“十三五”期間卡拉蘇河水文斷面水環境質量評價及水質趨勢分析

趙文斌

(新疆阿克蘇水文勘測局水環境監測分中心,新疆 阿克蘇 843000)

卡拉蘇河發源于新疆拜城縣境內,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?？ɡK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,被灌溉開發利用,只有主汛期有部分的水匯入木扎提河中,其水質狀況對拜城縣水環境安全和未來發展起到重要影響,拜城縣卡拉蘇河灌溉開發利用區的社會經濟發展河生態環境安全依賴卡拉蘇河水質狀況,對卡拉蘇河水文斷面水環境質量評價及水質因子變化趨勢分析,可以為科學分析水環境變化原因和卡拉蘇和生態系統管理提供一定參考。

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拜城縣亞吐爾鄉境內,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?；?。

1.2 水文

卡拉蘇水文站是卡拉蘇河水量、水質控制站,是阿克蘇地區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)的卡拉蘇河區(四級區)?？ɡK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,突發性,短歷時,高強度,陡漲陡落,破壞性極大的特點。根據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。北部山區氣候寒冷、空氣濕度相對較大、降水豐沛、蒸發較小、盆地內氣候干燥、光照充足、降水稀少、蒸發較大、冬春較長、夏秋晝夜溫差大,春季行北風,四季變化大。根據資料統計分析,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。多年平均蒸發量2 085.4 mm。

1.4 地質

卡拉蘇(三)水文站四周是山地,中部低,在本流域范圍內,山體多為古生代巖層,由于巖石裸露,風化剝蝕作用強烈,有較厚的中新界蓋層,褶皺強烈,構造斷裂較多,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 斷面水環境質量評價及水質趨勢分析

2.1 水環境標識指數評價法

選用《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)作為分析評價區地表水評價標準[2]。地表水水質評價項目選擇pH值、溶解氧、高錳酸鉀指數、化學需氧量、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、揮發酚等共17項評價項目對卡拉蘇河水文斷面地表水環境質量評價分級標準[3]。詳見表1。

表1 地表水環境質量評價分級標準 mg/L

表2 卡拉蘇河卡拉蘇站水質監測站水化學參數及類型統計 mg/L

表3 卡拉蘇河水文斷面水質趨勢檢驗成果表

2.2 Mann-Kendall趨勢分析

Mann-Kendall檢測方法是一種非參數統計檢驗法,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資料進行比較缺乏可比性。季節性肯達爾檢驗定義為水質資料在歷年相同月份間的比較,這避免了河流水質受流量季節性變化的影響,從而使檢驗結果更具可比性;同時,由于數據比較只考慮數據相對排列而不考慮其大小,故能避免水質資料中常見的漏測值問題,也使奇異值對水質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數據的特征,Mann-Kendall檢測方法廣泛應用于氣象、水文時間序列趨勢和突變分析[4]。根據卡拉蘇河水文斷面的水質特點,考慮到能反映流域內自然環境因素及人為影響,選擇揮發酚、五日生化需氧量、溶解氧、高錳酸鹽指數、總磷、總硬度、氨氮和鎘8項參數進行趨勢檢驗。

(1)高錳酸鹽指數、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變化趨勢。高錳酸鉀指數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?？偭字笜丝梢苑磻幩w富營養化情況。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,是否有富營養化的趨勢。

(2)鎘和揮發酚,用以反映因工業廢水排入水體引起的有毒污染趨勢。鎘指標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。揮發酚指標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工業的合成生產過程及其產品的使用過程中排放的污水不經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,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成分,是否發生了顯著變化,也用以檢驗部分河流由于受農田排水引起的無機鹽污染變化趨勢。

2.3 水化學特征分析

對卡拉蘇河卡拉蘇水質監測斷面“十三五”期間(2015年-2020年)地表水水質監測數據進行水化學特征分析。本次水化學類型評價采用阿列金分類法作為標準?？傆捕群偷V化度的評價依據《地表水資源質量評價技術規程》(SL395-2007)作為標準。

2.3.1 水化學類型

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

采用阿列金分類法劃分水化學類型,調查分析卡拉蘇河卡拉蘇斷面水質礦化度及總硬度的變化規律。我們以水體中溶解的離子總量、pH值和水化學類型描述水體的水化學特征。通過對卡拉蘇河卡拉蘇水文站水質斷面“十三五”期間(2016年-2020年)五年水質資料進行系統分析,卡拉蘇河流域天然水化學類型狀況較好,卡拉蘇河卡拉蘇水文站水質水化學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類變為硫類鈣組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《地表水資源質量評價技術規程》(SL395-2007)(以下簡稱“技術規程”),根據水體中礦化度的多少,按下列標準劃分為高礦化度、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?？ɡK河地表水的礦化度及總硬度較高,天然水化學成分含量較高,這與該地區的氣候環境是分不開的,該地區屬于干旱的內陸沙漠性氣候,夏季炎熱,冬季寒冷,四季分明,降水稀少,蒸發劇烈導致該地區天然水化學成分含量較高。

3 結果

2016～2020年間卡拉蘇河水文斷面地表水水質現狀水質良好,水質類別分布在Ⅰ～Ⅱ類,無超標項目,符合《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)Ⅰ、Ⅱ類水質標準,可以作為飲用水源地、農田灌溉用水、一般工業用水的水源。汛期(每年6-9月)水質綜合類別達到Ⅰ類可占83,3%,Ⅱ類可占16.7%;非汛期(每年1-5月,10-12月)水質綜合類別達到Ⅰ類可占67.7%,Ⅱ類可占33.3%;年水質綜合類別達到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、溶解氧、鎘和揮發酚五年內每次實測值均可以達到地表水Ⅰ類水質準;氨氮、高錳酸鉀指數在2017年度和2019年度達到了地表水Ⅱ類水質標準;通過Mann-Kendall檢測方法對卡拉蘇河水文斷面水質變化趨勢分析。根據卡拉蘇河水文斷面水質中總硬度、溶解氧、鎘、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、總磷、氨氮和揮發酚8項參數趨勢檢驗結果可以看出拉蘇河水文斷面在2015-2020年間水質呈現無明顯升降趨勢。水體中溶解氧雖然上升0.3 mg/L,溶解氧濃度越高水質呈現越好狀態。見圖1。

圖1 卡拉蘇河水文斷面2015-2020年水質類別對比圖