赤水河流域水環境現狀及水質評價

閔文武，黃福江，王 偉

(1.遵義師范學院 赤水河流域環境保護與山地農業發展協同創新中心，貴州 遵義 563006；2.貴州省農業科學院 水產研究所，貴州 貴陽 550025)

赤水河是長江上游右岸唯一沒有梯級水庫的重要一級支流，發源于云南省鎮雄縣，位于川、滇、黔三省接壤地區，流經鎮雄、敘永、畢節、仁懷、赤水等地，至四川省合江縣匯入長江，全長444.5 km，流域面積2.04萬km2[1]。赤水河是長江上游珍惜特有魚類國家級自然保護區的重要組成部分[2]。赤水河的水生態環境對茅臺等白酒企業發展、河流水生生物多樣性保護和長江經濟帶戰略實施具有十分重要的作用[3-5]，因此，不同學者對赤水河水生態環境進行了大量的研究，研究對象涉及魚類[6-8]、底棲生物[9-11]、浮游生物[12-13]、菌群[14]等。為赤水河的水生態環境管理和水生生物資源保護提供了大量的基礎參考數據。

水質評價是環境治理與監控中的一項重要的基礎工作，通過水質監測，對水質做出合理評價，對流域治理和規劃具有重要作用[15]。多年來，學者們對赤水河水質現狀調查與評價開展了大量工作[16-19]，但他們的研究通常只局限在部分區域或某一季節，未實現全覆蓋。本文根據2018年9月(秋季)、2019年4月(春季)、7月(夏季)和12月(冬季)共4次的全流域監測數據，分析赤水河水質現狀及河流健康狀況，為赤水河水環境治理和生物多樣性保護提供依據。

1 材料與方法

1.1 采樣斷面分布

赤水河流域處于云貴高原向四川盆地傾斜的斜坡面，地勢西南高而東北低，高程200～1890 m，平均比降0.491%，河段落差1181.4 m，茅臺以上為上游，茅臺至丙安為中游，丙安以下為下游。主要支流包括二道河、習水河、古藺河、大同河、桐梓河和同民河。本研究設置11個調查采樣斷面，其中赤水河干流7個、支流4個，C2位于大同河，C4位于習水河，C6位于古藺河，C8位于桐梓河，采樣斷面分布如圖1所示。

圖1 采樣斷面分布圖

1.2 水樣采集與測定

本文測定的水體理化指標有水溫(WT)、pH值、流速、電導率(EC)、溶解氧含量(DO)、總氮(TN)、總磷(TP)和懸浮物(SS)，現場用溫度計測定WT，用便攜式水質分析儀(HachiHQ30d)測定pH值、EC和DO值，用流速儀(Global water FP211)測定流速，采集水樣12 h內送回實驗室，按照《水和廢水監測分析方法》(國家環境保護總局，2002b)測定TN、TP和SS。

1.3 數據分析與處理

依據國家標準[20]結合監測的DO、TN和TP判定各指標下赤水河水質類別。除pH值外，所有數據經lg(x+1)轉換，采用獨立樣本t檢驗分析不同季節水環境指標的差異性。運用水質綜合標識指數(Iwq)計算及水質評價方法見文獻[15,21]。

運用SPSS 19.0分析水體指標的季節變化差異，數據統計和運算在Excel 2007上完成，采樣斷面分布圖在Arcmap 20.0上完成。

2 結果與分析

2.1 赤水河的水質現狀

赤水河四季水質參數均值如表1所示，赤水河WT平均值為20.03 ℃，其中春季21.18 ℃、夏季27.78 ℃、秋季17.64 ℃、冬季13.50 ℃。pH值變化范圍為7.93～8.35，平均值8.09，呈弱堿性；流速平均值為0.32 m/s；EC平均值396.88 μs/cm；DO變化范圍為8.25～9.84 mg/L，平均值9.19 mg/L；TN變化范圍為2.12～3.53 mg/L，平均值2.66 mg/L；TP變化范圍為0.04～0.05 mg/L，平均值0.05 mg/L；SS變化范圍為10.64～12.73 mg/L，平均值11.62 mg/L。

表1 赤水河流域四季水質參數均值

赤水河流域水體DO全部達到Ⅰ類水質標準；TP在春季的C3、C7和秋季的C6為Ⅲ類水質，其余各季節各斷面均為Ⅱ類水質；TN在春季和秋季的C2均為Ⅳ類水質，在春季的C3、C4、C6，秋季的C4以及冬季的C1、C2、C4、C5、C9均為Ⅴ類水質，其余斷面均低于Ⅴ類水質。

2.2 水質指標的時空分布特征

由赤水河水質季節差異(圖2)可知，流域WT呈現明顯的季節性變化，WT四季差異顯著(P<0.05)，春、夏季顯著高于秋、冬季(P<0.01)；pH值呈中性至弱堿性，四季變化差異不顯著(P>0.05)；秋、冬季流速低于春、夏季，秋季流速顯著低于其他三季(P<0.05)，春、夏、冬季流速差異不顯著(P>0.05)；春、冬季EC高于夏、秋季，但季節差異不顯著(P>0.05)；春、冬季DO顯著高于夏、秋季(P<0.05)，春季和冬季DO差異不顯著(P=0.11)，夏季和秋季DO差異不顯著(P=0.99)；春、夏、秋季TN差異顯著(P<0.05)，秋季TN高于春、夏、冬季；水體TP和SS季節差異不顯著(P>0.05)。

圖2 赤水河流域水環境因子季節差異

從各斷面水質指標的空間分布分析，春季C2斷面的pH值、EC、DO和TN均是最低的，而C8的pH值、DO和SS含量最高，pH值表現為從流域上游至下游逐漸降低的趨勢。C6的EC最大，為709 μs/cm，C2最小，為106 μs/cm；除C2、C3、C4和C6的TN小于2.0 mg/L外，其余的TN均大于2.0 mg/L；C3和C8的TP值均為0.12，為Ⅱ類水質，其余均為Ⅰ類水質。

夏季pH值表現為支流大于干流，呈現從上游至下游逐漸降低的趨勢；DO呈現從上游至下游逐漸降低的趨勢，最大值位于C11，為10.35 mg/L，最小值位于C6，為7.3 mg/L；TN含量均大于2.0 mg/L。

秋季C8的WT和pH值最高，分別為20.9 ℃和9.81；pH值表現為上游斷面大于下游斷面，C6的EC和TP最高，分別為556 μs/cm和1.0 mg/L，C11的DO含量最高，為9.02 mg/L，支流斷面的TN小于干流斷面，SS表現為從上游至下游逐漸升高的趨勢。

冬季同樣以C6的EC最高，為666 μs/cm，DO和TN表現為從上游至下游逐漸降低的趨勢，干流TN大于支流，SS呈現從上游至下游逐漸升高的趨勢。

2.3 水質的綜合評價

根據測定的DO、TN和TP計算赤水河流域Iwq，根據Iwq的整數位和小數點后第1位X1.X2可以判定綜合水質級別，判定標準如表2所示。

表2 基于綜合水質標識指數的綜合水質判定標準

根據表2的判定標準，赤水河流域Iwq和水質級別見表3所示，春季Iwq平均值為3.112，最高位于C7，為3.821，最低位于C2，為2.510，C2、C4、C6、C8和C10的水質級別為Ⅱ類，其余斷面均為Ⅲ類。夏季Iwq平均值為3.320，最高位于C6，為3.711，最低位于C10、C11，均為2.810，位于上游的C9、C10、C11的水質級別為Ⅱ類，其余斷面為Ⅲ類。秋季Iwq平均值為3.493，最高位于C7，為3.911，最低位于C2，為2.710，僅C2的水質級別為Ⅱ類，其余斷面均為Ⅲ類。冬季Iwq平均值為3.493，最高位于C3和C6，均為3.511，最低位于C8，為2.710，C8的水質級別為Ⅱ類，其余均為Ⅲ類。

表3 赤水河綜合水質指標指數及水質級別判定

綜合分析顯示，赤水河流域水質表現為春、夏季優于秋、冬季，春季支流斷面水質優于干流斷面，夏季河流上游水質優于下游。

2.4 赤水河水質10 a變化趨勢分析

結合本文監測的pH值、DO、TN和TP共4個水質指標，統計了近10 a來部分學者對赤水河流域水質監測結果(圖3)，10 a的pH值平均值為8.16，pH值年際變化差異不顯著，從2010年和2019年的數據顯示，pH值年內變化趨勢為隨月份的增加而逐漸升高。DO平均值為9.33 mg/L，2016年4月的DO(13.95 mg/L)顯著高于其他調查時間，2010年9月的DO最低，為7.81 mg/L。TN平均值為2.52 mg/L，其中2010年平均值為2.45 mg/L，2016年平均值為3.47 mg/L，2019年平均值為2.37 mg/L，均超過地表水Ⅴ類水質標準，2012年12月的調查中TN最低，僅為0.23 mg/L，為Ⅱ類水質標準。TP平均值為0.07，最大值出現在2010年6月，為0.24 mg/L，為Ⅳ類水質標準。2010年9月為0.11 mg/L，為Ⅲ類水質標準，2010年12月～2019年12月，TP一直保持在0.1 mg/L以下，為Ⅱ類水質標準。

圖3 近10 a赤水河流域pH值、DO、TN和TP水質變化情況

3 小結與討論

赤水河流域WT季節變化差異明顯，隨著海拔的降低，WT呈現從上游至下游逐漸升高的趨勢，變化規律與吳湘香等[12]的研究結果相似，WT值高于其2007～2010年的同期研究結果。赤水河地處云貴高原與四川盆地接壤地帶，氣候地域差異較大，上段三岔以上為暖溫帶高原氣候，氣溫稍低，中下游四川盆地丘陵地帶，則具有盆地亞熱帶濕潤氣候的特點，河谷內氣溫較高，地形地貌的差異，導致氣溫隨著改變，從而影響河谷內水體溫度。

赤水河河水流速表現為秋季顯著低于其他3個季節，原因可能是在秋季調查中，C8斷面位于桐梓河下游的金陽電站內，實測流速為0 m/s，因此影響了整個調查季節的平均值。赤水河流域多年平均年降水量800～1200 mm，流域內降水分布不均勻，降水量的高值位于左岸支流大同河上游，年降水量達1200 mm以上，降水量低值位于赤水河中游干流及支流古藺河下游，年降水量為700～800 mm，降水量年內分配不均，5～10月為豐水期，降水量占全年的75%～83%，以6～7月最多，占全年的30%左右，12月至次年1月降水量較少。本研究春、夏季流速高于秋、冬季，主要與春季調查在4月進行，臨近流域豐水期，河流水量大、流速快。

TN是影響赤水河流域水質的主要因素，在冬季表現最為突出。據不完全統計，從2010年至2020年，除了2012年12月的調查中發現TN最低(0.23 mg/L)，其他調查時間內流域TN均超標，這與調查斷面位置、數量，水量變化和人類活動等因素有關。對TP含量近10 a的統計分析顯示，2010年6月至12月，TP呈現明顯的下降趨勢，從0.24 mg/L下降到0.03 mg/L，之后一直保持在0.1 mg/L以下的濃度，說明隨著環保工作的加強，赤水河流域TP濃度得到有效控制。

《貴州省赤水河流域環境保護規劃(2013～2020年)》[22]要求，到2017年，赤水河干流斷面水質全部達到Ⅱ類，主要支流達到Ⅲ類以上，各主要污染指標濃度有效控制；到2020年，干流斷面水質全部穩定達到Ⅱ類，主要支流達到Ⅱ類，重點斷面主要污染物指標濃度明顯降低。本文通過綜合水質標識指數分析赤水河水質現狀，結果顯示，赤水河水質現狀總體表現為Ⅲ類水，少數斷面為Ⅱ類水，空間表現為支流優于干流，上游優于下游。根據監測結果，本文只選取標準中21項指標中的3項進行數據分析，可能會造成水質總體評價結果偏低，與實際情況存在差異的現象。因此，為全面、科學和準確了解赤水河流域水質變化，需要開展進一步更全面的長時間監測，為赤水河水環境管理提供可靠數據。