李林柱　劉金寶　蔡慧敏　方小云　張媛

摘要：河道是水的主要承載體，河道底泥作為河道的重要組成部分，對(duì)整個(gè)河道的污染狀態(tài)起決定性作用。因此，文章以潮白河流域?yàn)槔?，研究了河道底泥污染和釋放特征，并?duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析。通過(guò)分析底泥的組成、來(lái)源、污染特征以及釋放機(jī)制，為河道污染的評(píng)估和監(jiān)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)。在外源污染得到有效控制的基礎(chǔ)上，研究提出了采用生態(tài)清淤疏浚方式來(lái)快速減小內(nèi)源污染的方法。最終，根據(jù)評(píng)價(jià)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，揭示了底泥對(duì)上覆水體的影響，并提出了科學(xué)的生態(tài)清淤方案。通過(guò)深入研究河道底泥污染和釋放特征，文章為環(huán)境保護(hù)、生態(tài)恢復(fù)和人類健康提供了科學(xué)支持，為保護(hù)水環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡和保障人類健康提供了有效的管理和決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：河道底泥污染；釋放特征；潮白河流域；水環(huán)境保護(hù)；污染指數(shù)法

中圖分類號(hào)：X522 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

河道是陸地與水體相接觸的重要環(huán)境界面，扮演著生態(tài)系統(tǒng)的重要角色。然而，由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市排放以及土壤侵蝕等活動(dòng)的影響，近年來(lái)河道底泥污染問(wèn)題日益凸顯。底泥作為河道的重要組成部分，富含大量的有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)，可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存和富集各類污染物，成為環(huán)境中的一個(gè)潛在威脅。當(dāng)?shù)啄嗍艿轿廴緯r(shí)，所含的污染物質(zhì)也會(huì)被釋放到周圍環(huán)境中，對(duì)水質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛的影響。因此，底泥污染及其釋放特征的研究對(duì)于保護(hù)水環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡以及保障人類健康具有重要意義。

基于此，為了確保水質(zhì)能夠達(dá)標(biāo)，提升河道水質(zhì)并修復(fù)生態(tài)環(huán)境，在有效控制外源污染的基礎(chǔ)上，采取了生態(tài)清淤疏浚的方法，以迅速減少內(nèi)源污染的影響。研究以潮白河流域?yàn)槔Y(jié)合河道淤泥評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)對(duì)河道底泥的污染特征進(jìn)行評(píng)價(jià)。同時(shí)通過(guò)上覆水體與底泥之間氮磷釋放通量實(shí)驗(yàn)，分析不同河段清淤深度及計(jì)算不同河段的底泥清淤量。最終根據(jù)評(píng)價(jià)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示底泥對(duì)上覆水體的影響和提出科學(xué)的生態(tài)清淤方案。通過(guò)深入研究河道底泥污染和釋放特征，可以為環(huán)境保護(hù)、生態(tài)恢復(fù)和人類健康提供科學(xué)支持，為保護(hù)水環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡和保障人類健康做出有效的管理和決策。

1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

潮白河，人稱“糠幫沙底逍遙河”，是海河北系五大河流之一，上游分潮河、白河兩大支流，潮河干渠是北京市重要水源之一，是北京市東部的灌溉水源。潮白河流域沿線的工業(yè)發(fā)展對(duì)河道產(chǎn)生了較為突出的生態(tài)問(wèn)題。因此．文章以潮白河流域?yàn)檠芯繀^(qū)域探究河道底泥污染和釋放特征將對(duì)沿線生態(tài)保護(hù)產(chǎn)生重要意義。河道淤泥評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)來(lái)源于2023年潮白河流域底泥的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。以下是潮白河在研究區(qū)的15個(gè)采樣坐標(biāo)點(diǎn)：（40. 178 3°N，116. 7795°E）、（40. 189 1°N，116. 787 9°E）、（40. 198 5°N，116. 798 2°E）、（40. 208 9°N， 116. 807 6°E）、（40. 218 3°N，116. 816 9°E）、（40. 228 7°N，116. 826 3°E）、（40. 238 9°N，116. 835 5°E）、（40. 249 2°N，116. 844 7°E）、（40. 259 4°N，116. 854 0°E）、（40. 269 6°N，116. 863 3°E）、（40. 279 8°N，116. 872 6°E）、（40. 290 0°N，116. 881 9°E）、（40. 300 1°N，116. 891 1°E）、（40. 310 2°N，116. 900 2°E）、（40. 320 3°N，116. 909 4°E）。這些坐標(biāo)點(diǎn)覆蓋了潮白河在北京市東部的部分流域范圍。

2 研究區(qū)底泥污染特征評(píng)價(jià)

2.1 底泥重金屬評(píng)價(jià)方法及結(jié)果

采用污染指數(shù)法評(píng)估底泥重金屬污染情況，具體計(jì)算公式如式（1）：

其中，Pi為污染指數(shù)，Ci為底泥中重金屬的實(shí)測(cè)濃度，單位為mg/kg；Coi為該重金屬的環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，單位為mg/kg。

此研究采用了兩套重金屬污染標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)估土壤和沉積物中的污染水平。首先，針對(duì)農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)，參考了《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618 - 2018）。該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)土壤pH值的不同，為不同污染物設(shè)定了不同的風(fēng)險(xiǎn)篩選值。例如，對(duì)于鎘，水田和其他土壤類型的風(fēng)險(xiǎn)篩選值在pH值不同的情況下分別從0.3到0.8不等。同樣的，汞、砷、鉛、鉻、銅、鎳和鋅等其他重金屬也根據(jù)土壤pH值和土壤類型（如水田、果園）有不同的風(fēng)險(xiǎn)篩選值。針對(duì)中新天津生態(tài)城污染水體沉積物的修復(fù)，參考了《中新天津生態(tài)城污染水體沉積物修復(fù)限值》（DB12/499 - 2013）。該標(biāo)準(zhǔn)為鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鋅、鎳等重金屬設(shè)定了明確的限值，如鎘和汞的限值為不超過(guò)1 mg/kg，鉻和鉛的限值為不超過(guò)90 mg/kg等。

以土壤環(huán)境重金屬質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為限制評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，在研究區(qū)域內(nèi)，#14號(hào)采樣點(diǎn)的底泥中銅、鎳和鉻的含量超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)限值，而其他重金屬的含量則普遍未超標(biāo)。以中新天津生態(tài)城污染水體沉積物修復(fù)限值為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，大部分采樣點(diǎn)位的重金屬含量處于安全范圍內(nèi)。然而，#8號(hào)采樣點(diǎn)的鉻含量超出了標(biāo)準(zhǔn)限值。

2.2 底泥中氮磷評(píng)價(jià)方法及結(jié)果

同樣采用污染指數(shù)法評(píng)估底泥重金屬污染情況，則式（1）中的Ci代表底泥中磷的實(shí)測(cè)濃度，單位為mg/kg；Coi為磷環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，單位為mg/kg。

以《中新天津生態(tài)城污染水體沉積物修復(fù)限值》為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果選擇總磷、總氮污染程度較高的監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在河段為清淤范圍，具體包括#3、#4、#9、#11、#12、#13和#36為了更準(zhǔn)確地了解底泥的性質(zhì)，采用了美國(guó)環(huán)保署（EPA）制定的底泥分類標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)劃分如下：

底泥總磷含量小于420 mg/kg屬于輕度污染，大于650 mg/k屬于重度污染，420 - 650 mg/kg之間為中度污染；底泥總氮含量小于1 000 mg/kg為輕度污染，大于2 000 mg/kg為重度污染，1 000 -2 000 mg/kg為中度污染。

以EPA制定的底泥分類標(biāo)準(zhǔn)劃分研究區(qū)底泥氮磷含量等級(jí)，確定清淤范圍為#3、#4、#24、#31。

除此之外，采用有機(jī)污染指數(shù)綜合評(píng)價(jià)分析氮磷污染情況，具體方法如式（2）：

OI（有機(jī)指數(shù)）=0C（%）×0N（%）

ON（有機(jī)氧）=TN（%）×0. 95％ 式（2）

OC（有機(jī)碳）=OM（%）×1.724

式（2）中，OC為有機(jī)碳，ON為有機(jī)氮。有機(jī)指數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

采用有機(jī)污染指數(shù)綜合評(píng)價(jià)氮磷污染狀況結(jié)果表明重度污染范圍為＃3、#4、#24；中度污染范圍為#11、#12、#13、#31。

3 底泥污染特征研究及氮磷釋放實(shí)驗(yàn)

3.1 底泥污染特征研究

在調(diào)查區(qū)域內(nèi)，從共青濱河森林公園監(jiān)測(cè)點(diǎn)開始到龍?zhí)寐饭珗@每1.5公里設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn)，共15個(gè)采樣點(diǎn)。在現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行了水深、水寬、泥深的測(cè)量，并監(jiān)測(cè)了水溫、pH和溶解氧的數(shù)值。在實(shí)驗(yàn)室中，對(duì)上覆水體進(jìn)行了詳細(xì)的化學(xué)分析，檢測(cè)了其中的CODcr、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、硝態(tài)氮、總氮、磷酸鹽、總磷以及氟化物的含量。同時(shí)，對(duì)表層底泥進(jìn)行了元素分析，測(cè)定了其中的銅、鎳、鉻的含量，并檢測(cè)了有機(jī)質(zhì)、全氮、氨氮、硝酸鹽氮、總磷、有效磷以及氟化物的具體數(shù)值。

3.2 底泥氮磷釋放實(shí)驗(yàn)方案

在3.1節(jié)中，最終確定在清淤河段的中間位置進(jìn)行采樣。每個(gè)采樣點(diǎn)都采集了上覆水體和上中下3層底泥。具體地，分別取上層0 -20 cm、中層20 -40 cm和下層40 -60 cm的底泥。

嚴(yán)格遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)采集的水體和底泥進(jìn)行保存、運(yùn)輸和測(cè)定。在野外采樣時(shí)，我們立即測(cè)量了水體的溫度、pH和溶解氧。對(duì)于采集的上層水體樣品，將部分（500毫升）用于測(cè)定水質(zhì)化學(xué)指標(biāo)。另一部分水樣則用于在模擬柱中進(jìn)行底泥釋放實(shí)驗(yàn)，模擬實(shí)驗(yàn)持續(xù)7天，在此期間每天監(jiān)測(cè)這些指標(biāo)的變化情況。對(duì)采集的底泥樣品，取500克，并使用塑料樣品袋封裝后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行進(jìn)一步分析。為了進(jìn)行底泥的詳細(xì)分析，將采集的底泥樣品進(jìn)行風(fēng)干、研磨、過(guò)篩，并測(cè)定其SOD、有機(jī)質(zhì)、總氮（TN）、氨氮（NH+4）、硝酸鹽（NO-3）、總磷（TP）、磷酸鹽（PO3-4）和氟化物等指標(biāo)。同時(shí)，將一部分底泥加注到底泥氮磷釋放模擬柱中進(jìn)行釋放模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)持續(xù)7天后，從底泥釋放模擬柱中取出底泥，并測(cè)定相應(yīng)的化學(xué)指標(biāo)。具體操作是將采集的底泥鋪在模擬柱的底部，然后注入與底泥比例為1：5的上層水體。模擬柱的底部放置厚度為20厘米的底泥，然后上面加入高度為100厘米的水樣。在試驗(yàn)周期為7天（即168小時(shí)）的過(guò)程中，每隔24小時(shí)取一次上層水體，并檢測(cè)相應(yīng)指標(biāo)的變化情況。每次使用注射器從取水口吸取100毫升的水樣，并通過(guò)進(jìn)水口添加相同體積的原水進(jìn)行補(bǔ)充。在往模擬柱中注入水樣時(shí)，采用虹吸法以緩慢的速度進(jìn)行，盡量減少對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)。為確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在每次向模擬柱中注入上層水體之前測(cè)定相關(guān)指標(biāo)值，以確保水質(zhì)的一致性。（見(jiàn)圖1）

4 發(fā)展趨勢(shì)分析

河道底泥污染和釋放特征的研究對(duì)于環(huán)境保護(hù)和人類健康具有重要意義。盡管在過(guò)去幾十年中取得了顯著的進(jìn)展，但仍面臨著一些挑戰(zhàn)和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

（1）多源污染物研究：隨著工業(yè)化和城市化的不斷發(fā)展，河道底泥污染不僅受到工業(yè)廢水的影響，還受到農(nóng)業(yè)、城市排水和大氣降解等多個(gè)源頭的污染物輸入。未來(lái)的研究將更加關(guān)注多源污染物對(duì)底泥污染和釋放特征的影響，以全面了解底泥污染問(wèn)題。

（2）污染物遷移與轉(zhuǎn)化研究：河道底泥中的污染物具有復(fù)雜的遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程。未來(lái)的研究將更加關(guān)注污染物在底泥中的遷移路徑、轉(zhuǎn)化機(jī)制和影響因素。特別是微生物的參與和生物地球化學(xué)過(guò)程的研究，將為底泥污染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和治理提供更準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。

（3）底泥污染的遙感與監(jiān)測(cè)技術(shù)：傳統(tǒng)的底泥采樣和分析方法存在操作繁瑣、時(shí)間成本高等問(wèn)題。未來(lái)的研究將借助遙感和無(wú)人機(jī)技術(shù)，開展底泥污染的快速監(jiān)測(cè)和評(píng)估。利用遙感數(shù)據(jù)和多光譜圖像分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)底泥污染物的空間分布和變化趨勢(shì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高監(jiān)測(cè)效率和準(zhǔn)確性。

（4）底泥修復(fù)與治理技術(shù)的創(chuàng)新：底泥的修復(fù)和治理是解決底泥污染問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。未來(lái)的研究將致力于開發(fā)更高效、可持續(xù)的底泥修復(fù)與治理技術(shù)。例如，采用生物修復(fù)、納米材料應(yīng)用、生態(tài)工程等創(chuàng)新技術(shù)，以降低底泥污染物的風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)影響。

（5）跨學(xué)科合作與綜合管理：底泥污染和釋放特征的研究需要跨學(xué)科的合作和綜合管理。未來(lái)的研究將加強(qiáng)環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)、地球化學(xué)、化學(xué)工程等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的合作，形成綜合研究和綜合管理的模式。同時(shí)，政府、學(xué)術(shù)界、行業(yè)和社會(huì)公眾之間的合作與交流也至關(guān)重要。通過(guò)跨學(xué)科合作和綜合管理，可以更好地理解和解決河道底泥污染和釋放特征問(wèn)題。

（6）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理策略的發(fā)展：未來(lái)的研究將進(jìn)一步加強(qiáng)底泥污染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理策略的制定?；诘啄辔廴咎卣?、污染物遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制和生態(tài)環(huán)境條件，建立全面的底泥污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，為決策者提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，制定有效的管理策略和政策，加強(qiáng)底泥污染源的控制和治理，促進(jìn)河道底泥污染的長(zhǎng)期可持續(xù)治理。

因此，河道底泥污染和釋放特征的研究將面臨多源污染物研究、污染物遷移與轉(zhuǎn)化研究、遙感與監(jiān)測(cè)技術(shù)、底泥修復(fù)與治理技術(shù)的創(chuàng)新、跨學(xué)科合作與綜合管理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理策略的發(fā)展等挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)持續(xù)的研究和努力，我們能夠更好地了解和管理河道底泥污染問(wèn)題，保護(hù)水環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)論

研究以潮白河流域?yàn)槔?，研究了河道底泥污染和釋放特征，揭示了底泥中長(zhǎng)期儲(chǔ)存和富集各類污染物，對(duì)水質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛影響。強(qiáng)調(diào)了底泥污染及其釋放特征對(duì)于水環(huán)境保護(hù)、生態(tài)平衡維護(hù)以及人類健康保障的影響，為環(huán)境保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)提供了科學(xué)依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，有效控制外源污染后，通過(guò)生態(tài)清淤疏?？梢杂行p少內(nèi)源污染，助力河道生態(tài)的修復(fù)。此外，研究指出公眾參與和環(huán)境教育在理解和應(yīng)對(duì)底泥污染方面扮演著關(guān)鍵角色。因此，未來(lái)應(yīng)著重于提升公眾對(duì)底泥污染問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和參與度，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，推動(dòng)社會(huì)對(duì)底泥污染治理的支持和合作，從而促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明的構(gòu)建。