黃 茁,劉玥曉,趙偉華,趙良元
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長(zhǎng)江源區(qū)近年水質(zhì)時(shí)空分布特征探析
黃茁a,b,劉玥曉a,趙偉華a,b,趙良元a,b
(長(zhǎng)江科學(xué)院a.流域水環(huán)境研究所;b.流域水資源與生態(tài)環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢430010)
長(zhǎng)江源區(qū)地處青藏高原,氣候條件惡劣,受技術(shù)條件限制,有關(guān)源區(qū)特有的高原生態(tài)環(huán)境狀況的調(diào)查和報(bào)道較少。根據(jù)2012,2014,2015年長(zhǎng)江源區(qū)科學(xué)考察獲取的水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料,分析了長(zhǎng)江源區(qū)常規(guī)監(jiān)測(cè)指標(biāo)、金屬類及有機(jī)物等水質(zhì)指標(biāo),探析了近幾年長(zhǎng)江源區(qū)水質(zhì)時(shí)空分布特征。結(jié)果表明:長(zhǎng)江源區(qū)河流水質(zhì)良好,大多數(shù)區(qū)域的水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到Ⅰ—Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn);受水體含沙量和區(qū)域地質(zhì)條件的影響,源區(qū)不同區(qū)域河流水質(zhì)有一定差異;源區(qū)水質(zhì)年際間差異不大,基本在相同的范圍內(nèi)波動(dòng);與國(guó)內(nèi)外河流背景值相比,源區(qū)水質(zhì)基本處于河流背景值范圍內(nèi);源區(qū)有鄰苯二甲酸酯類有機(jī)污染物檢出。該結(jié)果對(duì)于進(jìn)一步開展長(zhǎng)江源區(qū)水生態(tài)環(huán)境研究具有重要意義。
長(zhǎng)江源區(qū);水質(zhì);有機(jī)污染物;重金屬;時(shí)空分布
doi:10.11988/ckyyb.20160248
長(zhǎng)江源區(qū)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',平均海拔高度4 000 m,面積約14萬(wàn)km2,占長(zhǎng)江流域總面積的8%[1-2]。該區(qū)域處于青藏高原腹地,地勢(shì)高峻,從東南到西北為高山峽谷,幅員遼闊,雪山林立,水系縱橫,沼澤濕地連片[3]。唐古拉山脈群聳立于長(zhǎng)江源區(qū)南部,昆侖山近東西向橫亙于長(zhǎng)江源區(qū)之北。源區(qū)內(nèi)自西北向東南有楚瑪爾河、正源沱沱河、當(dāng)曲及通天河流域上段,形成扇狀水系。
薛武申等[4](2005)對(duì)長(zhǎng)江源區(qū)各拉丹東雪山臥美通冬流域和沱沱河雪水的水化學(xué)特征進(jìn)行了科學(xué)的測(cè)定和分析;范可旭等[5](2008)對(duì)長(zhǎng)江流域地表水的水化學(xué)特征和水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,結(jié)果表明水質(zhì)總體呈低礦化度、低硬度的特征。魯子豫[2]等以單因子評(píng)價(jià)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法和秩系數(shù)相關(guān)法對(duì)長(zhǎng)江源區(qū)地表水質(zhì)狀況、主要污染因子變化趨勢(shì)和區(qū)域內(nèi)地表水水質(zhì)狀況變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析。據(jù)資料記載,長(zhǎng)江源區(qū)進(jìn)行大規(guī)模的水環(huán)境調(diào)查分析主要有3次[6-8],對(duì)源區(qū)綜合性的水環(huán)境調(diào)查較少。已有的調(diào)查表明,河流基本保持天然狀態(tài),受人類活動(dòng)影響較小,受地質(zhì)環(huán)境影響較大,部分河流天然水化學(xué)本底值較高[9]。
隨著氣候變化,長(zhǎng)江源區(qū)生態(tài)環(huán)境問題越來越受到關(guān)注,掌握源區(qū)水質(zhì)狀況越來越重要。盡管有專家學(xué)者對(duì)長(zhǎng)江源區(qū)河流的水質(zhì)狀況進(jìn)行了分析調(diào)查研究,獲取了寶貴數(shù)據(jù),但有關(guān)長(zhǎng)江源區(qū)近年來的水質(zhì)分布及變化的研究報(bào)道較少[10-12]。
本文主要分析了長(zhǎng)江源區(qū)近幾年水質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù),研究了長(zhǎng)江源區(qū)水質(zhì)時(shí)空分布特征,對(duì)掌握源區(qū)水環(huán)境背景值具有重要意義,亦可為保護(hù)江源生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。
2.1采樣斷面
本研究監(jiān)測(cè)斷面涵蓋了長(zhǎng)江源頭主要河段,研究區(qū)共選取監(jiān)測(cè)斷面8個(gè)(如圖1所示):布曲(D1即雁石坪)、沱沱河(D2)、楚瑪爾河(D3)、通天河(D4即直門達(dá))、當(dāng)曲(D5即當(dāng)曲大橋,D6,D7,D8)、當(dāng)曲濕地(D6附近)。
主要選取了2012年7月、2014年7月、2015年7月江源考察獲取的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究比較,同時(shí)引用2010年考察數(shù)據(jù)[13]進(jìn)行對(duì)照。
2.2監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
2.2.1水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)、常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)、(類)金屬類、揮發(fā)性有機(jī)物、半揮發(fā)有機(jī)物等定量分析及有機(jī)物定性分析。
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)選取了水溫、pH、溶解氧(DO)、電導(dǎo)率(COND)、總?cè)芙庑怨腆w(TDS)、濁度、透明度等7項(xiàng)指標(biāo),除透明度采用透明度盤(薩氏盤)外,其他現(xiàn)場(chǎng)指標(biāo)采用便攜式Y(jié)SI水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器測(cè)定。
常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)包括高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、總氮、總磷、氟化物、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽、礦化度、總硬度和葉綠素a等。
圖1 長(zhǎng)江江源水系及采樣點(diǎn)布置Fig.1 Water system of source area of Changjiang River and layout of sampling sites
金屬類指標(biāo)選取了包括鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、錳、鎳、銅、鉛、鋅、鎘、鉻、汞、銻、鈦、砷、硒等17項(xiàng)。
微量有機(jī)物定性分析,檢測(cè)源區(qū)水體中存在的微量有機(jī)污染物,并對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物和半揮發(fā)有機(jī)物進(jìn)行定量分析,包括揮發(fā)性有機(jī)物共32種,如氯甲烷、氯乙烯、三氯甲烷等。半揮發(fā)性有機(jī)物共73種,包括苯系物14種,氯(溴)苯類14種,硝基苯類10種,酚類3種,鄰苯二甲酯類2種,多氯聯(lián)苯類14種,多環(huán)芳烴類16種。
上述參數(shù)和分析項(xiàng)目均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法或借鑒美國(guó)EPA方法檢測(cè)。
2.2.2底泥監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
底泥分析項(xiàng)目包括鉀、鈉、鈣、鎂、錳、鎳、銅、鉛、鋅、鎘、鉻、汞、砷、硒、銻、鈦等(類)金屬含量,以及粒徑。樣品采集與分析遵循相關(guān)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。
3.1常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)
長(zhǎng)江源區(qū)地處高原地區(qū),河流比降大,3次考察都處于豐水期,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水流流速均在1 m/s以上,其中通天河直門達(dá)水文站處流速最大。由于含沙量不同,楚瑪爾河河水呈紅褐色,沱沱河水較楚瑪爾河水淺,呈土黃色,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)透明度在0.2~0.25 m之間,透光性較差。南源當(dāng)曲的濁度最低,正源沱沱河、南源布曲和北源楚瑪爾河濁度較高,是當(dāng)曲的2倍(如表1所示),這種差異主要與長(zhǎng)江源區(qū)各條河流的地形地貌以及由此產(chǎn)生的水土流失有關(guān)。
長(zhǎng)江源區(qū)pH值相近,基本處于7.7~8.6之間,偏弱堿性,與長(zhǎng)江上、中、下游河段pH值接近。
長(zhǎng)江源區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)電導(dǎo)率與總?cè)芙庑怨腆w密切相關(guān)。如表1所示,空間上,長(zhǎng)江北源楚瑪爾河水體電導(dǎo)率、總?cè)芙庑怨腆w高于源區(qū)其他河流,主要是受水中泥沙含量和區(qū)域地質(zhì)條件的影響。
表1 近年長(zhǎng)江源區(qū)水質(zhì)指標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果Table 1 In-situ monitoring results of water quality indicators in Changjiang river source area in recent years
長(zhǎng)江源區(qū)礦化度介于550~3 100 mg/L之間,其中北源楚瑪爾河屬?gòu)?qiáng)礦化水化學(xué)帶,正源沱沱河屬中及偏強(qiáng)礦化水化學(xué)帶,南源當(dāng)曲屬微礦化水化學(xué)帶??臻g上來看,長(zhǎng)江源區(qū)北源和南源水體中礦化度和總硬度差異顯著,其變化規(guī)律與電導(dǎo)率、總?cè)芙庑怨腆w變化規(guī)律相似。與長(zhǎng)江源下游直門達(dá)相比,長(zhǎng)江源區(qū)整體礦化度及總硬度偏高,主要是受長(zhǎng)江源區(qū)地質(zhì)條件影響。
3.2常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比分析
長(zhǎng)江源區(qū)各水體DO指標(biāo)基本均達(dá)到地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)以上,處于天然狀態(tài),年際、空間差異不大。
從表2可看出,源區(qū)各區(qū)域總磷含量接近,年際變化不大,根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002),各斷面總磷都達(dá)到Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn),表明源區(qū)地表磷元素含量處于較低水平。源區(qū)各斷面高錳酸鹽指數(shù)年際間差異不大,但北源楚瑪爾河數(shù)值約為南源水體數(shù)值2倍,與其泥沙含量較大、水體較為渾濁有關(guān)。
長(zhǎng)江源區(qū)各采樣斷面中氟化物的含量均<1.0 mg/L,達(dá)到Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn),硫酸鹽含量基本<250 mg/L,小于集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)限值,氯化物濃度有超標(biāo)準(zhǔn)限值情況。與江源下游相比,長(zhǎng)江源區(qū)楚瑪爾河及沱沱河氯化物含量遠(yuǎn)高于江源下游直門達(dá)斷面氯化物含量,分析原因可能與沱沱河、楚瑪爾河水化學(xué)類型是Cl-Na型及源區(qū)區(qū)域地質(zhì)條件有關(guān)。相比于源區(qū)其他區(qū)域,當(dāng)曲的氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽含量較低,這與源區(qū)電導(dǎo)率、總?cè)芙夤腆w、礦化度的分布規(guī)律一致,表明當(dāng)曲的離子含量相對(duì)較低。
時(shí)間上(如表2所示),長(zhǎng)江源區(qū)各區(qū)域氟化物、氯化物、硫酸鹽及硝酸鹽含量上年際間略有差異,但波動(dòng)不大。源區(qū)主要河流的葉綠素a含量普遍較低,北源楚瑪爾河及正源沱沱河斷面葉綠素a含量低于檢出限(<0.094μg/L)。這是由于水體溫度較低,含沙量大,濁度高,營(yíng)養(yǎng)鹽含量小等環(huán)境因素,不利于藻類生長(zhǎng),進(jìn)而導(dǎo)致水中葉綠素a含量較低。當(dāng)曲的葉綠素a含量相對(duì)較高,這與當(dāng)曲含沙量、濁度相對(duì)較低有關(guān)。
3.3長(zhǎng)江源區(qū)有機(jī)物分析
2010年考察未檢測(cè)到有機(jī)污染物,而2012年考察采用了更為先進(jìn)、檢測(cè)限更低、可檢測(cè)物質(zhì)范圍更大的分析技術(shù),共檢測(cè)到48種微量有機(jī)污染物,包括鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二(2-乙基已基)酯2種半揮發(fā)性有機(jī)污染物。
2012年考察數(shù)據(jù)還顯示,長(zhǎng)江源區(qū)水體和沉積物中多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯和有機(jī)氯農(nóng)藥類有機(jī)物含量均未檢出。這一結(jié)果說明長(zhǎng)江源區(qū)水體尚未受到該類有機(jī)物污染或污染程度很低,基本處于自然狀態(tài)。
3.4長(zhǎng)江源區(qū)金屬對(duì)比分析
2010年和2012年2次考察,均在楚瑪爾河、沱沱河、直門達(dá)監(jiān)測(cè)斷面開展了(類)金屬類監(jiān)測(cè),分析結(jié)果表明,2012年長(zhǎng)江源區(qū)鐵、錳、鋅、砷、鉛含量較2010年監(jiān)測(cè)結(jié)果高出數(shù)倍,鉀、鈉、鈣、鎂、錳、鎳、銅、鎘、鉻、汞、銻、鈦、硒等元素含量相差不大。原因可能與汛期水體泥沙含量較高有關(guān)。
2015年在長(zhǎng)江源區(qū)共檢測(cè)水體中金屬類元素17種(包括砷、硒),鐵、錳濃度偏高,有超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)飲用水源地標(biāo)準(zhǔn)限值的現(xiàn)象,銅、鋅、鎘、鉻、汞、砷、硒等元素含量?jī)?yōu)于Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn)。由圖2可看出,源區(qū)各斷面鎂含量相差較大,布曲雁石坪鈣、鐵含量較低,其他斷面的鈣、鐵含量差異不大。
表2 長(zhǎng)江源區(qū)常規(guī)水質(zhì)中各元素含量的監(jiān)測(cè)結(jié)果Table 2 Monitoring results of common element contents reflecting water quality in Changjiang River source area
圖2 2015年源區(qū)鈣、鐵、鎂含量對(duì)比Fig.2 Relative proportions of Ca,F(xiàn)e,and Mg in Changjiang source area in 2015
關(guān)于長(zhǎng)江源區(qū)的水質(zhì)狀況報(bào)道不多,主要有3份文獻(xiàn),見表3。近年將調(diào)查結(jié)果與文獻(xiàn)值比較可看出,除鎂的檢測(cè)值較高外,源區(qū)水體中鐵、鉀、砷、錳含量與文獻(xiàn)報(bào)道值相近,基本在相同的范圍內(nèi)波動(dòng)。與國(guó)內(nèi)外河流背景值相比,源區(qū)鐵含量偏高,個(gè)別點(diǎn)的砷含量偏高,錳含量范圍基本相同。
表3 近年長(zhǎng)江源區(qū)水質(zhì)中金屬含量的元素調(diào)查值與文獻(xiàn)報(bào)道值比較Table 3 Comparison of metal element content in Changjiang river source area between recent investigation data and data in literature
3.5長(zhǎng)江源區(qū)底泥分析
分析2010年和2012年沱沱河和楚瑪爾河底泥的元素含量可知,2012年沱沱河底泥鈣、鉛、砷含量顯著偏高2倍多,而鎂含量顯著偏低,只有2010年的30%左右,其他元素汞、銅、鎘、鉀、鋅、錳、鉻、鈦、鈉的含量相近。2012年楚瑪爾河底泥元素中除鈣以外,其他元素含量均比2010年考察結(jié)果低,其中鉛、砷、鋅、鈉含量低50%以上??赡芘c源區(qū)地質(zhì)背景區(qū)域性差異較大有關(guān),由于不同季節(jié)沉積的泥沙來源不盡相同,導(dǎo)致年際、季節(jié)間的差異和波動(dòng)較大。
長(zhǎng)江南源當(dāng)曲源出唐古拉山脈東段,流域內(nèi)雨雪量較大,沼澤約7 708 km2,呈連片分布,是長(zhǎng)江源區(qū)水量最為豐富的河流,濕地中水生植物通過光合作用可使水中的氧氣過飽和。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,該區(qū)域各個(gè)斷面溶解氧大多在6 mg/L左右,基本達(dá)到地表水II類標(biāo)準(zhǔn)。其中,當(dāng)曲濕地中溶解氧達(dá)到10 mg/L,高于地表水Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。由于高原上的氣壓相比平原地區(qū)低,對(duì)水中溶解氧飽和度影響較大,按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838—2002)》溶解氧標(biāo)準(zhǔn)限值評(píng)價(jià),并不能真正反映高原水體的水質(zhì)優(yōu)劣。
空間上,如圖3所示,總?cè)芙庑怨腆w、電導(dǎo)率變化規(guī)律相同,在接近當(dāng)曲河口處的斷面總?cè)芙庑怨腆w、電導(dǎo)率相對(duì)較高,氧化還原電位沿程變化不大。該趨勢(shì)受沿程大量泥沙匯入影響,至D5點(diǎn)當(dāng)曲大橋處水體渾濁,含沙量高。除當(dāng)曲濕地外,當(dāng)曲沿程溶解氧變化不大(如圖3所示),這與當(dāng)曲濕地良好的水生態(tài)有關(guān)。當(dāng)曲從上游至下游葉綠素a含量整體上呈逐漸降低的趨勢(shì)這與沿程含沙量增大,濁度升高有關(guān),也與D7和D8區(qū)域沼澤多有關(guān)。
圖3 當(dāng)曲各采樣點(diǎn)水質(zhì)指標(biāo)沿程變化Fig.3 Changes of water quality index at sampling sites along Dangqu river
根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002),當(dāng)曲各監(jiān)測(cè)斷面總磷含量基本優(yōu)于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ類,其中當(dāng)曲(D6)監(jiān)測(cè)斷面接近Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值。各斷面砷和氟化物均優(yōu)于地表水Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)值,硫酸鹽及氯化物含量均<250 mg/L,小于集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)限值。當(dāng)曲4個(gè)采樣點(diǎn)的礦化度沿程逐漸升高,到當(dāng)曲大橋處達(dá)到最大,硫酸鹽及礦化度變化規(guī)律相似,而當(dāng)曲濕地的硫酸鹽、氯化物、礦化度相對(duì)較低(如圖3)。
年際間的比較如圖4所示,當(dāng)曲除氧化還原電位顯著下降外,其他指標(biāo)變化不大,說明源區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜,不同區(qū)域融雪及降雨沖刷下來的泥沙所帶來的物質(zhì)電荷,會(huì)導(dǎo)致源區(qū)氧化還原電位可能有顯著差異。
圖4當(dāng)曲TDS,ORP,COND年際比較Fig.4 Interannual variations of TDS,ORP and COND in Dangqu river
長(zhǎng)江源區(qū)受人類活動(dòng)干擾較小,河流水質(zhì)良好,基本達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)飲用水源地標(biāo)準(zhǔn)限值或Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn),多數(shù)區(qū)域的水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到Ⅰ—Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)。
受水體含沙量和區(qū)域地質(zhì)條件的影響,長(zhǎng)江源區(qū)不同區(qū)域河流水質(zhì)有一定差異,個(gè)別區(qū)域鐵、錳含量偏高。源區(qū)水質(zhì)年際間差異不大,基本在相同的范圍內(nèi)波動(dòng)。與國(guó)內(nèi)外河流背景值相比,除個(gè)別區(qū)域鐵、砷含量偏高外,源區(qū)水質(zhì)基本處于河流背景值范圍內(nèi)。
長(zhǎng)江源區(qū)揮發(fā)性有機(jī)污染物均未檢出,而檢測(cè)出鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二(2-乙基已基)酯2種半揮發(fā)性有機(jī)污染物。
鑒于該地區(qū)環(huán)境惡劣,調(diào)查工作開展難度大,加之取樣點(diǎn)有限,本次研究?jī)H初步探討了源區(qū)水質(zhì)分布和變化規(guī)律,如需系統(tǒng)準(zhǔn)確地掌握源區(qū)水質(zhì)變化情況,還需開展全面深入的調(diào)查。
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(編輯:姜小蘭)
limits,there are few investigation and reports about the unique ecological environment conditions in the source area.According to monitoring data of water quality obtained from scientific investigations in the source area in 2012,2014 and 2015,we analyze conventional monitoring indicators and water quality indexes such as organic and metal pollutants.On the basis of the analysis,we discuss the spatial-temporal distribution of water quality in the source area in recent years.Results show that firstly,water quality of rivers in the source area are good,and water quality belongs to I type or II type in most regions;secondly,influenced by sediment contents of water body and regional geological conditions,water quality indexes vary among rivers in different regions in the source area;furthermore,water quality shows a small inter-year variation with a similar fluctuation;in comparison with the background values of other rivers in China and abroad,values of water quality in the source area are basically within the range of background values of river;finally,organic pollutants such as phthalic acid esters are detected in surface water samples of the source area.The results are important for further study on the water ecology of Changjiang source area.
Discussion on Recent Spatial-temporal Distribution of Water Quality in Changjiang River Source Area
HUANG Zhuo1,2,LIU Yue-xiao1,ZHAO Wei-hua1,2,ZHAO Liang-yuan1,2
(1.Basin Water Environmental Research Department,Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan430010,China;2.Key Lab of Basin Water Resource and Eco-environmental Science in Hubei
Province,Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan430010,China)
Source area of Changjiang River is located at Qinghai-Tibet Plateau with severe climates.Due to technical
source area of Changjiang River;water quality;organic pollutant;heavy metal;temporal and spatial distribution
X824
A
1001-5485(2016)07-0046-05
2016-03-18;
2016-05-15
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51379016)
黃茁(1970-),男,湖北武漢人,教授級(jí)高級(jí)工程師,博士,主要從事流域水環(huán)境保護(hù)研究,(電話)027-82926591(電子信箱)huangzhuo03@hotmail.com。