干旱区气候条件下城市环境重金属多界面归趋机理与模拟

At present, city environment pollution has been a very serious problem in China, and heavy metal has been one of the main pollutants in city environment. Because of high-intensity human disturbance, properties including physical geographical elements variations, interface diversity and complex process have made the understanding about the process of heavy metal among multi-interfaces in city environment not perfect and the influence mechanism of heavy metal among multi-interface transfer still not clear. Meteorology and climate are the main factors which influence the transfer of city environment pollutants. But it is lack of the deep study about the influence mechanism of city environment pollutants transfer and multi-interface fate in arid regions which have special meteorology and climate. Urumqi is selected as the study area in this project. The heavy metal transport process among multi-mediums and multi-interfaces in city environment of arid regions will be explored and show mechanism about special environment process in arid regions influencing heavy metal transfer in multi-interfaces and multi-mediums. The project will develop the model on heavy metal multi-medium fate in arid city environment. The heavy metal multi-medium dynamic changes and multi-interface transfer and fate will be imitated. This project may help us clarify the heavy metal geochemical process for cities in arid regions and apply the scientific basis for heavy metal control as well.

城市环境污染是目前中国面临的严峻问题，重金属是城市环境主要污染物之一。由于受高强度人类干扰，城市具有自然地理要素变异、界面多样、过程复杂的特性，这使得目前对城市环境重金属多界面过程的认识仍不完善，重金属多界面迁移的影响机制仍不明确。气象、气候条件是城市环境污染物迁移转化的主要影响因素，干旱区气象、气候条件特殊，而这种特殊性对干旱区城市重金属迁移转化及多界面归趋的影响机制尚缺乏深入研究。本项目以乌鲁木齐市为研究区，探讨干旱区城市环境重金属多介质、多界面迁移过程，揭示气象、气候等干旱区城市特殊环境过程对多介质、多界面重金属迁移的影响机制，构建干旱区城市环境重金属多介质归趋模型，模拟干旱区城市重金属在多介质中的动态变化与多界面间的迁移与归趋。通过本项研究，阐明重金属在干旱区城市环境的地球化学过程，同时为干旱区城市环境重金属污染防治提供重要的理论支持。

干旱区气象、气候条件特殊，而这种特殊性对干旱区城市重金属迁移转化及多界面归趋的影响机制尚缺乏深入研究。本项目旨在探讨干旱区城市环境重金属多介质、多界面迁移过程，揭示气象、气候等干旱区城市特殊环境过程对多介质、多界面重金属迁移的影响机制，构建干旱区城市环境重金属多介质归趋模型，模拟干旱区城市重金属在多介质中的动态变化与多界面间的迁移与归趋。研究发现，干旱区城市大气颗粒物中重金属均表现为小粒径部分含量高，大粒径部分含量低；冬季含量最高、秋春季次之、夏季最低，污染物来源的季节性变化、干旱区降水特征等是大气颗粒物中重金属季节变化的主要影响因素。PM1中各类重金属元素平均浓度为0.72～7868.68 ng/m3之间，其中Th、 Cr、V、Tl、Cu、Ni、Co轻微富集；Sb、Pb、Mo、U显著富集；As、Ag、Cd富集严重，PM1中As、Cr、Co会对人体造成一定的预期寿命损失，As造成的损失最大。水环境系统中重金属分配均表现为沉积物〉植物〉水，其中，Ni、Cr、Pb的多介质分配差异最为明显。重金属干沉降通量大于湿沉降，大气颗粒物中重金属的迁移主要依赖干沉降完成，干旱区重金属干沉降的意义远大于湿沉降。采暖期重金属干、湿沉降通量普遍高于非采暖期，燃煤供暖向大气中排放重金属增加了排放源是主要原因。沙尘暴天气会使地壳元素的湿沉降量显著升高，但扬沙天气对金属元素湿沉降量影响不明显；沙尘暴天气通过湿沉降对地壳元素的输入性要强于污染元素。以三级逸度模型为基础，通过修改平衡判据，以等量浓度代替逸度作为平衡判据构建城市重金属多介质归趋模型。通过对不同介质中重金属的实测值与模拟值相比，Cu、Zn吻合性较好，Cd、Pb模拟值是相对有效的，验证了模型可靠性，因此用等量浓度模型模拟重金属在干旱区城市多界面迁移归趋具有可行性。本项研究较深入地阐明了重金属在干旱区城市环境的地球化学过程，同时为干旱区城市环境重金属污染防治提供了一定的理论支持。