本发明涉及生态风险的确定方法领域，尤其涉 及一种河湖沉积物中重金属污 染的生态风险确定方法。 背景技术

随着我国城乡建设和矿产开发利用等活动的快 速发展，大量重金属污染物被 排放到河流和湖泊等环境水体中。重金属在水 中不能被分解，易与其它物质结合， 在悬浮物和表层沉积物的吸附作用下沉积到水 体底部的沉积物中。沉积物是水体 生态系统的重要组成部分， 既为水体中的生物提供营养物质， 同时又可能成为水 体污染的内源。在一定条件下， 富集于沉积物中的重金属会再次进入水体而造 成 二次污染， 持续危害水体生态环境， 并通过食物链危害人类健康。 因此， 沉积物 成为评价水体重金属污染程度和水生态系统健 康状态的重要对象。

美国国家环保署 1995年提出海洋和河口湾沉积物中污染物的风� �评价参考 值法， 主要是根据北美海岸和河口沉积物的大量数据 确定了风险评价低值 ERL(Effects range-low)和风险评价中值 ERM(Effects range-median), 但因存在地 域差异， 不适合其它区域使用。而河流和湖泊沉积物中 重金属污染的生态风险评 价方法，国际上应用最为广泛的是瑞典学者 Hankanson提出的潜在生态危害指数 法， 不仅考虑底泥重金属的含量， 而且将重金属的生态效应、 环境效应与毒理学 联系在一起， 采用可比的、 等价属性指数分级法进行评价。我国在河流湖 泊沉积 物重金属生态风险识别方面也开展了一些研宄 工作， 但多参考使用 Hankanson 潜在生态危害指数法， 总体来上起步较晚， 尚处于探索阶段。

Hankanson潜在生态危害指数法作为划分沉积物污 染程度及其水体潜在生 态风险的一种相对快速、简便的方法，根据评 价水体沉积物中重金属的平均浓度 与背景值相比， 再乘以毒性调整系数， 获得生态风险值， 是一种点估计方法。 但 事实上， 水体沉积物中的重金属浓度在不同区域和时段 内可能存在较大差异， 依 靠平均浓度计算的生态风险值及其风险等级划 分，不能反映风险问题的不确定属 性和概率特点。因此， 需要开发能反映水体沉积物中的重金属浓度波 动特点和生 态风险概率属性的风险分析方法，为合理制定 水生态环境保护措施提供更科学可 靠的依据。 发明内容

1. 发明要解决的技术问题：

针对传统沉积物中重金属污染的生态风险识别 和确定方法在处理不确定性方 面的不足和问题，本发明建立起一种河湖沉积 物中重金属污染的生态风险确定方 法，基于蒙特卡罗抽样的抽样计算，适用于河 流和湖泊沉积物中重金属污染程度 的判别和潜在生态风险的识别， 可为水体污染控制和水生态管理服务。

2. 技术方案：

本发明所采用的技术方案：

一种河湖沉积物中重金属污染的生态风险确定 方法， 其包括以下步骤：

( 1 ) 采集水体沉积物样品进行检测分析， 确定水体沉积物不同点位中重金属污 染物的浓度水平；

(2) 统计分析水体沉积物中各类重金属污染物浓度 数据的分布特征；

(3)使用公式 = 计算某一种重金属污染物的生态风险指数， 其中 代表第 i种重金属污染物的生态风险指数； 代表水体沉积物中第 i种重金属 污染物的浓度实测值 （mg/kg ) _; 代表该重金属污染物的工业化前背景值

(mg/kg); TV:代表第 种重金属污染物的生态毒性系数； 和 从公开的文献报 道中获取；

(4) 依据 的数值分布特征， 应用蒙特卡罗方法进行抽样计算。 平均值稳定 时， 即两次运算的平均值差异小于 5%时的抽样次数为最终抽样次数， 相应的运 算结果为 最终结果；

(5) 绘制 数值分布曲线， 确定第 i种重金属污染物的生态风险分布特征： 对 照风险级别划分标准， 分析不同风险级别出现的概率； 数值出现在高风险等级 的概率越高， 则表明该种重金属污染物对生态系统造成的潜 在危害水平越高，越 需要进行优先控制； ( 6) 应用公式 H i =∑ 计算评价水体中各种重金属污染物所造成的总 生态风 险综合指数 HRL使用蒙特卡罗抽样方法进行抽样计算，根据 抽样结果绘制 Η ¾ί 值的累积概率分布曲线；

( 7) 对照风险级别划分标准， 分析水体总生态风险综合指数 在不同风险级 别出现的概率， HR数值出现在高风险等级的概率越高， 则表明该水体中重金属 污染物对生态系统造成的潜在危害水平越高， 越需要采取重金属污染治理和水生 态监管措施。

3. 有益效果：

本发明提供了河湖沉积物中重金属污染的生态 风险确定方法，基于蒙特卡罗 抽样的理论，使用蒙特卡罗抽样方法处理传统 点估计值方法中对不确定性问题处 理的不足， 以反映水体沉积物中重金属浓度的波动特点和 风险的概率属性，适用 于河流和湖泊沉积物中重金属污染程度的判别 和潜在生态风险的识别，为水体污 染控制和水生态管理提供科学可靠的依据。该 方法可广泛应用于河流和湖泊水体 沉积物中的重金属污染物所造成的生态风险分 析中，以及相应生态环境保护措施 的制定中。 附图说明

图 1为某湖泊沉积物中重金属污染物的总生态风� �累积概率分布图 具体实施方式

以下通过实施例和附图进一步说明本发明。

实施例 1

某湖泊沉积物中重金属污染物的生态风险分 析：

( 1 ) 收集某湖泊沉积物中镉、 铬、 铜、 铅、 锌、 汞、 砷等 7种重金属污染物的 浓度数据，每种重金属污染物至少有 3个点位的浓度数据， 并且不同点位间针对 同一种污染物所用的检测分析方法相同；

(2 ) 统计分析表明该湖泊水体沉积物中各类重金属 污染物的浓度数据呈正态分 布， 相应的最小值、 最大值、 平均值、 标准差等统计数值见表 1 ; ( 3 ) 使用公式 = ^ X / 计算各重金属污染物的生态风险指数， 其中 代 表第 i种重金属污染物的生态风险指数； C代表水体沉积物中第 i种重金属污染 物的浓度（mg/kg) ; 代表该重金属污染物的工业化前背景值（mg/kg) ; 代表 第 i 种重金属污染物的生态毒性系数。 和 来源于公开的文献报道 （Lars

Hakanson, An ecological risk index for aquatic pollution control - A sedimentological approach, 1980)， 见表 2;

(4) 依据 ί¾数值的正态分布特征和表 1中的统计数值， 应用蒙特卡罗方法进行 抽样计算。 平均值稳定，即两次运算的平均值差异小于 5%时的抽样次数为 5000 次， 将其作为最终抽样次数， 相应的运算结果为 最终结果；

( 5 ) 绘制 数值分布曲线， 确定第 i种重金属污染物的生态风险分布特征： 对 照风险级别划分标准， 分析不同风险级别出现的概率， 见表 3。 在各污染物中， 铬、 铜、 铅、 锌均为低风险； 汞、 砷总体上处于低-中度风险水平； 该湖泊沉积 物中镉总体上处于中度-高风险水平， 达到极高风险级别的概率也有 18.1%， 表 明沉积物中镉对生态系统造成的潜在危害水平 高， 需要进行优先控制；

( 6) 应用公式 HRf =∑ 计算评价水体中各种重金属污染物所造成的总 生态风 险综合指数。 使用蒙特卡罗抽样方法进行 5000次的抽样计算， 根据抽样结果绘 制 SR数值的累积概率分布曲线， 见图 1 ;

( 7) 对照风险级别划分标准， 分析水体总生态风险综合指数 Ri在不同风险级 别出现的概率， 见表 4。 结果表明， HR平均值为 347， 如果仅按传统的点估计 值来判断， 该湖泊处于中度风险水平。 然而由图 1的 Ri数值的累积概率分布曲 线可知， i!R值处于低风险级别的概率为 5.8%， 较低风险级别的概率为 36.5%， 处于中度风险级别的概率为 51.6%， 高风险级别的概率为 6.1%， 即该湖泊沉积 物中重金属污染物的总生态风险水平为较低 -中度级别， 需要予以关注， 防止污 染形势恶化。可见，采用平均值的点估计分析 方法导致湖泊的总生态风险水平被 高估，而本方法更客观准确地确定了该湖泊水 体沉积物中重金属污染物所造成的 生态风险。

表 1 某湖泊沉积物中重金属浓度数据 （mg/kg)

表 2 重金属污染物的工业化前背景值 及生态毒性系数 ^

表 3 各重金属污染物的生态风险分析结果

表 4 该湖泊总生态风险分析结果