水库重金属锰污染特征及原因分析.pdf

第9 期2023年9 月文章编号：1 6 7 3-9 0 0 0（2 0 2 3)0 9-0 0 9 2-0 2陕西水利Shaanxi WaterResourcesNo.9September,2023水库重金属锰污染特征及原因分析叶操（上饶市科信水利水电勘察设计咨询有限公司，江西上饶3 3 40 0 0）摘要某水库建成后，连续多次出现不同浓度的锰超标，对地区的用水造成了很大的威胁。根据对水质指标的逐月监测和逐日监测气象等资料，研究发现：库区表层水的锰超标，大部分来自于坝址附近，少数来自降雨汇流的污染，较低的气温与水位通常伴随着极端天气（如降雪等）这是表层锰含量超标的可能原因；在水库水质中，在污染初始阶段，往往会出现铁含量升高、溶解氧短时期异常降低的现象。该成果可为我国同类水库中锰超标问题的控制和治理工作提供一定的理论依据。【关键词重金属；水库；水质；污染特征中图分类号X52【文献标识码B1引言锰是一种常见的天然元素，它对骨骼生长发育、糖和脂肪的新陈代谢都起到了很好的促进作用，但是如果过量摄人，会引起神经传递素的失调，从而产生神经毒性。在水库的水源中，锰的含量超标是比较普遍的。在水库中，主要有两种类型：一是内源释放，二是外源汇人。内源释放是水库的沉积物经过复杂的理化以及生物反应，以锰的各种形态存在于水体和生物体中I-2。另外，由于工业生活污水、矿山开采和土壤侵蚀等容易随降雨汇人地下水，成为水库水体中锰的重要来源。根据该水库水质指标的逐月监测和逐日监测气象等资料，深入分析了该水库水体的锰污染特征以及造成锰污染的原因，可为该水库锰含量超标提供预警，以及为同类型水库锰含量超标治理提供理论支撑。2材料与方法某水库以供水与防洪为主，同时兼顾发电、灌溉。该水库控制河道的长度为2 5.1 0 km，流域为2 3 1.0 km，库容为1.1 0 亿m，标准蓄水位为2 44.0 m。坝址位于下游约1 km左右，每年为该地区的供水量约为7 3 0 0 万m，是供水总量的1/3。在库区设置了一个长期的水厂监测站，逐月监测水库表层水下0.5 m的水质。从2 0 1 2 开始，水库连续出现了几起严重的锰超标问题。水质调查分析在该水库大坝坝址下游设置了若干个采样断面，在坝址附近采集了不同深度的水样，而其他采样点主要对水体表层0.5 m处进行取样。根据CB/T11911-19893进行了铁、锰含量测定。3结果与分析3.1水库水体锰的垂直分布特征为了研究水库中锰的来源，在2 0 1 5 年1 月针对水库第一次锰污染超标（标准为0.1 mg/L），于2 0 1 5 年1 月份至2016年1 2 月份对该水库水下0.5 m（表层）、1 0 m、2 0 m 的水体进行了水质监测。发现随着深度加深，锰含量也会增加。这表明了水库的内源污染。但也不是各个时期水库表层的锰含量都低于底层，特别是近两年1 1 个月（柱形红色），表明表层中的锰含量明显小于深层，表明仍有外源污染物伴随着较大的降雨。特别是在汛期后，随着库容逐渐下降，周围的岩体暴露，在降水的作用下，河流的水流会对周围的岩体造成很大的冲击，并将大量的污染物带人水中，使水库表层水体的锰浓度上升，超过1 0 m20m处的锰含量。因此，该水库的锰污染由内源和外源两部分组成。在2 0 1 6 年年初，该水库水体锰含量严重超标，通过研究结果表明：当表层和底层都低于标准值，而中层的锰含量超标，也就是说，在垂直方向，整体的锰矿呈中层偏高、上下层偏低的趋势。其水库水体垂向的锰浓度呈现出梭形分布，在2 0 1 4年1 1 月份的抽样调查中也出现了同样的现象，在此期间各深度的锰浓度分布见图1。这种分布的原因可能是因为库区内存在着水的分层，在深水区，往往存在着显著的热分层作用。当水库的锰含量超标时，由于自重和沉淀的吸附，底层的锰会慢慢地向底部集中，而在中层和上层则不能向底层对流，当水库表层的锰被氧化沉淀，中层的锰浓度也随之减少，从而形成了这样的梭形分布。这种分布形式的出现，会导致中段长期维持高的浓度，从而给表层水体锰含量超标造成潜在的危险和危害。收稿日期2 0 2 3-0 2-0 7【作者简介叶操（1 9 9 0-），男，江西上饶人，工程师，主要从事水文水资源工程相关工作。92第9 期2023年9 月0.20010203040F50607080F图1 锰含量随水深变化3.2表层水体锰超标的原因及规律根据研究期间的每日最大温度和最小温度，以及历史观测资料，发现在过去的四次水库水体锰含量超标中，有3 次都是在接近年最低温度时发生，表明该水库表层的锰含量与极端的低温天气有关。温度下降使表层水体温度下降，同时密度增加，表层水在自重的作用下向底层下沉，造成了上层和上层的强烈对流，使底层锰的污染得以释放到水库表层水体。通过对该研究区的历史气象资料进行了深入的分析：2014年6 月份以来，连续出现了3 次极端降雪天气，其恰好与该水库水体3 次锰含量超过标准对应。由于极端气候往往会导致温度急剧变化，而低温降雨又会加速表层水温的急剧降低，从而导致上层和上层的强烈对流，而以往的锰含量超标都是在水位下降期出现的，这容易导致底层的超标锰含量释放到表层水体。因此，该水库锰含量超标与较低的气温和水位以及降雪等极端天气有关。在2 0 1 4年年底，锰含量超标对应着以下条件：干旱后出现较强的降雨事件，水库的水位降低，气温的急剧降低，这几个条件都有可能导致锰含量超过标准。水位降低导致周围的岩石经常会出现裸露，由于长时间的干旱，岩石中的锰会转化成易于溶解的悬浮微粒，同时由于短期降雨带来的大量的含锰微粒会流入水库，再加上温度下降，使得表层水体温度下降，导致底层的超标锰含量释放到表层水体，从而造成表层水体锰含量超过标准值。综合考虑，低气温和低水位、极端天气（如降雪）等原因，都可能导致水库表层锰含量超标。此外，干旱后的强降雨也可能导致水库表层锰含量超标。因此，在多种因素重合时必须加强对水库水体水质的监测。3.3其他水质指标变化通过对2 0 1 8 年2 月份库区表层水体中的锰含量超标为例进行研究，结果表明：铁、锰含量的变化趋势具有一致性；以及在超标初期DO出现异常下降。从图2 可见，铁、锰的含量变化具有很强的一致性，拟合曲线相关系数R为0.8 8。Mn的含量从1.2 3 mg/L逐步减少到0.1 1 mg/L,而Fe的浓度则从0.2 2 mg/L逐步减少到检测限以下，说明两者很可能具有相同的来源和类似的变化规律。国内和国际上很多大中型水库的铁、锰含量均存在相似的规律性。在该类水库中，普遍认为铁锰均来自于水库底部水体的沉积物释放。通过对水库水体DO的监测，发现在超标前期，在大坝陕西水利Shaanxi Water Resources锰/(mg L)0.250.30No.9September,2023坝址周边DO出现反常的降低。2 0 1 8 年2 月份，该水库的取0.350.400.45水口D0浓度为5.6（饱和度42.8 0%），比多年同期均值8.6 低，而同时上游3 km处DO为7.8。由于当时的观测数据表明，没有还原因素导致DO的减少，且没有出现环境变化，因此，这样的异常减少可能是由于水库底部水体氧气含量较低，与地表高含氧量的水体进行了对流，从而导致了表层水体中的锰含量超标。经过持续监控,DO逐步升高到7.3，表明DO值的异常降低不会持久，因此，通过对DO的连续监控，可以提前发现水库表层水体中的锰含量超标现象。1.5F(-T.u)/喜号1.00.50204 02-08 02-12 02-16 0（a）水库表层Fe与Mn趋势变化图0.300.250.200.150.100.050（b）水库表层Fe与Mn相关性图图2 水库表层锰铁含量变化及相关性分析4结论该水库表层水体锰含量超标的主要来自于坝址底部，少数来自于降雨后径流汇流至水库。低气温和低水位、极端天气（如降雪）都可能导致水库表层锰含量超标，此外锰含量超标还与干旱后的强降雨和岩石的裸露有关。在水库表层锰含量超标往往伴随着水体中的铁浓度的升高，超标初期水体中的DO出现异常降低。因此，提出适时建立低温时期锰含量超标的预警体系。在春冬两季，应该加强关注水库的水质状况，同时在低气温、低水位、降雪等极端气候条件下，要加大对水库水环境的监控力度，并设置DO等实时监控装置，要尤其注意水库短期内DO的异常变化。参考文献1罗岳平，田耘，毕军平，等.水库型河流锰污染应急监测技术研究J.环境监控与预警，2 0 1 3,5（0 5）:1 0-1 4.2魏杨，郑西来，祝信贺.青岛市王圈水库锰污染的动态监测与成因分析 J.环境污染与防治，2 0 1 2,3 4（1 1）：6 8-7 3.3刘，曹永旭，赵彦龙.水库水体铁、锰污染调查与成因研究 J.人民珠江，2 0 0 9,3 0（0 3)：2 0-2 3.93-锰铁022002-24日期y=0.2185x+0.0104R=0.88420.51.0锰/(mg L-)1.5