河道沉积物的分布特征研究

1 引言

沉积物是水体氮素的重要归宿与来源,上覆水与孔隙水是沉积物-水界面中氮交换的主

要媒介,无机氮是其重要的交换形态.可溶性氮素通过孔隙水向上覆水扩散迁移,使沉积物成

为上覆水重要的氮素内源.影响沉积物-水界面氮交换过程的因素呈现多样化,包括沉积物的

理化特征、溶解氧、氧化还原电位、pH、温度、水动力扰动等环境条件以及底栖生物扰动等

生物因素.污补河流中污染物在分解转化过程中大量耗氧,使沉积物溶氧量急剧变化,再加上

闸坝林立,水流舒缓,河流复氧能力差,沉积物-水界面呈现厌氧状态,对于氮素界面的交换过

程及赋存形态有重要的影响.

在北方半干旱地区,以海河流域为代表,天然径流少,污废水成为主要补给水源,河流呈

现非常规水源补给特点.与传统意义上的河流相比,非常规水源补给河流随污水的汇入消纳

了大量的污染物,产生了各类污染问题.滏阳河作为典型的非常规水源补给河流,承接着石家

庄、邯郸、邢台、衡水、沧州等城市的工业及生活污废水,平均污径比由 1980 年的 0.25 上

升到 2007 年的 0.37.目前研究表明,滏阳河作为非常规水源补给河流存在严重的沉积物重金

属污染问题,但对存在的氮营养盐污染及内源释放问题关注较少.

滏阳河接纳的石化、制药等行业的污水及生活废水中含有大量的氮营养盐(Seved et al.,

2010;Tang et al., 2011),排入河流增加了水体的氮负荷(王超等,2015a),低溶解氧进一步

加剧了沉积物内源释放风险(郭建宁等,2010).滏阳河水体总氮浓度超国家地表水 V 类标准,

外源输入是水体氮营养盐增加的重要原因(赵钰等,2014),但对沉积物这一重要的氮素内源

未做进一步研究.本文针对滏阳河存在的氮素污染问题,采集不同河段的表层沉积物及柱状

沉积物,研究表层沉积物氮素空间分布特点及上覆水-孔隙水氮营养盐垂直分布特征,并对沉

积物-水界面无机氮扩散通量进行估算,对比滏阳河不同区段氮营养盐内源释放特征,为非常

规水源补给河流富营养化防治提供理论支持.

2 材料与方法

2.1 研究区域概况

滏阳河发源于太行山南段东麓邯郸市峰峰矿区,自东武仕水库流经磁县、邯郸等县市,

于艾辛庄与滏阳新河汇合,流经衡水等地终至献县,与滹沱河汇合后称子牙河.滏阳河流域属

北温带大陆性季风气候,平均气温 13.4 ℃;年均降雨量 550 mm,集中于 7 至 9 月份,占年降雨

量 70%.滏阳河干流全长 402 km,流经石家庄、邢台、邯郸、衡水等重要城市,是一条集防洪、

灌溉、排涝、航运等功能于一体的骨干河道.沿途城市人口稠密,制药、皮革等重污染产业广

泛分布,其生产生活污水均排入滏阳河内.以艾辛庄为界,上游主要接纳邯郸市区及沿途各县

污水,2007 年共接纳污水 1.25 亿 m3;下游承纳衡水市区、冀州、武强、武邑等县的生产生活