西藏尼洋河水系水質(zhì)污染特征及污染來源分析

董江偉,羅紅英,呂琳莉,張玉云,姜海波

(1.西藏農(nóng)牧學(xué)院,西藏林芝860000；2.水利水電工程西藏自治區(qū)重點(diǎn)學(xué)科,西藏林芝860000；3.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院,新疆石河子832003)

西藏尼洋河水系水質(zhì)污染特征及污染來源分析

董江偉1,2,羅紅英1,2,呂琳莉1,2,張玉云1,2,姜海波3

(1.西藏農(nóng)牧學(xué)院,西藏林芝860000；2.水利水電工程西藏自治區(qū)重點(diǎn)學(xué)科,西藏林芝860000；3.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院,新疆石河子832003)

以尼洋河水系2016年6月～7月(豐水期)、11月～12月(枯水期) 14 項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù),采用水質(zhì)類別法中的單因子評(píng)價(jià)法,對(duì)水質(zhì)污染特征進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),運(yùn)用主成分分析法,對(duì)水質(zhì)指標(biāo)主成分進(jìn)行分類,并進(jìn)一步對(duì)尼洋河水系污染來源進(jìn)行分析。

水質(zhì)污染；單因子評(píng)價(jià)法；主成分分析法；尼洋河水系

0 引 言

圖1 尼洋河流域水系

尼洋河流域地處青藏高原南部,西藏自治區(qū)的東南部,西起米拉山分水嶺,東抵雅魯藏布江和色季拉山,南以喜馬拉雅山脈東段分水嶺為界,北以念青唐古拉山脈東段分水嶺為界,位于北緯29°28′～30°30′,東經(jīng)92°10′～94°35′之間,東西長約230 km,南北寬約110 km,流域面積17 815 km2,年降雨量230.72億m3,年徑流量172.29億m3。尼洋河流域支流較多,最大支流是巴河,長109.95 km,流域面積4 229 km2,占尼洋河流域面積的23.7%[1]。其次,還有白曲、娘曲、巴朗曲、則弄、普布弄巴等。尼洋河流域水系見圖1。近年來,隨著尼洋河流域經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,農(nóng)村城市化進(jìn)程的加快推進(jìn),區(qū)域河網(wǎng)水質(zhì)污染嚴(yán)重,水生態(tài)問題日益凸現(xiàn)。尤其修建了大量的蓄水水庫和攔河節(jié)制閘蓄水工程,導(dǎo)致天然徑流過程大幅度改變。同時(shí),未經(jīng)過處理的大量工業(yè)廢水和生活污水直接排入,排放總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了水環(huán)境容量,對(duì)河流生態(tài)環(huán)境造成了重大影響。研究表明,自20世紀(jì)末以來,流域水質(zhì)呈逐年惡化趨勢(shì)。尼洋河流域天然水化學(xué)特征不同區(qū)域之間差異大，且受人類活動(dòng)和水污染影響較大。

為滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水需求,眾多水庫、水閘等水利工程對(duì)河道徑流實(shí)行高度調(diào)節(jié)控制,再加上獨(dú)特的氣候條件、水系形態(tài)和地形地貌以及水資源利用超過其承載能力,造成大多數(shù)支流雨季行洪,枯水期有水無流甚至河道斷流的局面。這樣的水系水文特征,對(duì)水污染物稀釋自凈極為不利。一方面,因長期過度開發(fā)，資源破壞,尤其是工農(nóng)業(yè)及生活污水大量涌入,河道水質(zhì)可能會(huì)嚴(yán)重惡化；另一方面,由于水壩、水閘的限制,造成污染物的蓄積,在泄洪時(shí)造成污染的集中排放,致使污染排放量在局部時(shí)間內(nèi)超過環(huán)境容量,導(dǎo)致嚴(yán)重的水體污染,且這種破壞對(duì)水體來說是難以恢復(fù)的。因此,全面對(duì)尼洋河流域水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行分析,分析水質(zhì)污染特征,并提出相應(yīng)治理建議,對(duì)水環(huán)境保護(hù)以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)資料與研究方法

1.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)布設(shè)

圖2 尼洋河流域主要水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)

1.2 評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)方法

1.2.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

水質(zhì)評(píng)價(jià)方法采用水質(zhì)類別法,水質(zhì)類別評(píng)價(jià)采用單因子評(píng)價(jià)法,是將某種污染物實(shí)測(cè)濃度與該種污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較以確定水質(zhì)類別的方法,該方法只能反映單種污染物的污染程度,無法通過其判斷總體污染狀況[4]。依據(jù)GB 3838—2002將水質(zhì)類別分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類,水質(zhì)達(dá)不到Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)的定義為劣Ⅴ類。計(jì)算單因子評(píng)價(jià)指數(shù)常采用算術(shù)平均值法,其計(jì)算公式[5-7]為

(1)

式中,Ij為河流斷面單因子j的污染指數(shù)；ρj為河流斷面評(píng)價(jià)因子j的實(shí)測(cè)濃度值；Sj為評(píng)價(jià)因子j的標(biāo)準(zhǔn)值。

1.2.2 水質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

本研究數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法采用主成分分析[8-9]。主成分分析是將多個(gè)指標(biāo)化為少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)的綜合指標(biāo)(主成分)的統(tǒng)計(jì)分析方法,綜合指標(biāo)能反映出原指標(biāo)所提供的絕大部分信息,達(dá)到降維和源識(shí)別的目的,依據(jù)特征值大于1的原則,累積方差貢獻(xiàn)率在80%以上(一般要求大于70%)。

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)

2.1 單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)

表1 尼洋河水質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)值 mg/L

表2 枯水期尼洋河單因子污染指數(shù)

表3 豐水期尼洋河單因子污染指數(shù)

綜上分析：①枯水期監(jiān)測(cè)斷面的平均污染指數(shù)除2-1斷面小于1外,其他斷面的水環(huán)境整體處于污染狀態(tài)(相對(duì)于參照的Ⅲ類水體)。最高污染指數(shù)均取自氮指標(biāo),故各斷面的主要污染指標(biāo)為氮。另有2-2、3-1、3-2、4-1、4-2、6-1、6-2、7-2等8個(gè)斷面的BOD5和2-2、3-2、4-2、6-2、7-2、8等6個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的CODCr超Ⅲ類水體。②豐水期監(jiān)測(cè)斷面的平均污染指數(shù)除5-2斷面大于1,其他斷面的水環(huán)境整體處于非污染狀態(tài)(相對(duì)于參照的Ⅲ類水體)。最高污染指數(shù)除6-2、2-1、8等3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面外均大于1,即從單個(gè)水質(zhì)指標(biāo)來看,這3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面處于超標(biāo)狀態(tài),最大污染指數(shù)為氮指標(biāo)。另有1-2斷面的CODCr和7-1、7-2等2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的BOD5超Ⅲ類水體。

2.2 主成分分析評(píng)價(jià)

根據(jù)尼洋河枯豐水期15個(gè)監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)分析結(jié)果,采用SPSS軟件對(duì)13個(gè)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)價(jià)與分析,通過該軟件系統(tǒng)自動(dòng)將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理,消除指標(biāo)量綱及數(shù)量級(jí)的影響。

圖3 污染指數(shù)

水質(zhì)指標(biāo)Cl-CaMgPF-NH+4?NNO-x?NDOCODCrBOD5懸浮物電導(dǎo)率細(xì)菌總數(shù)Cl-1 00000 51470 8941-0 2621-0 7783-0 2617-0 09640 0357-0 1876-0 5056-0 27760 8399-0 3073Ca0 02481 00000 8199-0 2697-0 8308-0 4670-0 10790 4590-0 24730 0073-0 52080 8821-0 2582Mg0 00000 00011 0000-0 3111-0 9024-0 4358-0 06620 2922-0 2361-0 2606-0 44230 9843-0 3607P0 17270 1655-0 12951 00000 41550 44690 2821-0 22800 1217-0 02450 5887-0 30920 3941F-0 00030 00010 00000 06171 00000 4598-0 0461-0 20410 14720 31340 3898-0 93610 3013NH+4?N0 17300 03960 05220 04740 04231 00000 3618-0 19400 41800 14740 3299-0 44160 7981NO-x?N0 36630 35100 40730 15420 43520 09261 0000-0 22230 49340 00340 5596-0 02850 5057DO0 44980 04260 14530 20690 23280 2442-0 21291 0000-0 29680 7238-0 24160 2924-0 0186CODCr0 25160 18710 19850 33290 30030 06050 03080 14131 0000-0 00670 2644-0 21680 4352BOD50 02730 48970 17410 46550 12770 30010 49530 00110 49051 0000-0 0648-0 25170 2472懸浮物0 15830 02330 04940 01050 07550 11490 01500 19280 17050 40921 0000-0 43990 4240電導(dǎo)率0 00000 00000 00000 13100 00000 04970 45980 14510 21890 18270 05041 0000-0 2908細(xì)菌總數(shù)0 13260 17640 09330 07300 13760 00020 02720 47380 05250 18720 0576-0 14651 0000

表5 豐水期尼洋河監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)相關(guān)系數(shù)矩陣

(1)相關(guān)系數(shù)矩陣。枯、豐水期尼洋河監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)相關(guān)系數(shù)矩陣見表4、5。從表4、5可知,枯水期的Mg、Ca、F-、電導(dǎo)率之間具有較高的相關(guān)系數(shù),都達(dá)到了極顯著水平；豐水期的Mg、Ca、電導(dǎo)率、BOD5之間具有較高的相關(guān)系數(shù),達(dá)到了極顯著水平。

(2)總方差解釋?？荨⒇S水期尼洋河監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)總方差解釋見表6、7。依據(jù)特征值大于1的原則,枯、豐水期累積方差貢獻(xiàn)率分別達(dá)83.51%和80.79%。

表6 枯水期尼洋河監(jiān)測(cè)斷面總方差解釋

表7 豐水期尼洋河監(jiān)測(cè)斷面總方差解釋

表8 枯水期尼洋河監(jiān)測(cè)斷面初始因子載荷矩陣

表9 豐水期尼洋河監(jiān)測(cè)斷面初始因子載荷矩陣

3 尼洋河水系污染來源分析

(1)農(nóng)業(yè)面源污染。近年來,隨著西藏新農(nóng)村建設(shè)步伐的加快,農(nóng)牧民生產(chǎn)觀念逐漸與內(nèi)地接軌,農(nóng)牧民改變了嚴(yán)守多年的傳統(tǒng),逐漸開始使用化肥、農(nóng)藥等,且使用量逐年增加。

(2)畜禽養(yǎng)殖污染。除了在牧區(qū)養(yǎng)殖牲畜,近年來畜禽養(yǎng)殖業(yè)從農(nóng)戶的分散養(yǎng)殖轉(zhuǎn)向集約化、規(guī)?；B(yǎng)殖,大部分養(yǎng)殖場(chǎng)往往直接將牲畜糞便等直接排入附近的水體,導(dǎo)致大量的氮、磷流失和河道的水體變黑,富營養(yǎng)化嚴(yán)重。畜禽類的污染面明顯擴(kuò)大，加大了對(duì)水環(huán)境的污染。據(jù)調(diào)查,養(yǎng)殖1頭牛產(chǎn)生的廢水超過22個(gè)人生活產(chǎn)生的廢水,1頭豬產(chǎn)生的污水相當(dāng)于7個(gè)人生活產(chǎn)生的廢水。因此,對(duì)西藏半農(nóng)半牧的區(qū)情,畜禽類的污染面明顯擴(kuò)大,養(yǎng)殖業(yè)對(duì)農(nóng)村水環(huán)境產(chǎn)生的污染較為嚴(yán)重[13]。

(3)生活污水污染。近年來,西藏積極推行社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè),農(nóng)村的生活方式有了較大改變,從分散居住的山溝搬遷到了集中建設(shè)的小城鎮(zhèn),住進(jìn)了統(tǒng)一修建的新房,衛(wèi)生習(xí)慣徹底改變,如使用洗衣粉數(shù)量及購置現(xiàn)代化物品增多,這就造成了大量污水和廢棄物的產(chǎn)生。據(jù)調(diào)查,西藏大部分的農(nóng)村公共設(shè)施的建設(shè)步伐遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有跟上經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,不修建衛(wèi)生間,沒有下水道,沒有安裝污水處理設(shè)施,沒有垃圾處理設(shè)施,所有的生活污水基本上是隨意潑灑,生活垃圾基本上是傾倒于就近的垃圾堆,生活污水和廢水基本上是流入就近的河流,或者在雨水的沖刷下攜帶廢棄物流入河流,對(duì)河流水質(zhì)造成了嚴(yán)重污染[13]。

4 結(jié) 語

本文基于單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)和主成分分析評(píng)價(jià)2種方法,對(duì)尼洋河水質(zhì)進(jìn)行的綜合評(píng)價(jià),得出以下結(jié)論：

(1)2種方法分析所得尼洋河流域水體大多數(shù)監(jiān)測(cè)斷面氮污染指標(biāo)高于Ⅲ類水體的標(biāo)準(zhǔn)值,河流水體基本上處于氮污染狀態(tài)。

(2)尼洋河水系污染來源分析總的來說農(nóng)業(yè)面源污染最大，畜禽養(yǎng)殖污染次之，生活污水污染最小。應(yīng)加大對(duì)農(nóng)業(yè)源的治理力度,建立畜禽養(yǎng)殖管理新模式,完善城市污水管網(wǎng)建設(shè),提高鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村污水處理率。

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(責(zé)任編輯 楊 健)

Water Pollution Characteristics and Pollution Sources of Niyang River System in Tibet

DONG Jiangwei1,2, LUO Hongying1,2, Lü Linli1,2, ZHANG Yuyun1,2, JIANG Haibo3
(1. Tibetan College of Agriculture and Animal Husbandry, Nyingchi 860000, Tibet, China; 2. State Key Laboratory of Hydropower Engineering Science, Nyingchi 860000, Tibet, China;3. College of Water & Architectural Engineering, Shihezi University, Shihezi 832003, Xinjiang, China)

Based on the monitoring data of 14 water quality indexes in Niyang River system from June to July (wet season) and from November to December (dry season) in 2016, a comprehensive water quality evaluation is made by using water quality category method and single factor evaluation method. The principal components of water quality indexes and pollution sources are also determined by using principal component analysis．

water quality; single factor evaluation method; principal component analysis; Niyang River System

2017- 01- 03

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51269029)；西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院高層次人才科研啟動(dòng)費(fèi)項(xiàng)目(RC201502)；西藏自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目(高原水力發(fā)電實(shí)驗(yàn)室)

董江偉(1989—),男,新疆庫爾勒人,講師,碩士,主要從事水文水資源保護(hù)及水工結(jié)構(gòu)的抗凍試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究工作；姜海波(通訊作者)．

X522(275)

A

0559- 9342(2017)05- 0010- 06