赤水河流域水环境现状及水质评价

闵文武，黄福江，王 伟

(1.遵义师范学院 赤水河流域环境保护与山地农业发展协同创新中心，贵州 遵义 563006；2.贵州省农业科学院 水产研究所，贵州 贵阳 550025)

赤水河是长江上游右岸唯一没有梯级水库的重要一级支流，发源于云南省镇雄县，位于川、滇、黔三省接壤地区，流经镇雄、叙永、毕节、仁怀、赤水等地，至四川省合江县汇入长江，全长444.5 km，流域面积2.04万km2[1]。赤水河是长江上游珍惜特有鱼类国家级自然保护区的重要组成部分[2]。赤水河的水生态环境对茅台等白酒企业发展、河流水生生物多样性保护和长江经济带战略实施具有十分重要的作用[3-5]，因此，不同学者对赤水河水生态环境进行了大量的研究，研究对象涉及鱼类[6-8]、底栖生物[9-11]、浮游生物[12-13]、菌群[14]等。为赤水河的水生态环境管理和水生生物资源保护提供了大量的基础参考数据。

水质评价是环境治理与监控中的一项重要的基础工作，通过水质监测，对水质做出合理评价，对流域治理和规划具有重要作用[15]。多年来，学者们对赤水河水质现状调查与评价开展了大量工作[16-19]，但他们的研究通常只局限在部分区域或某一季节，未实现全覆盖。本文根据2018年9月(秋季)、2019年4月(春季)、7月(夏季)和12月(冬季)共4次的全流域监测数据，分析赤水河水质现状及河流健康状况，为赤水河水环境治理和生物多样性保护提供依据。

1 材料与方法

1.1 采样断面分布

赤水河流域处于云贵高原向四川盆地倾斜的斜坡面，地势西南高而东北低，高程200～1890 m，平均比降0.491%，河段落差1181.4 m，茅台以上为上游，茅台至丙安为中游，丙安以下为下游。主要支流包括二道河、习水河、古蔺河、大同河、桐梓河和同民河。本研究设置11个调查采样断面，其中赤水河干流7个、支流4个，C2位于大同河，C4位于习水河，C6位于古蔺河，C8位于桐梓河，采样断面分布如图1所示。

图1 采样断面分布图

1.2 水样采集与测定

本文测定的水体理化指标有水温(WT)、pH值、流速、电导率(EC)、溶解氧含量(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)和悬浮物(SS)，现场用温度计测定WT，用便携式水质分析仪(HachiHQ30d)测定pH值、EC和DO值，用流速仪(Global water FP211)测定流速，采集水样12 h内送回实验室，按照《水和废水监测分析方法》(国家环境保护总局，2002b)测定TN、TP和SS。

1.3 数据分析与处理

依据国家标准[20]结合监测的DO、TN和TP判定各指标下赤水河水质类别。除pH值外，所有数据经lg(x+1)转换，采用独立样本t检验分析不同季节水环境指标的差异性。运用水质综合标识指数(Iwq)计算及水质评价方法见文献[15,21]。

运用SPSS 19.0分析水体指标的季节变化差异，数据统计和运算在Excel 2007上完成，采样断面分布图在Arcmap 20.0上完成。

2 结果与分析

2.1 赤水河的水质现状

赤水河四季水质参数均值如表1所示，赤水河WT平均值为20.03 ℃，其中春季21.18 ℃、夏季27.78 ℃、秋季17.64 ℃、冬季13.50 ℃。pH值变化范围为7.93～8.35，平均值8.09，呈弱碱性；流速平均值为0.32 m/s；EC平均值396.88 μs/cm；DO变化范围为8.25～9.84 mg/L，平均值9.19 mg/L；TN变化范围为2.12～3.53 mg/L，平均值2.66 mg/L；TP变化范围为0.04～0.05 mg/L，平均值0.05 mg/L；SS变化范围为10.64～12.73 mg/L，平均值11.62 mg/L。

表1 赤水河流域四季水质参数均值

赤水河流域水体DO全部达到Ⅰ类水质标准；TP在春季的C3、C7和秋季的C6为Ⅲ类水质，其余各季节各断面均为Ⅱ类水质；TN在春季和秋季的C2均为Ⅳ类水质，在春季的C3、C4、C6，秋季的C4以及冬季的C1、C2、C4、C5、C9均为Ⅴ类水质，其余断面均低于Ⅴ类水质。

2.2 水质指标的时空分布特征

由赤水河水质季节差异(图2)可知，流域WT呈现明显的季节性变化，WT四季差异显著(P<0.05)，春、夏季显著高于秋、冬季(P<0.01)；pH值呈中性至弱碱性，四季变化差异不显著(P>0.05)；秋、冬季流速低于春、夏季，秋季流速显著低于其他三季(P<0.05)，春、夏、冬季流速差异不显著(P>0.05)；春、冬季EC高于夏、秋季，但季节差异不显著(P>0.05)；春、冬季DO显著高于夏、秋季(P<0.05)，春季和冬季DO差异不显著(P=0.11)，夏季和秋季DO差异不显著(P=0.99)；春、夏、秋季TN差异显著(P<0.05)，秋季TN高于春、夏、冬季；水体TP和SS季节差异不显著(P>0.05)。

图2 赤水河流域水环境因子季节差异

从各断面水质指标的空间分布分析，春季C2断面的pH值、EC、DO和TN均是最低的，而C8的pH值、DO和SS含量最高，pH值表现为从流域上游至下游逐渐降低的趋势。C6的EC最大，为709 μs/cm，C2最小，为106 μs/cm；除C2、C3、C4和C6的TN小于2.0 mg/L外，其余的TN均大于2.0 mg/L；C3和C8的TP值均为0.12，为Ⅱ类水质，其余均为Ⅰ类水质。

夏季pH值表现为支流大于干流，呈现从上游至下游逐渐降低的趋势；DO呈现从上游至下游逐渐降低的趋势，最大值位于C11，为10.35 mg/L，最小值位于C6，为7.3 mg/L；TN含量均大于2.0 mg/L。

秋季C8的WT和pH值最高，分别为20.9 ℃和9.81；pH值表现为上游断面大于下游断面，C6的EC和TP最高，分别为556 μs/cm和1.0 mg/L，C11的DO含量最高，为9.02 mg/L，支流断面的TN小于干流断面，SS表现为从上游至下游逐渐升高的趋势。

冬季同样以C6的EC最高，为666 μs/cm，DO和TN表现为从上游至下游逐渐降低的趋势，干流TN大于支流，SS呈现从上游至下游逐渐升高的趋势。

2.3 水质的综合评价

根据测定的DO、TN和TP计算赤水河流域Iwq，根据Iwq的整数位和小数点后第1位X1.X2可以判定综合水质级别，判定标准如表2所示。

表2 基于综合水质标识指数的综合水质判定标准

根据表2的判定标准，赤水河流域Iwq和水质级别见表3所示，春季Iwq平均值为3.112，最高位于C7，为3.821，最低位于C2，为2.510，C2、C4、C6、C8和C10的水质级别为Ⅱ类，其余断面均为Ⅲ类。夏季Iwq平均值为3.320，最高位于C6，为3.711，最低位于C10、C11，均为2.810，位于上游的C9、C10、C11的水质级别为Ⅱ类，其余断面为Ⅲ类。秋季Iwq平均值为3.493，最高位于C7，为3.911，最低位于C2，为2.710，仅C2的水质级别为Ⅱ类，其余断面均为Ⅲ类。冬季Iwq平均值为3.493，最高位于C3和C6，均为3.511，最低位于C8，为2.710，C8的水质级别为Ⅱ类，其余均为Ⅲ类。

表3 赤水河综合水质指标指数及水质级别判定

综合分析显示，赤水河流域水质表现为春、夏季优于秋、冬季，春季支流断面水质优于干流断面，夏季河流上游水质优于下游。

2.4 赤水河水质10 a变化趋势分析

结合本文监测的pH值、DO、TN和TP共4个水质指标，统计了近10 a来部分学者对赤水河流域水质监测结果(图3)，10 a的pH值平均值为8.16，pH值年际变化差异不显著，从2010年和2019年的数据显示，pH值年内变化趋势为随月份的增加而逐渐升高。DO平均值为9.33 mg/L，2016年4月的DO(13.95 mg/L)显著高于其他调查时间，2010年9月的DO最低，为7.81 mg/L。TN平均值为2.52 mg/L，其中2010年平均值为2.45 mg/L，2016年平均值为3.47 mg/L，2019年平均值为2.37 mg/L，均超过地表水Ⅴ类水质标准，2012年12月的调查中TN最低，仅为0.23 mg/L，为Ⅱ类水质标准。TP平均值为0.07，最大值出现在2010年6月，为0.24 mg/L，为Ⅳ类水质标准。2010年9月为0.11 mg/L，为Ⅲ类水质标准，2010年12月～2019年12月，TP一直保持在0.1 mg/L以下，为Ⅱ类水质标准。

图3 近10 a赤水河流域pH值、DO、TN和TP水质变化情况

3 小结与讨论

赤水河流域WT季节变化差异明显，随着海拔的降低，WT呈现从上游至下游逐渐升高的趋势，变化规律与吴湘香等[12]的研究结果相似，WT值高于其2007～2010年的同期研究结果。赤水河地处云贵高原与四川盆地接壤地带，气候地域差异较大，上段三岔以上为暖温带高原气候，气温稍低，中下游四川盆地丘陵地带，则具有盆地亚热带湿润气候的特点，河谷内气温较高，地形地貌的差异，导致气温随着改变，从而影响河谷内水体温度。

赤水河河水流速表现为秋季显著低于其他3个季节，原因可能是在秋季调查中，C8断面位于桐梓河下游的金阳电站内，实测流速为0 m/s，因此影响了整个调查季节的平均值。赤水河流域多年平均年降水量800～1200 mm，流域内降水分布不均匀，降水量的高值位于左岸支流大同河上游，年降水量达1200 mm以上，降水量低值位于赤水河中游干流及支流古蔺河下游，年降水量为700～800 mm，降水量年内分配不均，5～10月为丰水期，降水量占全年的75%～83%，以6～7月最多，占全年的30%左右，12月至次年1月降水量较少。本研究春、夏季流速高于秋、冬季，主要与春季调查在4月进行，临近流域丰水期，河流水量大、流速快。

TN是影响赤水河流域水质的主要因素，在冬季表现最为突出。据不完全统计，从2010年至2020年，除了2012年12月的调查中发现TN最低(0.23 mg/L)，其他调查时间内流域TN均超标，这与调查断面位置、数量，水量变化和人类活动等因素有关。对TP含量近10 a的统计分析显示，2010年6月至12月，TP呈现明显的下降趋势，从0.24 mg/L下降到0.03 mg/L，之后一直保持在0.1 mg/L以下的浓度，说明随着环保工作的加强，赤水河流域TP浓度得到有效控制。

《贵州省赤水河流域环境保护规划(2013～2020年)》[22]要求，到2017年，赤水河干流断面水质全部达到Ⅱ类，主要支流达到Ⅲ类以上，各主要污染指标浓度有效控制；到2020年，干流断面水质全部稳定达到Ⅱ类，主要支流达到Ⅱ类，重点断面主要污染物指标浓度明显降低。本文通过综合水质标识指数分析赤水河水质现状，结果显示，赤水河水质现状总体表现为Ⅲ类水，少数断面为Ⅱ类水，空间表现为支流优于干流，上游优于下游。根据监测结果，本文只选取标准中21项指标中的3项进行数据分析，可能会造成水质总体评价结果偏低，与实际情况存在差异的现象。因此，为全面、科学和准确了解赤水河流域水质变化，需要开展进一步更全面的长时间监测，为赤水河水环境管理提供可靠数据。