“十三五”期間卡拉蘇河水文斷面水環(huán)境質(zhì)量評價及水質(zhì)趨勢分析

趙文斌

(新疆阿克蘇水文勘測局水環(huán)境監(jiān)測分中心,新疆 阿克蘇 843000)

卡拉蘇河發(fā)源于新疆拜城縣境內(nèi),東與黑孜河毗鄰,西與臺勒外丘克河接壤,南與拜城盆地東緣相連,北以天山為界,與伊犁州昭蘇縣接壤。卡拉蘇河水量來源為冰雪融水和降雨,冰雪融水以為主。多年平均年徑流量2.329×108m3?？ɡK河的水量大部分進入渭干河上游拜城灌區(qū),被灌溉開發(fā)利用,只有主汛期有部分的水匯入木扎提河中,其水質(zhì)狀況對拜城縣水環(huán)境安全和未來發(fā)展起到重要影響,拜城縣卡拉蘇河灌溉開發(fā)利用區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展河生態(tài)環(huán)境安全依賴卡拉蘇河水質(zhì)狀況,對卡拉蘇河水文斷面水環(huán)境質(zhì)量評價及水質(zhì)因子變化趨勢分析,可以為科學(xué)分析水環(huán)境變化原因和卡拉蘇和生態(tài)系統(tǒng)管理提供一定參考。

1 卡拉蘇河水文斷面概況

1.1 水文斷面基本情況

卡拉蘇水文站位于阿克蘇地區(qū)拜城縣亞吐爾鄉(xiāng)境內(nèi),卡拉蘇水文站到拜城縣城有26.9 km,地理位置東徑82°05′,北緯41°53′,控制斷面以上集水面積1 352 km2,河長90 km,測站海拔高程1 420 m(黃海基面)。

1.2 水文

卡拉蘇水文站是卡拉蘇河水量、水質(zhì)控制站,是阿克蘇地區(qū)及拜城縣防洪抗早水情信息報汛站。水資源隸屬天山南麓渭干河流域(三級區(qū))的卡拉蘇河區(qū)(四級區(qū))。卡拉蘇河水量為冰雪融水為主,降水對洪水的洪峰流量影響很大。該河的洪水可分為三大類,即暴雨型、融雪型、融雪和暴雨混合型。洪水一般發(fā)生在7月底或8月初,大洪水主要由融雪和暴雨混合型形成。洪水具有局地性,突發(fā)性,短歷時,高強度,陡漲陡落,破壞性極大的特點。根據(jù)卡拉蘇水文站實測資料,最大洪峰流量為920 m3/s(2002年7月23日),實測最大流速為5.54 m/s,實測最大水深為2.15 m[1]。

1.3 氣象

卡拉蘇水文站地處中緯度的歐亞大陸腹地的拜城盆地,四周環(huán)山,遠離海洋,屬大陸性亞熱帶干燥氣候。兩大基本地貌單元的氣候具有明顯的差異。北部山區(qū)氣候寒冷、空氣濕度相對較大、降水豐沛、蒸發(fā)較小、盆地內(nèi)氣候干燥、光照充足、降水稀少、蒸發(fā)較大、冬春較長、夏秋晝夜溫差大,春季行北風(fēng),四季變化大。根據(jù)資料統(tǒng)計分析,卡拉蘇(三)水文站多年平均氣溫4.5℃,極端最高氣溫36.0℃,極端最低氣溫-28.0℃,最冷月一月平均氣溫-14.5℃,最熱月七月平均氣溫18.4℃。多年平均降雨量為127.5 mm。多年平均蒸發(fā)量2 085.4 mm。

1.4 地質(zhì)

卡拉蘇(三)水文站四周是山地,中部低,在本流域范圍內(nèi),山體多為古生代巖層,由于巖石裸露,風(fēng)化剝蝕作用強烈,有較厚的中新界蓋層,褶皺強烈,構(gòu)造斷裂較多,由高向下,土壤分布為高山草甸土、亞高山草甸土、栗鈣土、黃土、灰鈣土。

2 斷面水環(huán)境質(zhì)量評價及水質(zhì)趨勢分析

2.1 水環(huán)境標(biāo)識指數(shù)評價法

選用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)作為分析評價區(qū)地表水評價標(biāo)準(zhǔn)[2]。地表水水質(zhì)評價項目選擇pH值、溶解氧、高錳酸鉀指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、汞、銅、鋅、鉛、鎘、砷、六價鉻、氰化物、氟化物、揮發(fā)酚等共17項評價項目對卡拉蘇河水文斷面地表水環(huán)境質(zhì)量評價分級標(biāo)準(zhǔn)[3]。詳見表1。

表1 地表水環(huán)境質(zhì)量評價分級標(biāo)準(zhǔn) mg/L

表2 卡拉蘇河卡拉蘇站水質(zhì)監(jiān)測站水化學(xué)參數(shù)及類型統(tǒng)計 mg/L

表3 卡拉蘇河水文斷面水質(zhì)趨勢檢驗成果表

2.2 Mann-Kendall趨勢分析

Mann-Kendall檢測方法是一種非參數(shù)統(tǒng)計檢驗法,也稱作無分布檢驗法。河流流量具有一年一度的周期性變化,河流水質(zhì)組分濃度大多受流量的周期性變化的影響,因此,將汛期與非汛期的水質(zhì)資料進行比較缺乏可比性。季節(jié)性肯達爾檢驗定義為水質(zhì)資料在歷年相同月份間的比較,這避免了河流水質(zhì)受流量季節(jié)性變化的影響,從而使檢驗結(jié)果更具可比性;同時,由于數(shù)據(jù)比較只考慮數(shù)據(jù)相對排列而不考慮其大小,故能避免水質(zhì)資料中常見的漏測值問題,也使奇異值對水質(zhì)趨勢分析影響降到最低限度。因此,Mann-Kendall檢驗方法更適合于河流水質(zhì)數(shù)據(jù)的特征,Mann-Kendall檢測方法廣泛應(yīng)用于氣象、水文時間序列趨勢和突變分析[4]。根據(jù)卡拉蘇河水文斷面的水質(zhì)特點,考慮到能反映流域內(nèi)自然環(huán)境因素及人為影響,選擇揮發(fā)酚、五日生化需氧量、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總硬度、氨氮和鎘8項參數(shù)進行趨勢檢驗。

(1)高錳酸鹽指數(shù)、總磷、五日生化需氧量和氨氮,用以反映水體中有機污染引起的河流水質(zhì)變化趨勢。高錳酸鉀指數(shù)用來反映水體中能夠用高錳酸鉀氧化的有機污染物的含量,即反映水體是否受到可以由高錳酸鉀氧化的有機物污染的趨勢[5]。五日生化需氧量主要用來反映能夠由微生物分解的有機物的含量,即反映水體是否受到可以由微生物分解的有機物污染的趨勢?？偭字笜?biāo)可以反應(yīng)處水體富營養(yǎng)化情況。氨氮可以反映出水體中含氮有機物的含量,氨氮的主要來源是生活污水中有機物的氮受微生物作用的分解產(chǎn)物,氨氮主要反映水體中是否受到含氮有機物污染的趨勢,是否有富營養(yǎng)化的趨勢。

(2)鎘和揮發(fā)酚,用以反映因工業(yè)廢水排入水體引起的有毒污染趨勢。鎘指標(biāo)反映水體是否有受到的重金屬無機毒物污染的趨勢,這種污染的最主要的來源是化石燃料的燃燒、采礦和冶煉。揮發(fā)酚指標(biāo)反映水體受到的易分解的有機毒物污染,這種污染來源主要是通過石油化學(xué)工業(yè)的合成生產(chǎn)過程及其產(chǎn)品的使用過程中排放的污水不經(jīng)處理而排入水體中造成的。

(3)溶解氧,是衡量水體自凈能力的一個指標(biāo),用以反映河流是有受到熱污染的趨勢,河流受熱污染后易加速微生物的繁殖。

(4)總硬度,用以反映河流的天然水化學(xué)成分,是否發(fā)生了顯著變化,也用以檢驗部分河流由于受農(nóng)田排水引起的無機鹽污染變化趨勢。

2.3 水化學(xué)特征分析

對卡拉蘇河卡拉蘇水質(zhì)監(jiān)測斷面“十三五”期間(2015年-2020年)地表水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行水化學(xué)特征分析。本次水化學(xué)類型評價采用阿列金分類法作為標(biāo)準(zhǔn)?？傆捕群偷V化度的評價依據(jù)《地表水資源質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》(SL395-2007)作為標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.1 水化學(xué)類型

卡拉蘇河卡拉蘇水質(zhì)主要受徑流補給、地質(zhì)、大氣降水等因素的影響。卡拉蘇河發(fā)源于新疆拜城縣境內(nèi)由于特定的地理位置和地形條件,形成了徑流、降水規(guī)律分布的不同,因此卡拉蘇河流天然水質(zhì)隨人類活動影響因素很大,出現(xiàn)季節(jié)性變化特點。

采用阿列金分類法劃分水化學(xué)類型,調(diào)查分析卡拉蘇河卡拉蘇斷面水質(zhì)礦化度及總硬度的變化規(guī)律。我們以水體中溶解的離子總量、pH值和水化學(xué)類型描述水體的水化學(xué)特征。通過對卡拉蘇河卡拉蘇水文站水質(zhì)斷面“十三五”期間(2016年-2020年)五年水質(zhì)資料進行系統(tǒng)分析,卡拉蘇河流域天然水化學(xué)類型狀況較好,卡拉蘇河卡拉蘇水文站水質(zhì)水化學(xué)類型屬于硫酸鹽類鈣組Ⅱ型。陰離子以硫酸根為主,陽離子以鈣離子為主。水質(zhì)類型隨著卡拉蘇河匯流,沿程礦化度及總硬度明顯增加,從硫類鈣組Ⅱ類變?yōu)榱蝾愨}組Ⅲ類。

2.3.2 總硬度與礦化度

水的硬度主要是指水中鈣離子和鎂離子的總和,以碳酸鈣表示,總硬度劃分為極硬水、硬水、適度硬水、軟水、極軟水五個級別對應(yīng)的值為:450 mg/L、300 mg/L、150 mg/L、100 mg/L、55 mg/L、25 mg/L。礦化度是水中所含無機礦物成分的總量。參照《地表水資源質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》(SL395-2007)(以下簡稱“技術(shù)規(guī)程”),根據(jù)水體中礦化度的多少,按下列標(biāo)準(zhǔn)劃分為高礦化度、較高礦化度、中等礦化度、較低礦化度、低礦化度五個級別對應(yīng)的值為:1 000 mg/L、500 mg/L、300 mg/L、200 mg/L、100 mg/L、50 mg/L[6]。

卡拉蘇河卡拉蘇水文站地表水河流礦化度含量均在580 mg/L左右,礦化度四級,總硬度含量均在280 mg/L左右,總硬度四級,屬于較高礦化度硬水。卡拉蘇河地表水的礦化度及總硬度較高,天然水化學(xué)成分含量較高,這與該地區(qū)的氣候環(huán)境是分不開的,該地區(qū)屬于干旱的內(nèi)陸沙漠性氣候,夏季炎熱,冬季寒冷,四季分明,降水稀少,蒸發(fā)劇烈導(dǎo)致該地區(qū)天然水化學(xué)成分含量較高。

3 結(jié)果

2016～2020年間卡拉蘇河水文斷面地表水水質(zhì)現(xiàn)狀水質(zhì)良好,水質(zhì)類別分布在Ⅰ～Ⅱ類,無超標(biāo)項目,符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅰ、Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),可以作為飲用水源地、農(nóng)田灌溉用水、一般工業(yè)用水的水源。汛期(每年6-9月)水質(zhì)綜合類別達到Ⅰ類可占83,3%,Ⅱ類可占16.7%;非汛期(每年1-5月,10-12月)水質(zhì)綜合類別達到Ⅰ類可占67.7%,Ⅱ類可占33.3%;年水質(zhì)綜合類別達到Ⅰ類可占67.7%,Ⅱ類可占33.3%。2015-2020年間卡拉蘇河水文斷面總硬度實測值變化范圍在144～385 mg/L;氨氮、五日生化需氧量、高錳酸鉀指數(shù)、溶解氧、鎘和揮發(fā)酚五年內(nèi)每次實測值均可以達到地表水Ⅰ類水質(zhì)準(zhǔn);氨氮、高錳酸鉀指數(shù)在2017年度和2019年度達到了地表水Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);通過Mann-Kendall檢測方法對卡拉蘇河水文斷面水質(zhì)變化趨勢分析。根據(jù)卡拉蘇河水文斷面水質(zhì)中總硬度、溶解氧、鎘、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、總磷、氨氮和揮發(fā)酚8項參數(shù)趨勢檢驗結(jié)果可以看出拉蘇河水文斷面在2015-2020年間水質(zhì)呈現(xiàn)無明顯升降趨勢。水體中溶解氧雖然上升0.3 mg/L,溶解氧濃度越高水質(zhì)呈現(xiàn)越好狀態(tài)。見圖1。

圖1 卡拉蘇河水文斷面2015-2020年水質(zhì)類別對比圖