Evaluation of Cd pollution of a molybdenum ore area in Dongchuan River basin of the Qinling Mountain
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摘要:
为了探索矿业活动对河流水质产生的影响，以秦岭某大型钼矿区下游的东川河流域为研究对象，通过现场采样与室内测试的方法，分析了地表水、沉积物、岩矿样品中重金属Cd的含量特征。采用污染超标倍数法、地累积指数法及Hakanson潜在生态风险评价法分别对东川河流域的河水和底泥样品进行了污染现状评价和生态风险程度评价，最后讨论了Cd的来源。结果表明：东川河主沟16个河水采样点位中，有11个点位的Cd含量明显高于未受矿业活动影响的对照区各点位Cd含量值，Cd含量变异系数达到95.65%，并且从上游到下游各点位Cd含量呈偏态分布，说明东川河流域Cd受矿业活动影响显著。东川河主沟16个河水采样点中有15个Cd含量满足地表水Ⅱ类水标准，比重为93.75%，可以判断东川河整体水质较好。仅5号点位超Ⅱ类水质标准，污染超标倍数为1，为轻度污染。地累积指数分析结果表明，东川河主沟11个底泥样品均存在不同程度的污染：污染最严重的10号点位达到中度-强污染级别；污染最轻的8、9、13号点位为无污染-中度污染；大多数点位为中度污染。东川河主沟11件底泥样品重金属Cd的潜在生态危害指数平均值为120.27，表明东川河主沟底泥总体达到强生态风险程度。酸性矿山废水、原生地质背景、底泥释放、大气干湿降尘等是造成东川河流域Cd重金属污染的主要污染源。
Abstract:In order to explore the impact of mining activities on river water quality, the authors chose the Dongchuan River basin, downstream of a large molybdenum ore area in the Qinling Mountains, as the research object. Through on-site sampling and indoor testing, the characteristics of heavy metal Cd in surface water, sediments, and rock samples were analyzed. The contamination status and ecological risk assessment of the river and sediment samples in the Dongchuan River basin were evaluated using the exceeding pollution standard multiple method, the geoaccumulation index method, and the Hakanson potential ecological risk assessment method, with a discussion on the source of Cd. The results show that the Cd content of the 16 river sampling sites in the main channel of Dongchuan River was significantly higher than that in the control sites that are not affected by mining activities, the coefficient of variation of Cd content reached 95.65% and the Cd content from upstream to downstream showed a skewed distribution; the information shows that Cd in the Dongchuan River basin was significantly affected by mining activity. The Cd content of 93.75% of the 16 river water sampling points in the main channel of Dongchuan River meets class Ⅱ water standard for surface water, and it can be judged that the overall water quality of Dongchuan River is better. Only the No. 5 point exceeds the class Ⅱ water quality standard. The multiple of exceeding pollution standard is 1, suggesting light pollution. The results of geoaccumulation index analysis show that 11 sediment samples from the main channel of Dongchuan River had different levels of pollution:sampling point 10, the most seriously polluted point, reached the moderate-strong pollution level; sampling points 8, 9 and 13, the least polluted point, were pollution-free and moderately polluted; and most sites were moderately polluted. The average value of the potential ecological risk index of heavy metal Cd in 11 samples of Dongchuan River's main canal was 120.27, indicating that the total sediments of the main channel of Dongchuan River reached a level of strong ecological risk. Acid mine drainage, primary geological background, sediment release, atmospheric dry and wet dust fall seem to be the major pollution sources of heavy metal Cd in the Dongchuan River basin.
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表 1 东川河流域及对照区河水样品Cd含量特征
Table 1 Analyses of Cd concentrations of water samples in Dongchuan River basin and control area
mg/L 采样点 图 1中点位号 样品编号 PH 含量 范围 平均值 国标Ⅰ类a 国标Ⅱ类 东川河主沟 1 QL17S01 6.93 0.0005 0.0005~0.01 0.0023 ≤0.001 ≤0.005 2 QL17S02 7.03 0.0005 3 QL17S03 6.67 0.001 4 QL17S04 6.78 0.004 5 QL17S05 5.21 0.01 6 QL17S06 7.43 0.003 7 QL17S07 7.44 0.002 8 QL17S08 7.47 0.002 9 QL17S09 7.74 0.002 10 QL17S10 7.82 0.002 11 QL17S11 7.55 0.002 12 QL17S12 7.72 0.002 13 QL17S13 7.8 0.001 14 QL17S14 8.28 0.002 15 QL17S15 7.78 0.002 16 QL17S16 7.42 0.001 支沟 Z1 QL17SZ1 6.73 0.002 0.0005~0.002 0.0007 Z4 QL17SZ4 7.82 0.0005 Z5 QL17SZ5 7.89 0.0005 Z6 QL17SZ6 7.33 0.0005 Z7 QL17SZ7 7.61 0.0005 Z8 QL17SZ8 8.27 0.0005 Z9 QL17SZ9 7.77 0.0005 矿业排水沟 Z2 QL17SZ2 6.00 0.006 0.006~0.008 0.007 Z3 QL17SZ3 6.13 0.008 对照区河流 dz01 QL17DZS01 7.26 0.001 dz02 QL17DZS02 7.56 0.0005 0.0005~0.001 0.0007 dz03 QL17DZS03 7.62 0.0005 注： a代表国家环境保护总局 GB3838—2002 《地表水环境质量标准》 
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表 2 东川河主沟河水重金属Cd含量统计特征
Table 2 Statistical characteristics of Cd concentrations in rivers of main channel of Dongchuan River
众数 中位数 极差 极差/众数 极差/平均值 标准偏差 变异系数 0.002 0.002 0.0095 4.75 4.13 0.0022 95.65%
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表 3 单元素污染超标倍数与污染程度等级关系
Table 3 Relationship between contamination multiples and pollution degree
污染程度等级 未污染 轻度污染 中度污染 重度污染 极度污染 单元素污染超标倍数(Pci) Pci＜0 0＜Pci≤ 1 1＜Pci≤ 4 4＜Pci≤10 Pci＞10
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表 4 地累积指数与污染程度分级
Table 4 Classification of geoaccumulation indexes and pollution degrees
指数范围 ＜0 0~1 1~2 2~3 3~4 4~5 ＞5 分级 0 1 2 3 4 5 6 污染程度 无 无-中度 中度 中度-强 强 强-极强 极强
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表 5 东川河及对照区沉积物中Cd含量特征及其地累积指数和分级
Table 5 Cd content, geoaccumulation indexes and classification in the sediments of the Dongchuan River and the control area
采样点 图 1中点位号 样品编号 含量 范围 均值 Igeo 分级 东川河主沟 4 QL17D01 3.49 1.95~7.6 4.13 1.18 2 6 QL17D02 5.10 1.72 2 7 QL17D03 4.12 1.42 2 8 QL17D04 1.95 0.34 1 9 QL17D05 2.22 0.52 1 10 QL17D06 7.66 2.31 3 11 QL17D07 5.89 1.93 2 12 QL17D08 5.20 1.75 2 13 QL17D09 2.32 0.59 1 14 QL17D10 3.41 1.14 2 16 QL17D11 4.06 1.39 2 支沟 Z5 QL17DZ5 4.04 4.04 4.04 1.39 2 矿业排水沟 Z2 QL17DZ2 3.17 3.17 3.17 1.04 2 对照区 dz01 QL17Ddz1 1.52 0.66~1.52 1.03 dz02 QL17Ddz2 0.66 dz03 QL17Ddz3 0.90
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表 6 单污染物潜在生态危害指数与生态风险程度关系
Table 6 The relationship between the single pollutant potential ecological risk index and ecological risk degree
Eir范围 ＜40 [40, 80) [80, 160) [160, 320) ≥320 牛态风险程度 轻微 中等 强 很强 极强
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表 7 东川河主沟底泥重金属Cd的潜在生态危害指数与生态风险程度
Table 7 Potential ecological risk index and ecological risk of Cd in the sediment of main channel of Dongchuan River
项目 图 1点位号 平均值 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 Eir 101.6 148.5 120.0 56.8 64.7 223.1 171.6 151.5 67.6 99.3 118.3 120.3 生态风险程度 强 强 强 中等 中等 很强 很强 强 中等 强 强 强
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