1.2.4　矿山河流重金属迁移研究

采矿活动对河流的影响主要包括矿石风化和矿山酸性排水两种方式，含大量重金属的酸性矿山排水和尾矿可使邻近的表层水和沉积物受到严重的重金属污染，如Pb、Zn和Cd等（Wei et al.，2018）。矿山的露天开采直接破坏地表土层和植被，对区域生态环境安全的影响是显著的。对于露天采矿，由于基岩侵蚀、风化以及风化盐的溶解等过程，在强地表径流下，造成河水和沉积物中重金属（如Zn、Cd和Pb）含量升高（Cidu et al.，2011；Wei et al.，2018）。进入河流的重金属污染物易吸附于悬浮物或沉积物中（Huang et al.，2018），一般情况下，悬浮物中重金属的含量要高于沉积物，且远远高于水体中的含量（陈秀等，2017；杜佳等，2019）。沉积物是河流中重金属污染的最大来源，其污染程度反映了污染物的输入状况（叶宏萌等，2012；Zhao et al.，2013；Yuan et al.，2014）。离矿山越近，河流重金属污染程度越高，距离越远，矿区对河流中重金属的影响逐渐减小。但矿山重金属污染范围并不局限于矿区附近，受重金属污染的介质（如河床和漫滩沉积物）在较高流量条件下发生迁移与运输（Moore，Langner，2012；Wen et al.，2013），其影响范围可达距矿区数百公里之外。例如，Bird等（2010）在流域尺度上，利用铅同位素示踪技术识别保加利亚南部河流沉积物中的污染物来源，同时利用二元和多元混合模型定量分析污染源区对河流沉积物中重金属的贡献率，结果表明，直接受矿区影响的沉积物对河流Maritsa贡献率为42%～63%，并影响至下游200 km处。

许多研究表明，历史上的采矿是河流系统污染的重要来源（Cidu et al.，2011；Gozzard et al.，2011；Huang et al.，2018；Cruz et al.，2019）。即使矿山关闭，河道近岸或近渠道的受污染沉积物，在降雨或强降雨条件下，潜在的重金属污染物会再次释放，随着大量沉积物向下游输送，污染河流两岸，并可能导致牲畜中毒和死亡（Bosso，Enzweiler，2008；Foulds et al.，2014）。影响矿山重金属污染物在河流中迁移及运输的因素很多，如pH、流速、有机质等。Cánovas等（2018）的研究结果表明，河流中重金属运输主要受pH控制，当pH低于5，重金属铝（Al）以溶解态形式运输，但当pH大于6时，重金属Al主要以颗粒态形式传输；同时，流速越高，能移动的泥沙颗粒物越大（Cánovas et al.，2018；Herrero et al.，2018）。Wen等（2013）发现颗粒中金属离子的吸附速率随着pH升高而增加，流速的增加可以促使悬浮泥沙中的金属离子解吸。此外，还与降雨量和降雨强度等因素有关（Zhao et al.，2012；Cánovas et al.，2018；Cruz etal.，2019）。降雨是重金属污染物在矿山河流系统中的主要传输动力，较高的降雨量导致采矿区产生更强烈的淋溶作用（Herrero et al.，2018）。经历强降雨后，矿区土壤、矿渣和尾矿中的重金属污染物会随着降雨径流、侵蚀和冲刷进入河流生态系统，导致水体或颗粒态污染物显著增加，可能造成河流突发性的重金属污染问题（Cánovas et al.，2012）。暴雨径流是矿区非点源污染物输入河流的一种重要途径（Gozzard et al.，2011；李彤等，2014；易雯等，2014；Ciszewski，2019；邓立凡等，2019）。Foulds等（2014）对比了2012年和20世纪七八十年代的河床数据，发现老矿区附近河床沉积物中重金属存在明显富集，证明了在暴雨—洪水期间矿区持续向河流中输送大量重金属污染物。Cánovas等（2017）的研究表明，暴雨过程中，重金属污染物随河流颗粒态迁移量远远超过溶解态。重金属Pb随颗粒运输迁移至下游，而氧化态的Pb在还原溶解过程中易释放至水体。重金属As主要通过河水迁移，而Cd和Pb则是通过悬浮颗粒物迁移（Huang et al.，2018）。此外，在矿山停止开采后，河流自然衰减过程会降低重金属污染范围及程度，但降低的速度也取决于暴雨洪水的频次和强度。

河流重金属污染物通量指的是某污染物通过河流特定断面的总量（区铭亮等，2012；张晓琳等，2013）。Cánovas等（2018）的研究结果表明，河流中重金属在溶解态和颗粒态中的负荷量与降雨强度密切相关。在2016年5月洪水期间，当流量超过50 m3·s-1时，溶解态中Al、Fe和Zn的负荷量分别为488.4 t·d-1、168.4 t·d-1和8.4 t·d-1，明显高于其他受矿山影响的河流。国内针对珠江、海河、黄河等河流污染的入海通量做了相关研究（刘国华等，2001；叶立群，2001；王长有，2008）。张永祥（2018）计算龙江河镉（Cd）污染通量，结果表明洛东和三岔两个断面的镉污染通量相差4.230 t，是重点研究河段。(https://www.daowen.com)

河流的水动力条件变化存在明显的季节分异，而季节变化影响河流重金属污染物的传输和迁移（Sun et al.，2016；Béjar et al.，2018；Cánovas et al.，2018；Cruz et al.，2019）。Taylor等（2009）估算，将近80%的Cu、90%的Pb和70%的Zn在雨季期间吸附于悬沙中而被运输；Sun等（2016）研究表明，在夏季，每年近71%的悬浮沉积物被运输；Béjar等（2018）认为，85%的沉积物是在暴雨事件中被运输的；Cruz等（2018）研究发现，沉积物迁移存在季节性的变化。在枯水期，细颗粒泥沙倾向于沉积在河流上游，而在汛期，由于较大流量淡水流入，使得河口最大浊度区发生移动。河流沉积物在迁移中经历悬浮、沉积和再悬浮的过程。在雨季高流量条件下，重金属污染物会从河流沉积物中发生再悬浮，若再悬浮的沉积物中重金属含量低于水体中重金属含量，可使整个水中的颗粒态重金属含量降低（Potra et al.，2017）。车越等（2003）的研究表明，在枯水期，长江口南槽近底悬沙中重金属含量变化来源于悬沙和床沙的混合作用；而在汛期，不仅表现在悬沙和床沙的混合过程，还包括沉积物再悬浮过程中重金属离子的释放过程；枯水期悬沙中Zn含量高于汛期，主要是由于汛期水流量增大，同时，底部沉积物受到干扰再次悬浮进入河流中，对沉积物中重金属含量有稀释作用。

综上所述，矿山重金属污染物在土壤、水体和沉积物中的迁移运输是一个比较复杂的过程（Liang et al.，2017）。目前，流域内矿山重金属污染研究主要集中在以下几个方面：（1）矿区及周边土壤重金属污染时空特征及污染评价研究。（2）河流重金属污染的时空分布特征分析及污染评价。（3）河流重金属污染物在季节上的迁移变化研究。（4）矿山开采对河流重金属污染的生态影响。矿山环境中重金属元素在矿山河流生态系统中的迁移过程非常复杂，重金属迁移过程的研究相对薄弱。