新疆开都河地表水环境变化趋势及成因分析

克斯尔·卡合曼

(新疆巴音郭楞水文勘测局，新疆 库尔勒 841000)

新疆开都河作为其下游博湖的主要入湖河流，其水环境变化对于博湖水生态保护十分重要[1-2]。博湖是我国内陆最大的淡水湖泊，近些年来受人类活动以及气候变化的综合影响，博湖水环境变化有所恶化，流域内水生态功能受到不同程度的影响。尤其是上游开都河水环境变化是其变化的主要成因，因此亟需对开都河水环境变化趋势进行分析，并对其变化成因进行探讨，才能制定相对应的水环境保护措施。为此结合开都河主要水质采样点4种常规水环境监测数据，对各指标浓度变化趋势进行分析，并重点对其变化影响主因进行探讨，以期为博湖流域水环境综合治理和保护提供基础数据，为变化环境下流域生态环境问题的来源提供科学的依据。

1 开都河基本情况及资料来源

开都河开都河位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境内，是区域内第一大河流，其出口为我国内陆最大的淡水湖泊博湖，开都河干流控制水文站分别为巴音布鲁克、大山口、焉耆水文站，各站多年平均径流量在9.57×108～25.68×108m3之间，从开都河上游到下游其径流量逐步增加。本文主要结合以上4个水文站水质监测常规指标进行开都河水质变化特征的分析，其中巴音布鲁克水文站在汛期和非汛期水化学分别以重碳酸盐钙类II型和III型为主，钙离子和镁离子随着河道长度浓度逐步增加，而重碳酸盐钙类III型是大山口、焉耆两个水文站汛期和非汛期的主要水化学类型。

2 变化趋势检验方法

采用M-K非线性显著检验方法对各水质指标变化特征进行显著变化特征的分析。该方法将水质监测指标序列作为样本序列对其统计变量S进行计算：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：S为水质指标样本序列显著性检验统计变量；xi和xj表示为来自同一个样本总体的两个样本数据系列；σs表示为方差标准计算值；singn表示为计算变量；n表示为总的样本序数；Z表示检验特征变量，当Z>0则表示水质指标呈现递增变化趋势，否则呈现递减变化趋势，当∣Z∣>2.32、1.64<∣Z∣<2.32、1.28<∣Z∣<1.64则分别表示变化趋势的显著性可分别达到99%、95%以及90%的置信水平。

3 主要监测指标变化趋势

3.1 汛期和非汛期开都河水质变化分析

结合开都河巴音布鲁克、大山口、焉耆水文站主要水质监测数据，对其汛期、非汛期以及全年pH值、矿化度、溶解性总固体以及总硬度的指标均值进行分析，如表1所示，并结合趋势检验方法对其不同时间尺度趋势变化进行显著性检验，检验统计值如表2所示。

表1 开都河各水文站汛期和非汛期主要水质指标

从表1开都河各水文站汛期和非汛期主要水质指标均值分析可看出，各站点汛期和非汛期pH值、矿化度、溶解性总固体以及总硬度的指标均值变化的差异程度不高，汛期各指标均值总体低于非汛期，开都河流域从源头向下游，其各指标均值总体逐步增加。从表2开都河巴音布鲁克、大山口、焉耆水文站主要水质监测数据变化趋势检结果可看出，不同站点汛期、非汛期以及全年的指标变化趋势变化差异较大，各站点水质指标在全年和汛期尺度变化趋势总体具有一致性，其中对于pH值而言，巴音布鲁克站总体呈现弱递增变化，变化趋势较低，而大山口站汛期和全年呈现递减变化，而非汛期呈现递增变化，但趋势显著性检验水平均低于90%。焉耆站和大山口水文站的Ph值变化趋势较为接近。对于矿化度而言，巴音布鲁克位于上游，其值呈现较为明显的地质变化，汛期和非汛期递增趋势显著性低于90%，但全年尺度递增变化趋势性高于90%。而大山口水文站和焉耆水文站的矿化度变化趋势具有相似性，汛期和非汛期变化趋势要低于全年矿化度的变化趋势，但总体趋势显著性检验水平值低于90%。从各站点溶解性总固体的变化趋势分析结合可看出，巴音布鲁克、大山口、焉耆水文站溶解性总固体总体呈递减变化趋势，汛期和非汛期变化显著性较低，但全年变化趋势显著性高于90%。各站点总硬度呈现递增变化，但递增变化的趋势显著性水平低于90%，从上游到下游其总硬度变化趋势有所增加。

表2 开都河各水文站汛期和非汛期主要水质指标变化趋势检验值

3.2 开都河水质指标年特征值统计分析

结合开都河巴音布鲁克、大山口、焉耆水文站主要水质监测数据，对其年特征值进行统计分析，分析结果如表3所示。

表3 开都河各水文站主要水质指标年特征值 mg/L

从巴音布鲁克、大山口、焉耆水文站各水质指标年最大值和最小值对比结果可看出，各站点钙、镁的比值在1.11～1.65之间，而氯化物和硫酸盐比值在1.70～11.03之间，总碳酸根和总硬度的年最大和年最小比值在1.08～1.10之间，各站点变化差异度较低，而巴音布鲁克、大山口、焉耆水文站矿化度年最大值和最小值比值1.10～1.19之间，总体变化度也较小。巴音布鲁克、大山口、焉耆水文站矿化度年均值分别为2.31×108t、9.72×108t、7.83×108t。从大山口到焉耆站之间其矿化度总体呈现衰减变化，各指标年变化规律与其年径流变化具有相似性。

4 水质主要成因探讨

从开都河巴音布鲁克、大山口、焉耆水文站沿程水质变化可看出，从开都河上游源头到下游其各水质指标均沿程呈现递增变化，开都河的主要污染成因是农业面源污染负荷，开都河流域从50 a底啊开始进行较大规模的农业水土的利用，农田灌溉面积逐年递增，农业耕作方式下大量的面源污染负荷进入河流中，经过相关调研分析，开都河流域农业面源污染负荷占进入河流污染负荷总量的50%左右，是开都河流域主要污染成因。因此对于开都河流域而言，需要对其农业耕种方式包括其耕地面积以及农业化肥的使用进行合理控制，才可以对有效改善开都河流域水质状况。

5 结语

开都河汛期各指标均值总体低于非汛期，流域从源头向下游，其各指标均值总体逐步增加。

巴音布鲁克、大山口、焉耆水文站各站点汛期、非汛期以及全年的指标变化趋势变化差异较大，各站点水质指标在全年和汛期尺度变化趋势总体具有一致性。

从大山口到焉耆站之间其矿化度总体呈现衰减变化，各指标年变化规律与其年径流变化具有相似性。

开都河流域农业面源污染负荷占进入河流污染负荷总量的50%左右，是开都河流域主要污染成因。因此对于开都河流域而言，需要对其农业耕种方式包括其耕地面积以及农业化肥的使用进行合理控制，才可以对有效改善开都河流域水质状况。