新疆開都河地表水環(huán)境變化趨勢及成因分析

克斯爾·卡合曼

(新疆巴音郭楞水文勘測局，新疆 庫爾勒 841000)

新疆開都河作為其下游博湖的主要入湖河流，其水環(huán)境變化對于博湖水生態(tài)保護十分重要[1-2]。博湖是我國內陸最大的淡水湖泊，近些年來受人類活動以及氣候變化的綜合影響，博湖水環(huán)境變化有所惡化，流域內水生態(tài)功能受到不同程度的影響。尤其是上游開都河水環(huán)境變化是其變化的主要成因，因此亟需對開都河水環(huán)境變化趨勢進行分析，并對其變化成因進行探討，才能制定相對應的水環(huán)境保護措施。為此結合開都河主要水質采樣點4種常規(guī)水環(huán)境監(jiān)測數據，對各指標濃度變化趨勢進行分析，并重點對其變化影響主因進行探討，以期為博湖流域水環(huán)境綜合治理和保護提供基礎數據，為變化環(huán)境下流域生態(tài)環(huán)境問題的來源提供科學的依據。

1 開都河基本情況及資料來源

開都河開都河位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境內，是區(qū)域內第一大河流，其出口為我國內陸最大的淡水湖泊博湖，開都河干流控制水文站分別為巴音布魯克、大山口、焉耆水文站，各站多年平均徑流量在9.57×108～25.68×108m3之間，從開都河上游到下游其徑流量逐步增加。本文主要結合以上4個水文站水質監(jiān)測常規(guī)指標進行開都河水質變化特征的分析，其中巴音布魯克水文站在汛期和非汛期水化學分別以重碳酸鹽鈣類II型和III型為主，鈣離子和鎂離子隨著河道長度濃度逐步增加，而重碳酸鹽鈣類III型是大山口、焉耆兩個水文站汛期和非汛期的主要水化學類型。

2 變化趨勢檢驗方法

采用M-K非線性顯著檢驗方法對各水質指標變化特征進行顯著變化特征的分析。該方法將水質監(jiān)測指標序列作為樣本序列對其統計變量S進行計算：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：S為水質指標樣本序列顯著性檢驗統計變量；xi和xj表示為來自同一個樣本總體的兩個樣本數據系列；σs表示為方差標準計算值；singn表示為計算變量；n表示為總的樣本序數；Z表示檢驗特征變量，當Z>0則表示水質指標呈現遞增變化趨勢，否則呈現遞減變化趨勢，當∣Z∣>2.32、1.64<∣Z∣<2.32、1.28<∣Z∣<1.64則分別表示變化趨勢的顯著性可分別達到99%、95%以及90%的置信水平。

3 主要監(jiān)測指標變化趨勢

3.1 汛期和非汛期開都河水質變化分析

結合開都河巴音布魯克、大山口、焉耆水文站主要水質監(jiān)測數據，對其汛期、非汛期以及全年pH值、礦化度、溶解性總固體以及總硬度的指標均值進行分析，如表1所示，并結合趨勢檢驗方法對其不同時間尺度趨勢變化進行顯著性檢驗，檢驗統計值如表2所示。

表1 開都河各水文站汛期和非汛期主要水質指標

從表1開都河各水文站汛期和非汛期主要水質指標均值分析可看出，各站點汛期和非汛期pH值、礦化度、溶解性總固體以及總硬度的指標均值變化的差異程度不高，汛期各指標均值總體低于非汛期，開都河流域從源頭向下游，其各指標均值總體逐步增加。從表2開都河巴音布魯克、大山口、焉耆水文站主要水質監(jiān)測數據變化趨勢檢結果可看出，不同站點汛期、非汛期以及全年的指標變化趨勢變化差異較大，各站點水質指標在全年和汛期尺度變化趨勢總體具有一致性，其中對于pH值而言，巴音布魯克站總體呈現弱遞增變化，變化趨勢較低，而大山口站汛期和全年呈現遞減變化，而非汛期呈現遞增變化，但趨勢顯著性檢驗水平均低于90%。焉耆站和大山口水文站的Ph值變化趨勢較為接近。對于礦化度而言，巴音布魯克位于上游，其值呈現較為明顯的地質變化，汛期和非汛期遞增趨勢顯著性低于90%，但全年尺度遞增變化趨勢性高于90%。而大山口水文站和焉耆水文站的礦化度變化趨勢具有相似性，汛期和非汛期變化趨勢要低于全年礦化度的變化趨勢，但總體趨勢顯著性檢驗水平值低于90%。從各站點溶解性總固體的變化趨勢分析結合可看出，巴音布魯克、大山口、焉耆水文站溶解性總固體總體呈遞減變化趨勢，汛期和非汛期變化顯著性較低，但全年變化趨勢顯著性高于90%。各站點總硬度呈現遞增變化，但遞增變化的趨勢顯著性水平低于90%，從上游到下游其總硬度變化趨勢有所增加。

表2 開都河各水文站汛期和非汛期主要水質指標變化趨勢檢驗值

3.2 開都河水質指標年特征值統計分析

結合開都河巴音布魯克、大山口、焉耆水文站主要水質監(jiān)測數據，對其年特征值進行統計分析，分析結果如表3所示。

表3 開都河各水文站主要水質指標年特征值 mg/L

從巴音布魯克、大山口、焉耆水文站各水質指標年最大值和最小值對比結果可看出，各站點鈣、鎂的比值在1.11～1.65之間，而氯化物和硫酸鹽比值在1.70～11.03之間，總碳酸根和總硬度的年最大和年最小比值在1.08～1.10之間，各站點變化差異度較低，而巴音布魯克、大山口、焉耆水文站礦化度年最大值和最小值比值1.10～1.19之間，總體變化度也較小。巴音布魯克、大山口、焉耆水文站礦化度年均值分別為2.31×108t、9.72×108t、7.83×108t。從大山口到焉耆站之間其礦化度總體呈現衰減變化，各指標年變化規(guī)律與其年徑流變化具有相似性。

4 水質主要成因探討

從開都河巴音布魯克、大山口、焉耆水文站沿程水質變化可看出，從開都河上游源頭到下游其各水質指標均沿程呈現遞增變化，開都河的主要污染成因是農業(yè)面源污染負荷，開都河流域從50 a底啊開始進行較大規(guī)模的農業(yè)水土的利用，農田灌溉面積逐年遞增，農業(yè)耕作方式下大量的面源污染負荷進入河流中，經過相關調研分析，開都河流域農業(yè)面源污染負荷占進入河流污染負荷總量的50%左右，是開都河流域主要污染成因。因此對于開都河流域而言，需要對其農業(yè)耕種方式包括其耕地面積以及農業(yè)化肥的使用進行合理控制，才可以對有效改善開都河流域水質狀況。

5 結語

開都河汛期各指標均值總體低于非汛期，流域從源頭向下游，其各指標均值總體逐步增加。

巴音布魯克、大山口、焉耆水文站各站點汛期、非汛期以及全年的指標變化趨勢變化差異較大，各站點水質指標在全年和汛期尺度變化趨勢總體具有一致性。

從大山口到焉耆站之間其礦化度總體呈現衰減變化，各指標年變化規(guī)律與其年徑流變化具有相似性。

開都河流域農業(yè)面源污染負荷占進入河流污染負荷總量的50%左右，是開都河流域主要污染成因。因此對于開都河流域而言，需要對其農業(yè)耕種方式包括其耕地面積以及農業(yè)化肥的使用進行合理控制，才可以對有效改善開都河流域水質狀況。