.pdf.

浙江省海洋與漁業(yè)局.2012年浙江省海洋環(huán)境公報(bào)[EB/OL].杭州：浙江省海洋與漁業(yè)局，2015-04[2015-05].http://www.zjoaf.gov.cn/attaches/2015/04/02/2015040200013.pdf.

[17] XU Zheng-qi, NI Shi-jun, TUO Xian-guo, et al. Calculation of heavy metals’ toxicity coefficient in the evaluation of potential ecological risk index[J].Environmental Science and Technology,2008,31(2):112-115.

徐爭(zhēng)啟,倪師軍,度先國(guó),等.潛在生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)中重金屬毒性系數(shù)計(jì)算[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2008,31(2):112-115.

[18] ZHOU Yong. The method of Monte-Carlo simulation test and its advantage[J]. Journal of Xianning University,2008,28(6):4-7.

周涌.Monte-Carlo模擬檢驗(yàn)法優(yōu)點(diǎn)分析[J].咸寧學(xué)院學(xué)報(bào),2008,28(6):4-7.

[19] SALGOT M, HUERTAS E, WEBER S, et al. Water reuse and risk: Definition of key objectives [J]. Desalination,2006,187(3):29-40.

[20] LIU Xiao-wei, HE Ying, ZHAO Yu-jie,et al. Risk assessments for heavy metals in agri-foods[J]. Journal of Agro-environment Science,2007,26(1):15-18.

劉瀟威,何英,趙玉杰,等.農(nóng)產(chǎn)品中重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007,26(1):15-18.

[21] HE Yun-feng, ZHU Guang-wei.Study on the ecological risk of the sediment from the Hangzhou section of the Grand Canal, China, with potential ecological risk index[J]. Journal of Zhejiang University:Agriculture& Life Sciences,2002,28(6):669-674.何云峰,朱廣偉.運(yùn)河(杭州段)沉積物中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào):農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版,2002,28(6):669-674.

[22] LI Ru-zhong, XU Jing-jing, JIANG Yan-min, et al. Fraction distribution and ecological risk assessment of soil heavy metals in the riparian zone of Huixi Stream in Tongling City[J]. Research of Environmental Sciences,2013,26(1):88-96.

李如忠,徐晶晶,姜艷敏,等.銅陵市惠溪河濱岸帶土壤重金屬形態(tài)分布及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].環(huán)境科學(xué)研究,2013,26(1):88-96.

[23] LI Lian-fang, ZENG Xi-bai, LI Guo-xue, et al. Heavy metal pollution of Wenyu River sediment and its risk assessment[J]. Acta Scientiae Circumstantiae,2007,27(2):289-297.

李蓮芳,曾希柏,李國(guó)學(xué)，等.北京市溫榆河沉積物的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007,27(2):289-297.

[24] PEKEY H, KARAKA D, AYBERK S, et al. Ecological risk assessment using trace elements from surface sediments of Izmit Bay ( Northeastern Marmara Sea) Turkey[J]. Marine Pollution Bulletin,2004,48(9/10):946-953.

[25] ZHANG Zhi-zhong, LI Shuang-lin, DONG Yan-xiang, et al. Deposition rate and geochemical characters of sediments in Zhejiang offshore[J]. Marine Geology & Quaternary Geology,2005,25(3):15-24.

張志忠,李雙林,董巖翔,等.浙江近岸海域沉積物沉積速率及地球化學(xué)[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2005,25(3):15-24.

[26] CHAI Xiao-ping, HU Bao-lan, WEI Na, et al. Distribution, sources and assessment of heavy metals in surface sediments of the Hangzhou Bay and its adjacent areas[J]. Acta Scientiae Circumstantiae,2015,35(12):3 906-3 916.

柴小平,胡寶蘭,魏娜,等.杭州灣及鄰近海域表層沉積物重金屬的分布、來(lái)源及評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2015,35(12):3 906-3 916.

[27] Ministry of Environmental Protection of the People’s Republic of China (leading), China National Environmental Monitoring Centre (chief editor).Background values of soil elements in China[M]. Beijing: China Environmental Science Press,1990：316,330-331,342,354,366,378.

國(guó)家環(huán)境保護(hù)局主持,中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站主編.中國(guó)土壤元素背景值[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1990：316,330-331,342,354,366,378.

[28] YANG Yao-fang, CAO Wei, ZHU Zhi-qing, et al. Accumulation and potential ecological risk of heavy metals in surface sediments of the Hangzhou Bay[J]. Ocean Development and Management,2013,30(1):51-58.

楊耀芳,曹維,朱志清,等.杭州灣海域表層沉積物中重金屬污染物的累積及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].海洋開(kāi)發(fā)與管理,2013,30(1):51-58.

收稿日期:2015-07-23修回日期:2016-03-16

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(41176142)

作者簡(jiǎn)介:陳德慧(1987-)，男，浙江溫嶺市人，工程師，主要從事海洋環(huán)境與生態(tài)學(xué)方面的研究。E-mail:kurtcjl@126.com

中圖分類號(hào):X55

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1001-909X(2016)02-0065-10

Doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2016.02.009

Monte Carlo simulation on potential ecological risk evaluation of heavy metals in surface sediments from adjacent waters of Dushan Port,Jiaxing

CHEN De-hui, XU Heng-tao, QIAN Jian, ZHOU Qing-song, SONG Wei-hua

(KeyLaboratoryofEngineeringOceanography,SecondInstituteofOceanography,SOA,Hangzhou310012,China)

Abstract:The uncertainties and randomness are the most general issues existing in the risk assessment of heavy metals in sediments, the Monte Carlo technique was introduced for simulating the Hakanson potential ecological risk index, in order to make the risk assessment more scientific and rational. Potential ecological risk assessment modified with the Monte Carlo technique was used to analyze the ecological risk of heavy metals (Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Hg、As) in surface sediments from adjacent waters of Dushan Port. The results show that the pollution degrees of Cu, Pb and Zn are medium contaminated, while others belongs to slight contaminated. The results also illuminate that the probabilities for slight degree and medium degree pollution levels of Cd (the comprehensive pollution index) are 38.32% and 61.68% respectively.As for the ecological risk, all of 7 heavy metals and RI(the potential ecological risk index) are at a slight risk 1evel. The sensitive analyses indicate that Cu、Zn and Cr play leading roles in Cd and RI.

Key words:Dushan Port; surface sediment; heavy metal; potential ecological risk evaluation; Monte Carlo simulation

陳德慧，許恒韜，錢健，等.獨(dú)山港表層沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的MonteCarlo模擬[J].海洋學(xué)研究,2016,34(2):65-74, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2016.02.009.

CHEN De-hui, XU Heng-tao, QIAN Jian，et al. Monte Carlo simulation on potential ecological risk evaluation of heavy metals in surface sediments from adjacent waters of Dushan Port, Jiaxing[J]. Journal of Marine Sciences, 2016,34(2):65-74, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2016.02.009.