【摘要】： 源于污染土壤的土水界面污染流是非點源污染發(fā)生的一種特殊形式,其是在降雨或溶雪等沖刷作用下,土壤中的污染物通過擴散、彌散、解吸、解離等化學反應(yīng)和多種作用過程進入地表徑流中,最終形成攜帶著包括重金屬、持久性有機污染物以及N、P營養(yǎng)元素在內(nèi)的多種污染物的一種特殊污染流體。城市郊區(qū)是介于城市與鄉(xiāng)村的交錯、過渡地帶,具有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)化程度高,土地利用結(jié)構(gòu)復(fù)雜,受城市城市化、工業(yè)化發(fā)展和鄉(xiāng)村多重影響等特點,且受人類高強度活動的干擾和改造,是區(qū)域響應(yīng)最為敏感的地帶。本文以我國北方重要工業(yè)城市天津市郊西青區(qū)為典型研究區(qū),通過資料收集、大規(guī)模野外定點采樣和試驗分析,將常規(guī)數(shù)據(jù)統(tǒng)計與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)相結(jié)合,深入系統(tǒng)地分析了研究區(qū)土水界面污染流重金屬和多環(huán)芳烴等污染物污染特征、分布規(guī)律及其污染來源。以地統(tǒng)計學的理論與方法為基礎(chǔ),對重金屬和多環(huán)芳烴的空間變異和分布規(guī)律進行了研究,構(gòu)建了基于Monte-Carlo模型的土水界面污染流的生態(tài)風險評價方法,并對其生態(tài)風險進行了評價。主要研究結(jié)論如下: (1)通過大規(guī)模的系統(tǒng)取樣調(diào)查和分析,揭示了研究區(qū)土水界面污染流重金屬及多環(huán)芳烴等污染物的污染特征。統(tǒng)計分析結(jié)果顯示: Cr、Ni、Cd、Zn等四項重金屬服從對數(shù)正態(tài)分布,Cu、As、Pb等三項重金屬為偏態(tài)分布。重金屬變異系數(shù)普遍較高,表明重金屬數(shù)據(jù)離散程度較大,各監(jiān)測點污染流重金屬含量的差異性較大。除As外,重金屬之間具有顯著相關(guān)性;主成分分析結(jié)果顯示研究區(qū)土水界面污染流重金屬可提取3個主成分,第一主成分包含Cr、Ni和Zn,第二主成分包含Cu、Cd、Pb,第三主成分則集中反映了As的作用。 研究區(qū)土水界面污染流中的多環(huán)芳烴以三環(huán)、四環(huán)和五環(huán)多環(huán)芳烴為主,分別占總量的36.49%、26.34%和27.85%,兩環(huán)和六環(huán)的多環(huán)芳烴含量則相對較低。除高環(huán)多環(huán)芳烴外,低環(huán)、中環(huán)和多環(huán)芳烴總量均服從對數(shù)正態(tài)分布,各多環(huán)芳烴組分變異系數(shù)較高,在中等變異性以上。除Dba和Inp外,其他14種組分的多環(huán)芳烴與總量之間存在顯著相關(guān)性,其中四環(huán)的Flu、Pyr、BaA和Chr與總量的相關(guān)性最強,在0.01的置信水平上,相關(guān)系數(shù)分別達到了0.90、0.84、0.87和0.89,而低環(huán)的Nap、Acy、Ace和Phe與總量的相關(guān)性相對較弱。 利用主成分分析技術(shù)、比值法和典型源三角圖判別法對研究區(qū)土水界面污染流中多環(huán)芳烴來源進行了解析。主成分分析結(jié)果顯示,可以提取5個主成分,第一主成分主要由高環(huán)數(shù)的多環(huán)芳烴組成,是交通源和燃煤源共同作用的綜合體現(xiàn):第二主成分主要由低環(huán)數(shù)的多環(huán)芳烴組成,主要代表氣態(tài)多環(huán)芳烴的沉降過程;第三主成分集中反映了Flu、Phe和Pyr三種多環(huán)芳烴的作用,具有典型焚燒源的特征;第四主成分集中反映了Acy和Inp兩種多環(huán)芳烴的作用,集中代表了秸稈燃燒和油燃燒源的多環(huán)芳烴來源;第五主成分則反映了Dba的作用。 研究區(qū)Phe/Ant的比值分析結(jié)果表明,多環(huán)芳烴主要來源于不完全燃燒;所有樣點Flu/Pyr的比值均大于1,表明多環(huán)芳烴主要來源于煤炭/生物質(zhì)的不完全燃燒等;研究區(qū)部分樣點BaA/Chr的比值大于0.5,表明這部分樣點的多環(huán)芳烴主要來源于燃燒源;部分樣點BaA/Chr的比值在0.25～0.35之間,表明多環(huán)芳烴來源于石油和燃燒的混合源;極少部分樣點Bar/Chr的比值小于0.25主要指示石油源。 典型源三角圖判別法的分析結(jié)果表明,多環(huán)芳烴主要來自燃燒過程,除煤炭燃燒外,還存在木質(zhì)材料如秸稈焚燒,發(fā)動機高溫燃燒、油燃燒以及生物質(zhì)燃燒等。低、中、高環(huán)多環(huán)芳烴各組分在多環(huán)芳烴總量中都沒有占絕對優(yōu)勢,表明研究區(qū)污染流各監(jiān)測樣點多環(huán)芳烴不是來自于單一污染源,而可能是多污染源共同復(fù)合累加的結(jié)果。 (2)利用地統(tǒng)計技術(shù)對研究區(qū)土水界面污染流重金屬和多環(huán)芳烴的空間變異和空間分布進行了研究。 研究表明,七項重金屬元素均表現(xiàn)為各向同性,變程在4040～7404米之間,As和Cd在小區(qū)域范圍內(nèi)表現(xiàn)出極強的空間相關(guān)性,Zn、Ni、Cr為中等程度的空間相關(guān)。除As外,其他重金屬在原點處均表現(xiàn)出明顯的塊金效應(yīng),As、Zn、Cr、Pb和Cu等采用球形模型擬合半變異函數(shù),Ni和Cd采用指數(shù)模型擬合半變異函數(shù)。Cu和Pb具有明顯的空間趨勢,采用具有趨勢的克里格進行插值,其他重金屬采用普通克里格進行插值。 低環(huán)和高環(huán)多環(huán)芳烴表現(xiàn)為各向同性,均采用球形模型擬合其經(jīng)驗半變異函數(shù)。低環(huán)多環(huán)芳烴為弱空間相關(guān)性,高環(huán)多環(huán)芳烴為中等程度空間相關(guān),而中環(huán)多環(huán)芳烴空間相關(guān)極弱。采用普通克里格插值方法對低環(huán)和高環(huán)多環(huán)芳烴的空間分布進行預(yù)測,采用反距離插值對中環(huán)多環(huán)芳烴的空間分布進行預(yù)測,利用疊置分析技術(shù)獲取多環(huán)芳烴總量的空間預(yù)測結(jié)果。 (3)建立了基于概率密度函數(shù)和Monte-Carlo模型的土水界面污染流的生態(tài)風險評價方法,并對研究區(qū)土水界面污染流重金屬和多環(huán)芳烴的生態(tài)風險進行了評價。 結(jié)果表明,Cu造成生態(tài)風險的概率較高,生態(tài)風險的可能性為80.74%,Cd造成生態(tài)風險可能性為43.09%,而Pb造成生態(tài)風險總體的可能性概率為16.49%�；赗apant指數(shù)的重金屬生態(tài)風險評價結(jié)果顯示,研究區(qū)50.3%的區(qū)域為無生態(tài)風險和低生態(tài)風險,13.75%的區(qū)域為中等生態(tài)風險,13.61%的區(qū)域為高生態(tài)風險區(qū)域。 Phe、Ant、Pyr、BkF、Bghip等多環(huán)芳烴組分生態(tài)風險較低,對生態(tài)系統(tǒng)的危害較小;Nap、Ncy、BbF、Bap等多環(huán)芳烴組分具有一定的生態(tài)風險,對生態(tài)系統(tǒng)有一定危害,但尚不足以產(chǎn)生嚴重的生態(tài)風險;Ace、Fl、Flu、BaA、Chr、DahA等多環(huán)芳烴組分,造成嚴重生物危害影響的概率非常高,已具有極為嚴重的生態(tài)風險。而多環(huán)芳烴總量高于ERL或ESQVL的風險概率極高超過了90%,而高于ERM或ISQVH的風險概率較低,為11.21%,已經(jīng)具有一定的生態(tài)風險。
【學位授予單位】：南開大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：X820.4
【圖文】：

圖卜3研究區(qū)土水界面污染流監(jiān)側(cè)樣點分布圖1.5.2樣品分析方法

主成第分二圖2一9研究區(qū)土水界面污染流重金屬三位因子載荷散點圖圖2一9是3個主成分的三維因子載荷散點圖，分別以三個主成分為坐標，給出各原始變量在該坐標中的載荷散點圖，該圖是旋轉(zhuǎn)后因子載荷矩陣的圖形化表達方式，從圖中也可以看出三個主成分所集中反映的各重金屬的作用。對照表2一4和圖2一9的研究區(qū)土水界面污染流重金屬的主成分分析結(jié)果可以看出，影響研究區(qū)土水界面污染流重金屬含量的主要污染源可能來自于火力發(fā)電、電鍍工業(yè)以及黑色冶金等工業(yè)，其次當?shù)乩梦鬯M行灌溉、化肥施用等也可能是造成土壤重金屬積累進而影響污染流重金屬含量的重要原因。

【引證文獻】

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1 馬秀巧;姜霞;王書航;王雯雯;王秋娟;;高升橋水庫沉積物重金屬的生態(tài)風險評價[J];三峽環(huán)境與生態(tài);2012年03期

本文編號：2719224