青海長江源區(qū)2005-2012年地表水水質狀況及變化趨勢分析

青海長江源區(qū)2005—2012年地表水水質狀況及變化趨勢分析

魯子豫,馬燕,李志強,李建瑩,李生壽,祁佳麗

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

摘要：利用2005—2012年青海長江源區(qū)地表徑流7個監(jiān)測斷面連續(xù)8年的地表水監(jiān)測數(shù)據(jù),分析長江源區(qū)地表水水質狀況及變化趨勢。結果表明:青海長江源區(qū)各監(jiān)測斷面Ⅰ～Ⅲ類水質比例為100%,區(qū)域地表水水質狀況整體為優(yōu),水質為一級清潔;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。

關鍵詞：地表水;水質;變化趨勢;長江源區(qū);青海省

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2015.03.010

基金項目:青海省科技廳科技促進新農(nóng)村計劃(2013-N-534)

作者簡介:魯子豫(1983—),男,工程師,從事生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價工作。E-mail:lzy83202@163.com

中圖分類號：X820.2文獻標志碼：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

青海長江源作為中國“母親河”長江的源頭,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km2,占長江流域總面積的8%[1-3]。

三江源區(qū)被譽為“中華水塔”,青海長江源作為三江源區(qū)的組成部分,其主要功能是為長江中、下游地區(qū)輸送優(yōu)質的水資源[4],因此源區(qū)地表水水質狀況對長江中、下游地區(qū)水資源的可持續(xù)利用具有重要意義。文獻[1-8]對長江源區(qū)地表水環(huán)境狀況進行了相關研究,但采用的監(jiān)測數(shù)據(jù)時間序列較短,且均為時間較早的監(jiān)測數(shù)據(jù),而近幾年未見到關于青海長江源區(qū)地表水水質狀況的研究及相關報道。本文采用2005—2012年連續(xù)8年的地表水水質監(jiān)測數(shù)據(jù),以單因子評價法、內梅羅綜合污染指數(shù)法和秩系數(shù)相關法對長江源區(qū)地表水質狀況、主要污染因子變化趨勢和區(qū)域內地表水水質狀況變化趨勢進行分析,旨在清晰地反映青海長江源區(qū)地表水水質狀況及變化趨勢,為政府管理和制定流域水質保護、水權交易和生態(tài)補償相關政策提供理論依據(jù)。

1數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1斷面選擇

地表水水質監(jiān)測斷面根據(jù)長江源區(qū)地表水水系分布情況,在主要河流的干流及一級支流選取7個地表水水質監(jiān)測斷面,詳見表1和圖1。

表1　長江源區(qū)地表水水質監(jiān)測斷面信息

圖1　長江源區(qū)地表水水質監(jiān)測斷面示意圖

1.2數(shù)據(jù)來源

本文所采用的水質數(shù)據(jù)來源于“青海三江源自然保護區(qū)生態(tài)保護和建設工程生態(tài)監(jiān)測項目”2005—2010年年度環(huán)境質量監(jiān)測分析報告和“青海省重點生態(tài)功能區(qū)縣域生態(tài)環(huán)境質量監(jiān)測與評價項目”2011年和2012年監(jiān)測分析報告,均由青海省環(huán)保廳“青海省生態(tài)監(jiān)測綜合技術組”提供。水質數(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。

1.3水質狀況評價分析方法

流域水質評價[9]采用監(jiān)測斷面水質類別比例法,當河流、流域水質監(jiān)測斷面總數(shù)在5個以上時,根據(jù)評價河流中各監(jiān)測斷面水質類別數(shù)占流域所有評價斷面總數(shù)的百分比來定性評價其水質狀況: Ⅰ～Ⅲ類水質比例≥90%時,水質狀況為優(yōu)秀;75%≤Ⅰ～Ⅲ類水質比例<90%時,水質狀況為良好;Ⅰ～Ⅲ類水質比例≥75%,劣Ⅴ類水質比例<20%時,水質狀況為輕度污染;Ⅰ～Ⅲ類水質比例<75%,20%≤劣Ⅴ類水質比例<40%,水質狀況為中度污染;Ⅰ～Ⅲ類水質比例<60%,且劣Ⅴ類水質比例≥40%,水質狀況為重度污染。

各監(jiān)測斷面水質狀況及主要污染因子變化趨勢評價方法如下:地表水水質評價采用單因子指數(shù)評價法,依據(jù)GB3838—2002《地表水環(huán)境質量標準》對年度每個監(jiān)測斷面的水質類別做出判定,并確定河流水質主要污染因子;河流水質主要污染因子的年際變化趨勢采用內梅羅綜合污染指數(shù)法進行分析;主要污染物年際變化趨勢的顯著性分析采用秩相關系數(shù)法。

1.3.1單因子指數(shù)評價法

單因子指數(shù)評價法[9-11]是將每個監(jiān)測斷面所有污染因子單獨進行評價,計算各水質污染因子的標準指數(shù)。計算公式為

(1)

式中:Si,j為標準指數(shù);Ci,j為評價因子i在j點的實測濃度值;Cs,i為評價因子i的評價標準限值,以地表水Ⅲ類水質為標準。

1.3.2內梅羅綜合污染指數(shù)

內梅羅綜合污染指數(shù)[10]是表示污染因子對環(huán)境污染程度的一種數(shù)量指標。按照每個水質因子的標準指數(shù)Si,j,計算各水質斷面的內梅羅綜合綜合指數(shù)P綜,并對照內梅羅綜合污染指數(shù)分級標準(表2)定量評價污染物年際變化對區(qū)域水質的影響程度。其計算公式如下:

(2)

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

表2　內梅羅綜合污染指數(shù)分級標準

1.3.3秩相關系數(shù)法

秩相關系數(shù)法[9,11]是將各污染因子的實測濃度值與時間序列建立聯(lián)系,衡量污染狀況變化趨勢在統(tǒng)計上有無顯著性意義,同時定量分析污染變化趨勢的方法。計算公式為

(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,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；Yi為按監(jiān)測年度排列的序號，即2005—2012年按照監(jiān)測年度排列為1，2，…，8。

表3　2005—2012年長江源區(qū)地表水水質監(jiān)測結果

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

如果rj是負值,表明水質狀況有轉好趨勢,水質污染呈下降趨勢;如果rj是正值,則表明水質狀況有惡化趨勢,水質污染呈上升趨勢。將秩相關系數(shù)rj的絕對值同spearman秩相關系數(shù)統(tǒng)計表中的臨界值Wp進行比較,如果rj>Wp則表明水質變化趨勢具有顯著意義。

2分析與討論

2.1監(jiān)測結果

通過對長江源區(qū)各斷面地表水進行分析,結果表明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項水質污染因子均未檢出;按照《地表水環(huán)境質量評價辦法(試行)》[9], TN不參與河流水質評價,其余指標2005—2012年監(jiān)測結果見表3。

2.2流域水質狀況

2005—2012年7個地表水監(jiān)測斷面水質均符合GB3838—2002《地表水環(huán)境質量標準》Ⅲ類水質標準,各監(jiān)測斷面Ⅰ～Ⅲ類水質比例為100%(表4),對照流域水質定性評價分級表,可知青海長江源區(qū)地表水水質狀況整體為優(yōu)。

表4　長江源區(qū)2005—2012年各監(jiān)測斷面水質類別評價

為進一步說明2005—2012年地表水水質狀況及污染因子變化情況,對7個監(jiān)測斷面CODMn、COD、NH3-N、TP和氟化物質量濃度對水質的影響進行年際對比。由圖2可以看出,2005—2012年各類污染因子濃度表現(xiàn)為無規(guī)律的上下波動性,主要表現(xiàn)為:CODMn質量濃度在楚瑪爾河大橋、扎曲河稱多和布曲河雁石坪3個斷面在Ⅰ～Ⅱ類水質標準范圍內浮動,其余監(jiān)測斷面水質穩(wěn)定在Ⅰ類水質范圍;COD質量濃度2005年和2006年在部分斷面出現(xiàn)Ⅱ類水質,2007年起7個斷面均保持在Ⅰ類水質;NH3-N質量濃度2006年在通天河大橋斷面出現(xiàn)Ⅲ類水質,其他斷面保持在Ⅰ～Ⅱ水質范圍內;TP質量濃度從2006年起基本穩(wěn)定在Ⅱ類水質范圍內;氟化物質量濃度處于穩(wěn)定狀態(tài)維持在Ⅰ類水質范圍內。由于7個監(jiān)測斷面所屬區(qū)域的水功能區(qū)劃目標均為Ⅰ類,因此近幾年區(qū)域內地表水主要污染因子為CODMn、COD、NH3-N、TP。

圖2　2005—2012年各種污染物質量濃度年際對比

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

通過計算，從表5得知，區(qū)域內地表水綜合污染2005年為最高值,2005—2007年水質逐年改善。2008年綜合污染指數(shù)雖然呈現(xiàn)上升趨勢,但低于2006年數(shù)值,2009—2012年綜合污染指數(shù)相對2008年明顯下降,但呈現(xiàn)逐年極小幅度的上升趨勢。2005—2012年區(qū)域地表水水質內梅羅綜合污染指數(shù)在0.21～0.55之間,按照內梅羅指數(shù)水質分級評價表的分級標準,整個流域各年度的綜合污染指數(shù)均小于0.7,水質屬于一級清潔。

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

2005—2012年長江源區(qū)地表水中綜合污染指數(shù)在一級清潔的范圍內呈現(xiàn)出無規(guī)律的上下波動,表明雖然青海長江源區(qū)地表水水質變化受自然影響較大,但由于地處長江上游,且經(jīng)濟發(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[8],水質保持相對穩(wěn)定狀態(tài)。

通過秩相關系數(shù)法分析2005—2012年長江流域污染物變化趨勢(表6),可以看出7個監(jiān)測斷面的地表水中,除布曲河雁石坪斷面的CODMn質量濃度、通天河大橋斷面的NH3-N質量濃度和扎曲河稱多斷面的NH3-N質量濃度沒有下降趨勢外,其余各斷面的CODMn、NH3-N、TP質量濃度均呈下降趨勢,其中多數(shù)斷面的污染下降趨勢顯著。

表6　2005—2012年長江源區(qū)各斷面污染物秩相關系數(shù)

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

3結論

通過分析2005—2012年青海長江源區(qū)7個監(jiān)測斷面連續(xù)8年的地表水監(jiān)測數(shù)據(jù)，得出2005—2012年長江源區(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項水質污染因子均未檢出;2005—2012年長江源區(qū)地表水Ⅰ~Ⅲ類水質比例為100%,各監(jiān)測斷面水質為“優(yōu)”,區(qū)域地表水水質整體保持一級清潔;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)測綜合技術組”為本項目的研究提供了連續(xù)8年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在此表示衷心感謝。

參考文獻：

[1] 傅德黔,王曉慧,劉京,等.長江河源水環(huán)境背景值調查及分析[J].中國環(huán)境監(jiān)測,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,舒儉民.長江河源水環(huán)境理化特征分析[J].中國環(huán)境監(jiān)測,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.長江上游地區(qū)生態(tài)與環(huán)境問題[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,2008.

[4] 齊冬梅,張順謙,李躍清.長江源區(qū)氣候及水資源變化特征研究進展[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[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,1992.

[6] 石麗娜,趙旭東,倪天茹,等.青海省三江源黃河源區(qū)地表水水質狀況[J].貴州農(nóng)業(yè)科學,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.三江源長江地表水水環(huán)境現(xiàn)狀評價[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.長江流域地表水水質區(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號文件[S] 地表水環(huán)境質量評價辦法(試行),2011.

[10] 侯佳辛．基于內梅羅污染指數(shù)法的區(qū)域水環(huán)境評價[J]．內蒙古水利，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年來瑪納斯河水質評價及趨勢分析[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學，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.長江源區(qū)和黃河源區(qū)降水量變化分析[J].水資源保護,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))