青海長(zhǎng)江源區(qū)2005—2012年地表水水質(zhì)狀況及變化趨勢(shì)分析

魯子豫,馬燕,李志強(qiáng),李建瑩,李生壽,祁佳麗

(青海省生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)中心,青海 西寧810007)

摘要：利用2005—2012年青海長(zhǎng)江源區(qū)地表徑流7個(gè)監(jiān)測(cè)斷面連續(xù)8年的地表水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),分析長(zhǎng)江源區(qū)地表水水質(zhì)狀況及變化趨勢(shì)。結(jié)果表明:青海長(zhǎng)江源區(qū)各監(jiān)測(cè)斷面Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)比例為100%,區(qū)域地表水水質(zhì)狀況整體為優(yōu),水質(zhì)為一級(jí)清潔;地表水中主要污染因子為CODMn、NH3-N和TP;地表水中元素濃度基本處于背景值狀態(tài),人類影響極微。

關(guān)鍵詞：地表水;水質(zhì);變化趨勢(shì);長(zhǎng)江源區(qū);青海省

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2015.03.010

基金項(xiàng)目:青海省科技廳科技促進(jìn)新農(nóng)村計(jì)劃(2013-N-534)

作者簡(jiǎn)介:魯子豫(1983—),男,工程師,從事生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作。E-mail:lzy83202@163.com

中圖分類號(hào)：X820.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：(2014-06-09編輯：高渭文)

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2015.03.011

Water quality of surface water and its variation trend in

Yangtze River Source Area of Qinghai from 2005 to 2012

LU Ziyu, MA Yan, LI Zhiqiang, LI Jianying, LI Shengshou, QI Jiali

(RemoteSensingMonitoringCenterofEcologicalEnvironmentofQinghaiProvince,Xining810007,China)

Abstract：The surface water quality and the variation trend around the Yangtze River Source Area were analyzed based on the monitoring data of surface water from 7 main monitoring cross-sections for successive 8 years from 2005 to 2012. The result shows that the water quality ratio in each monitoring section between Ⅰ and Ⅲ is 100%, which means that the overall condition of surface water in this area is optimal and the water quality grade is Class I. The main pollutants in surface water contain Permanganate, Ammonia nitrogen and 3 kinds of Total Phosphorus. However these element concentration in the surface water is at the state of background value,which hardly has impact on human body.

Key words： surface water;water quality;variation trend;Yangtze River Source Area; Qinghai Province

青海長(zhǎng)江源作為中國(guó)“母親河”長(zhǎng)江的源頭,是三江源區(qū)的重要組成部分,位于北緯32°30′～35°40′,東經(jīng)90°30′～94°00′之間,平均海拔高度4000m,面積約14萬(wàn)km2,占長(zhǎng)江流域總面積的8%[1-3]。

三江源區(qū)被譽(yù)為“中華水塔”,青海長(zhǎng)江源作為三江源區(qū)的組成部分,其主要功能是為長(zhǎng)江中、下游地區(qū)輸送優(yōu)質(zhì)的水資源[4],因此源區(qū)地表水水質(zhì)狀況對(duì)長(zhǎng)江中、下游地區(qū)水資源的可持續(xù)利用具有重要意義。文獻(xiàn)[1-8]對(duì)長(zhǎng)江源區(qū)地表水環(huán)境狀況進(jìn)行了相關(guān)研究,但采用的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間序列較短,且均為時(shí)間較早的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),而近幾年未見到關(guān)于青海長(zhǎng)江源區(qū)地表水水質(zhì)狀況的研究及相關(guān)報(bào)道。本文采用2005—2012年連續(xù)8年的地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),以單因子評(píng)價(jià)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和秩系數(shù)相關(guān)法對(duì)長(zhǎng)江源區(qū)地表水質(zhì)狀況、主要污染因子變化趨勢(shì)和區(qū)域內(nèi)地表水水質(zhì)狀況變化趨勢(shì)進(jìn)行分析,旨在清晰地反映青海長(zhǎng)江源區(qū)地表水水質(zhì)狀況及變化趨勢(shì),為政府管理和制定流域水質(zhì)保護(hù)、水權(quán)交易和生態(tài)補(bǔ)償相關(guān)政策提供理論依據(jù)。

1數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

1.1斷面選擇

地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面根據(jù)長(zhǎng)江源區(qū)地表水水系分布情況,在主要河流的干流及一級(jí)支流選取7個(gè)地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面,詳見表1和圖1。

表1　長(zhǎng)江源區(qū)地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面信息

圖1　長(zhǎng)江源區(qū)地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面示意圖

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所采用的水質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)源于“青海三江源自然保護(hù)區(qū)生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程生態(tài)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目”2005—2010年年度環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)分析報(bào)告和“青海省重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)項(xiàng)目”2011年和2012年監(jiān)測(cè)分析報(bào)告,均由青海省環(huán)保廳“青海省生態(tài)監(jiān)測(cè)綜合技術(shù)組”提供。水質(zhì)數(shù)據(jù)涉及pH、CODMn、COD、NH3-N、TN、TP、Cu、Pb、Zn、Se、As、Cd、Hg、Cr6+、氟化物、氰化物、揮發(fā)酚、石油類、硫化物、陰離子表面活性劑共20項(xiàng)。

1.3水質(zhì)狀況評(píng)價(jià)分析方法

流域水質(zhì)評(píng)價(jià)[9]采用監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)類別比例法,當(dāng)河流、流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面總數(shù)在5個(gè)以上時(shí),根據(jù)評(píng)價(jià)河流中各監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)類別數(shù)占流域所有評(píng)價(jià)斷面總數(shù)的百分比來(lái)定性評(píng)價(jià)其水質(zhì)狀況: Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)比例≥90%時(shí),水質(zhì)狀況為優(yōu)秀;75%≤Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)比例<90%時(shí),水質(zhì)狀況為良好;Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)比例≥75%,劣Ⅴ類水質(zhì)比例<20%時(shí),水質(zhì)狀況為輕度污染;Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)比例<75%,20%≤劣Ⅴ類水質(zhì)比例<40%,水質(zhì)狀況為中度污染;Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)比例<60%,且劣Ⅴ類水質(zhì)比例≥40%,水質(zhì)狀況為重度污染。

各監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)狀況及主要污染因子變化趨勢(shì)評(píng)價(jià)方法如下:地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)采用單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法,依據(jù)GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)年度每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)類別做出判定,并確定河流水質(zhì)主要污染因子;河流水質(zhì)主要污染因子的年際變化趨勢(shì)采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進(jìn)行分析;主要污染物年際變化趨勢(shì)的顯著性分析采用秩相關(guān)系數(shù)法。

1.3.1單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法

單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法[9-11]是將每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面所有污染因子單獨(dú)進(jìn)行評(píng)價(jià),計(jì)算各水質(zhì)污染因子的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)。計(jì)算公式為

(1)

式中:Si,j為標(biāo)準(zhǔn)指數(shù);Ci,j為評(píng)價(jià)因子i在j點(diǎn)的實(shí)測(cè)濃度值;Cs,i為評(píng)價(jià)因子i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)限值,以地表水Ⅲ類水質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.2內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)[10]是表示污染因子對(duì)環(huán)境污染程度的一種數(shù)量指標(biāo)。按照每個(gè)水質(zhì)因子的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)Si,j,計(jì)算各水質(zhì)斷面的內(nèi)梅羅綜合綜合指數(shù)P綜,并對(duì)照內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)定量評(píng)價(jià)污染物年際變化對(duì)區(qū)域水質(zhì)的影響程度。其計(jì)算公式如下:

(2)

式中:P綜為綜合污染指數(shù),即內(nèi)梅羅污染指數(shù);Sij最大為污染物中標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)最大值;Sij均為污染物中標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)平均值(以地表水Ⅲ類水質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn))。

表2　內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.3秩相關(guān)系數(shù)法

秩相關(guān)系數(shù)法[9,11]是將各污染因子的實(shí)測(cè)濃度值與時(shí)間序列建立聯(lián)系,衡量污染狀況變化趨勢(shì)在統(tǒng)計(jì)上有無(wú)顯著性意義,同時(shí)定量分析污染變化趨勢(shì)的方法。計(jì)算公式為

(3)

(4)

式中:di為變量Xi和變量Yi的差值;Xi為周期1到周期N按濃度值從小到大排列的序號(hào),即2005—2012年各主要污染因子的年平均濃度按照從小到大排列的序號(hào)；Yi為按監(jiān)測(cè)年度排列的序號(hào)，即2005—2012年按照監(jiān)測(cè)年度排列為1，2，…，8。

表3　2005—2012年長(zhǎng)江源區(qū)地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

注:“L”的數(shù)值為低于分析方法最低檢出限值,即未檢測(cè)出該類物質(zhì),以檢測(cè)方法最低檢出值后加“L”表示,由于部分物質(zhì)的分析方法更新,因此數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí),未檢出物質(zhì)均采用最新方法的最低檢出限值。

如果rj是負(fù)值,表明水質(zhì)狀況有轉(zhuǎn)好趨勢(shì),水質(zhì)污染呈下降趨勢(shì);如果rj是正值,則表明水質(zhì)狀況有惡化趨勢(shì),水質(zhì)污染呈上升趨勢(shì)。將秩相關(guān)系數(shù)rj的絕對(duì)值同spearman秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表中的臨界值Wp進(jìn)行比較,如果rj>Wp則表明水質(zhì)變化趨勢(shì)具有顯著意義。

2分析與討論

2.1監(jiān)測(cè)結(jié)果

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)江源區(qū)各斷面地表水進(jìn)行分析,結(jié)果表明2005—2012年地表水中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr6+、As、Se、Hg、硫化物、揮發(fā)酚、氰化物、石油類、陰離子表面活性劑13項(xiàng)水質(zhì)污染因子均未檢出;按照《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法(試行)》[9], TN不參與河流水質(zhì)評(píng)價(jià),其余指標(biāo)2005—2012年監(jiān)測(cè)結(jié)果見表3。

2.2流域水質(zhì)狀況

2005—2012年7個(gè)地表水監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)均符合GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),各監(jiān)測(cè)斷面Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)比例為100%(表4),對(duì)照流域水質(zhì)定性評(píng)價(jià)分級(jí)表,可知青海長(zhǎng)江源區(qū)地表水水質(zhì)狀況整體為優(yōu)。

表4　長(zhǎng)江源區(qū)2005—2012年各監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)類別評(píng)價(jià)

為進(jìn)一步說(shuō)明2005—2012年地表水水質(zhì)狀況及污染因子變化情況,對(duì)7個(gè)監(jiān)測(cè)斷面CODMn、COD、NH3-N、TP和氟化物質(zhì)量濃度對(duì)水質(zhì)的影響進(jìn)行年際對(duì)比。由圖2可以看出,2005—2012年各類污染因子濃度表現(xiàn)為無(wú)規(guī)律的上下波動(dòng)性,主要表現(xiàn)為:CODMn質(zhì)量濃度在楚瑪爾河大橋、扎曲河稱多和布曲河雁石坪3個(gè)斷面在Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)浮動(dòng),其余監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)穩(wěn)定在Ⅰ類水質(zhì)范圍;COD質(zhì)量濃度2005年和2006年在部分?jǐn)嗝娉霈F(xiàn)Ⅱ類水質(zhì),2007年起7個(gè)斷面均保持在Ⅰ類水質(zhì);NH3-N質(zhì)量濃度2006年在通天河大橋斷面出現(xiàn)Ⅲ類水質(zhì),其他斷面保持在Ⅰ～Ⅱ水質(zhì)范圍內(nèi);TP質(zhì)量濃度從2006年起基本穩(wěn)定在Ⅱ類水質(zhì)范圍內(nèi);氟化物質(zhì)量濃度處于穩(wěn)定狀態(tài)維持在Ⅰ類水質(zhì)范圍內(nèi)。由于7個(gè)監(jiān)測(cè)斷面所屬區(qū)域的水功能區(qū)劃目標(biāo)均為Ⅰ類,因此近幾年區(qū)域內(nèi)地表水主要污染因子為CODMn、COD、NH3-N、TP。

圖2　2005—2012年各種污染物質(zhì)量濃度年際對(duì)比

造成長(zhǎng)江源區(qū)地表水中CODMn、COD、NH3-N、TP質(zhì)量濃度偏高的主要原因是常年溫度偏低,生物化學(xué)作用微弱,有機(jī)物分解速率低且分解不徹底,地表水中元素的轉(zhuǎn)化過(guò)程不同于一般情況,形成了青藏高原特殊的轉(zhuǎn)化模式[5-7],此外由于地表水樣品采集均為夏季,長(zhǎng)江源區(qū)降水主要集中在夏季,降水波動(dòng)性較大,豐枯轉(zhuǎn)換頻繁[9],親水性的銨離子和磷離子被雨水從土壤中淋溶進(jìn)入地表水,也是造成地表水中NH3-N和TP質(zhì)量濃度偏高的原因之一,同時(shí)區(qū)域人口少,不存在任何工礦企業(yè),整個(gè)自然生態(tài)環(huán)境處于原始狀況,以2005—2012年實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比張立成等[5]關(guān)于長(zhǎng)江源區(qū)天然水體元素濃度背景值的研究,可以發(fā)現(xiàn)2005—2012年長(zhǎng)江源區(qū)地表水中各項(xiàng)元素濃度值與背景值基本一致。

通過(guò)計(jì)算，從表5得知，區(qū)域內(nèi)地表水綜合污染2005年為最高值,2005—2007年水質(zhì)逐年改善。2008年綜合污染指數(shù)雖然呈現(xiàn)上升趨勢(shì),但低于2006年數(shù)值,2009—2012年綜合污染指數(shù)相對(duì)2008年明顯下降,但呈現(xiàn)逐年極小幅度的上升趨勢(shì)。2005—2012年區(qū)域地表水水質(zhì)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)在0.21～0.55之間,按照內(nèi)梅羅指數(shù)水質(zhì)分級(jí)評(píng)價(jià)表的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),整個(gè)流域各年度的綜合污染指數(shù)均小于0.7,水質(zhì)屬于一級(jí)清潔。

表5　2005—2012年長(zhǎng)江源區(qū)地表水內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)

2005—2012年長(zhǎng)江源區(qū)地表水中綜合污染指數(shù)在一級(jí)清潔的范圍內(nèi)呈現(xiàn)出無(wú)規(guī)律的上下波動(dòng),表明雖然青海長(zhǎng)江源區(qū)地表水水質(zhì)變化受自然影響較大,但由于地處長(zhǎng)江上游,且經(jīng)濟(jì)發(fā)展較慢,污染物排放量少,人口密度低,水環(huán)境容量大,因此水體自凈能力強(qiáng)[8],水質(zhì)保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

通過(guò)秩相關(guān)系數(shù)法分析2005—2012年長(zhǎng)江流域污染物變化趨勢(shì)(表6),可以看出7個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的地表水中,除布曲河雁石坪斷面的CODMn質(zhì)量濃度、通天河大橋斷面的NH3-N質(zhì)量濃度和扎曲河稱多斷面的NH3-N質(zhì)量濃度沒(méi)有下降趨勢(shì)外,其余各斷面的CODMn、NH3-N、TP質(zhì)量濃度均呈下降趨勢(shì),其中多數(shù)斷面的污染下降趨勢(shì)顯著。

表6　2005—2012年長(zhǎng)江源區(qū)各斷面污染物秩相關(guān)系數(shù)

注:N=8時(shí),秩相關(guān)系數(shù)rs在P=0.05顯著水平的臨界值Wp=0.643。

3結(jié)論

通過(guò)分析2005—2012年青海長(zhǎng)江源區(qū)7個(gè)監(jiān)測(cè)斷面連續(xù)8年的地表水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得出2005—2012年長(zhǎng)江源區(qū)地表水中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr6+、As、Se、Hg、硫化物、揮發(fā)酚、氰化物、石油類、陰離子表面活性劑13項(xiàng)水質(zhì)污染因子均未檢出;2005—2012年長(zhǎng)江源區(qū)地表水Ⅰ~Ⅲ類水質(zhì)比例為100%,各監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)為“優(yōu)”,區(qū)域地表水水質(zhì)整體保持一級(jí)清潔;地表水中主要污染因子為CODMn、NH3-N、TP;地表水中元素濃度基本處于背景值狀態(tài),人類影響極微。

致謝:“青海省生態(tài)監(jiān)測(cè)綜合技術(shù)組”為本項(xiàng)目的研究提供了連續(xù)8年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在此表示衷心感謝。

參考文獻(xiàn)：

[1] 傅德黔,王曉慧,劉京,等.長(zhǎng)江河源水環(huán)境背景值調(diào)查及分析[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),1998,14(1):9-11.(FU Deqian,WANG Xiaohui,LIU Jing,et al. The investigate analysis about background value of water environmental in the soure area of Yangtze River[J]. Environmental Monitoring in China,1998,14(1):9-11.(in Chinese))

[2] 傅德黔,傅強(qiáng),舒儉民.長(zhǎng)江河源水環(huán)境理化特征分析[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),1998,14(3):2-4.(FU Deqian,FU Qiang,SHU Jianmin,et al.The analysis about physical and chemical chatacteristic of water environmental in the soure area of Yangtze River[J].Environmental Monitoring in China,1998,14(3):2-4. (in Chinese))

[3] 孫鴻烈.長(zhǎng)江上游地區(qū)生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2008.

[4] 齊冬梅,張順謙,李躍清.長(zhǎng)江源區(qū)氣候及水資源變化特征研究進(jìn)展[J].高原山地氣象研究,2013,33(4):89-96.(QI Dongmei,ZHANG Shunqian,LI Yueqing. Research progress on variations of the climate and water resources in the source region of the Yangtze River[J].Plateau and Mountain Meteorology Research,2013,33(4):89-96. (in Chinese))

[5] 張立成,章申,董文江,等.江河源水環(huán)境地球化學(xué)[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1992.

[6] 石麗娜,趙旭東,倪天茹,等.青海省三江源黃河源區(qū)地表水水質(zhì)狀況[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(4):220-223.(SHI Lina, ZHAO Xudong,NI Tianru,et al.Quality of surface water in Yellow River headwater area of the origin of three rivers in Qinghai Province[J].Guizhou Agricultural Sciences,2012,40(4):220-223. (in Chinese))

[7] 盧素錦,石紅霄,李鵬,等.三江源長(zhǎng)江地表水水環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)[J].環(huán)境與健康雜志,2009,26(7):604-605.(LU Sujin, SHI Hongxiao, LI Peng,et al.Environmental assessment for water of Yangtse River of source area of Lantsang,Yellow and Yangtse River[J].Journal of Environment and Health,2009,26(7):604-605. (in Chinese))

[8] 李茜,張建輝.長(zhǎng)江流域地表水水質(zhì)區(qū)域污染特征研究[J].三峽環(huán)境與生態(tài),2011,33(6):5-8.(LI Qian,ZHANG Jianhui.The study on the characteristics of regional surface water pollution of Yangtze River[J].Environment and Ecology in the Three Gorges,2011,33(6):6-12. (in Chinese))

[9]環(huán)保部.環(huán)辦[2011]22號(hào)文件[S] 地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法(試行),2011.

[10] 侯佳辛．基于內(nèi)梅羅污染指數(shù)法的區(qū)域水環(huán)境評(píng)價(jià)[J]．內(nèi)蒙古水利，2012(5)：8-9. (HOU Jiaxin. Environmental assessment for surface water based on Nemero indexes[J]. Inner Mongolia Water Resources,2012(5):8-9.(in Chinese))

[11] 卞瑋．1960-2005年來(lái)瑪納斯河水質(zhì)評(píng)價(jià)及趨勢(shì)分析[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35(5)：1443-1444，1446. (BIAN Wei. Evaluation and trend analysis of water quality in Manasi River in recent ten years [J]. Journal of Anhui Agricul Sciences ,2007,35(5):1443-1444，1446. (in Chinese))

[12] 王冰冰,榮艷淑,白路遙.長(zhǎng)江源區(qū)和黃河源區(qū)降水量變化分析[J].水資源保護(hù),2013,29(6):6-12.(WANG Bingbing, RONG Yanshu, BAI Luyao. Analysis of precipitation variation in source regions of Yangtze River and Yellow River[J].Water Resources Protection,2013,29(6):6-12. (in Chinese))