一种湖库沉积物重金属溯源方法

本发明涉及一种湖库沉积物重金属溯源方法，属于湖库沉积物水环境防治。

背景技术：

1、沉积物环境质量直接影响水环境质量。表层沉积物通常对氧化还原状况变化较为敏感，当表层沉积物被氧化时，可能导致金属硫化物的氧化；而当表层沉积物由于沉降颗粒有机质快速降解等导致耗氧及还原性增强时，则可能导致铁锰氧化物结合态金属被还原。这些过程均可能导致表层沉积物中金属溶解至间隙水，进而释放至上覆水，最终对生态系统和人体健康产生威胁。因此对重金属进行风险评价意义重大，亟需判定高风险区重金属物质的来源。

2、到目前为止，多是基于沉积物总量进行生态风险和毒性评价，并未考虑金属赋存形态以及水环境、沉积物环境条件改变对重金属形态分布的动态影响，难以量化水库沉积物重金属的来源贡献。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种湖库沉积物重金属溯源方法，能够系统评价沉积物重金属的生态风险及水体和沉积物理化性质对重金属形态分布的影响，为深水水库重金属污染管控提供科学依据。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种湖库沉积物重金属溯源方法，包括：

4、基于预获取的待测湖库的底层水体理化数据，构建结构方程模型；

5、基于预获取的待测湖库的沉积物样品，测量沉积物的重金属总量、含水率、粒径、氮含量、磷含量、有机质含量和重金属赋存形态；

6、基于所述沉积物的重金属总量、含水率、粒径、氮含量、磷含量、有机质含量和重金属赋存形态，对待测湖库进行沉积物重金属生态风险评价，获取沉积物重金属生态风险评价结果；

7、基于所述沉积物重金属生态风险评价结果，利用所述结构方程模型获取高风险区各因子对重金属形态分布的贡献系数，判定重金属的物质来源；

8、其中，所述结构方程模型是以水体和沉积物的理化性质为自变量，以沉积物重金属含量为因变量构建的。

9、进一步的，所述底层水体理化数据包括温度、溶解氧浓度、金属离子浓度和硫化物含量。

10、进一步的，待测湖库的沉积物样品是利用重力采泥器对待测湖库采样点原位沉积物进行采样获取的沉积物柱状样，并取原位水作为上覆水；基于采样获取的沉积物柱状样，测量沉积物的重金属总量、含水率、粒径、氮含量、磷含量和有机质含量包括：

11、将所述沉积物柱状样放置于与待测湖库底层相同温度和溶解氧浓度的环境中，避光静置；

12、利用王水提取-电感耦合等离子体质谱法测量所述积物柱状样中的重金属总量；

13、利用烘干法、凯氏定氮法、碱熔-钼锑抗分光光度法和重铬酸钾氧化-分光光度法测量所述积物柱状样表层5cm样品的含水率、粒径、氮含量、磷含量和有机质含量。

14、进一步的，基于预获取的待测湖库的沉积物样品，测量沉积物的重金属赋存形态包括：

15、s1：将沉积物样品经冻干机-40℃冷冻干燥或阴凉风干、研磨、过100目筛后保存于封口袋中备用；将单独的1g沉积物样品在105℃的烘箱中干燥2h并称重；

16、s2：取0.2g沉积物样品于离心管中，加入20ml的0.11m醋酸，室温振荡16h，以4000r/min离心20min后过滤，取上清液测得弱酸可溶态浓度f1；

17、s3：在步骤s2的残渣中加入10ml饱和nacl溶液，洗涤2次后加入20ml的0.5m盐酸羟胺，调节ph＝1.5，振荡16h，以4000r/min离心20min后过滤，取上清液测得可还原态浓度f2；

18、s4：在步骤s3的残渣中加入10ml饱和nacl溶液，洗涤2次后加入5ml的30％过氧化氢，静置1h，85℃水浴消解，重复两次，再加入20ml的1m乙酸铵，调节ph＝2，振荡16h，以4000r/min离心20min后过滤，取上清液测得可氧化态浓度f3；

19、s5：在步骤s4的残渣中加入10ml饱和nacl溶液，洗涤2次后的残渣105℃烘干，hno3-hclo4微波消解，检测提取液浓度，得到残渣态浓度f4。

20、进一步的，基于所述沉积物的重金属总量、含水率、粒径、氮含量、磷含量、有机质含量和重金属赋存形态，对待测湖库进行沉积物重金属生态风险评价，获取沉积物重金属生态风险评价结果包括：

21、基于所述沉积物的重金属总量、含水率、粒径、氮含量、磷含量和有机质含量，计算单个重金属潜在生态风险指数；

22、基于所述单个重金属潜在生态风险指数，计算多种重金属综合潜在生态风险指数；

23、基于所述沉积物的重金属赋存形态，利用风险评估编码法，计算沉积物重金属风险指数；

24、基于所述单个重金属潜在生态风险指数、多种重金属综合潜在生态风险指数和沉积物重金属风险指数，划分单个重金属潜在生态风险等级、多种重金属综合潜在生态风险等级和沉积物重金属风险等级；

25、基于所述单个重金属潜在生态风险等级、多种重金属综合潜在生态风险等级和沉积物重金属风险等级，对待测湖库进行沉积物重金属生态风险评价，获取沉积物重金属生态风险评价结果。

26、进一步的，所述单个重金属潜在生态风险指数的计算公式为：

27、

28、其中，为重金属i的潜在生态风险指数，为重金属i的毒性响应系数，ci为沉积物中重金属i的实测含量，为重金属i的区域背景值；

29、所述单个重金属潜在生态风险等级包括：

30、为低风险，为中风险，为较高风险，为高风险，为极高风险。

31、进一步的，所述多种重金属综合潜在生态风险指数的计算公式为：

32、

33、其中，ri为多种重金属综合潜在生态风险指数，为重金属i的潜在生态风险指数，m为重金属总数；

34、所述多种重金属综合潜在生态风险等级包括：

35、ri≤150为低风险，150＜ri≤300为中风险，300＜ri≤600为较高风险，600＜ri为高风险。

36、进一步的，所述沉积物重金属风险指数的计算公式为：

37、rac＝cf1/(cf1+cf2+cf3+cf4)×100％

38、其中，rac为沉积物重金属风险指数，cf1为酸可提取态含量，cf2为可还原态含量，cf3为可氧化态含量，cf4为残渣态含量；

39、所述沉积物重金属风险等级包括：

40、rac＜1％为无风险，1％＜rac＜10％为低风险，11％＜rac＜30％为中风险，31％＜rac＜50％为高风险，50％＜rac为极高风险。

41、进一步的，所述沉积物重金属生态风险评价结果包括基于总量的沉积物重金属生态风险评价结果和基于形态的沉积物重金属生态风险评价结果；

42、所述基于总量的沉积物重金属生态风险评价结果包括：

43、将单个重金属潜在生态风险等级和多种重金属综合潜在生态风险等级均为低风险的区域划分为低风险区；

44、将单个重金属潜在生态风险等级和多种重金属综合潜在生态风险等级均为中风险的区域划分为中风险区；

45、将单个重金属潜在生态风险等级和多种重金属综合潜在生态风险等级均为较高风险的区域划分为较高风险区；

46、将单个重金属潜在生态风险等级和多种重金属综合潜在生态风险等级均为高风险的区域划分为高风险区；

47、将单个重金属潜在生态风险等级为极高风险的区域划分为极高风险区；

48、所述基于形态的沉积物重金属生态风险评价结果包括：

49、将沉积物重金属风险等级为无风险的区域划分为无风险区；

50、将沉积物重金属风险等级为低风险的区域划分为低风险区；

51、将沉积物重金属风险等级为中风险的区域划分为中风险区；

52、将沉积物重金属风险等级为高风险的区域划分为高风险区；

53、将沉积物重金属风险等级为极高风险的区域划分为极高风险区。

54、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

55、本发明提供的湖库沉积物重金属溯源方法，通过野外采样，测定底层水体中的理化性质，沉积物含水率、氮、磷和有机质含量，沉积物重金属总量以及沉积物样品表层样品重金属赋存形态；计算得出沉积物重金属的生态风险；将水体理化性质、沉积物理化性质同时应用于沉积物重金属的形态分布，对重金属的物质来源进行综合评估，从而选择合理的调控措施，为深水水库重金属污染管控提供科学依据。