6.9.2 沘江铅锌重金属迁移的影响因素
6.9.2.1 降雨特征
沉积物的传输与径流有直接关系，而流域的径流差异与降雨特征（雨量、雨强、降雨前干燥期和降雨持续时间等）和流域特征（土地利用、土壤和地质等）因素有关（Seeder et al.，2004；Casalíet al.，2010；Béjar et al.，2018）。降雨前干燥期越长，暴雨径流初始污染物浓度越高。Seeger等（2004）通过多变量分析确定平均土壤含水量是控制地中海小流域径流产生和泥沙输移的主要因素。Chen等（2014）发现降雨和径流有很好的关系，且径流和悬沙量之间关系密切。降雨强度和Pb、Zn之间呈正相关关系（Zhang etal.，2018）。本研究结果与其研究结果相同。当矿区重金属污染物进入河流，会吸附在沉积物中发生共沉淀，而降雨可以通过改变水流大小间接影响沉积物中重金属污染物的再悬浮或释放，从而对水环境造成污染（Cánovas et al.，2018）。本研究表明，在暴雨的初始阶段，河流悬沙量开始迅速升高，说明在沘江河底或河岸储存着已污染的沉积物。当降雨发生初期，河流底部的沉积物会发生再悬浮过程，造成水体中或悬浮物中重金属含量升高。
矿山开采方式（露天或地下）、降雨特征异质性（Cánovas et al.，2018；Zhang et al.，2018）和土地利用（Romano et al.，2018）等因素都会影响矿区污染物迁移至河流的方式和迁移量。2002年1月26日—2月2日8天降雨期间，奥迪尔河的水溶态Zn的污染通量为5.3 t（Cánovas et al.，2012）；而2016年5月降雨期间，奥迪尔河最高水溶态Zn的污染通量为8.4 t·d-1，这种变化主要是受里奥廷托矿的影响（Cánovas et al.，2018）。Cánovas等（2017）分析了西班牙麦加河第一场洪水中颗粒态Pb的通量，发现西班牙麦加河11月第一场洪水中颗粒态Pb的重金属通量达0.37 t，并可通过还原溶解过程释放进入水体，危害环境（Torres et al.，2013）；而重金属Zn水溶态的迁移量大于颗粒态。沘江流域的降雨大多是局部降水。据实地考察，兰坪县县城与金顶镇铅锌矿区相距约3 km，却时常出现相反的天气状况，比如兰坪县县城在下雨而金顶矿区却天气晴朗。因此，导致野外暴雨监测的难度较大。2017年7月沘江短时暴雨过程中水体Zn的污染通量为4.591 t（40小时），重金属Zn大多以悬沙形式传输，且迁移量远大于Pb。在流量上升期间，水体重金属含量却是下降的，主要原因是径流的稀释作用。一方面是降雨事件中不同水文化学过程；另一方面是夏季后第一次降雨，导致了富铁蒸发盐的溶解和矿区积累的黄铁矿氧化产物的运输，而雨季降雨会导致矿区重金属污染物被稀释（Cánovas et al.，2012；Herrero et al.，2018）。若考虑整个月的降雨量和污染物负荷量，相关性会减弱，说明酸性矿山废水对降雨有快速响应。
降雨量的不同导致悬沙的来源存在季节差异（Béjar et al.，2018）。沉积物的储存—释放现象可以用来揭示悬移质负荷量的季节差异。沉积物一般在冬、春季和晚秋储存在床沙或底泥中，作为悬沙的物质来源，而在夏季、早秋沉积物发生释放过程，尤其是高流量的暴雨—洪水事件，悬沙随着河流从上游迁移至下游（Sun et al.，2016；Béjar et al.，2018）。Sun等（2016）通过每月悬沙量和流量磁滞回线证明，娄水河悬沙的传输主要与季节降水有关，特别是暴雨—洪水过程。而Zhang等（2018）却表明通常在春季和冬季，雨水径流中有较高浓度的重金属污染物。从第5章结论可看出，枯水期床沙Pb和Zn含量明显大于汛期，进一步说明沘江沉积物变化存在季节差异。降雨之初，河流悬沙中重金属含量可能来自已有沉积物的释放，随着降雨的增强，河流大部分悬沙及其污染物来自金顶矿区表层土壤的侵蚀及地表径流过程。(https://www.daowen.com)
6.9.2.2 流量
流量的不同导致河流悬沙量的变化，从而影响由悬沙所携带的重金属污染物的量（Cánovas et al.，2018）。（1）不同外界环境及流域，降雨对悬沙量的影响有所不同。许多研究表明，流量和悬浮物浓度之间呈显著正相关，符合经验幂律（Wen et al.，2013；Herrero et al.，2018），与本书的结果一致（图6-12）。（2）降雨强度、降雨持续时间及流量大小直接导致水位的升高或降低。本次研究结果表明，当流量达到最大值16.30 m3·s-1时，水位也上升到最高即2262.13 m，相比降雨前增加了23 cm。此时悬沙中重金属含量反而下降，说明水量的增加起到稀释作用，与其他研究有相似之处（Cidu et al.，2011），或是增加的流速导致悬沙中金属离子的解吸（Wen et al.，2013）。而Rodrígue-Blanco等（2010）的研究表明，相比降雨条件下，悬沙负荷量与基流时的流量有更好的相关性。Sun等（2016）的研究表明，在34场大的洪水事件中，类型Ⅰ（悬沙量优先于流量）占53%，而类型Ⅱ（悬沙量和流量几乎同时）占47%。本次研究结果和类型Ⅰ表现一致，即悬沙量先于流量对降雨作出响应。（3）流量和悬沙量之间存在一定的滞后。Herrero（2018）的研究表明流量和悬沙量之间存在顺时针滞后关系，即最高悬沙量出现在最高流量之前，与本书结果一致。表明水体中有足够可利用的沉积物，所以在降雨开始时，悬浮物浓度会快速增加。流量和悬沙量之间还可能是逆时针滞后关系，不同滞后模式与降雨量、降雨强度和土壤湿度等因子有关（Giménez et al.，2012）。另外，降雨量和流量之间也存在一定的滞后关系（Vercruysse et al.，2017）。当滞后时间为0时，表明既定月份的降雨对流量有直接关系，但由于土壤渗透或含水量补给问题导致暂时保留的部分降水到河流之间存在一定的滞后，因此，接下来几个月的流量和雨量之间相关性是显著的，随之相关性逐渐降低（Olías et al.，2016）。但流量和污染物含量之间关系不是恒定的（Seeger et al.，2004；Eder et al.，2010）。
6.9.2.3 其他因素
除了降雨量、流量等季节差异，人为活动也会影响河流悬沙的传输量，而且会进一步影响悬沙中重金属污染物的迁移。此外，支流也可能会改变沉积物供应和运输能力（Béjar et al.，2018）。矿区（断面2）和矿区下游（断面3）间有多个小水电站和较大支流的汇入，因此，悬沙及携带的污染物的运输和迁移会被拦截、发生衰减和滞后过程。此外，矿区下游（断面3）至沘江与澜沧江汇入口之间，悬沙及重金属污染物在迁移过程中受云龙县的化肥农药、河道挖沙、施工等农业及工程活动的干扰。从悬沙量和重金属含量之间关系看，矿区河段呈正相关，而矿区下游河段呈负相关，这说明悬沙具有不同的来源。其中，对于矿区河段而言，主要是矿区表层土壤的地表径流作用；而对矿区下游来说，可能是来自支流的未受污染的沉积物的补给和稀释作用，导致矿区下游（断面3）悬沙中Pb和Zn含量下降。另外，可能还与土壤侵蚀有关（Sun etal.，2016）。沘江上游矿山开采导致植被退化、水土流失比较严重，加之流域内大多是坡耕地种植，这又进一步增加了土壤侵蚀程度（Wen et al.，2013），而侵蚀程度大小与流量有密切关系。在枯水期，流量较低时，土壤侵蚀率降低，故土壤侵蚀引起的河流重金属含量低。而在降雨条件下，悬沙量和重金属含量之间呈显著正相关，说明土壤侵蚀是河流中重金属污染物的重要来源。另外，在降雨条件下，重金属污染物的迁移过程还受河流沉积物的颗粒大小分布、流速等因素影响（Zhang et al.，2018）。比如细颗粒泥沙具有较大表面积和空隙体积，对重金属离子具有较强吸附的能力。而较大颗粒沉积物的迁移则需要更大的流速。同时，流速又会影响重金属沉淀或悬浮（Cánovas et al.，2018）。因此，未来研究中可结合多种因子进行相关分析，更深层地去解析矿区重金属污染物的迁移机制。
