2014年～2019年烏魯木齊河上游水體礦化度的時空格局

蔣 煥，冷冰冰，呂湘芳

（烏魯木齊市環境監測中心站，新疆 烏魯木齊 830000）

礦化度是指以化學方法測量水樣中需要被氧化的還原性物質的量［1-2]。礦化度被視為衡量水中有機物質含量多少及水體受污染嚴重程度的重要指標，其值越大表明水體受有機物的污染越嚴重，反之則受污染較輕［2-3]。對于以積雪融水為主要補給的干旱區內流河而言，河水礦化度尤其是上游水體礦化度，是評價水質優劣的重要依據。烏魯木齊河發源于天山中段烏魯木齊河源1 號冰川，全長214 km，流域總面積約5000 km2［4]。該河多年平均徑流量為2.44×108m3，是烏魯木齊市居民生產生活及工農業生產的主要水源地之一［5-6]。隨著烏魯木齊城市化加快及工農業生產的發展，水體污染尤其是水源污染更會加劇［7]。因此，開展水體質量的長期有效監測，及時控制并有效降低水環境污染已成為當前解決水資源矛盾的重要前提。為了解烏魯木齊河上游水體礦化度的時空動態特征，對3 個水質監測斷面開展連續6年（2014年～2019年）的長期監測，分析烏魯木齊河上游水質特點及其時間變異格局。

1 研究方法

1.1 水樣采集與指標測定

以烏魯木齊河上游青年渠（上游下段）、英雄橋（上游中段）和躍進橋（上游上段）3 個水質監測斷面為調查取樣點，每月上旬開展水體取樣工作。樣品帶回烏魯木齊市環境監測中心站實驗室測定。本研究以105℃將水蒸干所得的干涸殘余物總量來表征總礦化度［8-9]。

1.2 數據統計分析

分別統計比較不同年份烏魯木齊河上游水體礦化度的月變化及不同監測斷面水體礦化度的月變化，繪制變化曲線，計算變異系數（CV＜25%為弱變異，25%＜CV＜75%為中等變異，CV＞75%為強變異）；對水體礦化度的年際變化、各年份水體礦化度等進行One-way ANOVA 分析，使用Duncan 法進行多重比較（α=0.05 水平）。常規數據分析和作圖在Excel 2010 軟件中完成（圖中數據用平均值±標準誤差表示），方差分析在SPSS 19.0 中實現。

2 結果與分析

2.1 烏魯木齊河上游不同年份水體礦化度的月變化特征

由圖1 可以看出，2014年～2019年烏魯木齊河上游各年間礦化度的月平均值分別為213.9 mg/L、213.2 mg/L、225 mg/L、213 mg/L、221 mg/L 和218 mg/L。各年份礦化度均具有明顯的月變化特征，且總體變化趨勢相近，即從年初逐漸降低，至7月和8月表現出最低值，隨后逐漸上升。礦化度逐年變異系數（CV）分別為26.4%、25.1%、37.9%、29.1%、20.3%和21.7%。由此可見，除2018 和2019年礦化度月均值的CV在25%以下外（屬于弱變異），其余4年均屬于中等變異。由各月份和各年份礦化度值來看，烏魯木齊河上游水體屬于低礦化度水（100 mg/L～300 mg/L）。

圖1 不同年份烏魯木齊河上游水體礦化度的月變化

2.2 烏魯木齊河上游不同監測斷面水體礦化度的月變化特征

將每個監測斷面每個月份6年的礦化度值進行平均化后發現（圖2），3 個監測斷面（下段青年渠、中段英雄橋和上段躍進橋）礦化度幾乎具有完全一致的月變化趨勢，均表現為1月～8月逐漸下降，7月和8月最低，隨后波動性上升。可以發現，礦化度高的月份為冷季，而最低值位于夏季7月和8月。從變異系數來看，3 個監測斷面（青年渠、英雄橋和躍進橋）礦化度均屬于弱變異，其CV分別為17.7%、17.5%和19.8%。

圖2 烏魯木齊河上游不同監測斷面水體礦化度的月變化

2.3 烏魯木齊河上游水體礦化度在不同年份和監測斷面間的差異性

對各監測斷面不同年份間礦化度進行方差分析（圖3）表明，青年渠和躍進橋各年平均礦化度范圍分別在215 mg/L～259 mg/L 和161 mg/L～189 mg/L，各年份之間均無顯著差異。英雄橋2014年礦化度（163 mg/L）顯著低于2017年～2019年（225 mg/L～235 mg/L）。但是，將3 個監測斷面同月數據合并計算（求平均值）可知（圖4），2014年～2019年烏魯木齊河上游平均礦化度均無顯著差異（均在198 mg/L～224 mg/L 之間），體現上游水體礦化度一定的年際穩定性。

圖3 烏魯木齊河上游各監測斷面水體礦化度的年際差異

對烏魯木齊河上游3 個監測斷面水體礦化度綜合分析（圖4）表明，上段躍進橋、中段英雄橋和下段青年渠水體礦化度分別為176.6 mg/L、209 mg/L 和240 mg/L，呈現出顯著增加趨勢。隨著河水逐漸往下游流動，其水體礦化度呈顯著增加趨勢。盡管如此，青年渠和英雄橋礦化度平均值均在100 mg/L～300 mg/L的范圍內，屬于低礦化度水。

圖4 烏魯木齊河上游水體礦化度在不同監測斷面和年際間的總體差異性

3 結論

全國地表水礦化度變幅在11 mg/L～10100 mg/L 之間，其中＜100 mg/L 為極低礦化度水，100 mg/L～300 mg/L 為低礦化度水，300 mg/L～500 mg/L 為中等礦化度水，500 mg/L～1000 mg/L為較高礦化度水，＞1000 mg/L 為高礦化度水［10]。按照這個標準，烏魯木齊河上游3 個監測斷面多年月平均礦化度為240 mg/L、209 mg/L 和181 mg/L，各月變幅在78 mg/L～348 mg/L 之間，總體屬于低礦化度水。

諸多研究表明，地表水的水質通常具有明顯的時間變化，包括月變化、季節變化和年際變化［11]。烏魯木齊河徑流年內分配不均勻，呈顯著的季節變化，而徑流量的年際變化不明顯［12-13]。本研究也發現，2014年～2019年烏魯木齊河上游水體礦化度呈現與徑流量相似的變化特征（即年內波動，年間穩定）［13]。

從月變化特征來講，均表現為從1月逐漸下降，至7月、8月達到最低值，隨后呈現波動性上升。我們推測，呈現這種變化趨勢在很大程度上與夏季徑流量大引起的稀釋效應有關。相關性分析和灰色關聯度分析表明，烏魯木齊河年徑流量變化主要受降水的影響［5]，上游出山口徑流的年際變化相對穩定，但年內分配極不平衡，其中夏季徑流量最大，約占全年的60%［14]。由此看來，隨著4月溫度上升，積雪逐漸融化，提高了河流水量，進而使水體礦化度降低；到了7月、8月，山區降水也越來越多，水流量進一步提升，進一步降低了礦化度。這種夏季降水導致各類河流徑流量增大是天山地區的普遍現象，但往往不利于水資源利用［15]。

水體礦化度的時間動態受多種環境因素影響。對博斯騰湖的研究發現，近50年來博斯騰湖湖水污染和富營養化程度逐年加劇，湖體礦化度經歷了“好→中→差→中”4 個階段，已由淡水湖泊演變為微咸湖［8，16]。自1958年以來的監測數據表明，湖水礦化度與水位、降水量、氣溫、徑流量等呈極顯著相關，受自然因素（如水位、降水、氣溫升高導致的冰川融化加大、徑流量等）和人類活動（如農業活動等）的共同影響［8，17]。可見，同為中亞內陸干旱區的烏魯木齊河，其上游水體礦化度也必然受到上述環境因子的強烈影響，這也在一定程度上解釋了水體礦化度顯著的月變化特征和個別斷面（英雄橋）水體礦化度逐年增加的趨勢。

本研究還發現，從上游上段躍進橋、中段英雄橋至下段青年渠，水體礦化度呈顯著增加趨勢，具明顯的空間異質性。前人對烏魯木齊河上、中、下游水質綜合研究表明，工業活動、生活污水排放、水土流失等是造成下游河道污染的主要原因［18]。作為干旱區一條內陸河，烏魯木齊河承載了流域內的自然環境和人類社會發展的需水量；在面對不確定的氣候變化和潛在污染的情況下，環境保護監測部門應加強上游水質監測，可為指導烏魯木齊河水資源可持續利用提供保障。