赤水河流域內貴州仁懷典型站點的水化學特征研究

劉亞曦，張孝延，于 晨＊

（1.茅臺學院，貴州 遵義；2.貴州省酒糟高效利用研究中心，貴州 遵義）

赤水河是長江上游內重要的干流之一，其流域處于云南、貴州和四川三省的交界地帶，棲息著眾多珍稀生物[1]。為保護其珍貴資源，推進建設生態(tài)文明示范區(qū)，貴州省制定了《貴州省深化赤水河流域生態(tài)保護專項行動方案》等相關政策[2]。赤水河-仁懷段總長45 km，其獨特的氣候、地質、土壤、微生物、水質，孕育了多種醬香白酒，包括茅臺酒、國臺酒等，其釀酒用水均取自赤水河-仁懷段[3]。茅臺鎮(zhèn)及鄰近地區(qū)擁有規(guī)模龐大的白酒產業(yè)[4]，因此赤水河仁懷段對該地區(qū)的白酒行業(yè)發(fā)展有至關重要的影響。

本研究聚焦赤水河-仁懷段的水質狀況，進行豐水期河水采樣，針對水化學元素組分的空間特征進行研究，分析目前其水質情況的潛在原因，在一定程度上可為赤水河水質的防治及綜合管理提供依據及建議。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

赤水河仁懷段（茅臺鎮(zhèn)-二合鎮(zhèn)-合馬鎮(zhèn)）處于河谷地帶，地勢低凹，海拔在400 m 左右屬于亞熱帶濕潤溫和型氣候，冬暖、夏熱且少雨少風，年均氣溫17.4 ℃，夏季最高氣溫可達40 ℃。冬季無霜期長，年均無霜期為359 天，溫差小。年降雨量約900 mm。這些氣候特征利于釀造茅臺酒的微生物群的棲息和繁殖。地層由沉積巖組成為紫紅色礫石、細砂巖等。

1.2 采樣點

研究區(qū)為茅臺鎮(zhèn)至合馬鎮(zhèn)河段流域。選取5 個采樣點進行勘察以及后續(xù)樣品的采集與處理。標記H1：1915 廣場采樣點；H2：釀酒人集團下河邊采樣點；H3：二合渡口采樣點；H4：趙家溝河邊采樣點；H5：合馬采樣點，見圖1。

圖1 研究區(qū)采樣點

1.3 采樣及測定方法

2021 年7 月中旬對赤水河仁懷河段進行野外考察及水樣采集。利用HANNA 多參數水質分析儀（HI9829）測得現場pH、氧化還原電位（ORP）、總溶解固體（TDS）和溶解氧（DO）等數值并記錄。所有樣品在現場通過0.22 μm 濾膜過濾。其中用于陽離子和痕量元素分析的水樣采用6 mol/L 的HNO3-酸化至pH<2.0。樣品采集后，低溫密封保存。樣品中的陽離子（Ca2+、Mg2+、Na+等）利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜ICP-AES（ICAP630,Thermo）檢測，陰離子（Cl-、等）采用離子色譜儀（DX-120,Dionex）測定，微量元素（Mn、Fe 等）用電感耦合等離子體質譜ICPMS（750C，Agilent）檢測。儀器的分析精度5.0%。陰陽離子誤差絕對值小于5%。

1.4 水質評價方法

本文根據地表水環(huán)境標準對地表水水質現狀評價規(guī)定及要求，采用單因子指數法和綜合污染指數法[5-7]。

（1）單因子評價法

將測得的指標經過計算，將實測數據與標準值進行比較，以此確定各個指標的水質類別，以最差的指標，來確定該水體的水質類別。其公式為

Pi為第i 個水質指標的單因子評價指數；Ci為第i個水質指標的實測值（mg/L）;C0為第i 個水質指標的評價標準值（mg/L）。

（2）綜合污染指數法

將每個水質指標的實測濃度與評價標準之比作為單個污染指數，再將各單個污染指數相加計算算數平均值，進而求出綜合污染指數，進而判斷該水體類別。其公式為：

P 為水體的綜合污染指數；n 為水質指標的個數。

2 水化學指標空間分布特征

如圖2 所示，研究區(qū)地表水pH 平均值為8.35，在采樣點H3 是達到最低值7.74。此地生活污水排私人酒廠較多，廢水的排放可能導致其pH 下降。地表水DO 平均值為4.33 mg/L，其中最低點在H3 采樣點，為3.64 mg/L，推測由于沿岸農業(yè)活動的化肥使用較多，土壤受雨水的沖刷，順勢流入河流，造成水中有機物含量高，微生物大量繁殖，導致DO 消耗較多。研究區(qū)地表水SO42-濃度由上游到下游先上升再下降，平均值為56.85 mg/L，其中最大值在采樣點H3（58.63 mg/L）。SO42-的產生大多因為巖石風化、大氣酸沉降、城鎮(zhèn)工業(yè)廢水和燃煤燃燒，推測該處的酒廠可能使用燃煤作為能源，SO42-的濃度在集中式生活飲用水地表水源地標準限值范圍內。研究區(qū)地表水Cl-的濃度平均值為7.27 mg/L，最大值在H1 點，為8.63 mg/L。由于Cl-來源巖石的風化、大氣降水的輸入以及人類活動的輸入，推測此處Cl-的來源于人類的活動。研究區(qū)地表水NO3-均值為17.38 mg/L，由上游到下游先下降后上升。最小值在采樣點H3，為16.99 mg/L。NO3-的主要來源工業(yè)活動、汽車尾氣和農業(yè)施肥。由于該沿河公路車流量大、大車較多，推測于農業(yè)施肥、人類活動和汽車尾氣所產生。HCO3-濃度的平均值為112.20 mg/L，其主要來源是喀斯特地區(qū)碳酸巖的的風化。Mn、Fe 的來源主要是受到地球化學作用、成土母質和各種城鎮(zhèn)生活污水排放的共同影響。研究區(qū)地表水Mn 濃度平均值為4.83 μg/L，在H2 最高，為12.14 μg/L。研究區(qū)地表水Fe 最大值在采樣點H2，為68.59 μg/L，平均值為45.12 μg/L。Mn、Fe 的濃度均在集中式生活飲用水地表水源地標準限值范圍內。研究區(qū)地表水TP 濃度平均值為0.45 mg/L，最大值在采樣點 H1(0.89 mg/L)。TP 的來源主要是城鎮(zhèn)的生活污水、農業(yè)化肥污染和禽畜的糞便，可能城鎮(zhèn)的生活污水所導致的。Ca2+、Mg2+、Na+濃度平均值分別為61.45 mg/L、10.54 mg/L 和4.50 mg/L。研究區(qū)地表水ORP 濃度在茅臺鎮(zhèn)-合馬鎮(zhèn)河段的平均值為77.28 mV，EC 濃度在研究區(qū)的平均值為388.00 μm/cm，TDS 濃度的平均值為193.80 ppm。

圖2 研究區(qū)地表水各項水化學指標在上下游的空間變化特征

3 水環(huán)境質量評價

參考我國現行的地表水質量標準為《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838-2002），對該流域河段中選定水質指標進行質量綜合評價。根據圖3 可得出：

圖3 采樣點P 值統(tǒng)計

4 污染源分析

采樣點中只有TP 和NO3-的含量較高，可能是兩岸居民區(qū)排放的生活污水導致其超出了限值標準，因為該河段兩岸的居民區(qū)很多是近幾年才建成的，污水的排放系統(tǒng)不完善，很多地方都未安裝大多污水收集管道，大多都是直接排放，從而直接經過地表流入河流；另外，農業(yè)施肥（莊稼種植面積大）以及工業(yè)活動（沿岸酒廠較多）等也是造成TP 和NO3-含量高的原因。TP 和NO3-含量超標的狀況是可以控制的。通過規(guī)范處理居民產生的生活污水，集中處理處置生活污水就能有效調節(jié)控制生活污水排入赤水河流域。同時加強環(huán)境保護宣傳，加強對當地居民生態(tài)農業(yè)的普及，加強當地生態(tài)農業(yè)的發(fā)展，減少有機化肥的使用以及農藥的使用可以進一步的防治有機物隨著地表徑流進入到五馬河流域當中。