劉 敏,趙良元*,李青云,鄒靖怡,胡 園,張屹哲,徐 平,吳志廣,鄧 瑋,陶晶祥（1.長(zhǎng)江科學(xué)院 流域水環(huán)境研究所,湖北 武漢 0010；2.流域水資源與生態(tài)環(huán)境科學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 0010；.長(zhǎng)江科學(xué)院,湖北 武漢 0010；湖北 武漢 0010；.長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局漢江水文水資源勘測(cè)局,湖北 襄陽(yáng) 1022）

河流水的化學(xué)組成記錄了水的形成和遷移的歷史,反映了流域內(nèi)河流水化學(xué)特征[1-2].水化學(xué)特征及水質(zhì)可作為河流水質(zhì)評(píng)價(jià)以及河流生態(tài)系統(tǒng)的重要指標(biāo),對(duì)流域內(nèi)人類生活用水、灌溉用水以及工業(yè)用水等有重要的影響,但河流水化學(xué)特征和水質(zhì)受區(qū)域自然因素地質(zhì)（巖石風(fēng)化、土壤侵蝕、地下水等）、氣候（降雨、蒸發(fā)）以及人類生產(chǎn)生活（農(nóng)業(yè)活動(dòng)、工業(yè)生產(chǎn)、城鎮(zhèn)生活污水）等影響[3-6],因此,河流水化學(xué)特征及水質(zhì)在一定程度上可反應(yīng)流域內(nèi)基本特征.

長(zhǎng)江源區(qū)地處青藏高原腹地,素有“中華水塔”的美譽(yù).區(qū)域內(nèi)人口稀少,自然環(huán)境差,是氣候和生態(tài)環(huán)境變化的敏感區(qū)和脆弱區(qū),容易受到外界干擾,而且一旦遭到破壞將難以恢復(fù)[3,7].長(zhǎng)江源區(qū)是典型氣候寒冷干燥,徑流主要由冰雪融水和多年凍土提供,因此水循環(huán)受氣溫影響較大.近些年來(lái)全球性溫度升高,導(dǎo)致長(zhǎng)江源區(qū)冰川融化,區(qū)域的水源補(bǔ)給量增加,主要河流的徑流量發(fā)生變化[8-9],河流的地球化學(xué)也隨之發(fā)生了變化.相關(guān)研究表明,長(zhǎng)江源區(qū)構(gòu)造復(fù)雜,河流中普遍存在蒸發(fā)巖的溶解[5],冰川融水、雪水和河水的水化學(xué)類型主要為重碳酸鹽類鈣組水和鎂組水[10].長(zhǎng)江源區(qū)河水和沼澤水中陰離子均以HCO3-為主,陽(yáng)離子以 Ca2+為主;溫泉水以陰離子以HCO3-為主,陽(yáng)離子以 Na+為主;湖水陰離子均以 Cl-為主,陽(yáng)離子以 Na+和 Mg2+為主[11].長(zhǎng)江源區(qū)凍土融水陰離子和陽(yáng)離子主要受蒸發(fā)巖和碳酸鹽巖等地殼源的控制,不同海拔高度凍土融水的水化學(xué)類型不相同,高海拔（＞4800m 以上）區(qū)域凍土融水主要水化學(xué)類型為 Ca-SO4,中海拔高度（4400～4700m）區(qū)域主要水化學(xué)類型為 Na-Cl,而低海拔高度水化學(xué)類型較為復(fù)雜[12].沱沱河（正源）、楚瑪爾河（北源）及通天河水體水化學(xué)類型主要為 Cl·HCO3-Na·Ca,水化學(xué)主要控制因子為巖石風(fēng)化[13],沱沱河和楚瑪爾河主要離子為 Na+、Cl-和 SO42-,主要來(lái)源于蒸發(fā)巖和石膏的溶解以及地下水補(bǔ)給[5,14].沱沱河地下水存在Na+、Cl-、SO42-、As、NH4+、總硬度和溶解性固體含量超過(guò)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）標(biāo)準(zhǔn)值,沱沱河河谷南北兩側(cè)的地下水主要離子為Na+和 Cl-,水量較大且不受季節(jié)影響[15].當(dāng)曲作為長(zhǎng)江的南源,具有海拔高、水系復(fù)雜及大片沼澤濕地等特點(diǎn),一直是神秘的無(wú)人區(qū),一些科學(xué)考察者主張將當(dāng)曲作為正源,使已經(jīng)成為定論的長(zhǎng)江源問(wèn)題成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)[16-18],目前關(guān)于長(zhǎng)江南源研究較少.前期研究者主要集中研究自然因素對(duì)長(zhǎng)江源區(qū)局部區(qū)域水化學(xué)特征的影響,將長(zhǎng)江三源（南源、正源、北源）及通天河的水化學(xué)特征系統(tǒng)研究的尤其有限.因此本研究結(jié)合歷史調(diào)查結(jié)果,分析長(zhǎng)江源區(qū)三源（南源、正源、北源）及通天河水化學(xué)主要離子含量特征,綜合考慮人為和自然因素對(duì)長(zhǎng)江源區(qū)水化學(xué)特征影響,綜合闡明長(zhǎng)江源區(qū)主要離子的來(lái)源,并綜合評(píng)價(jià)長(zhǎng)江源區(qū)水體的適用性,以期長(zhǎng)江源區(qū)的水生態(tài)環(huán)境保護(hù)及水資源的綜合利用提供基礎(chǔ)支撐.

1 材料及方法

1.1 研究區(qū)域概況

長(zhǎng)江源區(qū)流域面積約13.82萬(wàn)km2,長(zhǎng)江源頭包括北源楚瑪爾河水系、正源沱沱河水系、南源當(dāng)曲水系以及干流通天河水系[13,19].長(zhǎng)江源地形呈半封閉狀態(tài),年內(nèi)溫差小,基本上只有冬夏兩季,日溫差大,日照長(zhǎng),輻射強(qiáng)[18].6～9月降水量占全年的 80%,水量隨海拔高度變化較大[10,20].年蒸發(fā)量是年降水量的2～6倍,蒸發(fā)量空間上的分布基本上呈由西北向東南減少的趨勢(shì)[21].

當(dāng)曲發(fā)源于唐古拉山東段的霞舍日阿巴山東麓,源頭具有豐富的地下水（以泉群形式）補(bǔ)給,并分布大面積沼澤,平均海拔在 4600m 以上,長(zhǎng)約352km[18,22].當(dāng)曲多年平均氣溫為-4.1℃,年際差異小,多年平均降水量 400mm[9,18].沱沱河發(fā)源于各拉丹東雪山東側(cè)的姜根迪如冰川,平均海拔 4500m以上,長(zhǎng)約350km,[22].流域內(nèi)多年平均氣溫為-4.4℃,多年平均降水量約為282.3mm,降水多集中在夏、秋季的7～9月年.多年平均年蒸發(fā)量為1646.1mm[18,23].楚瑪爾河發(fā)源于昆侖山南支可可西里山黑脊山南麓,流域上游分布有諸多高原湖泊,長(zhǎng)約 515km[22].流域年平均氣溫-2.9℃,年均降水量約 257mm,年內(nèi)分配不均,年平均蒸發(fā)量為 1550mm,.通天河自當(dāng)曲、正源沱沱河匯合點(diǎn)的治多縣西部的囊極巴隴起至青海省玉樹(shù)州的玉樹(shù)市區(qū)結(jié)古鎮(zhèn)西巴塘河口,總長(zhǎng)828km,海拔高 3000～4000m[9].通天河年均蒸發(fā)量為1200mm[24].

長(zhǎng)江源區(qū)由第四紀(jì)河流沉積、中生代碎屑巖、碳酸鹽巖與蒸發(fā)巖、火山巖夾層組成[21],楚瑪爾河-通天河斷裂帶裸露二疊系和三疊系,分別由碳酸鹽沉積巖和碎屑巖組成.沱沱河和尕爾曲以碎屑巖為主,主要成分為砂巖和灰?guī)r.南源當(dāng)曲為碳酸鹽-雜巖和松散沉積巖-雜巖,碳酸鹽-雜巖由碳酸鹽巖或碳酸鹽巖碎屑構(gòu)造[13].

1.2 水樣的采集與檢測(cè)

1.2.1 樣品采集 2019年 8月根據(jù)長(zhǎng)源區(qū)區(qū)域特征及歷史監(jiān)測(cè)情況,共選取 30個(gè)采樣點(diǎn)（圖 1）,其中在當(dāng)曲8個(gè)采樣點(diǎn)（D1～D8）,沱沱河布設(shè)4個(gè)采樣點(diǎn)（T1～T4）,楚瑪爾河布設(shè) 5個(gè)采樣點(diǎn)（C1～C5）,通天河布設(shè) 13個(gè)采樣點(diǎn)（G1～G13）.水樣采自水下約 10cm處,且在采樣前干凈的采用瓶用地表水沖洗潤(rùn)洗,同時(shí)每個(gè)采樣點(diǎn)三次重復(fù)的混合水樣收集到 500mL的塑料瓶中.現(xiàn)場(chǎng)部分水樣過(guò) 0.22μm 濾膜,保存在100mL的聚丙烯的瓶子中,其中取 30mL加濃硝酸,直至水樣 pH＜2,用于測(cè)水體中主要陽(yáng)離子（K+,Na+,Ca2+,Mg2+）,其他過(guò)濾好的水樣用于水體中陰離子（Cl-,NO3-,SO42-和F-）的檢測(cè),水樣保存在4℃的冰箱中待測(cè).

圖1 長(zhǎng)江源區(qū)主要河流采樣點(diǎn)Fig.1 The sampling points of the main rivers in the source region of Yangtze River

1.2.2 樣品分析 水體中pH值、電導(dǎo)率（EC）、溶解性總固體（TDS）采用便攜式水質(zhì)分析儀現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè).水體中的陰離子 Cl-、SO42-、NO3-含量根據(jù)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)[25],采用離子色譜進(jìn)行分析（ICS900,USA）,檢出限為 0.006～0.018mg/L,回收率為 99.1%～116.3%;水體中陽(yáng)離子采用微波等離子體原子發(fā)射光譜儀（MP-AES）進(jìn)行檢測(cè)[3],檢出限為0.0002～0.0004mg/L,回收率為 95.6%～97.3%.水體中 HCO3—采用酸堿滴定法分析（甲基橙作為指示劑,稀鹽酸滴定）[26].水體中總硬度（TH）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算獲得[27].采用硅鉬黃光度法測(cè)定水體中二氧化硅（SiO2）含量.

2 結(jié)果與討論

2.1 主要離子分析

2.1.1 河流理化性質(zhì)分析 由調(diào)查結(jié)果可知（表1）,長(zhǎng)江源區(qū)pH值的范圍為7.83～8.78,平均值為8.3,說(shuō)明長(zhǎng)江源區(qū)河流水呈現(xiàn)弱堿性.水體中 TDS含量范圍為50～3012mg/L,平均含量為871.7mg/L,遠(yuǎn)高于世界河流TDS平均值（150mg/L）[28],這可能是由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所致[29].TH范圍為63.2～593.4mg/L,TH平均值為 281.2mg/L,遠(yuǎn)高于長(zhǎng)江中下游[30],表明長(zhǎng)江源區(qū)水體硬度較高.

表1 長(zhǎng)江源區(qū)主要河流理化性質(zhì)Table 1 The physicochemical property of the main rivers in the SRYR

由圖 2分析可知,當(dāng)曲和通天河屬于中等硬度的淡水,而沱沱河和楚瑪爾河屬于高硬度以上的微咸水,表明長(zhǎng)江源區(qū)不同河流水體理化性質(zhì)存在一定的差異,這可能主要是受復(fù)雜的地形地貌及多變的局部氣候影響所致.

圖2 長(zhǎng)江源區(qū)主要河流中溶解性總固體和硬度的分布Fig.2 Distribution of total soluble solids and hardness the main rivers in the SRYR

2.1.2 河流主要離子含量 長(zhǎng)江源區(qū)水體中的主要陰陽(yáng)離子平均含量遠(yuǎn)高于長(zhǎng)江流域[31-32]和全球河流[33],表明長(zhǎng)江源區(qū)水體中主要離子受巖石風(fēng)化影響較大.長(zhǎng)江源區(qū)主要陽(yáng)離子的平均含量高低依次為:Na+＞Ca2+＞Mg2+＞K+,其中 Na+平均含量占總陽(yáng)離子含量的65.9%,Ca2+平均含量占總陽(yáng)離子含量的18.8%.主要陰離子的平均含量高低順序依次為:Cl-＞HCO3-＞SO42-＞NO3-,其中 Cl-平均含量占總陰離子含量 47.6%,HCO3-平均含量占總陰離子含量32.9%,而NO3-僅占總陰離子含量0.2%,表明長(zhǎng)江源區(qū)河流水體主要離子受蒸發(fā)巖和碳酸鹽溶解影響[5],這與青藏高原其他河流相似[14].

2.2 主要離子空間分布

由圖 3分析可知,當(dāng)曲陽(yáng)離子主要以 Ca2+為主,陰離子主要以為 HCO3-為主,說(shuō)明當(dāng)曲主要受碳酸鹽風(fēng)化影響;沱沱河、楚瑪爾河和通天河陽(yáng)離子均以Na+為主,陰離子均以 Cl-為主,表明沱沱河、楚瑪爾河和通天河水體主要離子受巖鹽影響.當(dāng)曲、沱沱河、楚瑪爾河和通天河 NO3-均低于其他離子,表明長(zhǎng)江源區(qū)主要河流受人為活動(dòng)影響有限[6].當(dāng)曲水體中主要陽(yáng)離子（Na+、Ca2+、Mg2+、K+）和主要陰離子（Cl-、SO42-、HCO3-和NO3-）含量均低于其他河流,表明當(dāng)曲離子含量相對(duì)較低.

圖3 長(zhǎng)江源區(qū)主要河流中主要陰、陽(yáng)離子含量Fig.3 The major ion concentration of the main rivers in the source region of Yangtze River

2.3 水化學(xué)特征分析

2.3.1 水化學(xué)類型分析 由圖 4分析可知,當(dāng)曲水化學(xué)類型主要為 Ca-SO4和 Ca-HCO3,表明當(dāng)曲水化學(xué)類型可能受碳酸鹽、蒸發(fā)巖和硅酸鹽溶解影響.沱沱河和楚瑪爾河水化學(xué)類型主要為 Na-Cl,表明沱沱河和楚瑪爾河水化學(xué)類型受蒸發(fā)巖溶解影響較大[5].通天河水化學(xué)類型主要為Na-Cl和Ca-HCO3,其中通天河干流水體主要為 Na-Cl,通天河干流與楚瑪爾河和沱沱河水化學(xué)類型相同,說(shuō)明沱沱河和楚瑪爾河離子的匯入對(duì)通天河干流水化學(xué)類型影響較大.這主要是由于楚瑪爾河和通天河水體中離子含量較高,匯入通天河后,對(duì)通天河水體中離子貢獻(xiàn)較大.

圖4 長(zhǎng)江源區(qū)主要河流的Piper三線圖Fig.4 The Piper diagram of major rivers in the source region of Yangtze River

2.3.2 主要控制因子 Gibbs[34]采用 TDS-Na+/（Na++Ca2+）圖和TDS-Cl-/（Cl-+HCO3-）圖對(duì)世界地表水（雨水、河水、湖水等水體）化學(xué)組分及其形成原因（大氣降水、巖石風(fēng)化、蒸發(fā)結(jié)晶）進(jìn)行直觀分析.由圖 5可知,長(zhǎng)江源區(qū)的大部分的采樣點(diǎn)基本處于巖石風(fēng)化作用和蒸發(fā)結(jié)晶作用的過(guò)渡帶,并遠(yuǎn)離大氣降雨作用帶.不同河流呈現(xiàn)不同的主控因子,當(dāng)曲水體中 TDS含量較低,Na+/（Na++Ca2+）和 Cl-/（Cl-+HCO3-）值較低,屬于典型的巖石風(fēng)化控制.楚瑪爾河和沱沱河水體中 TDS含量較高,Na+/（Na++Ca2+）和Cl-/（Cl-+HCO3-）值較高,屬于典型的蒸發(fā)結(jié)晶控制,進(jìn)一步說(shuō)明楚瑪爾河和沱沱河流蒸發(fā)作用較強(qiáng).通天河部分采樣點(diǎn)分位于巖石風(fēng)化和蒸發(fā)結(jié)晶,屬于巖石風(fēng)化和蒸發(fā)結(jié)晶共同控制,與Jiang等[13]研究結(jié)果一致.

圖5 長(zhǎng)江源區(qū)主要河流采樣點(diǎn)的陰、陽(yáng)離子吉布斯圖Fig.5 Gibbs chart of anion and cationic ions of main river sampling points in the SRYR

2.4 主要離子來(lái)源分析

長(zhǎng)江源區(qū)主要離子相關(guān)性結(jié)果表明（表 2）,EC和 TDS 與 Na+、K+、Mg2+、Cl-、SO42-、Ca2+、HCO3-呈顯著正相關(guān),而EC和TDS反映了地下水中溶解固體的總量[35],表明巖石風(fēng)化是長(zhǎng)江源區(qū)水體中離子的主要來(lái)源.海拔與 NO3-呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān),而 NO3-主要來(lái)源與人類活動(dòng)[6],表明海拔越高,人為活動(dòng)對(duì)水體離子貢獻(xiàn)越小.NO3-與其他離子無(wú)顯著相關(guān),表明除NO3-外,其他離子主要來(lái)源于巖石風(fēng)化和大氣輸送等自然源.HCO3-與 Ca2+和 Mg2+呈弱相關(guān),而與Na+和K+呈顯著正相關(guān),表明HCO3-除了來(lái)與源于碳酸鹽溶解外,可能部分來(lái)源于蒸發(fā)巖和硅酸鹽溶解.Na+和 K+顯著正相關(guān),表明 Na+和 K+主要來(lái)源于蒸發(fā)巖溶解[5].Ca2+和 Mg2+呈顯著正相關(guān),表明研究區(qū)域內(nèi)存在白云石的溶解[34].SO42-與 Ca2+相關(guān)性較弱,而SO42-與Cl-相關(guān)性較弱,表明SO42-主要來(lái)源于蒸發(fā)巖溶解[5,12].由相關(guān)性分析結(jié)果表明,長(zhǎng)江源區(qū)主要離子可能主要來(lái)源于自然源,即大氣傳輸、碳酸鹽、蒸發(fā)巖和硅酸鹽溶解.

表2 相關(guān)性分析結(jié)果Table 2 Correlation matrix of hydrogeochemical compositions in the SARY

主成分分析（PCA）常被用來(lái)判斷離子的主要來(lái)源的分析手段[6,12,36],在采用主成分分析長(zhǎng)江源區(qū)水樣中離子來(lái)源前,先對(duì)水體離子含量進(jìn)行 Kaiser-Meyer-Olkin統(tǒng)計(jì),抽樣適度測(cè)定值為 0.629,而且為Bartlett球度檢驗(yàn)為零,表明長(zhǎng)江源區(qū)水體中離子含量可用PCA進(jìn)行分析[37].主成分1、2、3的特征值大于1,其他主成分的特征值均小于1,且這3個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為79.35%,說(shuō)明這3個(gè)主成分就能夠解釋大部分采樣點(diǎn)的離子含量數(shù)據(jù).水體中Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-和 HCO3-含量在第一主成分上具有較高負(fù)荷（圖 6）,可以解釋53.0%的方差,表明這些離子主要是來(lái)源為自然源,即來(lái)源于巖石風(fēng)化、大氣輸送等[6,38].NO3-在第二主成份可以解釋13.51%的方差,表明NO3-與其他離子來(lái)源不同,主要為人類活動(dòng)（農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn),以及居民生活污水排放等）[6].第三主成分為 pH,可以解釋 12.83%的方差,表明pH與離子來(lái)源不相同.

圖6 長(zhǎng)江源主要離子主成分分析Fig.6 Principal component analysis（PCA）for major ion in the source region of Yangtze River

2.4.1 大氣傳輸 流域的水體中 Na+/Cl-和 K+/Cl-的平均值分別為1.45、0.08,高于海水中相應(yīng)的比例（Na+/Cl-=0.86,K+/Cl-=0.02）,而且長(zhǎng)江源區(qū)遠(yuǎn)離海洋,雨水中 Na和 Cl含量較低,表明大氣輸入的貢獻(xiàn)較低.Na+/Cl-值大于 1,而硅酸鹽溶解速率較低,對(duì)水體中Na+貢獻(xiàn)相對(duì)較小,因此認(rèn)為長(zhǎng)江源區(qū)鈉離子主要是來(lái)源于蒸發(fā)巖溶解[5,39].

2.4.2 人為活動(dòng) 隨著近年來(lái)藏區(qū)旅游業(yè)的發(fā)展和放牧活動(dòng)的快速增長(zhǎng),長(zhǎng)江源區(qū)的自然水體化學(xué)特征可能隨之發(fā)生改變[12].NO3-可作為人為活動(dòng)的對(duì)水環(huán)境影響的指標(biāo)[6],長(zhǎng)江源區(qū)水體中 NO3-含量范圍為0.26～2.75mg/L,均值為1.46mg/L,NO3-含量整體較低,而且長(zhǎng)江源區(qū)人口密度較低,因此長(zhǎng)江源區(qū)水體中離子受人為活動(dòng)影響極為有限.為了進(jìn)一步研究長(zhǎng)江源區(qū)不同河流水體受人為活動(dòng)影響情況,采用NO3-和SO42-經(jīng)Na標(biāo)準(zhǔn)化后的比值區(qū)分地殼源和人為源,長(zhǎng)江源區(qū)水體中NO3-和 SO42-經(jīng) Na 標(biāo)準(zhǔn)化后的比值無(wú)明顯相關(guān)性,表明NO3-和SO42-存在不同的來(lái)源.由圖7分析可知,當(dāng)曲源頭的NO3-/Na+值接近 0.5,表明該處受到一定的人為活動(dòng)影響[12].同時(shí),現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明,在當(dāng)曲源頭發(fā)現(xiàn)大量牛群,因此當(dāng)?shù)鼐用竦姆拍粱顒?dòng)對(duì)當(dāng)曲局部水化學(xué)特征有一定的影響.

圖 7 Mg2+/Na+與 Ca2+/Na+及 HCO3-/Na+與 Ca2+/Na+關(guān)系Fig.7 Mg2+/Na+ and Ca2+/Na+,HCO3-/Na+ and Ca2+/Na+for major rivers in the source region of Yangtze River

2.4.3 巖石風(fēng)化 天然水中的 Na++K+主要來(lái)源于蒸發(fā)巖或硅酸鹽的風(fēng)化產(chǎn)物,Ca2+和Mg2+可能來(lái)源于碳酸鹽、蒸發(fā)巖或硅酸鹽,Cl-和 SO42-主要來(lái)源于蒸發(fā)巖的溶解,HCO3-主要來(lái)源于碳酸鹽巖[5].典型巖性的風(fēng)化作用產(chǎn)生了不同的離子,而不同離子比例可以反映離子受不同類型巖石風(fēng)化的影響程度[1].由圖 8分析可知,長(zhǎng)江源區(qū)水體中 Na+/Cl-物質(zhì)的量當(dāng)量比值在1附近,表明長(zhǎng)江源區(qū)水體中離子受蒸發(fā)巖溶解影響較大.長(zhǎng)江源區(qū)當(dāng)曲和沱沱河大部分采樣點(diǎn)位于（Ca2++Mg2+）/HCO3-等量線的上方,表明 Ca2+和 Mg2+除了受碳酸鹽溶解影響外[40],還受硅酸鹽和蒸發(fā)巖溶解的影響,而楚瑪爾河和沱沱河位于此等量線附近,表明楚瑪爾河和沱沱河受碳酸鹽溶解影響.沱沱河和楚瑪爾河采樣點(diǎn)位于（Ca2++Mg2+）/（SO42-+HCO3-）等量線的上方,表明沱沱河和楚瑪爾河主要碳酸鹽和蒸發(fā)巖溶解影響,而當(dāng)曲和通天河位于等量線附近,沱沱河和楚瑪爾河主要離子受碳酸鹽和硫酸鹽溶解影響[35].長(zhǎng)江源區(qū)主要采樣點(diǎn)位于（Cl-+SO42-）與 HCO3-等量線下方,并且偏離較遠(yuǎn),表明長(zhǎng)江源區(qū)主要離子受蒸發(fā)巖溶解影響大于碳酸鹽溶解[41].

圖8 長(zhǎng)江源區(qū)主要離子關(guān)系Fig.8 Main ion relation diagram of the source region of the Yangtze river

鈉校正物質(zhì)的量比法可消除稀釋作用的影響,可以用于分析溶解溶質(zhì)的主要來(lái)源（蒸發(fā)鹽、硅酸鹽和碳酸鹽）[6].由圖 9分析可知,當(dāng)曲采樣點(diǎn)主要位于碳酸鹽和硅酸鹽端,表明當(dāng)曲水體中離子主要來(lái)源于碳酸鹽和硅酸鹽溶解[42],在自然條件下,碳酸鹽的溶解度比硅酸鹽高 12～40倍,說(shuō)明當(dāng)曲受碳酸鹽溶解影響更為顯著.沱沱河和楚瑪爾河采樣點(diǎn)主要位于蒸發(fā)巖和硅酸鹽端,表明沱沱河和楚瑪爾河水體中離子主要來(lái)源于蒸發(fā)巖和硅酸鹽溶解,一般情況下,水體中蒸發(fā)巖的溶解速率是碳酸鹽的 4～7倍,而且沱沱河和楚瑪爾河水體中 SiO2的含量（分別為6.29mg/L和 1.64mg/L）遠(yuǎn)低于世界河流平均含量（7.62mg/L）[43],說(shuō)明沱沱河和楚瑪爾河水體受蒸發(fā)巖溶解的影響更為顯著.通天河則位于蒸發(fā)鹽、硅酸鹽和碳酸鹽端,表明通天河水體中主要離子受蒸發(fā)鹽、硅酸鹽和碳酸鹽共同溶解的影響,通天河水體中SiO2的平均含量（4.42mg/L）低于世界河流平均值[43],說(shuō)明通天河受蒸發(fā)鹽和碳酸鹽溶解的影響更為顯著.綜合以上分析可知,長(zhǎng)江源區(qū)主要河流與青藏高原河流離子主要來(lái)源相似,主要受碳酸鹽風(fēng)化和蒸發(fā)巖溶解的影響較為顯著[14].

圖9 長(zhǎng)江源區(qū)主要河流Mg2+/Na+與Ca2+/Na+,HCO3-/Na+與 Ca2+/Na+關(guān)系Fig.9 Mg2+/Na+ and Ca2+/Na+ ,HCO3-/Na+ andCa2+/Na+ for the source region of the Yangtze river

2.5 水質(zhì)評(píng)價(jià)

由于長(zhǎng)江源區(qū)主要河流主要離子濃度較高,因此對(duì)其水質(zhì)的適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià).由于長(zhǎng)江源區(qū)河水主要用于農(nóng)田灌溉及飲用,因此參照農(nóng)田灌溉用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和飲用水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià).

2.5.1 灌溉用水水質(zhì)評(píng)價(jià)

（1）鹽度危害和堿危害

灌溉水中過(guò)量的鈉和鹽度濃度會(huì)導(dǎo)致鈉的危害和鹽度的危害.水中的鈉離子取代土壤中的鈣、鎂離子,使磷含量和滲透性降低,使土壤硬化.可根據(jù)計(jì)算鈉（Na%）、鈉吸附比（SAR）及電導(dǎo)率等參數(shù),評(píng)價(jià)灌溉用水的水質(zhì)[27,36,41].

長(zhǎng)江源區(qū)水體中鈉吸附比范圍為 0.02～21.7,均值為 4.01,表明長(zhǎng)江源區(qū)河流大部分（90%）采樣點(diǎn)水體沒(méi)有堿危害風(fēng)險(xiǎn).水體中電導(dǎo)率范圍為 181.1～4356μS/cm,均值為 1171μS/cm,表明長(zhǎng)江源區(qū)鹽度整體較高,存在鹽度危害風(fēng)險(xiǎn)[27].由圖 10分析可知,當(dāng)曲采樣點(diǎn)落在C1S1和C2S1區(qū)域,表明當(dāng)曲主要為低鈉中鹽水體,符合灌水質(zhì)的要求.沱沱河河采樣點(diǎn)主要位于C3和C4,而且SAR均大于10,表明沱沱河和楚瑪爾河河水不適合直接用于灌溉[36].通天河采樣點(diǎn)主要位于 C2S1和 C3S1,表明河水可以用于灌溉,但是為了降低鹽堿化危害風(fēng)險(xiǎn),建議用于耐鹽植物的灌溉[44].

圖10 長(zhǎng)江源區(qū)灌溉水質(zhì)分類Fig.10 Diagram for irrigation waters classification in the S the source region of Yangtze River

根據(jù) Na%值,將灌溉水分為 5類:Na%＜20,水質(zhì)非常好;20＜Na%＜40,水質(zhì)較好;40＜Na%＜60,水質(zhì)一般可以用來(lái)灌溉;60＜Na%＜80,水質(zhì)不一定適合灌溉;Na%＞80,水質(zhì)不能直接用于灌溉[1].長(zhǎng)江源區(qū)Na%的范圍為 0.9～84.2,均值為 41.1,其中 7.5%的采樣點(diǎn)水體中不能直接用于灌溉,23.9%的采樣點(diǎn)水體不一定適用于灌溉,68.6%的采樣點(diǎn)水體可用于灌溉.不同河流間差異較大,當(dāng)曲、沱沱河、楚瑪爾河及通天河水體中Na%比分別為17、62、56和47.3.表明當(dāng)曲所有采樣點(diǎn)水體均適宜于灌溉.鈉與碳酸鹽結(jié)合形成堿性土壤,鈉與氯結(jié)合形成鹽漬土,高的鈉含量會(huì)引起土壤的反絮凝作用,損害土壤的肥力和滲透性.而且當(dāng)灌溉水中鈉離子濃度較高時(shí),鈉離子容易被粘土顆粒吸附,通過(guò)堿基交換過(guò)程取代鎂離子和鈣離子,更加不利于農(nóng)作物生長(zhǎng)[27].因此,沱沱河和楚瑪爾河以及通天河的水體用于灌溉時(shí)需要慎重.

（2）滲透性指數(shù)

長(zhǎng)期使用高鹽灌溉水會(huì)影響土壤滲透性,根據(jù)滲透性指數(shù),可以判斷水體對(duì)灌溉區(qū)土壤滲透性的影響[27].灌溉指數(shù)（PI）的計(jì)算公式表示如下:

式中各離子含量單位均為 meq/L.如果水體PI＞70%,表明不會(huì)影響灌溉渠土壤滲透性,PI＜25%,則影響灌溉土壤滲透性[27].由計(jì)算可知,長(zhǎng)江源區(qū) PI值為 30.4～90.3%,均值為 71.2%.其中 47%的采樣點(diǎn)水體對(duì)土壤滲透性沒(méi)有影響,53%的采樣點(diǎn)可能對(duì)水體滲透性具有一定的影響.

2.5.2 飲用水水質(zhì)評(píng)價(jià) 參照《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）,對(duì)長(zhǎng)江源區(qū)水體中TDS、TH、Na+、Cl-、SO42-、NO3-進(jìn)行評(píng)價(jià).由圖12分析可知,與其他河流相比,當(dāng)曲水體中TDS、TH、Na+、Cl-、SO42-、NO3-平均含量相對(duì)較低,均符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）.沱沱河Na+和Cl-平均含量超《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）中標(biāo)準(zhǔn)限值（Na+標(biāo)準(zhǔn)限值:200mg/L,Cl-標(biāo)準(zhǔn)限值:250mg/L）,表明沱沱河水體不宜直接飲用.楚瑪爾河TDS、Na+和 Cl-平均含量均超出飲用水標(biāo)準(zhǔn)限值（TDS標(biāo)準(zhǔn)限值:1000mg/L）,不宜直接用于飲用.通天河 Cl-平均含量均超出飲用水標(biāo)準(zhǔn)限值,不宜直接飲用.總體上長(zhǎng)江源區(qū)水體中 Na+和 Cl-離子含量遠(yuǎn)高于長(zhǎng)江中下游[31],主要是由于長(zhǎng)江源區(qū)蒸發(fā)作用強(qiáng)烈,區(qū)域內(nèi)存在較多的鹽湖和溫泉[21,14].

圖11 長(zhǎng)江源區(qū)飲用水水質(zhì)評(píng)價(jià)Fig.11 Evaluation of drinking water quality in the source region of the Yangtze river

3 結(jié)論

3.1 長(zhǎng)江源區(qū)水體 pH 平均值為 8.3,呈現(xiàn)弱堿性,硬度平均值為281.2mg/L,其中當(dāng)曲通天河為中等硬度以下的淡水,而沱沱河和楚瑪爾河為中等硬度以上的微咸水.研究區(qū)域內(nèi)的陽(yáng)離子主要以Na+和Ca2+為主,分別占總陽(yáng)離子含量的65.9%及18.8%;陰離子主要以 Cl-和 HCO3-為主,分別占總陰離子含量的47.6%及32.9%.

3.2 長(zhǎng)江源區(qū)的主要水化學(xué)類型為 Na-Cl、Ca-HCO3和 Ca-SO4,其中當(dāng)曲水化學(xué)類型主要為Ca-HCO3和Ca-SO4,沱沱河和楚瑪爾河主要水化學(xué)類型為 Na-Cl,通天河水化學(xué)類型主要為 Na-Cl和Ca-HCO3.

3.3 長(zhǎng)江源區(qū)主要受巖石風(fēng)化作用和蒸發(fā)結(jié)晶控制.但不同河流水體水化學(xué)特征具有一定的差異,.當(dāng)曲主要受巖石風(fēng)化控制,沱沱河和楚瑪爾河主要受蒸發(fā)結(jié)晶控制,而通天河主要受巖石風(fēng)化作用和蒸發(fā)結(jié)晶控制.長(zhǎng)江源區(qū)整體上水體離子受大氣傳輸和人為活動(dòng)影響較小,受巖石風(fēng)化影響較大,但是當(dāng)曲局部河段居民放牧對(duì)河流離子具有一定影響.當(dāng)曲水體中離子主要來(lái)源于碳酸鹽溶解,楚瑪爾河和沱沱河離子主要來(lái)源于蒸發(fā)巖溶解,通天河離子主要來(lái)源蒸發(fā)巖、碳酸鹽及硅酸鹽的溶解.

3.4 通過(guò)水質(zhì)分析表明,長(zhǎng)江源區(qū)當(dāng)曲水體可以直接用于灌溉,而沱沱河、楚瑪爾河及通天河水體建議慎用于灌溉.長(zhǎng)江源區(qū)當(dāng)曲水體中TDS、TH、Na+、Cl-、SO42-、NO3-平均含量均符合 GB5749-2006,而沱沱河、楚瑪爾河及通天河水水質(zhì)相對(duì)較差,不宜直接用于飲用.