巢湖水文地质特征的研究论文

贾十军 陈富荣 高章红

（安徽省地质调查院，合肥230001）

摘要：巢湖沉积物营养元素、重金属元素含量偏低，富集Ce、Sr、Na2O。元素分布形成三个地球化学区，主要受湖泊地质背景及沉积环境控制。河流携带元素沉积序列为：入湖口附近沉积Cd、P、Pb、Zn、As、S；入湖水流两侧及前缘3～8km处沉积Ni、Cr、Cu、N；湖泊边缘沉积Zr，湖泊中心沉积Ti。忠庙—姥山隆起对污水向东半湖扩展有限制作用。

关键词：巢湖；沉积物；地球化学特征

1 引言

安徽省江淮流域生态地球化学调查跨越长江、淮河两大流域，区内湖泊众多，包括淮河流域的瓦埠湖、窑河（湖）、焦岗湖、安丰塘，长江流域的巢湖、龙感湖、大官湖、泊湖、武昌湖、破岗湖、菜子湖、白荡湖、枫沙湖、黄陂湖、升金湖、石臼湖，其中以巢湖水域面积最大，已列入国家湿地保护名录。由于工农业污染的影响，巢湖水体污染严重，成为国家重点治理的“三湖三河”之一。本次调查系统采集了上述16个湖泊0～20cm湖底沉积物样品633件，深层沉积物（以下或基底以上20cm）样品168件，测定了54项指标，获得了巢湖湖底沉积物基础地球化学调查数据，为不同地质背景区湖泊沉积物元素地球化学特征的对比研究提供了基础资料。

2 巢湖水文环境及地质背景特征

巢湖具有城市供水、水产养殖、农田灌溉、旅游和航运等多种功能，也是规划中引江济淮工程中重要的调水水源地。根据湖泊水深及湖泊沉积物厚度，整个湖泊可以分成西部、中部、东部3个沉积（沉降）中心，西部沉积区以忠庙镇—北闸镇为界，东部沉积区以花塘镇—高林桥镇为界（图1）。巢湖补给水源为南淝河等八条主要河流，主要污染河流为流经合肥市区的南淝河、十五里河，水质为劣Ⅴ类；次为流经肥西县城的派河，水质为Ⅳ～Ⅴ类；其他河流一般为Ⅲ～Ⅳ类水质。巢湖水污染区主要分布在西部，水质多为Ⅴ～劣Ⅴ类，超标指标主要为TN、TP、CODMn，而东部水质明显好于西部。

巢湖为断陷成因湖泊，郯庐断裂带沿北岸忠庙－南岸北闸贯穿巢湖，湖泊沉积基底多为第三纪—第四纪地层。环巢湖地质背景特征：南东侧巢湖市—散兵镇近岸滨湖带是以寒武纪—二叠纪碳酸盐岩为主的沉积岩，北侧长临河—忠庙近岸滨湖带为侏罗纪、白垩纪碎屑岩及元古代浅变质岩和变质岩浆岩分布区，北西侧长临河—罗大郢主要为第四纪河流冲积物，其他地段多为晚更新世黄土（图2）。入巢湖河流物源区地质背景特征：北西部的南肥河、十五里河均为晚更新世黄土；西部派河、丰乐河的远源为大别群变质岩，近源为火山岩、碎屑岩及晚更新世黄土；南部的白石山河、兆河主要为侏罗纪火山岩及晚更新世黄土；北东部柘皋河是以晚更新世黄土为主，局部出露震旦纪－寒武纪碳酸岩。总体上来看，物源区的地质背景是以晚更新世黄土为主。

图1 巢湖沉积物等深线图

图2 巢湖周边成土母质分布图

3 巢湖沉积物元素地球化学特征

元素含量特征

巢湖表层及深层沉积物地球化学参数特征见表1。表层沉积物As、Hg、CaO变异系数在～之间，反映这些元素在表层沉积物中分布不均匀，Cd、Cu、Mo、Ni、P、S、Sb、Zn、MgO、有机质变异系数在～之间，这些元素分布较均匀，其他元素变异系数均小于，呈均匀分布。

表1 巢湖表层沉积物及深层沉积物地球化学参数统计表

注：氧化物、N、P为％，pH为无量纲，其他元素为mg/kg；表/深（为表层沉积物平均值/深层沉积物平均值）；表/土（表层沉积物/黄土母质分布区表层土壤平均值）。

巢湖表层沉积物元素平均含量与深层沉积物相比：CaO、Hg明显偏高（比值系数≥），As、Mo、S、Sr则高于深层（比值系数～），而Ni、TFe2O3明显偏低（比值系数～），其他元素含量基本接近，比值系数在～之间。

与上游黄土母质分布区表层土壤平均值相比：富集Cd、Sr、Na2O、CaO（比值系数～），Cr、Cu、Mo、N、Ni、P、Pb、S、Sb、TFe2O3、Al2O3含量低于表层土壤（比值系数～），而As、有机质显著低于表层土壤（比值系数＜），其他元素平均含量基本接近。

与沿江湖泊表层沉积物相比（表2）：Na2O、Zr、Ce、Sr等明显高于沿江湖泊（比值系数≥），Ti、B、U、SiO2等与沿江湖泊相近（比值系数～），其他元素均低于沿江湖泊（比值系数＜），尤以As、Cd、Cu、S、Mo、Se、V、有机质等表现的最为突出，不足沿江湖泊沉积物含量的一半。

表2 巢湖与沿江湖泊表层沉积物平均值比值系数表

元素地球化学分布特征

基于表层沉积物中Cu、Cd、Zr、Ti、N等多元素地球化学场分布特征，将巢湖划分为东、中、西部3个地球化学区（图3、5），与巢湖的3个沉积（沉降）中心具有很好的对应关系（图1）。表明湖泊的沉积环境直接影响元素在湖泊中的沉积与分布规律。

图3 巢湖沉积物地球化学分区图

注：底图为Cu元素地球化学图

图4 巢湖沉积物及湖水酸碱度（pH）图

注：底图为沉积物pH值，标注数字为水pH值

图5 巢湖表层沉积物Zr、Cd、N、Ti地球化学图

巢湖沉积物pH值由西向东逐渐增高（图4），中、西部呈中性，东部为碱性；而西部湖水pH值多小于8，中、东部pH值均大于8；沉积物与水体酸碱度在空间上分布趋势基本一致。

东部的Zr、Ti、Hg、SiO2、Pb为低背景区（图5），N为背景区，其他元素呈高背景分布；西部的Ti、Pb、N、Hg、Cd、K、Zn、As、Cu、P、有机质以高背景为主，CaO、Zr、SiO2以背景～低背景为主；中部的大部分元素含量均低于东、西部，除SiO2、Zr为高背景外，其他元素多呈低背景分布。

4 元素在湖泊中的沉积规律

由于湖岸平直，河流入巢湖后，受水动力、水化学条件变化的影响，元素有着明显的沉积序列。Zr一般在河流入湖口及沿岸沉积（图5），Cd、P、Pb、Zn、As、S等元素仅在河流入湖口附近沉积，Cu、Ni、Cr、N等元素在经过与湖水交换后，一般在入湖水流两侧及前缘3～8km处沉积，Ti元素则迁移至湖泊中心沉积。河流入巢湖口元素沉积特征见表3。

表3 河流入巢湖口元素沉积特征统计表

注：＋在河流入湖口附近沉积，－在河流入湖口处一般不沉积。

不同河流由于携带的元素形态不同及河水化学性质不同，元素沉积次序存在差异。南肥河、十五里河污染物含量较高，河水（pH值左右）与正常湖水（pH值左右）中元素含量差异较大，Cd、Hg、As、S、Pb、P、有机质等在河流入湖口附近沉积，一般距河口4～6km范围内，而MgO、K2O、Al2O3、Mn一般远离河口沉积。

5 污染河流对巢湖水质的影响

流入巢湖污染严重的河流有南肥河、十五里河，次为派河，均分布在西半湖，污染指标包括重金属元素、营养元素和有机物等，污染物来源主要为工业废水和生活排污等，丰乐河又是造成西半湖水体富营养化P、K元素的重要来源。上述河流污染物的大量带入，致使西半湖水质多为V～劣V类，从而造成西半湖水质明显劣于东半湖。

与沿江湖泊相比，巢湖水体中的Cd、Cr6+、Be、Mn、F、Se、Mo、氰化物等明显偏高（图6），其中Cd最高浓度含量为，超标严重。

图6 巢湖水与沿江湖群湖水元素含量对比图含量单位：mg/L

河流污染水体对巢湖水质的影响方式和范围。南淝河等污染水体流入巢湖后，Cd、Hg、Fe、Mn、Cr6＋、Pb、Zn等元素沿西半湖北东侧为中心，向南呈扩散态势，形成连续分布、逐渐降低的污染带（图7），污染范围主要限制在忠庙—姥山隆起以西的区域，该区也是蓝藻灾害频发地区。

巢湖水体pH值也具有相似的分布特征（图4），以忠庙—姥山隆起为界，西部湖水pH值多数小于，沉积物pH小于；东部湖水pH值多在以上，沉积物pH大于，其中东区湖底表层沉积物pH值均在以上。

6 结束语

巢湖沉积物中显著富集Na2O、Zr、Ce、Sr，而多数营养元素和重金属元素较其周边土壤和沿江湖泊沉积物含量偏低，含量基本接近的为稀土、稀有和化学性质相对稳定的W、Ti、Zr等元素。

巢湖沉积物地球化学分区明显，东、中、西区与湖泊3个沉积中心相一致。由于物源区有高背景地质体分布，东区重金属元素含量高、分布范围大，说明湖泊沉积物中元素的含量和分布特征主要受控于物源区地质背景，其次为沉积环境的影响，而河流的带入对地球化学场的影响是有限的。

输入巢湖元素的沉积序列为：河口及沿岸沉积Zr——河口附近沉积Cd、P、Pb、Zn、As、S——入湖水流两侧及前缘（3～8km）沉积Ni、Cr、Cu、N——湖泊中心沉积Ti。

图7 巢湖水体镉地球化学图Cd单位为mg/L

河流污染物对巢湖水质的影响要大于沉积物，污染水体的扩散受控于湖底地形，其污染影响范围往往限于西半湖，也是蓝藻灾害频发区域。

参考文献

［1］安徽省地质矿产局.安徽省区域地质志.北京：地质出版社，1987

［2］安徽省土壤普查办公室.安徽土壤.北京：科学出版社，1996

［3］安徽省统计局.安徽统计年鉴（2002年）.北京：中国统计出版社，2003

［4］《安徽减灾年鉴》编辑委员会.安徽减灾年鉴.合肥：安徽大学出版社，2003

［5］安徽省水利厅，安徽省环保局.安徽省水功能区划.北京：中国水利水电出版社，2004

［6］合肥市环保局.安徽省合肥市环境质量报告书（2001～2005）

Geochemical Features of Sediments in the Chao Lake

Jia Shijun,Chen Furong, Gao Zhanghong

(Anhui Institute of Geological Survey, Hefei 230001)

Abstract: Sediments in the Chao Lake are somewhat low in nutritious and heavy metal elements and rich in Ce, Sr and Na2O. Distribution of elements leads to formation of three geochemical zones substantially under control of the geologic background of the lake and sedimentary environment. The depositional sequence of elements carried by the river is like this: Cd, P, Pb, Zn, As and S at where the river joins the lake, Ni, Cr, Cu and N at both sides of the stream entering the lake and 3 ～8 km in the front, Zr at the margin of the lake, and T at the center of the lake. The Zhongmiao-Mushan Rise plays a role in confining the extension of polluted water to the eastern half of the lake.

Key words: The Chao Lake; Sediments; Geochemical features

巢湖水系多属于亚热带湿润性季风气候。该流域多年平均气温为16摄氏度，极端最高气温摄氏度，极端最低气温零下摄氏度。相对湿度76%。多年平均年降水量1215毫米，其中汛期5——8月降水量占年降水量51%。流域最大年降水量1986毫米发生于1991年；最小降水量672毫米，发生于1978年。多年平均径流量亿立方米，51%的径流量集中再汛期5——8月。暴雨主要集中在汛期5——8月，总体分布规律是南大北小。除长江洪水顶托倒灌外，流域内洪水由暴雨形成。1954年全流域性大暴雨，又遭遇长江历史最高洪水位，致使巢湖最高洪水位达。1991年连续两次发生大暴雨，雨量极大，持续时间长，但长江水位相对较低，巢湖最高洪水位为米。历史最大洪水位又1849年和1931年。