沋河城區(qū)段水質(zhì)指標(biāo)及離子變化特征研究

崔國(guó)屹 王康振 呂海波

摘要? ? 為探究沋河城區(qū)段水質(zhì)指標(biāo)空間變化，對(duì)渭南市沋河水庫(kù)至沋河公園河段進(jìn)行采樣，測(cè)定樣品的離子指標(biāo)和總可溶解固體（TDS）、pH值、溶解氧、電導(dǎo)率，并利用相關(guān)性分析和聚類分析的方法分析其空間分布特征。結(jié)果表明，各離子空間差異度較大，其中K+、NH4+、Na+、Cl-之間成顯著正相關(guān);在沋河各段中，由河流上游至下游，NH4、Cl-呈先增后降的趨勢(shì)，SO42-呈增加趨勢(shì)，NO3-呈下降趨勢(shì)。沋河城區(qū)段主要受K+、NH4+、Na+、Cl-、SO42-的影響，其中K+、NH4+、Na+、Cl-均可被水體凈化;SO42-含量雖然符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但是該離子在研究河段呈上升趨勢(shì)，應(yīng)重視對(duì)SO42-人為來源的控制。

關(guān)鍵詞? ? 水質(zhì);離子來源;空間變化;沋河

中圖分類號(hào)? ? X824;X524? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A? ? ? ? 文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）01-0161-03

Abstract? ? In order to explore the spatial variation of water quality index in Youhe River，the samples were collected from Youhe River Reservoir to Youhe River Park in Weinan City，ions and total soluble solids（TDS），pH value，dissolved oxygen and conductivity of the sample were measured，and the spatial distribution characteristics were analyzed by correlation analysis and cluster analysis.The results showed that the spatial difference degree of the ions was great，among which K+，NH4+，Na+ and Cl- were positively correlated.In the Youhe River，from upstream to downstream，NH4+ and Cl- showed the trend of first increasing and then decreasing，SO42- showed an increasing trend，NO3- showed a decreasing trend.Youhe River was mainly affected by K+，NH4+，Na+，Cl-，SO42-，while the K+，NH4+，Na+，Cl- could be purified by water body.SO42- content met the national standard，but it showed the increasing trend in the researched reach.Therefore，the control of artificial source of SO42- should be paid attention to.

Key words? ? water quality;ion source;spatial variation;Youhe River

由于河流水質(zhì)化學(xué)指標(biāo)受到巖石風(fēng)化、地下水、大氣降水以及人類活動(dòng)等的影響，并且與流域內(nèi)的氣候、巖性、坡度、土壤、地勢(shì)起伏、植被等自然因素和人類活動(dòng)聯(lián)系密切[1]，探究河流水質(zhì)化學(xué)指標(biāo)特征可以說明流域水體的環(huán)境質(zhì)量狀況、水體元素分布分配情況[2]，從而對(duì)河流尤其是城市水景的水質(zhì)管理提供理論依據(jù)。隨著城市化的發(fā)展，人類工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生活對(duì)河水的干擾作用越來越顯著，不同的人類活動(dòng)方式成為影響河水化學(xué)組成的重要因素[3]。城市河流的水質(zhì)化學(xué)指標(biāo)不僅可以體現(xiàn)周邊的自然狀況，也反映了城市人類活動(dòng)狀況。因此，通過對(duì)城市河流水化學(xué)組成的分析，探究河水中離子的主要來源及其成因，對(duì)城市河流水化學(xué)變化、水質(zhì)特征以及城市水資源的管理和保護(hù)具有重要意義[4]。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)河流的離子來源和水化學(xué)類型已有一些研究。于? 淼等[5]發(fā)現(xiàn)，北京市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)溫榆河水中K+、Cl-、Ca2+和SO42-的濃度變化影響顯著。聞欣然等[6]發(fā)現(xiàn)，金華江城區(qū)段河水電導(dǎo)率的變化范圍較大，人類活動(dòng)對(duì)該河的水化學(xué)指標(biāo)產(chǎn)生了很大影響。沋河作為一條流經(jīng)渭南市的河流，其水質(zhì)情況關(guān)系到城市環(huán)境和市民的生活質(zhì)量。因此，對(duì)沋河的水質(zhì)保護(hù)和研究就顯得尤為重要。然而，目前對(duì)于沋河水化學(xué)離子所受的人為影響的研究并不多，本研究通過測(cè)定沋河的水化學(xué)指標(biāo)，得出離子、TDS、pH值等指標(biāo)的相關(guān)性和空間分布，推測(cè)分析其來源，為沋河的水質(zhì)治理提供參考。

1? ? 研究區(qū)概況與研究方法

1.1? ? 研究區(qū)概況

沋河發(fā)源于秦嶺北麓，地理坐標(biāo)為北緯34°13′～35°52′、東經(jīng)108°50′～110°38′，是渭河下游的一條支流，自南向北流經(jīng)渭南市臨渭區(qū)最后匯入渭河。流域?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)型半濕潤(rùn)氣候，夏季炎熱多雨，冬季晴冷干燥，年降水量約600 mm，年均溫11.3～13.6 ℃。

本次研究的水樣采集于沋河水庫(kù)至沋河公園河段，沋河水庫(kù)是渭南市的重要水源地，沋河公園是渭南市民休閑娛樂的場(chǎng)所。其采樣點(diǎn)北至勝利大街以南的沋河公園，南至沋河水庫(kù)大壩以北的李家坡，該河段由沋河水庫(kù)向沋河公園方向流經(jīng)村落有李家坡、南張村、蔣家村以及灰堆村。沋河于灰堆村之后流入臨渭區(qū)城區(qū)，城區(qū)公園內(nèi)共設(shè)有3道橡膠壩攔蓄河水形成水景，此段水域西鄰渭花路、東臨濱河大道，途經(jīng)老城街。沋河在臨渭區(qū)程家鄉(xiāng)附近匯入渭河。

1.2? ? 布點(diǎn)采樣

2017年11月，根據(jù)沋河從南向北的流向，沿沋河水庫(kù)的李家坡至渭南市臨渭區(qū)沋河公園一帶，共選取13個(gè)采樣點(diǎn)（圖1）。樣點(diǎn)1位于沋河水庫(kù)的李家坡，樣點(diǎn)2和樣點(diǎn)3位于沋河水庫(kù)與沋河公園之間的河段，樣點(diǎn)4位于李家堡村的排污渠附近，樣點(diǎn)5～13位于沋河公園以及附近的朝陽(yáng)大街。

1.3? ? 樣品分析

采集沋河表層河水裝入100 mL聚乙烯瓶，樣品置于冰箱中保存直至分析。樣品測(cè)定的主要指標(biāo)有Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Cl-、NH4+、SO42-、NO3-、NO2-、F-以及pH值、TDS、電導(dǎo)率、溶解氧。使用PHJS-4A（0.001）測(cè)試水樣的pH值;電導(dǎo)率（EC）和TDS由DDS-308A（0.001）電導(dǎo)率儀測(cè)定;溶解氧利用多功能便攜式溶解氧測(cè)定儀（雷磁JPBJ-608）測(cè)定;Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+、Cl-、NO3-、SO42-和F-的濃度通過DX320型離子色譜儀進(jìn)行測(cè)定。

1.4? ? 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel 2010和SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)使用Excel的公式計(jì)算。離子的相關(guān)性分析使用SPSS中的Person法，利用SPSS軟件進(jìn)行各樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)聚類分析。

2? ? 分析與結(jié)果

2.1? ? 水質(zhì)化學(xué)指標(biāo)特征分析

2.1.1? ? 各樣點(diǎn)陰離子總和與陽(yáng)離子總和變化特點(diǎn)。將離子分成陰離子和陽(yáng)離子2類并分別求和作圖（圖2）?？梢钥闯?，整個(gè)采樣河段陰離子與陽(yáng)離子的變化趨勢(shì)大致具有相似性。樣點(diǎn)1—4，陽(yáng)離子與陰離子波動(dòng)上升;樣點(diǎn)4—8，陽(yáng)離子與陰離子波動(dòng)下降;樣點(diǎn)9—13陽(yáng)離子和陰離子變化較小，趨勢(shì)穩(wěn)定。沋河水庫(kù)（樣點(diǎn)1）的離子質(zhì)量濃度總和最低，李家堡村排污口附近（樣點(diǎn)4）離子質(zhì)量濃度總和最高。對(duì)于小流域河流來說，離子的自然來源往往較為單一，河流離子質(zhì)量濃度總和變化較小。離子質(zhì)量濃度總和的波動(dòng)說明其離子空間分布不均勻，可能存在人為活動(dòng)的干擾。

2.1.2? ? 水質(zhì)化學(xué)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)特點(diǎn)。平均值可以反映整個(gè)河段的水質(zhì)指標(biāo)情況，變異系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差可以反映水質(zhì)指標(biāo)的離散程度，故使用Excel 2010軟件對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理（表1）。

從各指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)特征來看，沋河河水的整體pH>7，屬于弱堿性水;EC（電導(dǎo)率）的平均值為620.53 μS/cm，電導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)差最大，說明采樣河段水中的導(dǎo)電物質(zhì)的含量差異大，空間分布不均勻;TDS值高于世界河流的平均值（115 mg/L）[7]，但小于1 000 mg/L，屬于淡水且礦化度較低。溶解氧標(biāo)準(zhǔn)差較小說明整體上空間變化不大，但是最低值出現(xiàn)在樣點(diǎn)4，僅為1.3 mg/L，小于2 mg/L，屬于國(guó)家Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，其余各樣點(diǎn)均符合國(guó)家地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 3838—2002的Ⅲ類水以上的標(biāo)準(zhǔn)。F-標(biāo)準(zhǔn)差極小，說明該離子空間變化不顯著，其來源單一，且含量<1.0 mg/L，符合國(guó)家地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 3838—2002的Ⅲ類水以上的標(biāo)準(zhǔn)。Cl-和SO42-均低于250 mg/L，符合國(guó)家地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 3838—2002的集中式生活用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)限值[8];但K+、NH4+、Cl-、SO42-的變異系數(shù)較大，說明其空間分布存在較大差異，存在人為影響。

2.2? ? 河水的離子相關(guān)性分析

為探究各離子指標(biāo)之間的共性，對(duì)其來源進(jìn)行分析。使用SPSS 25.0軟件對(duì)沋河水庫(kù)及沋河公園一帶河段所測(cè)離子數(shù)據(jù)進(jìn)行雙變量相關(guān)性處理，分析結(jié)果見表2。

相關(guān)性分析結(jié)果表明，Cl-與NO2-、Na+與Cl-、F-與Ca2+、NH4+與Cl-、NH4+與NO2-、K+與Cl-、K+與NO2-、K+與NH4+、Mg2+與SO42-成顯著的正相關(guān);Na+與NO2-、Na+與SO42-成中度的正相關(guān);Ca2+與Mg2+成中度的負(fù)相關(guān)。結(jié)合表1可發(fā)現(xiàn)，K+與NH4+正相關(guān)性大且兩者變異系數(shù)較高（分別為0.91和2.32），NH4+與Cl-呈正相關(guān)性大且兩者變異系數(shù)較高（分別為2.32和0.52），說明其離子來源具有共性且空間變化大，受人為干擾顯著。

2.3? ? 樣點(diǎn)聚類分析

2.3.1? ? 研究區(qū)河段樣點(diǎn)聚類結(jié)果。為了便于分析現(xiàn)將研究區(qū)劃分不同河段，根據(jù)聚類分析的結(jié)果和實(shí)際情況，將研究區(qū)河段分為A（水庫(kù)段）、B（排污口及公園上游段）、C（沋河公園段）、D（公園下游鬧市區(qū)段）段。其中，A段樣點(diǎn)編號(hào)為1、2，B段樣點(diǎn)編號(hào)為3、4，C段樣點(diǎn)編號(hào)為5、6、7、8，D段樣點(diǎn)編號(hào)為9、10、11，然后對(duì)A、B、C、D段進(jìn)行對(duì)比分析。

2.3.2? ? 研究區(qū)各河段間水質(zhì)化學(xué)指標(biāo)空間分布差異。選取各離子中變異系數(shù)較大和相關(guān)性顯著的離子（Cl-、NH4+、NO3-、SO42-），分別求取平均值（圖3）。

由圖3可以看出，NH4+和Cl-質(zhì)量濃度的空間分布趨勢(shì)具有相似性且空間變化較大，兩者形成的NH4Cl在B段排污口處最高，說明排污口所排出的污水中含有NH4Cl，之后NH4Cl的質(zhì)量濃度向下游逐漸遞減。NO3-質(zhì)量濃度空間變化較小，由A段至D段呈下降趨勢(shì)，該離子受河流自凈作用較明顯。SO42-質(zhì)量濃度空間變化較大，由A段至D段呈上升趨勢(shì)，河流對(duì)其自凈能力較小，在公園下游鬧市區(qū)（D段）達(dá)到最大值。

3? ? 討論

3.1? ? 各水質(zhì)污染物的來源

河水中離子的來源往往是多樣的，主要與該地區(qū)的大氣降水、水汽輸送、地殼風(fēng)化物的礦物成分以及人類活動(dòng)有關(guān)[9-10]。本文主要討論各離子指標(biāo)的人為來源，根據(jù)表1和表2的結(jié)果，分析各指標(biāo)的變異系數(shù)大小和相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)NH4+、K+、Cl-、NO2-、NO3-、Na+空間變異程度較大且相關(guān)性顯著，說明這些離子在一定程度上受人類活動(dòng)影響干擾。其中，NH4+、K+、Cl-、NO2-、SO42-之間具有顯著的正相關(guān)性，這些離子所形成的NH4Cl、KCl、NH4NO2、KNO2為研究區(qū)河段的主要污染物，其人為來源很可能是農(nóng)業(yè)施肥。Na+、SO42-、Cl-、NO2-也具有正相關(guān)性，說明這些離子具有相同的來源，所形成的化學(xué)物質(zhì)是NaCl、Na2SO4、NaNO2。由于沋河附近工廠較少，采樣河段流經(jīng)鄉(xiāng)村居民點(diǎn)和市區(qū)，因而可以推斷NaCl、NaNO2、Na2SO4的來源與鄉(xiāng)村居民和市區(qū)餐館的生活污水排放有關(guān)[11]。雖然Mg2+與SO42-存在正相關(guān)性，但是Mg2+的變異系數(shù)較小，受人類活動(dòng)干擾不明顯，故其化合物MgSO4的來源應(yīng)該與該流域巖石的礦物質(zhì)成分有關(guān)。

針對(duì)以上情況，建議對(duì)整個(gè)沋河附近的村民進(jìn)行宣傳，減少化肥的使用，從而減少NH4+、K+的輸入。同時(shí)禁止將未經(jīng)處理的生活污水直接排放于附近的水體中，以減少Na+、SO42-、Cl-的輸入。

3.2? ? 沋河城區(qū)水質(zhì)主要污染指標(biāo)空間分布特征討論

根據(jù)圖3可發(fā)現(xiàn)，NH4+和Cl-同時(shí)在排污口河段達(dá)到最大值。NH4Cl的空間變化較大，在沋河水庫(kù)段處于最低值，這可反映庫(kù)區(qū)管理部門對(duì)水質(zhì)的管理和監(jiān)測(cè)工作較為有效。在李家堡排污口及公園上游河段處于最大值，說明該河段附近的農(nóng)田和排污口為NH4Cl的主要來源。NH4Cl由B段至D段呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)楹铀械奈⑸锖虲段分布的蘆葦、蒲草群落對(duì)NH4Cl有一定的吸收作用[12]。

從A段至D段，NO3-逐漸減少，說明河流對(duì)該離子的自凈作用較強(qiáng)。NO3-在水庫(kù)段處于最大值，這是由于水庫(kù)的出水口附近存在小塊農(nóng)田，所用的化肥隨降水進(jìn)入河流，造成出水口處NO3-增高。沋河公園上游及公園河段NO3-較高，原因是該河段流經(jīng)農(nóng)田和市區(qū)，受化肥施用、工業(yè)活動(dòng)和汽車尾氣所產(chǎn)生的氮氧化合物等物質(zhì)的影響[13-14]。

從A段至D段，SO42-呈上升趨勢(shì)，說明河流對(duì)該離子的自凈作用較弱，水庫(kù)段為最低值，鬧市區(qū)段為最大值，說明沋河的SO42-含量與人類活動(dòng)的密集程度有關(guān)，即人類活動(dòng)越密集，SO42-含量越高。SO42-是自然水體中較常見的陰離子，自然來源包括微生物的化學(xué)降解產(chǎn)生的硫化物以及該地區(qū)的地質(zhì)化學(xué)成分等因素;而人為來源主要是人類的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)和酸沉降[15]，例如煙囪所排放的硫化物經(jīng)過大氣降水進(jìn)入河流或生產(chǎn)污水的排放。

根據(jù)各河段水質(zhì)指標(biāo)的空間分布，發(fā)現(xiàn)李家堡排污口及公園上游河段的NH4Cl濃度較高，說明排污口的污水以農(nóng)業(yè)和生活廢水為主。該河段是主要的水質(zhì)突變處，在以后的水質(zhì)治理中，可以在排污口處使用景觀復(fù)氧技術(shù)或營(yíng)造人工濕地，減少該處的NH4Cl濃度。

4? ? 結(jié)論

通過統(tǒng)計(jì)特征分析，K+、NH4+、Cl-、SO42-的變異系數(shù)較大，說明其人為影響較大。其中，NH4+、K+、Cl-、NO2-成顯著正相關(guān)，說明NH4Cl、KCL、NH4NO2、KNO2為研究區(qū)河段的主要污染物?？臻g分析發(fā)現(xiàn)，NH4Cl在上游至下游河段，呈現(xiàn)低—高—低趨勢(shì)，說明其能被河流自凈。SO42-在城區(qū)河段呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，不易被河流自凈。盡管SO42-含量符合國(guó)家地表水標(biāo)準(zhǔn)，但由其空間分布特征可以發(fā)現(xiàn)，其含量與人類活動(dòng)的密集程度有關(guān)，在以后的水質(zhì)治理中應(yīng)有所防范和采取針對(duì)性措施。

5? ? 參考文獻(xiàn)

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