青海长江源区2005-2012年地表水水质状况及变化趋势分析

青海长江源区2005—2012年地表水水质状况及变化趋势分析

鲁子豫,马燕,李志强,李建莹,李生寿,祁佳丽

(青海省生态环境遥感监测中心,青海 西宁810007)

摘要：利用2005—2012年青海长江源区地表径流7个监测断面连续8年的地表水监测数据,分析长江源区地表水水质状况及变化趋势。结果表明:青海长江源区各监测断面Ⅰ～Ⅲ类水质比例为100%,区域地表水水质状况整体为优,水质为一级清洁;地表水中主要污染因子为CODMn、NH3-N和TP;地表水中元素浓度基本处于背景值状态,人类影响极微。

关键词：地表水;水质;变化趋势;长江源区;青海省

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2015.03.010

基金项目:青海省科技厅科技促进新农村计划(2013-N-534)

作者简介:鲁子豫(1983—),男,工程师,从事生态环境监测与评价工作。E-mail:lzy83202@163.com

中图分类号：X820.2文献标志码：A

收稿日期：(2014-06-09编辑：高渭文)

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2015.03.011

Water quality of surface water and its variation trend in

Yangtze River Source Area of Qinghai from 2005 to 2012

LU Ziyu, MA Yan, LI Zhiqiang, LI Jianying, LI Shengshou, QI Jiali

(RemoteSensingMonitoringCenterofEcologicalEnvironmentofQinghaiProvince,Xining810007,China)

Abstract：The surface water quality and the variation trend around the Yangtze River Source Area were analyzed based on the monitoring data of surface water from 7 main monitoring cross-sections for successive 8 years from 2005 to 2012. The result shows that the water quality ratio in each monitoring section between Ⅰ and Ⅲ is 100%, which means that the overall condition of surface water in this area is optimal and the water quality grade is Class I. The main pollutants in surface water contain Permanganate, Ammonia nitrogen and 3 kinds of Total Phosphorus. However these element concentration in the surface water is at the state of background value,which hardly has impact on human body.

Key words： surface water;water quality;variation trend;Yangtze River Source Area; Qinghai Province

青海长江源作为中国“母亲河”长江的源头,是三江源区的重要组成部分,位于北纬32°30′～35°40′,东经90°30′～94°00′之间,平均海拔高度4000m,面积约14万km2,占长江流域总面积的8%[1-3]。

三江源区被誉为“中华水塔”,青海长江源作为三江源区的组成部分,其主要功能是为长江中、下游地区输送优质的水资源[4],因此源区地表水水质状况对长江中、下游地区水资源的可持续利用具有重要意义。文献[1-8]对长江源区地表水环境状况进行了相关研究,但采用的监测数据时间序列较短,且均为时间较早的监测数据,而近几年未见到关于青海长江源区地表水水质状况的研究及相关报道。本文采用2005—2012年连续8年的地表水水质监测数据,以单因子评价法、内梅罗综合污染指数法和秩系数相关法对长江源区地表水质状况、主要污染因子变化趋势和区域内地表水水质状况变化趋势进行分析,旨在清晰地反映青海长江源区地表水水质状况及变化趋势,为政府管理和制定流域水质保护、水权交易和生态补偿相关政策提供理论依据。

1数据来源和研究方法

1.1断面选择

地表水水质监测断面根据长江源区地表水水系分布情况,在主要河流的干流及一级支流选取7个地表水水质监测断面,详见表1和图1。

表1　长江源区地表水水质监测断面信息

图1　长江源区地表水水质监测断面示意图

1.2数据来源

本文所采用的水质数据来源于“青海三江源自然保护区生态保护和建设工程生态监测项目”2005—2010年年度环境质量监测分析报告和“青海省重点生态功能区县域生态环境质量监测与评价项目”2011年和2012年监测分析报告,均由青海省环保厅“青海省生态监测综合技术组”提供。水质数据涉及pH、CODMn、COD、NH3-N、TN、TP、Cu、Pb、Zn、Se、As、Cd、Hg、Cr6+、氟化物、氰化物、挥发酚、石油类、硫化物、阴离子表面活性剂共20项。

1.3水质状况评价分析方法

流域水质评价[9]采用监测断面水质类别比例法,当河流、流域水质监测断面总数在5个以上时,根据评价河流中各监测断面水质类别数占流域所有评价断面总数的百分比来定性评价其水质状况: Ⅰ～Ⅲ类水质比例≥90%时,水质状况为优秀;75%≤Ⅰ～Ⅲ类水质比例<90%时,水质状况为良好;Ⅰ～Ⅲ类水质比例≥75%,劣Ⅴ类水质比例<20%时,水质状况为轻度污染;Ⅰ～Ⅲ类水质比例<75%,20%≤劣Ⅴ类水质比例<40%,水质状况为中度污染;Ⅰ～Ⅲ类水质比例<60%,且劣Ⅴ类水质比例≥40%,水质状况为重度污染。

各监测断面水质状况及主要污染因子变化趋势评价方法如下:地表水水质评价采用单因子指数评价法,依据GB3838—2002《地表水环境质量标准》对年度每个监测断面的水质类别做出判定,并确定河流水质主要污染因子;河流水质主要污染因子的年际变化趋势采用内梅罗综合污染指数法进行分析;主要污染物年际变化趋势的显著性分析采用秩相关系数法。

1.3.1单因子指数评价法

单因子指数评价法[9-11]是将每个监测断面所有污染因子单独进行评价,计算各水质污染因子的标准指数。计算公式为

(1)

式中:Si,j为标准指数;Ci,j为评价因子i在j点的实测浓度值;Cs,i为评价因子i的评价标准限值,以地表水Ⅲ类水质为标准。

1.3.2内梅罗综合污染指数

内梅罗综合污染指数[10]是表示污染因子对环境污染程度的一种数量指标。按照每个水质因子的标准指数Si,j,计算各水质断面的内梅罗综合综合指数P综,并对照内梅罗综合污染指数分级标准(表2)定量评价污染物年际变化对区域水质的影响程度。其计算公式如下:

(2)

式中:P综为综合污染指数,即内梅罗污染指数;Sij最大为污染物中标准指数最大值;Sij均为污染物中标准指数平均值(以地表水Ⅲ类水质为标准)。

表2　内梅罗综合污染指数分级标准

1.3.3秩相关系数法

秩相关系数法[9,11]是将各污染因子的实测浓度值与时间序列建立联系,衡量污染状况变化趋势在统计上有无显著性意义,同时定量分析污染变化趋势的方法。计算公式为

(3)

(4)

式中:di为变量Xi和变量Yi的差值;Xi为周期1到周期N按浓度值从小到大排列的序号,即2005—2012年各主要污染因子的年平均浓度按照从小到大排列的序号；Yi为按监测年度排列的序号，即2005—2012年按照监测年度排列为1，2，…，8。

表3　2005—2012年长江源区地表水水质监测结果

注:“L”的数值为低于分析方法最低检出限值,即未检测出该类物质,以检测方法最低检出值后加“L”表示,由于部分物质的分析方法更新,因此数据统计时,未检出物质均采用最新方法的最低检出限值。

如果rj是负值,表明水质状况有转好趋势,水质污染呈下降趋势;如果rj是正值,则表明水质状况有恶化趋势,水质污染呈上升趋势。将秩相关系数rj的绝对值同spearman秩相关系数统计表中的临界值Wp进行比较,如果rj>Wp则表明水质变化趋势具有显著意义。

2分析与讨论

2.1监测结果

通过对长江源区各断面地表水进行分析,结果表明2005—2012年地表水中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr6+、As、Se、Hg、硫化物、挥发酚、氰化物、石油类、阴离子表面活性剂13项水质污染因子均未检出;按照《地表水环境质量评价办法(试行)》[9], TN不参与河流水质评价,其余指标2005—2012年监测结果见表3。

2.2流域水质状况

2005—2012年7个地表水监测断面水质均符合GB3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质标准,各监测断面Ⅰ～Ⅲ类水质比例为100%(表4),对照流域水质定性评价分级表,可知青海长江源区地表水水质状况整体为优。

表4　长江源区2005—2012年各监测断面水质类别评价

为进一步说明2005—2012年地表水水质状况及污染因子变化情况,对7个监测断面CODMn、COD、NH3-N、TP和氟化物质量浓度对水质的影响进行年际对比。由图2可以看出,2005—2012年各类污染因子浓度表现为无规律的上下波动性,主要表现为:CODMn质量浓度在楚玛尔河大桥、扎曲河称多和布曲河雁石坪3个断面在Ⅰ～Ⅱ类水质标准范围内浮动,其余监测断面水质稳定在Ⅰ类水质范围;COD质量浓度2005年和2006年在部分断面出现Ⅱ类水质,2007年起7个断面均保持在Ⅰ类水质;NH3-N质量浓度2006年在通天河大桥断面出现Ⅲ类水质,其他断面保持在Ⅰ～Ⅱ水质范围内;TP质量浓度从2006年起基本稳定在Ⅱ类水质范围内;氟化物质量浓度处于稳定状态维持在Ⅰ类水质范围内。由于7个监测断面所属区域的水功能区划目标均为Ⅰ类,因此近几年区域内地表水主要污染因子为CODMn、COD、NH3-N、TP。

图2　2005—2012年各种污染物质量浓度年际对比

造成长江源区地表水中CODMn、COD、NH3-N、TP质量浓度偏高的主要原因是常年温度偏低,生物化学作用微弱,有机物分解速率低且分解不彻底,地表水中元素的转化过程不同于一般情况,形成了青藏高原特殊的转化模式[5-7],此外由于地表水样品采集均为夏季,长江源区降水主要集中在夏季,降水波动性较大,丰枯转换频繁[9],亲水性的铵离子和磷离子被雨水从土壤中淋溶进入地表水,也是造成地表水中NH3-N和TP质量浓度偏高的原因之一,同时区域人口少,不存在任何工矿企业,整个自然生态环境处于原始状况,以2005—2012年实际监测数据对比张立成等[5]关于长江源区天然水体元素浓度背景值的研究,可以发现2005—2012年长江源区地表水中各项元素浓度值与背景值基本一致。

通过计算，从表5得知，区域内地表水综合污染2005年为最高值,2005—2007年水质逐年改善。2008年综合污染指数虽然呈现上升趋势,但低于2006年数值,2009—2012年综合污染指数相对2008年明显下降,但呈现逐年极小幅度的上升趋势。2005—2012年区域地表水水质内梅罗综合污染指数在0.21～0.55之间,按照内梅罗指数水质分级评价表的分级标准,整个流域各年度的综合污染指数均小于0.7,水质属于一级清洁。

表5　2005—2012年长江源区地表水内梅罗综合污染指数

2005—2012年长江源区地表水中综合污染指数在一级清洁的范围内呈现出无规律的上下波动,表明虽然青海长江源区地表水水质变化受自然影响较大,但由于地处长江上游,且经济发展较慢,污染物排放量少,人口密度低,水环境容量大,因此水体自净能力强[8],水质保持相对稳定状态。

通过秩相关系数法分析2005—2012年长江流域污染物变化趋势(表6),可以看出7个监测断面的地表水中,除布曲河雁石坪断面的CODMn质量浓度、通天河大桥断面的NH3-N质量浓度和扎曲河称多断面的NH3-N质量浓度没有下降趋势外,其余各断面的CODMn、NH3-N、TP质量浓度均呈下降趋势,其中多数断面的污染下降趋势显著。

表6　2005—2012年长江源区各断面污染物秩相关系数

注:N=8时,秩相关系数rs在P=0.05显著水平的临界值Wp=0.643。

3结论

通过分析2005—2012年青海长江源区7个监测断面连续8年的地表水监测数据，得出2005—2012年长江源区地表水中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr6+、As、Se、Hg、硫化物、挥发酚、氰化物、石油类、阴离子表面活性剂13项水质污染因子均未检出;2005—2012年长江源区地表水Ⅰ~Ⅲ类水质比例为100%,各监测断面水质为“优”,区域地表水水质整体保持一级清洁;地表水中主要污染因子为CODMn、NH3-N、TP;地表水中元素浓度基本处于背景值状态,人类影响极微。

致谢:“青海省生态监测综合技术组”为本项目的研究提供了连续8年的监测数据，在此表示衷心感谢。

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