基于主成分分析法和綜合污染指數(shù)法的烏魯木齊河灌區(qū)農(nóng)田灌溉水質(zhì)量分析與評(píng)價(jià)

韓芹芹，李 凡，王 濤，張守斌

(1.烏魯木齊市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，新疆維吾爾自治區(qū) 烏魯木齊 830011；2.新疆維吾爾自治區(qū)自然資源廳機(jī)關(guān)服務(wù)中心，新疆維吾爾自治區(qū) 烏魯木齊 830002 3.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，北京 100012)

隨著土壤鹽漬化、次生鹽漬化問(wèn)題的不斷加劇，農(nóng)業(yè)灌溉用水的質(zhì)量成為制約干旱區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重大問(wèn)題[1]。烏魯木齊市是新疆維吾爾自治區(qū)的首府，地處亞歐大陸腹地，屬干旱半干旱區(qū)，氣候干燥，水資源極度匱乏。近年來(lái)，全市經(jīng)濟(jì)社會(huì)迅猛發(fā)展，城市建成區(qū)逐年擴(kuò)展，截至2019年，建成區(qū)面積已達(dá)458.36 km2，常駐人口也較10年前增長(zhǎng)了近70%達(dá)355.2萬(wàn)[2]。農(nóng)田灌溉水質(zhì)是提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、保障食品安全、確保人民群眾身體健康的關(guān)鍵，也是提升土壤環(huán)境質(zhì)量、推行綠色農(nóng)業(yè)的重要因素[3]。

為貫徹落實(shí)《農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動(dòng)計(jì)劃》，按《全國(guó)農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量試點(diǎn)監(jiān)測(cè)技術(shù)方案》、生態(tài)環(huán)境部《2019年國(guó)家生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方案》及新疆維吾爾自治區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作方案的相關(guān)要求，烏魯木齊市生態(tài)環(huán)境部門(mén)于2019年年初對(duì)轄區(qū)內(nèi)0.66萬(wàn)hm2及以上農(nóng)田灌區(qū)開(kāi)展了摸底調(diào)查工作，并選擇烏魯木齊河灌區(qū)作為烏魯木齊市農(nóng)田灌溉水質(zhì)監(jiān)測(cè)范圍，于2019年開(kāi)始在每年的灌溉季對(duì)農(nóng)田灌溉水水質(zhì)開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作。本文對(duì)烏魯木齊河灌區(qū)農(nóng)田灌溉水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，為烏魯木齊市農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)，并為有效改善農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)提供切實(shí)可行的途徑。

1 監(jiān)測(cè)概況

1.1 監(jiān)測(cè)區(qū)域及點(diǎn)位概況

烏魯木齊河灌區(qū)農(nóng)田灌溉水質(zhì)監(jiān)測(cè)范圍是位于烏魯木齊縣境內(nèi)的、灌區(qū)規(guī)模達(dá)1.3萬(wàn)hm2的烏魯木齊河灌區(qū)，以烏魯木齊河水系的來(lái)水作為唯一的灌溉水來(lái)源，烏魯木齊河水系屬內(nèi)陸河系，水源補(bǔ)給主要來(lái)自大氣降水和冰川融雪，位于新疆天山北坡中段、準(zhǔn)噶爾盆地南緣，發(fā)源于中天山天格爾峰北坡的1號(hào)冰川，受構(gòu)造控制，在躍進(jìn)橋以上，支流經(jīng)向發(fā)育，干流西東流向，躍進(jìn)橋以下，支流緯向發(fā)育，干流轉(zhuǎn)折為南北流向，經(jīng)后峽、前峽進(jìn)烏拉泊洼地，穿越烏魯木齊市區(qū)，經(jīng)五家渠，最后流入古爾班通古特沙漠南緣東道海子，全長(zhǎng)約213 km，流域面積5 000 km2。從河源至溝口(西白楊溝匯入口)為上游，稱大西溝，長(zhǎng)62.6 km，流域面積1 070 km2，位于溝口以上9.8 km處的英雄橋水文站多年平均徑流量2.44億m3，集水面積924 km2；溝口至猛進(jìn)水庫(kù)為中游，稱烏魯木齊河，長(zhǎng)約80km；猛進(jìn)水庫(kù)以北為下游，稱老龍河，長(zhǎng)70 km[4]。兩岸分布有烏魯木齊主要農(nóng)業(yè)區(qū)，其控制灌溉面積達(dá)1.3萬(wàn)hm2，是農(nóng)業(yè)、城市生活及工業(yè)生產(chǎn)的主要供水水源。烏魯木齊河灌區(qū)最大的河流大西溝，多年平均徑流量為2.35×108m3，河水在大西溝出山口后，一部分被引入黃草梁子渠和公勝渠，大部分被引入青年渠，河水多年平均徑流量是1.64×108m3，河水?dāng)r蓄于烏拉泊、紅雁池水庫(kù)，由東西和平渠輸往各灌區(qū)，南山分布還有大西溝、東西白楊溝、陰溝、半截溝、沙溝和板房溝等常年性河流，匯入烏魯木齊河。

烏魯木齊河灌溉區(qū)屬于非鹽堿土地，灌溉作物主要包括一年一熟的薯類、油料和小麥等旱作作物，灌溉期集中在每年的5～10月。按照《農(nóng)用水源環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(NY/Y396-2000)中“4.2.2.3影響農(nóng)區(qū)的河流、湖(庫(kù))等水源監(jiān)測(cè)布點(diǎn)方法”之“a”)當(dāng)河水被引用灌溉農(nóng)田時(shí)，為了監(jiān)測(cè)河水水質(zhì)情況，至少應(yīng)在灌溉渠首附近的河流斷面設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)”的要求，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)在烏魯木齊河英雄橋斷面處。

1.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

1.2.1原有控制項(xiàng)目

2005版《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB5084-2005)(以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)實(shí)施以來(lái)，在規(guī)范農(nóng)田灌溉水質(zhì)、確保農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品安全等方面發(fā)揮了重要作用，該版《標(biāo)準(zhǔn)》包括16項(xiàng)基本控制項(xiàng)目和11項(xiàng)選擇控制項(xiàng)目(共計(jì)27項(xiàng))。烏魯木齊河英雄橋斷面也是國(guó)家地表水監(jiān)測(cè)網(wǎng)中的國(guó)控?cái)嗝妫Ｒ?guī)監(jiān)測(cè)指標(biāo)已包括《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)表1中24項(xiàng)基本項(xiàng)目和表2中的“硫酸鹽、氯化物和硝酸鹽”3個(gè)補(bǔ)充項(xiàng)目。因此，自2019年以來(lái)，在每年灌溉期的兩次監(jiān)測(cè)中(兩次監(jiān)測(cè)時(shí)間至少間隔1個(gè)月以上)，除河流常規(guī)監(jiān)測(cè)中和農(nóng)田灌溉水質(zhì)監(jiān)測(cè)中相一致的項(xiàng)目外，還分別補(bǔ)充監(jiān)測(cè)了全鹽量和蛔蟲(chóng)卵數(shù)這兩個(gè)基本控制項(xiàng)目。

1.2.2新增有機(jī)控制項(xiàng)目

近年來(lái)，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和《土壤污染防治法》《水污染防治法》和《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》的深入實(shí)施，為防止農(nóng)田灌溉用水污染土壤、地下水和農(nóng)產(chǎn)品，對(duì)修訂灌溉用水中有毒有害物質(zhì)限量、制定農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及明確實(shí)施與監(jiān)督管理責(zé)任的主體均提出了新的要求。自2021年7月1日起正式施行的《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084-2021)，在繼續(xù)保持了2005版中原有的共計(jì)27項(xiàng)基本和選擇控制項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，修訂、整合并新增了《灌溉水中氯苯、1，2-二氯苯、1，4-二氯苯、硝基苯限量》(GB 22573-2008)和《灌溉水中甲苯、二甲苯、異丙苯、苯酚和苯胺限量》(GB 22574-2008)這2個(gè)國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)中的8項(xiàng)有毒污染控制項(xiàng)目，即氯苯、1，2-二氯苯、1，4-二氯苯、硝基苯、甲苯、二甲苯、異丙苯和苯胺，以防范環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

因灌溉水源烏魯木齊河的河水經(jīng)過(guò)英雄橋斷面下游的石門(mén)子渠首由專用渠道通過(guò)暗渠給位于烏魯木齊河中游的烏拉泊水庫(kù)供水，該水庫(kù)也是地表飲用水源地(五、八水廠)的補(bǔ)給水源，根據(jù)國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局文件《關(guān)于印發(fā)〈城市集中式飲用水源地水質(zhì)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與公布方案〉的通知》(環(huán)發(fā)〔2002〕144號(hào))要求，該水源地已對(duì)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)表3有機(jī)特定項(xiàng)目開(kāi)展常規(guī)監(jiān)測(cè)工作，其中包括2021版《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB5084-2021)中新增的8項(xiàng)有毒污染控制項(xiàng)目。

1.3 分析方法與質(zhì)量控制

水質(zhì)樣品的采集、保存及質(zhì)量保證措施均參照《環(huán)境監(jiān)測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊(cè)》[5]和《環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測(cè)質(zhì)量保證手冊(cè)》[6]的技術(shù)要求執(zhí)行，以手工監(jiān)測(cè)為主，按《環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(水和廢水部分)》和《環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測(cè)質(zhì)量保證手冊(cè)》的技術(shù)要求執(zhí)行，樣品分析參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)、《全國(guó)重點(diǎn)城市飲用水源地監(jiān)測(cè)調(diào)查作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)以及《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》(GB/T5750-2006)。

采用國(guó)家環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所提供的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行質(zhì)量控制，為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采取10%的平行雙樣和20%加標(biāo)回收等措施進(jìn)行質(zhì)量控制，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均<10%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。整個(gè)分析過(guò)程所用試劑均為優(yōu)級(jí)純，實(shí)驗(yàn)用水均為亞沸水。監(jiān)測(cè)結(jié)果低于監(jiān)測(cè)方法的最低檢出限時(shí)，按《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》(SL219-2018)的規(guī)定，以1/2最低檢出限參加統(tǒng)計(jì)處理。

2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB5084-2021)中規(guī)定的旱地作物的基本控制項(xiàng)目和選擇控制項(xiàng)目限值要求，同時(shí)作為地表水國(guó)控?cái)嗝?，還需執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中Ⅱ類(飲用水源地一級(jí)保護(hù)區(qū))標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

評(píng)價(jià)方法參照《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法(試行)》(環(huán)辦〔2011〕22號(hào))執(zhí)行，采用單因子指數(shù)法和綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)和分析。單因子指數(shù)法：根據(jù)評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)該斷面參評(píng)的指標(biāo)中所屬水質(zhì)類別最高的一項(xiàng)來(lái)確定水體綜合水質(zhì)類別。綜合污染指數(shù)法計(jì)算公式如下：

式中：Ci和Si分別為某i項(xiàng)指標(biāo)實(shí)測(cè)濃度和參比值(對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)限值)，Pi為單項(xiàng)污染指數(shù)，P綜為綜合污染指數(shù)。指數(shù)分級(jí)可參照《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(HJ/T332-2006)中對(duì)灌溉水質(zhì)量指數(shù)的劃定，詳見(jiàn)表1。

表1 灌溉水污染指數(shù)分級(jí)

3 水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

3.1 原有控制項(xiàng)目評(píng)價(jià)結(jié)果

保證標(biāo)準(zhǔn)體系的整體性、協(xié)調(diào)性是2021版《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084-2021)的修訂原則之一，因《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084-2021)中基本和選擇控制項(xiàng)目限值與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)適用于農(nóng)業(yè)用水的指標(biāo)限值(即地表水V類標(biāo)準(zhǔn)限值)相銜接，故分別以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)飲用水源保護(hù)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)限值和《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084-2021)旱地作物控制項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值作為指標(biāo)參比值，計(jì)算《標(biāo)準(zhǔn)》中原有基本和選擇控制項(xiàng)目單項(xiàng)污染指數(shù)(Pi1和Pi2)及綜合污染指數(shù)(P綜1和P綜2)，詳見(jiàn)表2。

表2 2019～2021年烏魯木齊河灌區(qū)農(nóng)田灌溉水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

續(xù)表

按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)，除2019年灌溉期達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值外，2020～2021年灌溉期全部達(dá)到Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)限值要求，水質(zhì)狀況全部為優(yōu)，P綜1在0.11～0.17之間，均屬于“清潔”等級(jí)。按照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084-2021)，2019～2021年灌溉期，參與評(píng)價(jià)的基本和選擇控制項(xiàng)目全部達(dá)到旱地作物標(biāo)準(zhǔn)限值要求，P綜2在0.07～0.10之間，均屬于“清潔”等級(jí)。

3.2 新增控制項(xiàng)目評(píng)價(jià)結(jié)果

2019～2021年灌溉期，以灌溉水源烏魯木齊河的河水作為補(bǔ)給水源的地表飲用水源地(五、八水廠)的8項(xiàng)有毒污染控制項(xiàng)目評(píng)價(jià)結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 2019～2021年灌溉期烏魯木齊市地表飲用水源地特定項(xiàng)目監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：2019～2021年灌溉期，地表飲用水源地的8項(xiàng)有毒污染控制項(xiàng)目總檢出率14.0%，檢出率最高的是甲苯，達(dá)到66.7%，其次是二甲苯、氯苯、1，2-二氯苯和1，4-二氯苯，檢出率均為16.7%，檢出濃度均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)特定項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值要求，同時(shí)也達(dá)到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084-2021)旱地作物選擇控制項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值要求，其余項(xiàng)目均未檢出。

4 水質(zhì)主成分分析法篩選主要污染指標(biāo)

每個(gè)水質(zhì)指標(biāo)都是從某一方面反映了水質(zhì)的情況，各個(gè)水質(zhì)指標(biāo)之間一般又會(huì)具有一定程度的相關(guān)性。要依據(jù)這些水質(zhì)指標(biāo)做出綜合評(píng)價(jià)，同時(shí)還要避免各類指標(biāo)之間的互相干擾。采用在指標(biāo)權(quán)重選取方面具有一定優(yōu)越性的主成分分析法，在保證原始數(shù)據(jù)信息量損失最小的前提下，通過(guò)降維產(chǎn)生的新變量對(duì)原始的變量因素進(jìn)行簡(jiǎn)化和提取，使原有變量所代表的信息更集中、更典型地體現(xiàn)出來(lái)，達(dá)到簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)和提高分析結(jié)果的可靠性的目的。

烏魯木齊河英雄橋斷面位于烏魯木齊河中游，在整個(gè)烏魯木齊河灌區(qū)監(jiān)測(cè)體系中起著重要作用，因此，結(jié)合2019年以來(lái)烏魯木齊河英雄橋斷面逐月常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，選取反映水體狀況電導(dǎo)率(X1)、化學(xué)需氧量(X2)、高錳酸鹽指數(shù)(X3)、五日生化需氧量(X4)、硫酸鹽(X5)、氯化物(X6)、氟化物(X7)、銅(X8)、鋅(X9)、鎘(X10)、鉛(X11)等11項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，判斷烏魯木齊河灌區(qū)主要污染控制指標(biāo)。

利用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，對(duì)所選取的水質(zhì)參數(shù)先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到相關(guān)系數(shù)矩陣，詳見(jiàn)表4。

從相關(guān)系數(shù)矩陣中可以看出，大部分相關(guān)系數(shù)大于0.3，相關(guān)性分析結(jié)果顯示：電導(dǎo)率與氟化物、鉛呈極強(qiáng)正相關(guān)，化學(xué)需氧量與五日生化需氧量、鎘呈強(qiáng)正相關(guān)，高錳酸鹽指數(shù)和硫酸鹽、氯化物、氟化物、銅、鋅呈中等相關(guān)，硫酸鹽和氯化物呈極強(qiáng)正相關(guān)，可見(jiàn)變量之間的直接相關(guān)性比較強(qiáng)，在信息上存在重疊，這些原始變量適合進(jìn)行因子分析。

將標(biāo)準(zhǔn)化處理后的樣本數(shù)據(jù)輸入SPSS16.0軟件，可以得到樣本的KMO抽樣充足性檢驗(yàn)，Bartlett's球形檢驗(yàn)。一般而言，KMO值越接近1越適合做因子分析，本文KMO值0.537>0.5，適合做因子分析。Bartlett's球形檢驗(yàn)用來(lái)檢驗(yàn)變量之間的相關(guān)性，樣本顯著性水平sig小于0.05，各變量之間有較強(qiáng)的相關(guān)性，適合做因子分析。提取主成分，建立初始因子載荷矩陣，解釋主成分，詳見(jiàn)表5。

表4 烏魯木齊河水質(zhì)相關(guān)系數(shù)矩陣

表5 水質(zhì)指標(biāo)方差分解主成分提取分析表

主成分個(gè)數(shù)提取的原則是主成分對(duì)應(yīng)的特征值λ>1的前m個(gè)主成分，特征值λ可視為表示主成分影響力度大小的指標(biāo)，若λ<1，則該主成分的解釋力度不夠。由表5可見(jiàn)，特征值λ>1時(shí)，11個(gè)水質(zhì)指標(biāo)中提取的4個(gè)主成分已提供了原有信息的82.312%，可確定應(yīng)提取4個(gè)主成分，λ1=3.579，λ2=2.343，λ3=1.926，λ4=1.206，第一主成分F1的貢獻(xiàn)率22.977%，反映的信息量最大，與其關(guān)聯(lián)的主要是電導(dǎo)率、鉛和氟化物，因子載荷量分別為0.966、0.920和0.832，反映的主要是理化指標(biāo)與無(wú)機(jī)陰離子[7]污染狀況，新疆本屬于高氟地區(qū)[8]，水中氟化物受本底影響顯著。

第二主成分F2的貢獻(xiàn)率22.902%，關(guān)聯(lián)的主要是化學(xué)需氧量、五日生化需氧量和鎘，因子載荷量分別為0.902、0.894和0.885，反映的主要是營(yíng)養(yǎng)鹽及有機(jī)污染指標(biāo)[7]及金屬類指標(biāo)污染狀況。烏魯木齊河上游沿岸附近農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用有機(jī)肥料，以及部分有機(jī)農(nóng)藥和化肥隨降雨徑流入河中，農(nóng)業(yè)面源污染依然存在。

第三主成分F3貢獻(xiàn)率18.519%，關(guān)聯(lián)的主要是硫酸鹽和氯化物，因子載荷量分別為0.955和0.771，反映的是鹽分指標(biāo)[7]污染狀況。烏魯木齊市原生土壤普遍含鹽，加之地下徑流和鹽分缺乏出路，而且氣候干旱、降雨少、蒸發(fā)強(qiáng)烈，在地質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行著強(qiáng)烈的積鹽過(guò)程，受儲(chǔ)水介質(zhì)及當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響，烏魯木齊河水長(zhǎng)期接觸這種化學(xué)性質(zhì)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的過(guò)程中溶進(jìn)了上述溶解鹽類[9～10]。

第四主成分F4貢獻(xiàn)率17.914%，關(guān)聯(lián)的主要是銅和鋅，因子載荷量分別為0.869和0.790，反映的是金屬類指標(biāo)[7]污染狀況。

表6 水質(zhì)指標(biāo)主成分得分系數(shù)矩陣

結(jié)合《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法(試行)》(環(huán)辦〔2011〕22號(hào))，扣除烏魯木齊河灌區(qū)水質(zhì)本底影響指標(biāo)無(wú)機(jī)陰離子氟化物、鹽分指標(biāo)硫酸鹽和氯化物，由指標(biāo)排名確定烏魯木齊河灌區(qū)主要控制指標(biāo)為營(yíng)養(yǎng)鹽及有機(jī)污染指標(biāo)的高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量和五日生化需氧量，這三項(xiàng)指標(biāo)都是用來(lái)反映水中有機(jī)污染程度的重要水質(zhì)指標(biāo)。由于分析測(cè)試中所利用的氧化劑的氧化強(qiáng)度不同，三者所反映的污染物成分不同[11]。高錳酸鹽指數(shù)反映了水中部分有機(jī)物及還原性無(wú)機(jī)物污染的程度，化學(xué)需氧量反映了水中能被強(qiáng)氧化劑氧化的物質(zhì)(各種有機(jī)物、亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等，但以有機(jī)物為主)的污染程度，五日生化需氧量則反映了水中可被微生物氧化分解的有機(jī)物質(zhì)污染的程度。

結(jié)合2019～2021年烏魯木齊河英雄橋斷面常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，按枯水期(1、2、3、11、12月)、平水期(4、5、9、10月)和豐水期(6、7、8月)進(jìn)行河流水期分類，不同水期三種指標(biāo)濃度變化趨勢(shì)分布詳見(jiàn)圖1。由圖1所示，2019～2021年，化學(xué)需氧量濃度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他污染指標(biāo)濃度，化學(xué)需氧量濃度2020年呈小幅升高趨勢(shì)，2021年又有所下降；各年份各水期污染物濃度排序基本為枯水期>平水期>豐水期。主要污染指標(biāo)水期變化特征與河流年徑流量存在一定的關(guān)聯(lián)，烏魯木齊河年徑流量變化主要受降水的影響，烏魯木齊河上游出山口徑流的年際變化相對(duì)穩(wěn)定，但年內(nèi)分配極不平衡，其中夏季徑流量最大，其他各月徑流量只占全年不到40%[12]。因此，處于夏季的豐水期因徑流量大引起污染物的稀釋，豐水期濃度低于其他各水期，枯水期徑流量最小，污染物富集后濃度高于其他各水期。

金兵[13]對(duì)烏魯木齊河上、中、下游水質(zhì)進(jìn)行綜合研究表明，化學(xué)需氧量等營(yíng)養(yǎng)鹽類有機(jī)污染物是主要污染源，與本文研究結(jié)論保持一致，烏魯木齊河上游的工業(yè)活動(dòng)、生活污水排放、水土流失是造成河道污染的主要原因[4]。

5 結(jié)果和討論

5.1 主要結(jié)論

2019～2021年灌溉期，烏魯木齊市農(nóng)田灌溉水質(zhì)原有控制項(xiàng)目按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)，除2019年灌溉期達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值要求外，2020～2021年灌溉期全部達(dá)到Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)限值要求，水質(zhì)狀況全部為優(yōu)，均屬于“清潔”等級(jí)。按照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084-2021)，參與評(píng)價(jià)的基本和選擇控制項(xiàng)目全部達(dá)到旱地作物標(biāo)準(zhǔn)限值要求，均屬于“清潔”等級(jí)。

2019～2021年灌溉期，以灌溉水源烏魯木齊河的河水作為補(bǔ)給水源的地表飲用水源地(五、八水廠)的8項(xiàng)有毒污染控制項(xiàng)目總檢出率14.0%，檢出率最高的是甲苯，達(dá)到66.7%，其次是二甲苯、氯苯、1，2-二氯苯和1，4-二氯苯，檢出率均為16.7%，檢出濃度均未超過(guò)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)特定項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值和《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084-2021)旱地作物選擇控制項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值要求，其余項(xiàng)目均未檢出。

圖1 2019～2020年枯、平、豐水期烏魯木齊河灌區(qū)主要污染指標(biāo)濃度變化趨勢(shì)

選取反映烏魯木齊河灌區(qū)水體狀況電導(dǎo)率、化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、硫酸鹽、氯化物、氟化物、銅、鋅、鎘、鉛等11項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，將水質(zhì)參數(shù)概括為4個(gè)主成分：理化指標(biāo)與無(wú)機(jī)陰離子、營(yíng)養(yǎng)鹽及有機(jī)污染指標(biāo)、鹽分指標(biāo)和金屬類指標(biāo)。結(jié)合《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法(試行)》(環(huán)辦〔2011〕22號(hào))，扣除烏魯木齊河灌區(qū)水質(zhì)本底影響指標(biāo)無(wú)機(jī)陰離子氟化物、鹽分指標(biāo)硫酸鹽和氯化物，由指標(biāo)排名確定烏魯木齊河灌區(qū)主要控制指標(biāo)為營(yíng)養(yǎng)鹽及有機(jī)污染指標(biāo)的高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量和五日生化需氧量。2019～2021年，三種污染指標(biāo)化學(xué)需氧量濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他指標(biāo)濃度，視為衡量水中有機(jī)物質(zhì)含量多少及水體受污染嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)。這三種污染物各年份各水期濃度排序基本為枯水期>平水期>豐水期，主要污染指標(biāo)水期變化特征與河流年徑流量存在一定的關(guān)聯(lián)。

5.2 取得的成效及對(duì)策建議

5.2.1推進(jìn)河長(zhǎng)制進(jìn)一步見(jiàn)效

近年來(lái)，烏魯木齊市全面落實(shí)各級(jí)河長(zhǎng)巡河制度，河長(zhǎng)制由全面建立向全面見(jiàn)效轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量聯(lián)防聯(lián)控，推進(jìn)河道水域水質(zhì)改善，保證水體安全。與此同時(shí)，印發(fā)了《水資源三條紅線調(diào)控實(shí)施方案》，將水功能區(qū)目標(biāo)責(zé)任按照屬地管理原則下達(dá)至各區(qū)(縣)政府，并實(shí)施考核。同時(shí)以加強(qiáng)入河排污口管理及河道整治為抓手，按照《入河排污口監(jiān)督管理辦法》相關(guān)要求，市行政主管部門(mén)進(jìn)行監(jiān)督監(jiān)查，督促各區(qū)(縣)履行主體責(zé)任，落實(shí)入河排污口整治工作，并結(jié)合河長(zhǎng)制加大對(duì)河湖的巡查力度，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)督促整改。

今后要嚴(yán)格按照《水污染防治法》的相關(guān)要求，進(jìn)一步推進(jìn)河長(zhǎng)制從建立到見(jiàn)效轉(zhuǎn)變。按照保護(hù)水資源、防治水污染、改善水環(huán)境、修復(fù)水生態(tài)的工作任務(wù)，各級(jí)各段河長(zhǎng)按“分級(jí)負(fù)責(zé)、屬地管理”的原則履行好烏魯木齊河管護(hù)的主體責(zé)任，實(shí)施責(zé)任明確、分級(jí)管理、監(jiān)管嚴(yán)格、保護(hù)有力的烏魯木齊河管理保護(hù)機(jī)制，形成河道、水域“管”“治”“保”一體化的綜合防治與監(jiān)管格局，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量聯(lián)防聯(lián)控，保障烏魯木齊河灌區(qū)健康。

5.2.2進(jìn)一步加強(qiáng)農(nóng)業(yè)污染防治

推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)污染治理，將畜禽養(yǎng)殖種類、數(shù)量、廢棄物生產(chǎn)、綜合利用和污染物等排放情況納入臺(tái)賬管理，規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)配套建設(shè)糞污處理設(shè)施配套比例確保達(dá)到95%以上。在鞏固禁養(yǎng)區(qū)內(nèi)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)(小區(qū))關(guān)閉或搬遷成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)禁養(yǎng)區(qū)監(jiān)督檢查，杜絕在禁養(yǎng)區(qū)建設(shè)新的養(yǎng)殖企業(yè)。繼續(xù)大力示范推廣測(cè)土配方技術(shù)、水肥一體化技術(shù)，開(kāi)展病蟲(chóng)害綠色防控工作，采取生物防治、科學(xué)施藥等防控技術(shù)，減少化肥和農(nóng)藥使用量，提高農(nóng)藥化肥的利用率，降低對(duì)土壤的污染風(fēng)險(xiǎn)以及隨降水徑流入河的風(fēng)險(xiǎn)，控制農(nóng)業(yè)面源污染，從而有效控制有機(jī)污染指標(biāo)的入河排放量。

5.2.3持續(xù)開(kāi)展農(nóng)田灌溉水質(zhì)監(jiān)測(cè)

開(kāi)展農(nóng)田灌溉水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作，將為加強(qiáng)全市農(nóng)田灌溉水質(zhì)管理，防止土壤、地下水和農(nóng)產(chǎn)品污染，保持灌溉水質(zhì)良好質(zhì)量，為推進(jìn)農(nóng)業(yè)面源污染防治提供數(shù)據(jù)支撐，并對(duì)保障人體健康、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。今后，要嚴(yán)格按照《土壤污染防治法》的相關(guān)要求，持續(xù)加強(qiáng)農(nóng)田灌溉水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理工作。以烏魯木齊河灌區(qū)作為補(bǔ)給水源的地表飲用水源地的有毒污染控制項(xiàng)目檢出濃度雖然沒(méi)有超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值的要求，卻反映出地表水源地存在一定程度的有機(jī)物污染風(fēng)險(xiǎn)，尤其要對(duì)近年來(lái)檢出率過(guò)高且屬于中國(guó)和美國(guó)環(huán)保局“水中優(yōu)先控制污染物黑名單”的特定項(xiàng)目“甲苯”進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控、進(jìn)一步研究以確定其來(lái)源，從而提出有針對(duì)性的防控措施。