董江偉,羅紅英,呂琳莉,張玉云,姜海波

(1.西藏農(nóng)牧學院,西藏林芝860000；2.水利水電工程西藏自治區(qū)重點學科,西藏林芝860000；3.石河子大學水利建筑工程學院,新疆石河子832003)

西藏尼洋河水系水質污染特征及污染來源分析

董江偉1,2,羅紅英1,2,呂琳莉1,2,張玉云1,2,姜海波3

(1.西藏農(nóng)牧學院,西藏林芝860000；2.水利水電工程西藏自治區(qū)重點學科,西藏林芝860000；3.石河子大學水利建筑工程學院,新疆石河子832003)

以尼洋河水系2016年6月～7月(豐水期)、11月～12月(枯水期) 14 項指標的監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù),采用水質類別法中的單因子評價法,對水質污染特征進行綜合評價,運用主成分分析法,對水質指標主成分進行分類,并進一步對尼洋河水系污染來源進行分析。

水質污染；單因子評價法；主成分分析法；尼洋河水系

0 引 言

圖1 尼洋河流域水系

尼洋河流域地處青藏高原南部,西藏自治區(qū)的東南部,西起米拉山分水嶺,東抵雅魯藏布江和色季拉山,南以喜馬拉雅山脈東段分水嶺為界,北以念青唐古拉山脈東段分水嶺為界,位于北緯29°28′～30°30′,東經(jīng)92°10′～94°35′之間,東西長約230 km,南北寬約110 km,流域面積17 815 km2,年降雨量230.72億m3,年徑流量172.29億m3。尼洋河流域支流較多,最大支流是巴河,長109.95 km,流域面積4 229 km2,占尼洋河流域面積的23.7%[1]。其次,還有白曲、娘曲、巴朗曲、則弄、普布弄巴等。尼洋河流域水系見圖1。近年來,隨著尼洋河流域經(jīng)濟的飛速發(fā)展,農(nóng)村城市化進程的加快推進,區(qū)域河網(wǎng)水質污染嚴重,水生態(tài)問題日益凸現(xiàn)。尤其修建了大量的蓄水水庫和攔河節(jié)制閘蓄水工程,導致天然徑流過程大幅度改變。同時,未經(jīng)過處理的大量工業(yè)廢水和生活污水直接排入,排放總量遠遠超過了水環(huán)境容量,對河流生態(tài)環(huán)境造成了重大影響。研究表明,自20世紀末以來,流域水質呈逐年惡化趨勢。尼洋河流域天然水化學特征不同區(qū)域之間差異大，且受人類活動和水污染影響較大。

為滿足社會經(jīng)濟用水需求,眾多水庫、水閘等水利工程對河道徑流實行高度調(diào)節(jié)控制,再加上獨特的氣候條件、水系形態(tài)和地形地貌以及水資源利用超過其承載能力,造成大多數(shù)支流雨季行洪,枯水期有水無流甚至河道斷流的局面。這樣的水系水文特征,對水污染物稀釋自凈極為不利。一方面,因長期過度開發(fā)，資源破壞,尤其是工農(nóng)業(yè)及生活污水大量涌入,河道水質可能會嚴重惡化；另一方面,由于水壩、水閘的限制,造成污染物的蓄積,在泄洪時造成污染的集中排放,致使污染排放量在局部時間內(nèi)超過環(huán)境容量,導致嚴重的水體污染,且這種破壞對水體來說是難以恢復的。因此,全面對尼洋河流域水環(huán)境質量進行分析,分析水質污染特征,并提出相應治理建議,對水環(huán)境保護以及區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展都具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)資料與研究方法

1.1 水質監(jiān)測樣點布設

圖2 尼洋河流域主要水質監(jiān)測站點

1.2 評價統(tǒng)計方法

1.2.1 水質評價方法

水質評價方法采用水質類別法,水質類別評價采用單因子評價法,是將某種污染物實測濃度與該種污染物的評價標準進行比較以確定水質類別的方法,該方法只能反映單種污染物的污染程度,無法通過其判斷總體污染狀況[4]。依據(jù)GB 3838—2002將水質類別分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類,水質達不到Ⅴ類標準的定義為劣Ⅴ類。計算單因子評價指數(shù)常采用算術平均值法,其計算公式[5-7]為

(1)

式中,Ij為河流斷面單因子j的污染指數(shù)；ρj為河流斷面評價因子j的實測濃度值；Sj為評價因子j的標準值。

1.2.2 水質數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

本研究數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法采用主成分分析[8-9]。主成分分析是將多個指標化為少數(shù)幾個不相關的綜合指標(主成分)的統(tǒng)計分析方法,綜合指標能反映出原指標所提供的絕大部分信息,達到降維和源識別的目的,依據(jù)特征值大于1的原則,累積方差貢獻率在80%以上(一般要求大于70%)。

2 監(jiān)測結果評價

2.1 單因子污染指數(shù)評價

表1 尼洋河水質分類標準值 mg/L

表2 枯水期尼洋河單因子污染指數(shù)

表3 豐水期尼洋河單因子污染指數(shù)

綜上分析：①枯水期監(jiān)測斷面的平均污染指數(shù)除2-1斷面小于1外,其他斷面的水環(huán)境整體處于污染狀態(tài)(相對于參照的Ⅲ類水體)。最高污染指數(shù)均取自氮指標,故各斷面的主要污染指標為氮。另有2-2、3-1、3-2、4-1、4-2、6-1、6-2、7-2等8個斷面的BOD5和2-2、3-2、4-2、6-2、7-2、8等6個監(jiān)測斷面的CODCr超Ⅲ類水體。②豐水期監(jiān)測斷面的平均污染指數(shù)除5-2斷面大于1,其他斷面的水環(huán)境整體處于非污染狀態(tài)(相對于參照的Ⅲ類水體)。最高污染指數(shù)除6-2、2-1、8等3個監(jiān)測斷面外均大于1,即從單個水質指標來看,這3個監(jiān)測斷面處于超標狀態(tài),最大污染指數(shù)為氮指標。另有1-2斷面的CODCr和7-1、7-2等2個監(jiān)測斷面的BOD5超Ⅲ類水體。

2.2 主成分分析評價

根據(jù)尼洋河枯豐水期15個監(jiān)測斷面水質分析結果,采用SPSS軟件對13個水質指標進行現(xiàn)狀評價與分析,通過該軟件系統(tǒng)自動將原始數(shù)據(jù)進行指標標準化處理,消除指標量綱及數(shù)量級的影響。

圖3 污染指數(shù)

水質指標Cl-CaMgPF-NH+4?NNO-x?NDOCODCrBOD5懸浮物電導率細菌總數(shù)Cl-1 00000 51470 8941-0 2621-0 7783-0 2617-0 09640 0357-0 1876-0 5056-0 27760 8399-0 3073Ca0 02481 00000 8199-0 2697-0 8308-0 4670-0 10790 4590-0 24730 0073-0 52080 8821-0 2582Mg0 00000 00011 0000-0 3111-0 9024-0 4358-0 06620 2922-0 2361-0 2606-0 44230 9843-0 3607P0 17270 1655-0 12951 00000 41550 44690 2821-0 22800 1217-0 02450 5887-0 30920 3941F-0 00030 00010 00000 06171 00000 4598-0 0461-0 20410 14720 31340 3898-0 93610 3013NH+4?N0 17300 03960 05220 04740 04231 00000 3618-0 19400 41800 14740 3299-0 44160 7981NO-x?N0 36630 35100 40730 15420 43520 09261 0000-0 22230 49340 00340 5596-0 02850 5057DO0 44980 04260 14530 20690 23280 2442-0 21291 0000-0 29680 7238-0 24160 2924-0 0186CODCr0 25160 18710 19850 33290 30030 06050 03080 14131 0000-0 00670 2644-0 21680 4352BOD50 02730 48970 17410 46550 12770 30010 49530 00110 49051 0000-0 0648-0 25170 2472懸浮物0 15830 02330 04940 01050 07550 11490 01500 19280 17050 40921 0000-0 43990 4240電導率0 00000 00000 00000 13100 00000 04970 45980 14510 21890 18270 05041 0000-0 2908細菌總數(shù)0 13260 17640 09330 07300 13760 00020 02720 47380 05250 18720 0576-0 14651 0000

表5 豐水期尼洋河監(jiān)測斷面水質相關系數(shù)矩陣

(1)相關系數(shù)矩陣?？?、豐水期尼洋河監(jiān)測斷面水質相關系數(shù)矩陣見表4、5。從表4、5可知,枯水期的Mg、Ca、F-、電導率之間具有較高的相關系數(shù),都達到了極顯著水平；豐水期的Mg、Ca、電導率、BOD5之間具有較高的相關系數(shù),達到了極顯著水平。

(2)總方差解釋?？?、豐水期尼洋河監(jiān)測斷面水質總方差解釋見表6、7。依據(jù)特征值大于1的原則,枯、豐水期累積方差貢獻率分別達83.51%和80.79%。

表6 枯水期尼洋河監(jiān)測斷面總方差解釋

表7 豐水期尼洋河監(jiān)測斷面總方差解釋

表8 枯水期尼洋河監(jiān)測斷面初始因子載荷矩陣

表9 豐水期尼洋河監(jiān)測斷面初始因子載荷矩陣

3 尼洋河水系污染來源分析

(1)農(nóng)業(yè)面源污染。近年來,隨著西藏新農(nóng)村建設步伐的加快,農(nóng)牧民生產(chǎn)觀念逐漸與內(nèi)地接軌,農(nóng)牧民改變了嚴守多年的傳統(tǒng),逐漸開始使用化肥、農(nóng)藥等,且使用量逐年增加。

(2)畜禽養(yǎng)殖污染。除了在牧區(qū)養(yǎng)殖牲畜,近年來畜禽養(yǎng)殖業(yè)從農(nóng)戶的分散養(yǎng)殖轉向集約化、規(guī)?；B(yǎng)殖,大部分養(yǎng)殖場往往直接將牲畜糞便等直接排入附近的水體,導致大量的氮、磷流失和河道的水體變黑,富營養(yǎng)化嚴重。畜禽類的污染面明顯擴大，加大了對水環(huán)境的污染。據(jù)調(diào)查,養(yǎng)殖1頭牛產(chǎn)生的廢水超過22個人生活產(chǎn)生的廢水,1頭豬產(chǎn)生的污水相當于7個人生活產(chǎn)生的廢水。因此,對西藏半農(nóng)半牧的區(qū)情,畜禽類的污染面明顯擴大,養(yǎng)殖業(yè)對農(nóng)村水環(huán)境產(chǎn)生的污染較為嚴重[13]。

(3)生活污水污染。近年來,西藏積極推行社會主義新農(nóng)村建設,農(nóng)村的生活方式有了較大改變,從分散居住的山溝搬遷到了集中建設的小城鎮(zhèn),住進了統(tǒng)一修建的新房,衛(wèi)生習慣徹底改變,如使用洗衣粉數(shù)量及購置現(xiàn)代化物品增多,這就造成了大量污水和廢棄物的產(chǎn)生。據(jù)調(diào)查,西藏大部分的農(nóng)村公共設施的建設步伐遠遠沒有跟上經(jīng)濟的發(fā)展,不修建衛(wèi)生間,沒有下水道,沒有安裝污水處理設施,沒有垃圾處理設施,所有的生活污水基本上是隨意潑灑,生活垃圾基本上是傾倒于就近的垃圾堆,生活污水和廢水基本上是流入就近的河流,或者在雨水的沖刷下攜帶廢棄物流入河流,對河流水質造成了嚴重污染[13]。

4 結 語

本文基于單因子污染指數(shù)評價和主成分分析評價2種方法,對尼洋河水質進行的綜合評價,得出以下結論：

(1)2種方法分析所得尼洋河流域水體大多數(shù)監(jiān)測斷面氮污染指標高于Ⅲ類水體的標準值,河流水體基本上處于氮污染狀態(tài)。

(2)尼洋河水系污染來源分析總的來說農(nóng)業(yè)面源污染最大，畜禽養(yǎng)殖污染次之，生活污水污染最小。應加大對農(nóng)業(yè)源的治理力度,建立畜禽養(yǎng)殖管理新模式,完善城市污水管網(wǎng)建設,提高鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村污水處理率。

[1]徐輝, 王政章. 西藏農(nóng)田水利建設探討[J]. 中國農(nóng)村水利水電, 1996(10)： 6- 8．

[2]劉光存. 土壤理化分析與剖面描述[M]. 北京： 中國標準出版社, 1996．

[3]國家環(huán)境保護總局.水和廢水監(jiān)測分析方法[M]. 4版. 北京： 中國環(huán)境科學出版社．

[4]WU J Y. Assessing surface water quality of the Yangtze Estuary with genotoxicity data[J]. Marine Pollution Bulletin, 2005, 50(12)： 1661- 1667．

[5]李亞鵬. 白洋淀的水環(huán)境質量與保護對策研究[D]. 保定： 河北農(nóng)業(yè)大學, 2006．

[6]陳學珍, 許靜正, 孫洪波, 等. 南陽市水環(huán)境現(xiàn)狀及保護對策[J]. 河南水利與南水北調(diào), 2006(10)： 66- 66．

[7]周崴, 王國祥, 劉金娥, 等. 江蘇省主要入海河口水質評價與分析[J]. 水資源保護, 2009, 25(4)： 16- 19．

[8]章文波, 陳紅艷. 實用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及SPSS12.0應用[M]. 北京： 人民郵電出版社, 2006．

[9]王學仁, 王松桂. 實用多元統(tǒng)計分析[M]. 上海： 上海科技出版社, 1990．

[10]劉玉年. 淮河中游水質時空變異研究[J]. 水資源保護, 2009, 25(4)： 1- 4．

[11]LEE C S, WEN C G. River assimilative capacity analysis via fuzzy linear programming[J]. Fuzzy Sets and Systems, 2006, 79(2)： 191- 199．

[12]廖文根, 李錦秀, 彭靜. 水體納污能力量化問題探討[J]. 中國水利水電科學研究院學報, 2003, 1(3)： 211- 215．

[13]汪艷青, 鄧欣, 羅紅英. 西藏農(nóng)村水環(huán)境惡化成因及治理對策[J]. 中國西部科技, 2007(18)： 32- 34．

(責任編輯 楊 健)

Water Pollution Characteristics and Pollution Sources of Niyang River System in Tibet

DONG Jiangwei1,2, LUO Hongying1,2, Lü Linli1,2, ZHANG Yuyun1,2, JIANG Haibo3
(1. Tibetan College of Agriculture and Animal Husbandry, Nyingchi 860000, Tibet, China; 2. State Key Laboratory of Hydropower Engineering Science, Nyingchi 860000, Tibet, China;3. College of Water & Architectural Engineering, Shihezi University, Shihezi 832003, Xinjiang, China)

Based on the monitoring data of 14 water quality indexes in Niyang River system from June to July (wet season) and from November to December (dry season) in 2016, a comprehensive water quality evaluation is made by using water quality category method and single factor evaluation method. The principal components of water quality indexes and pollution sources are also determined by using principal component analysis．

water quality; single factor evaluation method; principal component analysis; Niyang River System

2017- 01- 03

國家自然科學基金項目(51269029)；西藏大學農(nóng)牧學院高層次人才科研啟動費項目(RC201502)；西藏自治區(qū)重點實驗室建設項目(高原水力發(fā)電實驗室)

董江偉(1989—),男,新疆庫爾勒人,講師,碩士,主要從事水文水資源保護及水工結構的抗凍試驗和數(shù)值模擬研究工作；姜海波(通訊作者)．

X522(275)

A

0559- 9342(2017)05- 0010- 06