云南省高原湖泊水体中重金属的地球化学特征研究

摘要

开展对云南典型高原湖泊重金属污染及水质状况的研究，有助于深入了解高原湖泊重金属污染的现状和发展趋势，为其治理提供依据。本文通过对2016年云南省典型高原湖泊滇池、抚仙湖以及星云湖流域的全面水质调查数据进行系统分析，选取三湖湖水中的Co、Ni、Cu、Zn、As、Mo、Sb、Pb、Th、U共12种重金属作为研究对象，分析湖泊中重金属质量浓度和赋存形态分布特征。对三个湖区中的重金属污染水平进行水质质量指数评价和健康风险评价。结合氮磷营养盐、水温、电导率、压力、深度、pH、Eh、浊度、叶绿素-a和DO等水质物化指标值，利用多元统计方法探讨三个不同富营养化湖泊重金属污染现状及其可能来源，以期为云南省高原湖泊水体污染防治提供有用的科学参考。本论文主要得出以下结论:
　　(1)滇池湖区TN含量范围1.41-1.89ug/ml，TP含量范围0.01-0.13ug/ml;TOC含量范围4.59-5.85ug/ml。星云湖湖区TN含量范围1.29-3.72ug/ml，TP含量范围0.21-0.32ug/ml;TOC含量范围7.85-9.85ug/ml。抚仙湖湖区TN含量范围0.68-4.54ug/ml，TP含量范围0.01-0.01ug/ml;TOC含量范围0.67-4.81ug/ml。对三湖水体中TN、TP和TOC进行比较，滇池依然处于富营养化湖泊，星云湖次之，抚仙湖是贫营养化湖泊。
　　(2)三个湖泊重金属Mn、Fe、Zn、As、Cu、Mo、Sb、Ni、Pb、Co含量均未超过地表水Ⅰ级质量标准。滇池水体重金属Mn在采样点DL1、DL3、DL6出现较大值;重金属Zn较大值集中出现在DL1、DL2、DL3和DL4;除东南部水体中Fe、Mn和Zn含量较高，其他8种重金属的含量由多到少依次为:As＞Cu＞Mo＞Sb＞Ni＞U＞Pb＞Th＞Co。星云湖水体重金属Mn在采样点XL3和XL4处出现较大值;重金属Zn较大值集中出现在XL2、XL3和XL4;重金属Cu含量最大值出现在XL5;As和Sb含量接近二者的Ⅰ类水质标准的五分之一;重金属的含量由多到少依次为:Fe＞As＞Zn＞U＞Ni＞Mn＞Cu＞Sb＞Mo＞Co＞Pb＞Th。抚仙湖水体重金属的含量由多到少依次为:Fe＞As＞U＞Zn＞Mn＞Ni＞Cu＞Pb＞Mo＞Sb＞Co＞Th。
　　(3)抚仙湖、滇池和星云湖水体中溶解态重金属Mn、Cu、Zn、Pb、Ni、Co、Th主要是以自由态离子形式存在，除Th4+占总溶解态Th的比例在81.84％～87.52％之间，其余6种重金属自由态离子占比在99.16％～99.68％之间。MSO4（M代表重金属）是湖水中溶解态重金属最主要的无机化合存在形态，MSO4占总溶解态M的比例由多到少依次是滇池、抚仙湖、星云湖。Fe的赋存形态明显有别于其他重金属，其中自由离子态Fe3+仅占总溶解态Fe的17.97％～22.80％之间。腐殖酸结合态重金属也少量存在湖泊中。
　　(4)对三个湖区中的重金属污染水平进行水质质量指数评价，计算得知滇池、抚仙湖和星云湖水样的WQI平均值分别为0.27、0.049和0.11;三湖湖区重金属的整体污染水平程度滇池＞星云湖＞抚仙湖，WQI值均小于1，为无污染。采用USEPA的健康风险评价模型及IARC的分类系统对三湖重金属健康风险进行评价，滇池DL2、DL6和星云湖XL6、XL2、XL4水样中As的个人年风险均高于ICRP推荐的最大可接受风险水平5.00×10-5a-1;抚仙湖中As的平均个人年风险3.41×10-5a-1，低于最大可按受风险水平;所有水样非致癌物Cu、Pb、Mn和Zn的个人年风险均远小于最大可接受风险水平。三湖重金属污染所导致的人体健康危害风险主要来自化学致癌物，而非致癌物的人体健康风险基本可以忽略不计。
　　(5)运用多元统计法解析重金属来源:滇池重金属Cu、Sb、Mo、U较大值在滇池西岸和南岸，污染来源为农业点源污染和农业化肥污染;Pb、Th、Zn、Fe、Co较高值在滇池东岸，污染来源为工业污染排放源;As、Mn和Ni在北部昆明主城区，污染来源为城市生活排放源。抚仙湖湖泊中部的重金属主要为自然来源，湖泊北部Pb和Zn以人类活动和工厂污染为来源。星云湖除Pb、Ni和U外其余重金属较大值在西南部湖区，污染来源为城市生活排放源;Cu、Ni、U较高值在北部及西部水域，污染来源为农业污染排放源;Zn、Fe、Pb高值在东部水域，污染来源为工业污染排放源。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．2 相关研究进展

1．2．1 水环境重金属污染研究进展

1．2．2 水环境重金属赋存形态研究进展

1．2．3 水环境重金属评价方法研究进展

1．3 研究目的、内容和技术路线

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 研究区概况与样点选择

2．1．1 滇池概况与样点选择

2．1．2 抚仙湖概况与样点选择

2．1．3 星云湖概况与样点选择

2．2 样品监测方法

2．2．1 理化参数分析

2．2．2 溶解态重金属含量分析

2．2．3 应用软件

2．4．1 综合污染指数法

2．4．2 健康风险评价法

2．4．3 重金属来源解析方法

第三章 滇池、抚仙湖和星云湖湖区物化特征研究

3．1 滇池物化特征研究

3．2 抚仙湖物化特征研究

3．3 星云湖物化特征研究

3．4 滇池、抚仙湖和星云湖物化特征比较

第四章 滇池、抚仙湖和星云湖重金属分布及赋存形态

4．1 滇池重金属含量及分布特征

4．2 抚仙湖重金属含量及分布特征

4．3 星云湖重金属含量及分布特征

4．4 滇池、抚仙湖和星云湖重金属含量的描述性统计

4．5 滇池、抚仙湖和星云湖溶解态重金属的赋存形态

4．6 本章小结

第五章 滇池、抚仙湖和星云湖重金属污染评价及来源

5．1 滇池重金属污染评价及来源解析

5．1．1 滇池重金属污染评价

5．1．2 滇池重金属来源解析

5．2 抚仙湖重金属污染评价及来源解析

5．2．1 抚仙湖重金属污染评价

5．2．2 抚仙湖重金属来源解析

5．3 星云湖重金属污染评价及来源解析

5．3．1 星云湖重金属污染评价

5．3．2 星云湖重金属来源解析

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 不足与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表文章