城镇化进程中典型金属的污染特征及其风险评价——以沈抚新区为例

摘要

重金属是城镇化进程中最典型的有毒污染物，普遍存在于水体与土壤环境中，对人体与动植物健康都有潜在威胁。本文以新兴城市沈抚新区为例，对土壤与地下水中典型的重金属进行分析，利用多变量分析法与GIS并结合相关的环境评价方法研究了沈抚新区土壤及地下水重金属的分布特征及来源，并分别进行了相应的风险评价，并在此基础上通过量化城镇化影响因子明确了城镇化进程对土壤重金属累积的影响，最后设定乐观情景、无突变情景和悲观情景等三种不同情景以预测2030年沈抚新区土壤中重金属的含量，主要结论如下:
　　(1)重金属空间分布特征及来源解析研究表明:沈抚新区土壤重金属在空间分布上不均匀，可能受人为干扰强烈。土壤中Zn、Pb、Cu和Cd都源极为相似，Cd元素是研究区域内的主要污染元素。土壤中Ni和Cr来源于不同污染源，可能分别来自排污企业和交通运输。As与其他重金属元素来源不同，主要受自然因素控制。研究区域地下水的主要水质类型为Ca-Mg-HCO3和Ca-Mg-SO4型，各区域地下水水质十分相近。所有采样点的地下水水质均属于岩石风化区，风化和矿物溶解是该区地下水化学的主要过程。地下水Ni和Cr高值区受人类活动影响较为严重。Zn虽然自然本底值很高，但是仍然受到了人为源的影响。As、Cd和Pb更倾向来源于人为源和自然源的混合源。
　　(2)污染的指数评价结果表明:沈抚新区土壤重金属污染相对较轻。超标区域以轻度污染为主体，中度污染次之，重度污染区域所占比重最少;土地利用类型的内梅罗综合指数水平排序为农村居住地＞林地＞耕地＞城镇用地。土壤中的7种重金属的潜在生态危害参数Eri从大到小依次排列为:Cd＞Pb＞As＞Cr＞Ni＞Cu＞Zn。土壤重金属湿季总体环境质量优于干季。干湿季地下水各采样点重金属污染指数变化趋势十分相似，沈抚新区地下水重金属指标基本符合国家饮用水标准。沈抚新区地下水整体生态风险较低。现阶段研究区域城镇化进程带来的重金属污染主要影响介质为土壤。
　　(3)城镇化影响因子分析及土壤重金属累积预测研究结果表明:新兴的沈抚新区工业布局与城镇建设尚未完成，目前道路交通是造成污染的主要原因，污染程度严重的区域也主要与交通密度有关。村镇与排污企业虽也有影响，但相比之下，其造成的污染，区域小，程度低。此外，通过对比不同城镇化初始年代区域土壤重金属含量发现，随着城镇化进程的时间累积，研究区域土壤重金属含量正在逐年增长。若干年后三种情景下土壤重金属含量存在着显著差别，其中在乐观情景下显著下降，而在无突变情景和悲观情景下重金属含量将不断增加，三种情景中悲观情景下土壤重金属污染最为严重。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状与进展

1．2．1 城镇化对环境中重金属影响的研究现状

1．2．2 GIS技术在重金属污染研究中的应用

1．2．3 重金属污染评价技术研究现状

1．3 研究内容和主要创新点

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．4 技术路线

2．1 研究区域概况

2．2 样品采集与预处理

2．2．1 样品的采集

2．2．2 样品的预处理及测定方法

2．3 数据处理与分析

3 城镇化进程中土壤和地下水重金属分布特征及来源解析

3．1 重金属污染的主要来源

3．2 土壤重金属含量的时空分布特征

3．2．1 土壤重金属含量特征

3．2．2 表层土壤重金属分布特征与季节变化

3．2．3 土壤重金属污染来源解析

3．3 地下水中重金属含量的时空分布特征

3．3．1 地下水的水文化学特征分析

3．3．2 地下水重金属的含量特征

3．3．3 地下水重金属分布特征与季节变化分析

3．3．4 地下水重金属污染来源解析

3．4 本章小结

4 城镇化进程中典型重金属风险评价分析

4．1 土壤重金属单因子指数评价结果

4．2 土壤重金属内梅罗指数评价结果

4．3 土壤重金属污染负荷指数法评价结果

4．4 土壤重金属潜在生态危害指数法评价结果

4．5 地下水重金属污染指数法评价结果

4．6 本章小结

5 城镇化因子对土壤重金属影响分析及时间预测

5．1．1 沈抚新区人口密度统计

5．1．2 沈抚新区交通密度统计

5．1．3 沈抚新区工业密度统计

5．1．4 统计结果与分析

5．2 基于GIS的土壤重金属污染城镇化影响因素分析

5．2．1 影响因素的定量分析

5．2．2 影响因子的分析结果

5．2．3 不同城镇化年代区域土壤重金属含量差异

5．3 土壤重金属含量时间预测方法及预测模型

5．3．1 土壤重金属含量累积预测模型

5．3．2 三种情景下的土壤重金属累积预测公式

5．3．3 研究区2030年土壤重金属含量预测结果

5．4 本章小结

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集