南水北调山东段沿线水质污染严重, 南四湖水质为Ⅳ类。南水北调山东段存在放射性水平较高的地质环境和放射性排污企业, 一旦造成水体的污染, 将会严重影响该工程的水质。南水北调东线工程成败的关键是水质, 保证水质的关键是治污。湖区底部沉积物(简称底泥), 可能沉积放射性污染物, 底泥在湖区面积大、分布广, 含有的污染物均会因为降水量、水流速度等气象水文条件的变化再悬浮, 形成二次污染, 底泥的放射性水平是评价水体放射性污染状况的一个重要的指标。为配合南水北调山东流域污染治理工程的实施, 对南水北调山东段通水前主要湖区的底部沉积物等进行调查并研究了其分布转移规律, 报道如下。

1 材料和方法 1.1 仪器和标准源

HPGe-γ能谱仪(谱仪型号:CIAEMMCA8000;晶体几何尺寸为直径52mm高54mm), 中国原子能研究院研制, 其能量分辨率(对⁶⁰Co1.33MeV)为FWHM=1. 70keV~2.4keV, 探测效率(相对“3×3”NaI(Tl))为20%, 峰康比为50:1, 50keV~2MeV积分本底为2.83s^-1, ¹³⁷Cs最低可探测限为3.4×10^-3Bq; BH1216低本底α、β测量装置:对于²³⁹Pu源的2πα探测效率比≥80%, 对于⁹⁰Sr-⁹⁰Y的2πβ探测效率比≥50%;α本底记数率为1×10^-4s^-1, β本底记数率为1×10^-2 s^-1。标准物质(国防科工委一级站提供, 3#:290.13g;参考日期:1985年10月1日); 铀镭平衡粉末标准源(P×80-2, 1980年11月); 天然铀标准溶液一级纯, 用U₃O₈配制成1mg/ml; 二级纯氯化钾。

1.2 样品采集

2005年对南水北调东线山东段的主要湖区底泥样品在枯水期和丰水期分别进行底泥样品采集。采样点分布为:南四湖的湖区有南阳湖、独山湖、昭阳湖、微山湖; 主要出入湖河流为洙照新河、万福河、东鱼河、新河、城郭河、泗河、十字河、白马河、光俯河、郗山村、薛河、微山县主要排污口; 东平湖湖区的布点为东平湖入黄河段、大清河入东平湖口、东平湖。

1.3 测量方法 1.3.1 厚层法

总α、总β测量采用厚层法。

1.3.2

⁹⁰Sr采用硫酸盐EDTA络合沉淀法。

1.3.3 HPGe-γ能谱法

剔除杂草、碎石等异物的样品经100℃烘干至恒重, 粉碎后100目过筛称重, 装入与刻度谱仪的体标准源相同形状和体积的样品盒中, 密封, 放置3~4周后用HPGe-γ能谱法测量。

1.4 统计学处理

枯水期与丰水期结果分析采用统计学软件SPSS, 使用配对样本t检验。

2 结果 2.1 山东段主要湖区底泥中的放射性水平

表 1中列出了山东段主要湖区底泥中的放射性水平, 总α平均活度浓度为7.44×10²Bq·kg^-1, 低于小清河底泥中总α平均活度浓度9.12×10²Bq·kg^-1[1], 也低于黄河底泥中总α平均活度浓度8.66×10²Bq·kg^-1[2]。湖区总β平均活度浓度为7.61×10²Bq·kg^-1, 高于小清河底泥中总β平均活度浓度6.55×10²Bq·kg^-1[1], 也高于黄河底泥中总β平均活度浓度6.48×10²Bq·kg^-1[2], 1979~1980年和1984年长江水系底泥中总β平均活度浓度7.77×10²Bq·kg^-1和7.57×10²Bq·kg^-1相接近^[3]。湖区底泥中⁹⁰Sr平均活度浓度1.26×10¹Bq·kg^-1高于¹³⁷Cs平均活度浓度为0.97Bq·kg^-1。湖区底泥中²²⁶Ra平均活度浓度为4.30×10¹Bq·kg^-1, 比地壳中²²⁶Ra平均活度浓度为7.40×10¹Bq·kg^-1低。湖区²³⁸U、²³²Th平均活度浓度分别为3.57×10¹、5.42×10¹Bq·kg^-1, 分别高于小清河底泥中²³⁸U、²³²Th的平均活度浓度2.5¹×10¹、3.63×10¹Bq·kg^-1, 也分别高于黄河河底泥中²³⁸U、²³²Th的平均活度浓度2.93×10¹、4.41×10¹Bq·kg^-1, 其原因主要是郗山村河流底泥中²³⁸U、²³²Th较高。表 1中总α、总β、²²⁶Ra、²³⁸U和²³²Th范围值的最高值皆为郗山村的测量值, 分别高于本次调查相应检测项目的平均活度浓度的3倍以上。

2.2 枯水期与丰水期的比较

山东段主要湖区枯水期和丰水期底泥中的放射性水平见表 2。表中还同时列出两个水文期的相应的比值。从表 2中丰水期与枯水期的比值可见, 除⁴⁰K外, 其他检测项目比值都小于1, 这与本次湖区水丰水期与枯水期的比值结果部分相反, 这可能与丰水期水量大, 对底泥的冲刷所致底泥中放射性物质的溶解及再悬浮有关。但对其进行配对样本t检验, 按α=0.05水准, 湖区底泥中总α(P= 0.0004)、总β(P=0.0001)放射性水平是枯水期高于丰水期, 其他核素的放射性水平在枯水期与丰水期之间没有统计学意义。

2.3 放射性核素在底泥中的分配

在河底部的蓄积情况随核素的种类和水质情况的不同而异, 以单位质量底泥中核素活度浓度(Bq×kg^-1)与单位体积水中相应核素活度浓度(Bq× L^-1)相比, 其比值称为分配系数。放射性核素在底泥中的分配系数与水的化学状态、水中颗粒物对放射性核素的吸附程度、生物富集、底泥的物理化学状态以及水文等诸多因素有关。南水北调山东段主要湖区底泥中放射性物质的分配系数见表 3, 从表 3中可以看出从大到小依次为²³²Th、²²⁶Ra、总β、⁴⁰K、总α、²³⁸U、⁹⁰Sr与¹³⁷Cs。

3 讨论

本次调查表明, 南水北调东线山东段主要湖区底泥的放射性核素的平均活度浓度总体上处在本底水平, 靠近东平湖的郗山村, 又名“稀土村”, 此处有一个稀土矿, 河流底泥中总α、总β、²³⁸U、²³²Th、和²²⁶Ra较高, 均分别高于本次调查相应检测项目的平均活度浓度的3倍以上。郗山村应是放射性高本底地段, 应注意控制其河水的放射性排污量。

在本项研究中, 对南水北调山东段主要湖区底泥对枯水期和丰水期的放射性水平的规律进行了探讨, 其规律是总α、总β放射性水平是枯水期高于丰水期, 其他核素的放射性水平均无统计学意义上的差别。底泥的分配系数分析发现了放射性核素在底泥中有富积作用。