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陆浑水库饮用水源地水体中金属元素分布特征

随着城市化和工业化进程的加快,污染物排放量逐年增加,大量金属进入水库、河流、湖泊等水环境中,威胁用水安全.水库作为半自然半人工水体,流动性差、水体停留时间长,与天然湿地生态系统相比稳定性差且脆弱性明显,更容易受到人类活动的影响.重金属(As、Cd、Cr、Cu、Fe、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb和Zn等)具有稳定性、不可降解性、生物积累性等特点,在湖库水生态环境中可通过吸附、解吸、沉淀、生物吸收等反应在水-沉积物-生物体内进行复杂的迁移、转化过程,并且能通过食物链循环在生物体内富集,威胁人体健康[6,7].目前,我国关于Al的研究主要集中在毒性上,而在水体中Al污染方面研究较少,Al作为自然界中的丰量元素一直被认为是无毒元素,其制品被广泛应用,而人体摄入的Al一旦过量会对骨骼、大脑、造血系统等造成损害,难以迅速排泄出去,且与其它来源相比,经饮用水途径摄入人体的Al危害更大.

陆浑水库是河南省洛阳市重要的饮用水源地,毗邻洛阳市嵩县和栾川县钼矿.近年来,我国钼污染事件频发,如葫芦岛水库钼污染(4年8月)、洛阳市伊河钼污染(2017年2月)等.Mo虽为人体必须的微量元素,但人体中Mo过量会导致痛风症、贫血、腹泻等.作为当地重要的饮用水水源和工农业生产水源,陆浑水库自建库以来发挥了巨大的社会效益和经济效益,库区水环境安全意义重大.因此,探明陆浑水库饮用水源地金属浓度分布特征,评价潜在人体健康风险具有重要意义.

近年来,国内外关于水库金属元素污染的研究主要集中于沉积物,而对水体中金属元素污染的关注较少.目前,对于陆浑水库的研究主要关注其防洪、坝基渗透稳定性、非重金属污染物污染源调查等方面,至今尚无针对陆浑水库饮用水源地金属元素污染状况及引起的健康风险进行调查和评价的报道.因此,本研究对陆浑水库饮用水源地水体中12种金属元素(包括重金属As、Cd、Cr、Cu、Fe、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb、Zn和轻金属Al)污染进行了较全面的调查,通过掌握水体中金属元素分布特征和潜在健康风险水平,以期为陆浑水库饮用水源地水体中金属元素污染水质目标管理及供水安全提供依据.

1材料与方法

1.1研究区域

陆浑水库位于黄河流域伊河中游的河南省洛阳市嵩县境内,嵩县地处河南省西部山区,县域面积3009km2,耕地面积3.13×104hm2,为河南省第四大版图县,其中深山区占95%,浅山丘陵区占4.5%,平川区占0.5%.境内伊河以北为熊耳山,平均海拔1400m,汝河以南为伏牛山,平均海拔1m,汝河、伊河之间为伏牛山支脉外方山,平均海拔1m.

陆浑水库建于1959年,从1965年开始蓄水,是一座以防洪为主,结合灌溉、发电、供水和水产养殖等综合利用的大型水利工程.水库平均水深9.6m,最大水深31.0m,库长12.5km,宽3.5km,总库容13.2×108m3,防洪高水位为321.50m,死水位高程298m,集水面积3674km2,控制流域面积3492km2,占伊河流域面积的57.9%.陆浑水库大部分地段河谷开阔,河床宽度大于1km,水流由西南流向东北,至坝址区河床宽度骤然缩窄至330m.大坝两肩为岗状地形,左岸岗顶高程为350~360m,其北侧为一大冲沟(樱桃沟),沟底高程为280~300m;右岸岗顶高程360~380m,冲沟浅而短,不及左岸发育.陆浑水库位于半干旱半湿润地区,属于温带大陆性季风气候,年平均气温约为14.1℃,多年平均降雨量791mm,超过60%的年降雨量集中在汛期6~10月.

陆浑水库流域及流域周边区域(嵩县和栾川县境内)分布着较多以钼矿为主的金属矿藏,目前已查明的钼矿矿产地有40余处,其中大型5处、中型7处,如鱼池岭钼矿、凡台沟钼矿、安沟钼矿、雷门沟钼矿和栾川钼矿等.其中,鱼池岭钼矿床是大型斑岩型钼矿床,钼资源储量3.8×105t,品位0.074%;栾川钼矿总储量2.06×106t、平均品位0.103%.区域内已查明的其他金属矿(铅矿、锌矿、金矿、铁矿等)矿产地有180余处,其中大型3处、中型12处.嵩县和栾川县现有钼矿采选企业60余家,选矿规模约1.5×105t·d-1,日采矿量约1.1×105t·d-1.选矿企业处理1t矿石需用水量4t左右,产生的废水经尾矿库处理后进入废水回用系统再利用,产生含矿粉尘经除尘器收集后再利用,未收集的粉尘由排气筒排放,产生的选矿废渣运输至尾矿库堆存.嵩县和栾川县现有其他金属矿(铅矿、锌矿、金矿、铁矿等)采选企