0 引言

　　湖泊底泥是湖泊水生态系统的重要组成部分和营养物质循环中心，也是水-土界面物质交替区域。底泥作为河流生态系统的重要组成部分，与河水进行物质交换，大部分有机物沉积到底泥中，底泥与上覆水进行物质交换，溶解于水中的污染物浓度很大程度上受底泥影响，当底泥被扬动时，污染物释放到水中形成二次污染。河流内源沉积底泥中氮磷营养盐的释放是水体富营养化暴发的重要原因之一。

　　底泥疏浚是削减水体内源负荷最直接和有效的方法，在疏浚工程中，依据河流湖泊污染物成分、含量及分布情况制定技术方案，对疏浚工程具有重要指导意义。

　　1 材料与方法

　　1.1 研究区域与采样点的设置

　　在王家河河流的上中下游共设置7个取样点，以对比水平空间上的污染物差异性(从上游至下游依次为1～7号取样点，见图1)。为进一步研究底泥中污染物在垂直空间上的分布特征，采用有机玻璃柱状取样器取出柱状样底泥，分析不同深度的污染特性，对比分析纵向空间污染物的分布差异性。本次工程范围内的河道底泥平均厚约1.0m，按照每层25cm，将底泥柱状样划分为4层:0～25cm层、25～50cm层、50～75cm层、75～100cm层。

　　1.2 样品采集、预处理与测定

　　底泥被采集后，剔除水和杂物，按照分层划分隔层，取出底泥样品，密封、遮光后立即运回实验室，可现场检测含水率及p H值，分析相关理化性质指标后，在室内晒干样品，初步剔除粗杂质，用玻璃研钵小心研碎后过筛、备用。污染底泥的分析指标主要包括p H值、含水率、有机质、总氮量、总磷量、重金属等。分析方法如下:(1)p H值按照GB/T6920—1986《水质p H值的测定玻璃电极法》要求，使用便携式p H计检测;(2)含水率按照GB/T50123—2019《土工试验方法标准》要求，使用烘箱、天平检测;(3)有机质按照《土工试验方法标准》要求，使用马弗炉检测;(4)总氮量按照HJ 717—2014《土壤质量全氮的测定凯氏法》要求，使用凯氏定氮仪检测;(5)总磷量按照GB 9837—88《土壤全磷测定法》要求，使用高温电炉、分光光度计检测;(6)汞按照GB/T 17136—1997《土壤质量总汞的测定冷原子吸收分光光度法》要求，使用原子吸收分光光度计检测。

　　图1 王家河底泥取样点分布  

　　2 底泥污染现状调查及特征分析

　　2.1 有机质分布特征

　　底泥有机质含量不但影响资源化途径，且显著影响重金属的存在形式，有机质含量与水体黑臭程度常呈正相关。土壤有机质不利于工程实施，研究表明，有机质具有极强的持水性和吸水性，同时，水中有机质含量升高会增加土体阳离子交换量、增大初始孔隙比等。有机质含量与底泥含水率有较大的相关性，而河道底泥最上层7～15cm处的水土界面存在活跃的物质交换，特殊的生化环境形成丰富的半悬浮类胶体，含有大量的有机质及极大的孔隙率，使最表层的底泥含水率及有机质含量最高。随着底泥深度的增加，底泥中溶解氧含量下降，各种生物化学反应均减少，有机含量也下降;深度越大，底泥中各种物质含量及物理化学性质越接近该地区的土壤背景值。

　　王家河底泥中各监测点有机质含量在水平和垂直方向上的分布情况如图2所示，不同监测点位的有机质数据呈较大差异，表明同一河流不同位置上的底泥有机污染物含量有较大差别。从水平方向上看，各监测点位有机质含量依次为1号<6号≈7号<5号<4号≈3号<2号。从垂直方向上看，各监测点位的有机质含量总体与底泥深度呈负相关，其中，2号监测点25～50cm层有机质含量高达16.25%,75～100cm层的有机质含量则为2.98%，垂直方向上层间的下降程度最大;1号点位0～25cm层有机质含量为6.14%,50～75cm层的有机质含量为1.58%，垂直方向上层间的下降程度最小。以上结果显示，王家河底泥中有机质含量的分布特征主要为中游和表层含量高，底泥深度和含量呈负相关。

　　图2 底泥有机质分布  

　　2.2 底泥中的营养盐分布

　　河道底泥中的营养盐是形成水体富营养化的重要因素，底泥中氮磷含量是氮磷沉积与释放过程动态平衡的结果。研究表明，当入河营养盐负荷量减少或完全被截污后，底泥中的营养盐会逐步被释放，即河道外部污染源被控制后，由于底泥中营养盐内负荷的存在，仍可发生水体富营养化。研究河道底泥中氮磷含量及分布特征，对掌握河道氮磷分布规律及肥力与富营养化过程具有重要意义。

　　王家河底泥中，总磷量与总氮量的相关数据变化情况如图3,4所示。水平空间上，由图3可知，不同取样点的总磷量均<3 000mg/kg。从表层(0～25cm)来看，各点位总磷量分布由大到小依次为4,2,3,5,1,6,7号，呈中游总磷量最高、上游次之、下游最低的分布规律，可能与河道周边居民日常活动及污水排口的设置点有关。竖直空间上，6,7号点位含量在深度上呈先增后减的趋势，其余点位在竖直空间上总体呈递减趋势。所有监测点位在75～100cm层，总磷量均<1 500mg/kg。总体上，2号点的总磷量较大，7号点的总磷量较小，且不同点处总磷量均在50～75cm处发生较大变化，即该层是总磷量变化的拐点。

　　由图4可知，河流沿程方向上表层底泥的总氮量在3 600～7 000mg/kg内变化，随着底泥深度的增加，不同点位上总氮量水平及变化范围逐步降低，在-100cm深度梯度上，总氮量最终维持在1600～3 600mg/kg。1,6,7号监测点位的总氮量相对2～5号不仅底泥表层的总氮量较低，且随深度梯度的变化范围相对较小，总体均在2 400～3 600mg/kg。因此，河流底泥沿程方向和深度梯度上总氮量的分布规律可为实际河道清淤疏浚工程涉及的清淤范围和清淤深度确定提供必要的基础数据支持。

　　图3 总磷量随深度变化曲线 

　　图4 总氮量随深度变化曲线  

　　2.3 底泥肥力状况评价

　　有机指数法可用于评价水体底泥肥力，是反映水体底泥有机污染情况的重要方法，计算方法如下:

　　有机指数=有机碳(%)×有机氮(%)(1)式中:有机氮(%)=总氮量(%)×0.95;有机碳

　　底泥有机指数评价指标如表1所示。

　　表1 底泥有机指数评价指标 

　　表1 底泥有机指数评价指标

　　根据底泥监测结果及有机指数法计算各河道有机指数，评价底泥有机污染，结果如图5所示。

　　由图5可知，王家河各监测点位的底泥有机污染程度均较高。水平方向上，2号点底泥的有机指数最高，污染程度最严重;1号点底泥的有机指数相对较低，污染程度最轻。垂直方向上，所有监测点位中，0～25,25～50,50～75cm 3层底泥均处于有机污染状态;2号点的75～100cm处，底泥仍处于有机污染状态，其余6个监测点位的75～100cm层，底泥均处于较清洁或尚清洁状态。

　　图5 河道底泥有机污染评价结果  

　　2.4 底泥重金属特性和空间分布特征

　　王家河底泥中含量较高的重金属元素为汞，其他重金属元素含量较背景值含量不显著，本文以汞为代表性重金属元素进行分析，测量对比不同监测点0～25cm深度处的汞含量，如图6所示。

　　图6 不同监测点汞含量变化  

　　由图6可以看出，不同监测点的汞含量水平维持在200～1 200mg/kg，含量随河流流向上监测点位的位置变化规律并不明显，但总体上，1,5,6号汞含量维持在相对较低水平，2,3,7号汞含量处于较高水平。在河道上游1～3号监测点位，汞含量水平上升趋势明显，3号监测点位汞含量峰值水平达1 200mg/kg;随后河道中游监测点位的汞含量逐步降低，在下游7号监测点位再度出现高水平汞含量。从监测点位的汞含量分布情况可推断，河道上游监测点位1～2号段、中游6～7号段可能存在排口或径流等排入形式的、含有汞重金属污染物的污水汇入，在后续截污工程中需重点关注和排查。

　　3 底泥处理方案

　　3.1 常见的底泥处理方法

　　目前较成熟的底泥处理方式包括土地利用、卫生填埋、固化填方及制作建筑原材料等。其中，土地利用包括施用于农田、林地、绿化用地及建设湿地等，对于营养盐污染物含量较高的底泥，将底泥进行土地利用可提高植物种子的发芽率和生长速率，是经济环保的方法。但是底泥的土地利用对重金属、有机污染物有较严格的限制，底泥重金属或有机污染物浓度过高，不仅抑制植物生长，还可能对人体的身心健康造成威胁。固化填方和制作建筑原材料一般适用于经过脱水处理的底泥，其利用成本较土地利用稍高，且可消纳的底泥量有限，其对底泥中的重金属含量也有一定限制。卫生填埋法较适用于污染物含量高、无法被有效利用的底泥处置。

　　因此，选择底泥的处理方法不仅须判断底泥中相关营养物达标情况、指标含量，还须判断污染物含量超标情况。

　　3.2 王家河底泥处理方案

　　从以上分析结果可以看出，王家河底泥中有机质、总氮量、总磷量含量较高，50～75cm层以上底泥肥力基本处于有机污染状态，可满足土地利用中对底泥营养物指标的相关要求，但由于王家河底泥中重金属汞含量较高，对底泥的处理方案同样需要满足相关土地利用标准。相关土地利用标准中重金属汞的限值如表2所示。

　　表2 土地利用中重金属汞的限值 

　　表2 土地利用中重金属汞的限值

　　由表2可知，各种土地利用标准对汞限值最高的为GB 36600—2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》中第二类用地的风险管制值，为82mg/kg，而本区域内底泥中汞含量最低为1号点的209.41mg/kg，远超所有土地利用中对汞的限值。因此，本区域内的河道底泥无法用作任何形式的土地消纳，建议脱水处理后进行填埋处置。

　　4 结语

　　本研究采集洞庭湖支流王家河流域河道底泥，分析其中总氮量、总磷量、有机质含量，对底泥肥力进行评价，分析重金属特性污染程度，为底泥疏浚厚度及疏浚工程提供技术参数。

　　1)从水平方向上看，所有点位中2号监测点的有机污染程度最严重，7号点的污染程度最轻，整体呈中游污染程度较重、上游次之、下游最轻的规律。这可能和王家河附近的居民活动及排污口设置有关。从垂直方向上看，同一监测点位中污染物含量与底泥深度整体上呈负相关，有机指数法评价显示，底泥中0～25cm层、25～50cm层和50～75cm层均存在严重的有机污染，75～100cm层污染程度相对较轻，因此，50～75cm层可判断为底泥污染层的过渡层，可将75cm处的底泥作为拐点。

　　2)王家河底泥存在严重的重金属污染情况，不建议作为土地利用消纳，在后期实际工程中可进行填埋处理。