三峡水库蓄水至135m后坝前及香溪河水域溶解无机汞分布特征研究

第29卷第7期环境科学Vol.29,No.72008年7月Jul.,2008ENVIRONMENTALSCIENCE三峡水库蓄水至135m后坝前及香溪河水域溶解无机汞分布特征研究113112冉祥滨,于志刚,陈洪涛,姚庆祯,米铁柱(1.中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室,青岛266100;2.中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室,青岛266100)摘要:根据2004年8月在长江三峡水库坝前及香溪河水域对溶解无机汞浓度观测结果,分析了三峡水库蓄水至135m(135～139m)1a后溶解无机汞的变化,初步探讨了影响溶解无机汞变化的因素,估算了蓄水对河流输送汞的影响.结果表明,三峡库-1-1区干流河段平均浓度为2217ng·L,范围为未检出至8216ng·L.较高浓度区主要集中在20m以浅的水体;香溪河溶解无机-1-1汞浓度与干流基本相当,平均浓度为1810ng·L,浓度范围为未检出至6114ng·L.蓄水后,溶解无机汞浓度显著升高,数量可观的汞将随着泥沙的沉降而滞留库区,值得关注和进一步深入研究.关键词:三峡水库;溶解无机汞;分布中图分类号:X52文献标识码:A文章编号:025023301(2008)0721775205DistributionsofDissolvedInorganicMercuryintheLowerPartoftheThreeGorgesReservoir11112RANXiang2bin,YUZhi2gang,CHENHong2tao,YAOQing2zhen,MITie2zhu(1.KeyLaboratoryofMarineChemistryTheoryandTechnology,MinistryofEducation,OceanUniversityofChina,Qingdao266100,China;2.KeyLaboratoryofMarineEnvironmentScienceandEcology,MinistryofEducation,OceanUniversityofChina,Qingdao266100,China)Abstract:OneyearafterthefirstfillingstageoftheThreeGorgesReservoir(TGR),dissolvedinorganicmercury(HgDI)wasmeasuredin-1-1August2004.ConcentrationofHgDIvariedfromundetectionto8216ng·Lwithaverageof2217ng·L.StratificationofHgDIintheTGRwasobviously.ConcentrationsofHgDIweremuchhigherinthelayersabove20mthanindeepwaters.ConcentrationofHgDIintheXiangxi-1-1Rivervariedfromundetectionto6114ng·Lwithaverageof1810ng·L.TheHgDIconcentrationincreasedobviouslyafterthefillingoftheTGR.LargeamountofHgwasretentedwiththedepositionofsedimentintheTGR.TheretentionofHgbytheTGRneedsthefurtherresearch.Keywords:ThreeGorgesReservoir;dissolvedinorganicmercury;distribution在河流上构筑大坝形成水库后,将促进水库中前水位升至139m.笔者于2004208水库蓄水1a后[1,2]汞的活性增加,因此新形成水库的一个直接的环对三峡水库坝前及香溪河水域进行了综合调查,研[3]境问题就是汞的释放对水库水质产生的影响.研究分析了蓄水前后库区溶解无机汞的分布特征和影究表明,蓄水会导致淹没区无机汞的迅速释放,新淹响因素,以期为探讨三峡水库对水域痕量金属的生[2,4～6]物地球化学循环和环境问题提供依据.没的土壤是水库汞的首要来源;例如,蓄水导致加拿大马尼托巴省北部新形成的水库总汞(主要1材料与方法[1]是无机汞)浓度提高,同样在芬兰也存在蓄水导[7]111站点布设致总汞浓度上升的情况.被淹没土壤中有机物和2004208201～2004208204在长江三峡坝前水域植被的矿化过程,有利于无机汞溶解出来,并且也为[8,9]30185°～31103°N,110171°～110199°E进行了综合调甲基化反应提供了充裕的无机汞,而这无疑是[3]查(图1).调查的三峡坝前干流水域全长约30km,“水库效应”研究中最重要的、最令人关注的问题.[10]三峡水库上游乌江流域处于全球汞矿化带,收稿日期:2007207212;修订日期:2007209207面临着潜在的汞污染问题.因此,三峡水库蓄水后可基金项目:国家自然科学基金重大项目(30490232);国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB12405)能引发的汞污染问题成为人们关注三峡环境问题的作者简介:冉祥滨(1980～),男,博士研究生,主要研究方向为水环境化学,E2mail:ranxiangbin@163.com焦点之一.三峡工程一期于2003206蓄水,2003211坝3通讯联系人,E2mail:zhigangyu@ouc.edu.cn 1776环境科学29卷平均水深87m;调查的香溪水域全长818km,平均期.在库区(归州2三峡大坝之间)布设纵、横采样断水深61m.调查期间,三峡入库流量和葛洲坝出库面6条,采样站点23个.采样层次为:表层、10m、203-13-1流量分别为21575m·s、22428m·s,属于丰水m、50m、近底层,并根据深度增加或减少层次.图1三峡坝前水域采样站位Fig.1SamplinglocationsintheLowerPartoftheThreeGorgesReservoir112样品储存及分析方法1)-1表12004年库区干流各站位溶解无机汞的分布Png·L采集的水样立即用孔径0145μm的醋酸纤维滤Table1Distributionofdissolvedinorganicmercuryinthemainchannel-1膜(预先用1∶1000HCl浸泡24h,并以Milli2Q水洗oftheThreeGorgesreservoirin2004Png·L至中性)过滤后分装于玻璃样品瓶(样品瓶预先在站位表层10m20m50m底层平均值1∶5HCl中浸泡48h以上,用超纯水清洗数遍,然后B044174713321428123812A4318P111015P111包上双层洁净的塑料袋,备用)中,加入优级纯硝酸B124125612017PP1612至pH<2.返回实验室后用原子荧光光度计测定B348180151016PP1210(AFS2820,北京吉天仪器公司),方法检出限为B4P513618P517316B501501525160151616817-1[11,12]1ng·L,相对标准偏差(RSD)≤510%.溶解氧C1351140103716和pH采用多参数水质检测仪(CLOROTEDCModelC2321757108211191542154618C319145311281926163210AAQ1186)现场测定.D145141518191023172610D2291271915132615P15182结果与讨论D3121958163518E182165513111723104312211库区干流溶解无机汞分布特征E2301323163515371720162915表1为2004208调查获得的干流纵断面各层次E364134216311119133913溶解无机汞的浓度.从2004208调查情况看,库区干F1711P24121014F21412141028141118P1317流溶解无机汞空间分布不均一,沿程平均浓度高低F346122510P23172317交错,相邻点之间浓度差异明显(见表1).浓度的变平均值301124182511151812152217-1化范围较大,为未检出至8216ng·L,平均浓度为1)“P”表示未检出-12217ng·L.而历史同期数据表明蓄水前长江三峡-1水库江段江水中汞元素在丰水期平均浓度为58为518～1116ng·L;1997208201～1997208209的清-1[13]ng·L,可溶态汞浓度约占10%～20%,即大约溪场到奉节同步观测中各横断面水体中汞均未检 7期冉祥滨等:三峡水库蓄水至135m后坝前及香溪河水域溶解无机汞分布特征研究1777[14]-1出,对长江三峡工程生态与环境监测公报分析也mg·L,pH介于719～913,表底层均一,从溶解氧数显示,多年来(1996～2002)三峡水库江段汞浓度较据看,干流水库没有分层等现象,水库底部水体尚不低,低于地表水Ⅲ类标准(GB383822002),直排长江具有形成还原环境的条件,所以底层处于厌氧环境的工业废水中汞的量也较低,并无明显升高趋致使汞甲基化,从而使无机汞含量低的可能性不大.[15]势.而蓄水后,2003206及2003210三峡水库监测造成其垂向分布的原因有蓄水因素和非蓄水因素两数据表明,三峡水库总汞(清样)浓度分别为280种.蓄水因素为三峡一期蓄水后,水位抬升,新淹没-1-1-1ng·L(190～420ng·L)和240ng·L(160～390区土壤多与上层水体接触,而长江在8月份处于丰-1-1ng·L),其中秭归采样点浓度分别为280ng·L和水期,雨量充沛,水量巨大,在巨大的流量带动下,进-1[16]310ng·L,均超过了《地表水环境质量标准》(GB入环境中的溶解无机汞在水平方向上,向下游迅速383822002)Ⅲ类标准,如果按照可溶态汞浓度约占扩散,而垂直方向上并没有得到充分的混合.非蓄水10%～20%估算,则2003206及2003210三峡水库可因素为燃煤释放到大气中的汞的沉降也可能造成上-1-1溶态汞浓度约为28～56ng·L和24～48ng·L,较层水体汞浓度的升高.三峡库区各县市每年通过燃-1[13][20]历史数据的518～1116ng·L有很大程度的提煤释放到环境中汞的总量在10130t以上,部分高.本次调查是三峡蓄水至135m后1a,仅可溶态无释放到大气中的汞又通过干湿沉降落在该地区.研-1机汞浓度一项就为2217ng·L,进一步说明可溶态究表明,近30a来该地区长江水中硫酸根浓度呈上无机汞蓄水后浓度有明显升高.升趋势,燃煤产生的硫酸根可能是河水中硫酸根的[21]一般而言,天然水体中的汞含量甚微.未受污染重要来源,也间接地表明高汞含量的燃煤使用可-1[17]的淡水中总汞浓度一般低于5ng·L.除可能的能对该地区河段汞的含量有一定的贡献;而从历史点源污染外,淹没的土壤是水库汞的首要来的角度看,这部分汞也是淹没区土壤中汞的来源[2,4～6]源.早期的研究表明,因水库蓄水导致的水位之一.抬升,淹没了大量的土地,土壤中汞的释放对水库水体中汞的添加作用明显,蓄水会导致水体中总汞浓[9,10]度上升.重庆8县6区土壤中平均汞含量01138-1[18]mg·kg,超过中国土壤元素背景水平01065-1[19]mg·kg,这种广布型的汞污染源将对三峡江段水环境造成一定的影响.根据统计结果,秭归县淹没土地面积占总库区淹没面积10%,是库区各县淹没土地面积最多的区县之一,必然对水库汞的循环产生较大的影响.从表1横断面D、E的汞浓度的平均值可以看出,汞的分布具有河道中央浓度稍低,近岸浓度高的特征,表明河道两岸对水体中的无机汞有图2干流纵断面无机汞垂直分布一定的添加作用.Fig.2Verticaldistributionofdissolvedinorganicmercury图2为三峡库区干流纵断面溶解无机汞的垂直inthemainchanneloftheThreeGorgesReservoir分布,可见溶解无机汞的浓度底层较低,较高浓度区主要集中在20m以浅的水体;总体而言,童庄河至2.2支流香溪河回水段溶解无机汞分布特征九畹溪江段溶解无机汞的浓度低于靠近三峡大坝的香溪水体溶解无机汞的浓度为未检出至6114-1-1九畹溪至秭归江段.最高值点位于秭归新城(E1),ng·L,平均浓度为1810ng·L.香溪河水体略低受人为因素影响较大,可能为点源污染所致.低值主于干流水体.已有研究表明,2003206三峡水库开始要位于支流河口位置(童庄河口下游的A4点,九畹蓄水期间,香溪河回水区域总汞浓度为10～20-1[22][13]溪河口的B4点),汞的迁移具有明显的重金属迁移ng·L,如果按可溶态汞占总汞的20%计,则特性,遵循负指数递减的规律,受物理、化学、生物等2003年蓄水期间香溪河段回水区可溶态汞的浓度-1因素影响而迅速递减,这可能是造成各支流河口汞约为2～4ng·L;水库蓄水1a后,本次的调查结果-1浓度较低的主要原因.在本次调查中,库区溶解氧平表明,溶解无机汞的平均浓度为1810ng·L,显然-1均浓度为8169mg·L,底层溶解氧平均浓度为8167有非常明显的升高. 1778环境科学29卷图3表示香溪河Z1到干流A4断面上溶解汞的流基本相当.从纵断面上看,A1(官家坪附近)至A3分布.可以看出,调查区域内,香溪河内溶解汞的分(河口位置)河段浓度明显高于邻近河口的库区干流布特征为表层高,中间、底层低,在分布特征上与长水域,可能是长江蓄水后,干流水涌入支流,形成以江干流相类似.在本次调查中,调查区段位于蓄水产干流水体为主的回水区,即所谓的顶托作用.这种顶生的回水区范围内,水体溶解氧平均浓度为9115托作用除对香溪河回水区底层水体汞的浓度起到一-1mg·L,pH介于719～914之间,水质理化参数与干定的稀释作用外,还致使从环境进入河流的汞在香溪近河口位置蓄积.213三峡水库蓄水后可溶态汞浓度与其它水库、河流的比较将三峡水库溶解无机汞浓度与其它水库溶解态汞对比(表2),可以发现即使不考虑溶解有机汞的影响,三峡水库仅溶解无机汞浓度就较其它水库的溶解态汞高7倍左右.一般而言,水库蓄水引发的汞问题是短期现象,被淹没的植物和土壤中本身存在的汞向水体释放的过程会在短时间内完成(约1[23][24]a),较高浓度的汞会持续20～30a.采样期间,三峡水库蓄水刚刚1a,而其它水库蓄水时间超过10图3香溪河纵断面无机汞垂直分布Fig.3Verticaldistributionofdissolvedinorganica,随着水库的运行,三峡水库水体中的汞浓度可能mercuryintheXiangxiRiver会逐渐回落直至相对稳定.1)-1表2三峡水库溶解无机汞浓度与其它水库、河流溶解态汞对比Png·LTable2ComparisonoftheconcentrationsofdissolvedinorgincmercuryintheThreeGorgesReservoir-1withdissolvedmercuryinotherreservoirsorriversPng·L水库范围均值蓄水时间Pa文献中国三峡水库0～821622171本研究中国乌江渡水库(2004207)118～51131125[25]中国东风水库(2004207)211～41831212[25]加拿大LG2和LA1水库0164～3187213014[26]法国PetitSaut水库014～413P10[27]法国Lot河014～312110P[28]1)“P”表示无数据214三峡工程对长江汞滞留效应初探显,水库形成可能使河流输送汞的通量发生显著的[29]三峡江段年输送汞元素量为153t,其中污水变化,值得深入研究.-1[15]排放的汞元素量仅为019t·a,燃煤负荷为-1[20]3结论10130t·a以上.“河流水库化”后最显著的变化是水动力条件减弱,水深加大,原有的物质输送形式(1)三峡水库长江干流河段及香溪河回水段溶-1被改变.对汞而言,水库建成后沉积作用增强,可能解无机汞的浓度在蓄水后分别为2217ng·L和-1使相当一部分原先被河流输送的汞在水库内沉积,1810ng·L,较蓄水前显著升高,也显著高于其它从而发生一系列物理、化学、生物变化.库区江水中水库.-1[29]悬移质汞含量为0121～0178mg·kg,根据长江(2)三峡库区干流溶解无机汞呈现表层高、底层水利委员会收集的泥沙资料,一期蓄水(2003206)至较低的特征,较高浓度区主要集中在20m以浅的水[30～32]2005年水库淤积泥沙共计3175亿t,如果不考体;香溪河支流有相似的垂直分布特征.虑泥沙粒径的影响,因泥沙沉降到库区的汞可能在(3)自三峡水库一期蓄水至2005年,有约79～79～292t之间,说明水库对汞的“滞留”效应相当明292t汞随泥沙沉积到水库底部“,滞留效应”使得库 7期冉祥滨等:三峡水库蓄水至135m后坝前及香溪河水域溶解无机汞分布特征研究1779区汞负荷增加,值得进一步深入研究.[16]吕怡兵,宫正宇,连军,等.长江三峡库区蓄水后水质状况分析[J].环境科学研究,2007,20(1):126.参考文献:[17]BloomN.Determinationofpicogramlevelsofmethylmercuryby[1]JacksionTA.Theprobleminrecentlyformedreservoirsofnorthernaqueousphaseethylation,followedbycryogenicgaschromatographyManitoba(Canada):effectsofimpoundmentandotherfactorsonthewithcoldvapouratomicfluorescencedetection[J].CanJFishAquatproductionofethylmercurybymicro2organismsinsediments[J].CanSci,1989,46:113121140.JFishAquatSci,1988,45:972121.[18]翁立达,袁弘任,王俊超,等.三峡工程生态环境影响研究[2]MeisterJF,DiNunzioJ,CoxJA.Sourceandlevelofmercuryina[M].武汉:湖北科学技术出版社,1997.37.newimpoundment[J].JAmWaterWorksAssoc,1979,71:5742[19]魏复盛,陈静生,吴燕玉,等.中国土壤环境背景值研究[J].576.环境科学,1991,12(4):12219.[3]RosenbergDM,BerkesF,BodalyRA,etal.Large2scaleimpacts[20]靳立军,徐小清,刘建康.三峡库区燃煤、土壤和水库底泥中ofhydroelectricdevelopment[J].EnvironRev,1997,5(1):27254.含汞量分布特征[J].重庆环境科学,1997,19(4):33235.[4]SmithFA,SharmaRP,LynnRI,etal.Mercuryandselected[21]陈静生,夏星辉,蔡绪贻.川贵地区长江干支流河水主要离子含pesticidelevelsinfishandwildlifeofUtah:I.Levelsofmercury,量变化趋势及分析[J].中国环境科学,1998,18(2):1312135.DDT,DDE,DieldrinandPCBinfish[J].EnvironToxicolChem,[22]王海云.三峡水库蓄水对香溪河水环境的影响及对策研究1974,12:2182223.[J].长江流域资源与环境,2005,14(2):2332237.[5]BodalyRA,HeckyRE,FudgeRJP.Increasesinfishmercury[23]ThérienN,MorrisonK.InvitroreleaseofmercuryandlevelsinlakesfloodedbytheChurchillRiverdiversion,northernmethylmercuryfromfloodedorganicmatter[A].In:LucotteM.etManitoba[J].CanJFishAquatSci,1984,41:6822691.al.(eds).MercuryintheBiogeochemicalCycle[C].Springer2[6]KellyCA,RuddJWM,BodalyRA,etal.IncreaseinfluxesofVerlag,Berlin,1999.1472163.greenhousegasesandmethylmercuryfollowingfloodingofan[24]BodalyRA,StLouisVL,PatersonMJ,etal.Bioaccumulationofexperimentalreservoir[J].EnvironSciTechnol,1997,31:13342mercuryintheaquaticfoodchaininnewlyfloodedareas[A].In:1344.SigelH,SigelA,DekkerM.Mercuryanditseffectsonenvironment[7]LodeniusM,Sepp¾nenA,HerranenM.Accumulationofmercuryinandbiology[C].NewYork,1997.2592287.fishandmanfromreservoirsinNorthernFinland[J].WatAirSoil[25]蒋红梅.水库对乌江河流汞生物地球化学循环的影响[D].贵Pollut,1983,19:2372246.阳:中国科学院地球化学研究所,2005.76.[8]GagnonC,FisherNS.Bioavailabilityofsediment2boundmethyland[26]MontgomeryS,MucciA,LucotteM,etal.Totaldissolvedmercuryinorganicmercurytoamarinebivalve[J].EnvironSciTechnol,inthewatercolumnofseveralnaturalandartificialaquaticsystemsof1997,31:9932998.NorthernQuebec(Canada)[J].CanJFishAquatSci,1995,52:[9]CossaD,GobeilC.MercuryspeciationinthelowerSt.Lawrence248322492.estuary[J].CanJFishAquatSci,2000,57(Suppl.1):1382147.[27]PeretyazhkoT,VanCappellenP,MeileC,etal.Biogeochemistryof[10]GustinMS,LindbergS,MarsikF,etal.NevadaSTORMSproject:MajorRedoxElementsandMercuryinaTropicalReservoirLakeMeasurmentofmercuryemissionsfromnaturallyenrichedsurfaces(PetitSaut,FrenchGuiana)[J].AquatGeochem,2005,11:332[J].JGeophyRes,1999,104(D17):21831221844.55.[11]阎海鱼,冯新斌,商立海,等.天然水体中痕量汞的形态分析[28]Sch¾ferJ,BlancG,AudryS,etal.MercuryintheLot2Garonne方法研究[J].分析测试学报,2003,22(5):10213.Riversystem(France):Sources,fluxesandanthropogeniccomponent[12]国家环境保护总局.水和废水检测分析方法[M].(第四版).[J].ApplGeochem,2006,21:5152527.北京:中国环境科学出版社,2002.3542364,3062308.[29]徐小清,丘昌强,惠嘉玉,等.长江鲤鱼元素背景值研究[J].水[13]徐小清,惠嘉玉,邓冠强,等.三峡库区水环境现状及建坝对生生物学报,1995,9(增刊):29232.沉积物污染影响评价[A].见:长江三峡工程对生态与环境影[30]水利部长江水利委员会.长江泥沙公报[R].武汉:水利部长响及其对策研究论文集[C].北京:科学出版社,1987.7302江水利委员会,2003.745.[31]水利部长江水利委员会.长江泥沙公报[R].武汉:水利部长[14]黄真理,李玉.三峡水库水质预测和环境容量计算[M].北江水利委员会,2004.京:中国水利水电出版社,2006.1422145.[32]水利部长江水利委员会.长江泥沙公报[R].武汉:水利部长[15]国家环境保护总局.长江三峡工程生态与环境监测公报[R].江水利委员会,2005.北京:国家环境保护总局,199722003.