湟水流域西宁段六价铬分布分析

杨增霞，宋露露，拦继元，杨林

(青海师范大学化学化工学院，青海 西宁 810008)

六价铬是水污染的重要指标之一，它是吞入性毒物、吸入性极毒物，皮肤接触可能导致过敏，甚至会造成遗传性基因缺陷，吸入体内可能致癌，对环境有持久危险性[1-2]。当水中六价铬含量超过0.1 mg/L，会对人类产生毒性作用，水中六价铬浓度的监测是治理环境的重要内容[3]，污染物的分布分析对污染治理具有重要的指导意义。研究分类问题的主要方法有主成分分析法、因子分析法、聚类分析等，国外学者Sakizadeh Mohamad[4]、Suheyla Yerel[5]等采用多元统计方法评价了伊朗Khuzestan省的Andimeshk河、土耳其Sakarya河等的水质。国内学者张汪寿[6]、马振[7]、邱瑀[8]等采用多元统计方法对我国北运河武清段水系、秦淮河、湟水流域等水质进行评价。为了全面了解、分析湟水流域中六价铬的分布状况，本文根据流域不同功能区特点优化布点选取了52个监测点采样用二苯碳酰二肼分光光度法检测分析，得到六价铬浓度值，通过聚类分析划分出不同的铬污染区域，准确反映六价铬的分布情况，将聚类结果标注在河网图中，可以直观地反映六价铬的污染状况，同时跟踪分析近20年铬含量变化趋势，对湟水流域六价铬污染治理具有一定的实际意义。

1 分析测试

在湟水流域52个监测断面采取水样，用GB/T 7467—1987中六价铬的测定方法二苯碳酰二肼分光光度法测定其浓度，结果见表1。

表1 各断面监测数据(单位：mg/L)

2 结果与讨论

2.1优化布点

湟水河是贯穿西宁市境内的一条河流，在西宁段主要有南川河、北川河和沙塘川河三条主要的支流，最终从小峡口出境，流域周边的大多数地区引用湟水进行农田灌溉，还有的作为人畜饮用水[9-10]。采样点主要设在多巴周边有废污水排入的主要居民区，南川工业园区和北川工业园区上下游，南川河、北川河和沙塘川河三条支流与湟水河干流的汇合处，干流金滩入境河段和小峡口出境河段。由于湟水流域西宁段干流和支流平均水深≤5 m，且水质较稳定，因此，52个采样点均设在水面下0.5 m处，直接用塑料桶采集瞬时水样，水样采集后马上送回实验室进行分析测试。

2.2湟水流域六价铬聚类分析

以六价铬指标的浓度为样本数据，监测断面为变量，采用系统聚类法中的最短距离法来量度样本之间的相似性[11-15]，选用离差平方和算法和欧式距离，对湟水流域西宁段52个监测断面的六价铬指标进行聚类分析，分析结果最终用聚类树状图直观地表现出来，结果如图1所示。

图1 聚类分析结果图Fig.1 Diagram of cluster analysis result

由图1可知，采用聚类分析法将湟水流域西宁段各个监测断面分为4大类：第1类是九家湾和石头磊，这2个地方的六价铬浓度超过0.08 mg/L；第2类是韦家庄、朝阳桥和天津桥，六价铬浓度在0.05 mg/L左右；第3类是海湖路桥、新宁桥等，六价铬浓度在0.03 mg/L上下浮动，剩余的32个监测断面归为第4类。从整体上可以分成2大类，九家湾和石头磊分为一类，其余50个断面为一类。根据GB3838—2002和聚类结果，52个监测断面中61.5%属于Ⅰ类水，只有3.8%的监测点水质属于Ⅴ类水。通过聚类分析法可以很好地将水质断面进行归类，对湟水流域西宁段水污染治理起到指导作用。

2.3各监测点六价铬分布

应用地理空间数据云、国家基础地理信息中心标准地图服务、谷歌地图及ArcGIS软件将聚类分析出来的4类不同湟水流域监测断面标注在湟水流域西宁段区域研究概况图上，结果如图2所示。

图2 六价铬含量分布图Fig.2 Distribution map of Cr(Ⅵ)content

由图可知：湟水河属于四级河流，北川河和沙塘川河属于五级河流，南川河属于五级以下的河流，不同高低的粉红色柱形图表示4类六价铬浓度不同的监测断面，由图中可看出北川河支流上各监测断面的六价铬浓度较高，而南川河中的六价铬浓度普遍比较低，主要原因可能是沿北川河周边有皮革厂的存在而造成六价铬含量增加。无论是北川河河段还是湟水流域西宁段及其他支流都受到点源和城市非点源及农业非点源污染的共同影响，流域上游(扎麻隆以西)水量大，流速快，水流平缓，水体自净能力强，因而六价铬浓度降低，而中游西宁市段可能受到城镇生活及工业企业的影响，六价铬浓度相对较高，下游(小峡桥以东)基本不受六价铬影响，因此，在监测范围内干流六价铬浓度西高东低，北川河支流高于南川河支流。由图中得出的规律为六价铬的治理提供了方向。

2.4追踪分析20年六价铬变化

为了了解湟水流域六价铬的年变化规律，查阅相关文献[16]和当地环保厅资料得到1998—2018年扎麻隆和西钢桥六价铬浓度数据并对其进行分析，结果如图3所示。

图3 Cr6+年变化曲线图Fig.3 Annual variation curve of Cr6+

由图可知：扎麻隆六价铬浓度整体高于西钢桥，但这2个监测点的水质都在GB3838—2002规定Ⅳ类水以下。2003年以前这2个监测点的六价铬浓度均呈上升趋势，从2004年以后两个监测点的浓度呈现出明显的下降趋势。随着时间的推移，湟水流域西宁段六价铬浓度越来越低，说明湟水河污染治理取得了一定的成效。

3 结论

聚类结果表明湟水流域西宁段52个监测点被分成了4大类，4类区域的水质与地表水环境质量标准(GB3838—2002)中六价铬Ⅰ-Ⅳ类相对应，并将分布情况标注在区域研究概况图中，可以直观地反映在监测范围内干流六价铬浓度西高东低，支流六价铬浓度北川河高于南川河。追踪分析扎麻隆和西钢桥两个监测点的六价铬浓度变化，从2003年之后浓度逐年降低，说明水污染得到了有效的控制。通过对六价铬的分布分析，对湟水流域西宁段水污染控制和治理提供相关信息。