地表水水質(zhì)影響因素研究進(jìn)展

王海波，田榮燕

(西藏大學(xué) 工學(xué)院，西藏 拉薩 850000)

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地表水水質(zhì)影響因素研究進(jìn)展

王海波，田榮燕

(西藏大學(xué) 工學(xué)院，西藏 拉薩 850000)

摘要：指出了隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，某些國家或地區(qū)的地表水水環(huán)境質(zhì)量不斷惡化，有關(guān)水質(zhì)變化的問題已成為政府及國內(nèi)外科學(xué)家關(guān)注的重點(diǎn)。在參考國內(nèi)外有關(guān)地表水水質(zhì)影響因素研究成果的基礎(chǔ)上，闡述了自然環(huán)境因素(氣候、水文特征、水生生物等)和人類活動(dòng)因素(社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地利用景觀格局、水利工程建設(shè)等)對(duì)地表水水質(zhì)的影響，研究發(fā)現(xiàn)：不同地區(qū)水質(zhì)的影響主控因素不同，某些地區(qū)的水質(zhì)同時(shí)受到多種因素的影響。因此，在進(jìn)行水質(zhì)改善及水資源保護(hù)時(shí)要有的放矢，明確影響水質(zhì)的主控因素。

關(guān)鍵詞：地表水；水質(zhì)；自然環(huán)境；人類活動(dòng)；影響因素

1引言

水是人類的生命之源，飲水是人類生存的第一需要。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，各行業(yè)對(duì)水資源數(shù)量與質(zhì)量的需求越來越高，水資源短缺日益成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸因素之一，水資源問題也越來越嚴(yán)重[1]。水資源及水污染問題一直以來都是中外學(xué)者研究的重點(diǎn)[2～7]，

據(jù)2008 年的中國水質(zhì)調(diào)查顯示，45 %的主要河流水質(zhì)呈中度至嚴(yán)重污染，我國部分地表水水環(huán)境質(zhì)量甚至出現(xiàn)重金屬污染等問題[8]。因此，為了有效的保護(hù)水資源、防治水污染和改善水質(zhì)，探求我國地表水水質(zhì)影響因素具有緊迫性。而在國內(nèi)，雖然也有大量的水質(zhì)影響因素研究成果問世，但沒有學(xué)者對(duì)這些影響因素進(jìn)行歸納總結(jié)，筆者在參考國內(nèi)地表水水質(zhì)影響因素研究性成果的基礎(chǔ)上，探討了自然環(huán)境因素和人類活動(dòng)因素對(duì)中國地表水水質(zhì)的影響，為水質(zhì)研究者和政府決策提供一定的參考依據(jù)。

2自然環(huán)境對(duì)地表水水質(zhì)的影響

水質(zhì)是由水的物理、化學(xué)和生物特性等諸因素所決定的，而水環(huán)境則受到氣候、水體透明度、水位變化及水體環(huán)境容量大小的影響[9]。

2.1氣候變化對(duì)地表水水質(zhì)的影響

(1)天然降水是地表水資源的主要補(bǔ)給來源。降水強(qiáng)度和頻率的變化都會(huì)影響非點(diǎn)源污染，通過影響淋洗和沖刷地表污染物能量的大小及對(duì)污染物的稀釋程度，直接影響水環(huán)境質(zhì)量[10]，其中暴雨對(duì)減少河流低流量期的污染有明顯作用[11]。葉勇等[12]以沈陽市遼河支流為例分析汛期降水對(duì)地表及地下水質(zhì)的影響。結(jié)果表明：汛期降水對(duì)地表水質(zhì)具有普遍的改善作用，然而受各種因素影響，其改善程度有限。

(2)全球氣候變暖直接導(dǎo)致河流湖泊等水體的水溫升高[13]，溫度升高不僅能夠影響水體的表面張力、密度、粘性和存在形態(tài)，還可以改變水溫層分布和加速水體中化學(xué)反應(yīng)和生物降解速率等[14]。一般氣溫升高易造成水質(zhì)變壞，氣候變暖會(huì)加劇水體富營養(yǎng)化，驅(qū)使藻類大量生長，湖泊出現(xiàn)咸化、富營養(yǎng)化、萎縮、甚至干涸的現(xiàn)象[15～17]。

(3) 極端氣候?yàn)?zāi)害的發(fā)生改變了水文極值狀態(tài)變量的大小，影響水體的點(diǎn)源和非點(diǎn)源污染事件發(fā)生的概率和量級(jí)，對(duì)河流和湖泊等水體的水環(huán)境狀況產(chǎn)生直接影響[18]。程兵芬等[19]在回顧了干旱對(duì)地表水體水質(zhì)影響研究的基礎(chǔ)上，認(rèn)為干旱對(duì)地表水體的水質(zhì)影響，在自然狀況下是由溫度升高與河道流量減少，引起水體荷載增加共同作用的結(jié)果，干旱期間污染物的積累以及旱后極端降水對(duì)污染物的大量沖刷，改變了面源污染物的入河時(shí)間及含量。張春潔等[20]通過對(duì)大清河流域洪水期水質(zhì)變化分析及評(píng)價(jià)，認(rèn)為水體污染程度與洪水過程有關(guān)。在一次洪水過程中，洪水起漲隨著水量的增加，洪水中挾帶污染物的質(zhì)量濃度遞增，當(dāng)水量達(dá)到峰頂時(shí)，污染物質(zhì)量濃度較起漲中變小，隨著水量減小，污染物質(zhì)量濃度也在減小，水質(zhì)整體上趨于好轉(zhuǎn)。

(4) 風(fēng)力作用通過改變湖泊環(huán)流結(jié)構(gòu)及水體流速影響湖泊污染物的遷移及擴(kuò)散[21]。李春華等[22]通過分析太湖湖濱帶藻密度與水質(zhì)、風(fēng)作用的分布特征及相關(guān)關(guān)系得出不同季節(jié)風(fēng)作用對(duì)藻密度分布影響顯著。

2.2水文特征對(duì)地表水水質(zhì)的影響

地表水水質(zhì)受點(diǎn)源及非點(diǎn)源污染多種因素的影響，其中非點(diǎn)源污染與水文循環(huán)密切相關(guān)[23]。地表水的水文特征中的徑流量、水位、含沙量等通過調(diào)節(jié)和改變水體中的化學(xué)物質(zhì)和懸浮物等直接影響水質(zhì)的優(yōu)劣。因此水文特征對(duì)地表水水質(zhì)的影響主要包括以下方面。

(1) 徑流是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，并受氣候變化(降水、氣溫、蒸發(fā)等)和人類活動(dòng)(下墊面、地形、水利工程等)的雙重影響，表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)、復(fù)雜、非線性的特征[24]。降水量季節(jié)性的差別，導(dǎo)致河流年內(nèi)出現(xiàn)豐水期、平水期和洪水期的季節(jié)變化特征，不同的水文情勢下河水中各種溶質(zhì)的含量都會(huì)發(fā)生變化[25]。雨水吸收大氣中的氣體和微粒物質(zhì)后降落到地面，和地面中的溶解物質(zhì)一起，通過地表徑流進(jìn)入河流或滲入地下和土壤水發(fā)生化學(xué)變化，產(chǎn)生或溶解一些物質(zhì)，導(dǎo)致地面徑流、壤中流和地下徑流都具有一定的化學(xué)特性[26]。喬梁等[27]分析探討了北方山溪性河流徑流量變化對(duì)水質(zhì)影響，認(rèn)為在時(shí)間分布上，不同時(shí)期的河流水質(zhì)，受補(bǔ)給水源的作用，不同時(shí)期有較大的差異?？菁竞恿魉囱a(bǔ)給主要以地下水補(bǔ)給為主，水質(zhì)受地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造的影響較大；洪水期水源主要以地表徑流為主，地表徑流攜帶大量污染物進(jìn)入水體，河流水質(zhì)主要與流域下墊面因素有關(guān)；平水期，河流中的水量主要有地下水和土壤水補(bǔ)給，河流水質(zhì)主要受壤中流影響。

(2) 水位是控制河流和湖泊生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的重要因素[28]。水位波動(dòng)不僅可以影響河流和湖泊生物的生長、分布，也在河流和湖泊發(fā)生物理、化學(xué)變化過程中起著重要作用[29]。水位的高低及其變動(dòng)范圍、頻率、發(fā)生的時(shí)間、持續(xù)的時(shí)長和規(guī)律性等是影響河流和湖泊水質(zhì)的核心因子。水位變動(dòng)有短期、年內(nèi)季節(jié)性和年際變動(dòng)3種，對(duì)河流和湖泊水質(zhì)有不同的影響機(jī)理[30]。水位短期變動(dòng)通過對(duì)水體中的懸浮物、透明度、光衰減系數(shù)等的影響而對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生作用；周期性的年內(nèi)季節(jié)性和年際水位變動(dòng)改變水質(zhì)時(shí)空分布；長期的高水位和低水位以及非周期性的水位季節(jié)變動(dòng)會(huì)破壞水質(zhì)長期以來對(duì)水位周期性變化所產(chǎn)生的適應(yīng)性，從而改變水環(huán)境質(zhì)量[31]。王旭等[28]通過分析洞庭湖水位變化對(duì)水質(zhì)影響，認(rèn)為在年際變化上，洞庭湖水位與水質(zhì)變化具有較好的相關(guān)性；在年內(nèi)季節(jié)變化上，洞庭湖豐、枯水期水位變化顯著，水質(zhì)指標(biāo)TN表現(xiàn)出枯水期>平水期>豐水期的特征。

(3) 河流泥沙是地球化學(xué)元素由陸地向海洋輸送的重要載體，是河流水生物的重要食物來源，是水環(huán)境的重要組成部分。對(duì)河流水環(huán)境和水質(zhì)而言，河流泥沙不僅本身就是水體污染物，也是水體中微量污染物的主要載體，對(duì)污染物在水體中的遷移、轉(zhuǎn)化和生物效應(yīng)等起著重要作用[32]。當(dāng)前有關(guān)河流泥沙的相關(guān)研究主要集中于兩個(gè)方面：含沙河流水質(zhì)監(jiān)測中泥沙影響水質(zhì)測定結(jié)果的研究及高含沙河流水質(zhì)模型的研究[33]。武福平等[34]實(shí)驗(yàn)研究了黃河蘭州段不同粒徑的懸浮泥沙對(duì)氨氮的吸附行為，認(rèn)為含沙量對(duì)泥沙吸附氨氮的影響十分顯著，并與氨氮平衡吸附量呈負(fù)相關(guān)性。黃磊等[35]通過建立河流中水動(dòng)力-泥沙-磷遷移過程的分相模型，發(fā)現(xiàn)泥沙運(yùn)動(dòng)對(duì)磷遷移有顯著影響。

(4) 底泥一般指江河湖海的沉積物，是自然水域的重要組成部分。底泥在污染物的遷移過程中起著非常重要的載體作用，絕大多數(shù)污染物在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化、歸宿都和底泥運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)[36]。河湖底泥的基本物理結(jié)構(gòu)包括與水體相接觸的底泥界面層和界面層下的原沉積物層。在天然水體中，懸浮態(tài)底泥一般由腐殖質(zhì)及金屬水合氧化物粘附架橋組成，各種微污染物如有機(jī)有毒物、重金屬以及細(xì)菌、病毒等吸附在表面上，由此發(fā)生生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[37]。另外，河湖底泥只有在外污染源作用較小的情況下，其對(duì)上覆水體的影響才會(huì)顯現(xiàn)得更為明顯[38]。

2.3水生生物對(duì)地表水質(zhì)的影響

水生植物、動(dòng)物、微生物對(duì)水質(zhì)凈化有很大的幫助。水生植物在生長過程中，不僅可以吸收氮、磷等營養(yǎng)元素，有效地控制水體富營養(yǎng)化，抑制浮游植物，而且對(duì)有機(jī)物、重金屬亦有較強(qiáng)的去除和富集作用[39]；各類菌類水生微生物及水生動(dòng)物對(duì)水質(zhì)的作用在監(jiān)測和研究水質(zhì)方面表現(xiàn)突出，可以作為生物指標(biāo)、毒性實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象等[40～43]。但也有許多研究者在[44]實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水體的生境條件得到改善后，水生植物會(huì)大量生長繁殖，并在秋冬季節(jié)開始腐爛分解，植物殘?bào)w分解會(huì)釋放大量的氮、磷等營養(yǎng)鹽進(jìn)入水體中，易造成水體的二次污染。成小英等[45]研究了鳳眼蓮腐爛分解對(duì)湖泊水質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)伴隨著鳳眼蓮腐爛的不同階段，水質(zhì)變化呈拋物線狀。

3人類活動(dòng)對(duì)地表水水質(zhì)的影響

地表水水質(zhì)狀況受流域內(nèi)多種因素的綜合影響，不僅受自然環(huán)境因素影響，而且更易受人類活動(dòng)因素的影響[46]。影響地表水水質(zhì)的人類活動(dòng)因素主要有：人口狀況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、土地利用結(jié)構(gòu)、生態(tài)和水利工程及水資源開發(fā)利用狀況等[2,47,48]。這些因素對(duì)地表水水環(huán)境的作用表現(xiàn)在：人類索取水資源，并向其中排放生活、生產(chǎn)中的廢棄物?？梢娝h(huán)境質(zhì)量與流域內(nèi)的人類活動(dòng)密切相關(guān)。

3.1社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)地表水水質(zhì)的影響

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，提高了各類污染源的排放負(fù)荷，直接或間接地改變了水環(huán)境狀況和水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[5,49]。鄭旭等[50]對(duì)營口市水環(huán)境污染與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系進(jìn)行了研究，得到了水環(huán)境污染物排放量與社會(huì)經(jīng)濟(jì)之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系。杜鑫等[51]分析了遼河流域遼寧段水環(huán)境演變與流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系，認(rèn)為第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值以及人口是影響遼河水質(zhì)化學(xué)需氧量濃度變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)重要因素。李中杰等[52]認(rèn)為伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，導(dǎo)致滇池流域主要河流水體水質(zhì)惡化趨勢明顯，Ⅴ類水質(zhì)河流占比增長了近4倍。因此社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式是水環(huán)境質(zhì)量的重要影響因素，其對(duì)地表水水質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科技水平、人口增長及環(huán)境政策等方面。

3.2土地利用景觀格局對(duì)地表水水質(zhì)的影響

土地利用指人類對(duì)土地自然屬性的利用方式，人們?cè)谕恋厣线M(jìn)行生產(chǎn)與生活等活動(dòng)的過程本身就深刻地影響地表、河流、湖泊等生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)輸入過程；同時(shí)，土地利用的景觀格局通過影響地表徑流、生物循環(huán)和地球化學(xué)循環(huán)等過程，改變進(jìn)入河流、湖泊污染物的數(shù)量，進(jìn)而對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生重要影響[53]。而土地利用/覆被變化對(duì)水循環(huán)、水量和水質(zhì)的影響具有時(shí)間和空間尺度上的變異性[54]。隨著人類活動(dòng)的增加，流域內(nèi)的土地覆蓋逐漸從自然植被轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀祟惢顒?dòng)為主導(dǎo)的農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)用地，從而導(dǎo)致河流水質(zhì)的退化。在許多地區(qū)點(diǎn)源污染已經(jīng)得到有效控制的情況下，非點(diǎn)源污染因其污染的廣泛性、不確定性成為影響河流水質(zhì)的重要原因之一，而土地利用景觀格局是影響非點(diǎn)源污染負(fù)荷的主要因素之一[55]。

3.3水利工程建設(shè)對(duì)地表水質(zhì)的影響

水利工程的建設(shè)會(huì)對(duì)水質(zhì)的影響體現(xiàn)在：一方面，水體經(jīng)過長距離的輸送或一段時(shí)間的儲(chǔ)存，會(huì)使復(fù)氧過程充分形成，從而豐富了水體潛在的環(huán)境容量資源；另一方面，庫區(qū)水體抬高，水流緩慢，不利于污染物的擴(kuò)散[59]。總的來說，水庫對(duì)水質(zhì)可產(chǎn)生正負(fù)兩方面的影響[60]。另外，由于減少了河流基流生態(tài)水量，可能會(huì)加劇河道斷面萎縮，增加污水排放總量，改變農(nóng)業(yè)灌排系統(tǒng)，提高面源入河比例，加快面源入河速度，惡化下游河流、湖泊的水環(huán)境質(zhì)量[61]。姚環(huán)等[62]探討了閩江水利工程的環(huán)境水質(zhì)效應(yīng)問題，發(fā)現(xiàn)閩江干-支流上眾多水利工程的建設(shè)與運(yùn)營，明顯地影響了河流的水動(dòng)力場因素和水化學(xué)場因素，引發(fā)了沿江水文地質(zhì)環(huán)境狀況的變化，使河流水體納污、稀釋擴(kuò)散自凈能力受到較大的影響，河流出現(xiàn)受污染程度日益加重、水環(huán)境惡化的趨勢，使沿江城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的水文環(huán)境質(zhì)量受到明顯的影響。劉蘭玉等[63]研究了三峽水庫175 m蓄水對(duì)長江重慶段水質(zhì)的影響。結(jié)果表明：175 m蓄水前后，長江重慶段水質(zhì)總體較好且保持穩(wěn)定；但主要污染物濃度在蓄水前后有所起伏，部分?jǐn)嗝娴母咤i酸鹽指數(shù)濃度變化較大(圖1)。

圖1　中國地表水水質(zhì)影響因素解析

4結(jié)論

雖然地表水水質(zhì)受自然環(huán)境和人類活動(dòng)兩方面的共同影響，但19世紀(jì)80年代以來，中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，用水量和污水排放量猛增，水質(zhì)急劇惡化[64]，甚至形成了水質(zhì)災(zāi)害[65]，人類活動(dòng)與土地利用變化往往都是導(dǎo)致河流、水庫和湖泊水質(zhì)發(fā)生變化的主要的原因[66]，同時(shí)，自然環(huán)境因素在此基礎(chǔ)上具有推波助瀾的增益作用。因此，在研究地表水水質(zhì)的影響因素時(shí)，不僅要重視人類活動(dòng)因素，而且要注意與自然環(huán)境因素的結(jié)合研究，只有明確了影響水質(zhì)的主要控制因素，在進(jìn)行水質(zhì)改善及水資源保護(hù)時(shí)才能做到有的放矢。

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Advances in Influencing Factor on Surface Water Quality

Wang Haibo,Tian Rongyan

(SchoolofEngineering,TibetUniversity,Lhasa,Tibet850000)

Abstract:With rapid development of economy and people’s living standards, the surface water environment in some areas have been deteriorating. Issues related to water quality changes have aroused great concerns among scientists and politicians at home and abroad. And exploring the reasons for changes in water quality is more urgency. Based on referencing to the domestic research results of the surface water quality’s influencing factors, this paper summarized the impact of natural environmental factors (climate, hydrological characteristics, aquatic organisms, etc.) and human activity factors (socio-economic development, land use and landscape pattern, hydraulic engineering construction, etc.) for domestic surface water quality.We could see that: the water quality in different regions could be affected by different factors, and in some areas it was affected by many factors simultaneously. So it should be targeted during water quality improvement and protection of water resources, and knowingclearly the main reason wasimportant.

Key words:surface water; water quality; natural environment; human activity; influencing factor

收稿日期：2016-03-22

基金項(xiàng)目：西藏自治區(qū)科技廳重點(diǎn)科技計(jì)劃(編號(hào)：Z2014A19G2-11)

作者簡介：王海波(1990—)，男，助教，碩士，主要從事第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)、全球變化的研究工作。 通訊作者：田榮燕(1980—)，女，講師，主要從事道路工程及防災(zāi)減災(zāi)工程專業(yè)的教學(xué)與研究工作。

中圖分類號(hào)：X824

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944(2016)10-0186-05