湟水流域西寧段六價(jià)鉻分布分析

楊增霞，宋露露，攔繼元，楊林

(青海師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，青海 西寧 810008)

六價(jià)鉻是水污染的重要指標(biāo)之一，它是吞入性毒物、吸入性極毒物，皮膚接觸可能導(dǎo)致過(guò)敏，甚至?xí)斐蛇z傳性基因缺陷，吸入體內(nèi)可能致癌，對(duì)環(huán)境有持久危險(xiǎn)性[1-2]。當(dāng)水中六價(jià)鉻含量超過(guò)0.1 mg/L，會(huì)對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生毒性作用，水中六價(jià)鉻濃度的監(jiān)測(cè)是治理環(huán)境的重要內(nèi)容[3]，污染物的分布分析對(duì)污染治理具有重要的指導(dǎo)意義。研究分類(lèi)問(wèn)題的主要方法有主成分分析法、因子分析法、聚類(lèi)分析等，國(guó)外學(xué)者Sakizadeh Mohamad[4]、Suheyla Yerel[5]等采用多元統(tǒng)計(jì)方法評(píng)價(jià)了伊朗Khuzestan省的Andimeshk河、土耳其Sakarya河等的水質(zhì)。國(guó)內(nèi)學(xué)者張汪壽[6]、馬振[7]、邱瑀[8]等采用多元統(tǒng)計(jì)方法對(duì)我國(guó)北運(yùn)河武清段水系、秦淮河、湟水流域等水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了全面了解、分析湟水流域中六價(jià)鉻的分布狀況，本文根據(jù)流域不同功能區(qū)特點(diǎn)優(yōu)化布點(diǎn)選取了52個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采樣用二苯碳酰二肼分光光度法檢測(cè)分析，得到六價(jià)鉻濃度值，通過(guò)聚類(lèi)分析劃分出不同的鉻污染區(qū)域，準(zhǔn)確反映六價(jià)鉻的分布情況，將聚類(lèi)結(jié)果標(biāo)注在河網(wǎng)圖中，可以直觀地反映六價(jià)鉻的污染狀況，同時(shí)跟蹤分析近20年鉻含量變化趨勢(shì)，對(duì)湟水流域六價(jià)鉻污染治理具有一定的實(shí)際意義。

1 分析測(cè)試

在湟水流域52個(gè)監(jiān)測(cè)斷面采取水樣，用GB/T 7467—1987中六價(jià)鉻的測(cè)定方法二苯碳酰二肼分光光度法測(cè)定其濃度，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(單位：mg/L)

2 結(jié)果與討論

2.1優(yōu)化布點(diǎn)

湟水河是貫穿西寧市境內(nèi)的一條河流，在西寧段主要有南川河、北川河和沙塘川河三條主要的支流，最終從小峽口出境，流域周邊的大多數(shù)地區(qū)引用湟水進(jìn)行農(nóng)田灌溉，還有的作為人畜飲用水[9-10]。采樣點(diǎn)主要設(shè)在多巴周邊有廢污水排入的主要居民區(qū)，南川工業(yè)園區(qū)和北川工業(yè)園區(qū)上下游，南川河、北川河和沙塘川河三條支流與湟水河干流的匯合處，干流金灘入境河段和小峽口出境河段。由于湟水流域西寧段干流和支流平均水深≤5 m，且水質(zhì)較穩(wěn)定，因此，52個(gè)采樣點(diǎn)均設(shè)在水面下0.5 m處，直接用塑料桶采集瞬時(shí)水樣，水樣采集后馬上送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析測(cè)試。

2.2湟水流域六價(jià)鉻聚類(lèi)分析

以六價(jià)鉻指標(biāo)的濃度為樣本數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)斷面為變量，采用系統(tǒng)聚類(lèi)法中的最短距離法來(lái)量度樣本之間的相似性[11-15]，選用離差平方和算法和歐式距離，對(duì)湟水流域西寧段52個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的六價(jià)鉻指標(biāo)進(jìn)行聚類(lèi)分析，分析結(jié)果最終用聚類(lèi)樹(shù)狀圖直觀地表現(xiàn)出來(lái)，結(jié)果如圖1所示。

圖1 聚類(lèi)分析結(jié)果圖Fig.1 Diagram of cluster analysis result

由圖1可知，采用聚類(lèi)分析法將湟水流域西寧段各個(gè)監(jiān)測(cè)斷面分為4大類(lèi)：第1類(lèi)是九家灣和石頭磊，這2個(gè)地方的六價(jià)鉻濃度超過(guò)0.08 mg/L；第2類(lèi)是韋家莊、朝陽(yáng)橋和天津橋，六價(jià)鉻濃度在0.05 mg/L左右；第3類(lèi)是海湖路橋、新寧橋等，六價(jià)鉻濃度在0.03 mg/L上下浮動(dòng)，剩余的32個(gè)監(jiān)測(cè)斷面歸為第4類(lèi)。從整體上可以分成2大類(lèi)，九家灣和石頭磊分為一類(lèi)，其余50個(gè)斷面為一類(lèi)。根據(jù)GB3838—2002和聚類(lèi)結(jié)果，52個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中61.5%屬于Ⅰ類(lèi)水，只有3.8%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)屬于Ⅴ類(lèi)水。通過(guò)聚類(lèi)分析法可以很好地將水質(zhì)斷面進(jìn)行歸類(lèi)，對(duì)湟水流域西寧段水污染治理起到指導(dǎo)作用。

2.3各監(jiān)測(cè)點(diǎn)六價(jià)鉻分布

應(yīng)用地理空間數(shù)據(jù)云、國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)、谷歌地圖及ArcGIS軟件將聚類(lèi)分析出來(lái)的4類(lèi)不同湟水流域監(jiān)測(cè)斷面標(biāo)注在湟水流域西寧段區(qū)域研究概況圖上，結(jié)果如圖2所示。

圖2 六價(jià)鉻含量分布圖Fig.2 Distribution map of Cr(Ⅵ)content

由圖可知：湟水河屬于四級(jí)河流，北川河和沙塘川河屬于五級(jí)河流，南川河屬于五級(jí)以下的河流，不同高低的粉紅色柱形圖表示4類(lèi)六價(jià)鉻濃度不同的監(jiān)測(cè)斷面，由圖中可看出北川河支流上各監(jiān)測(cè)斷面的六價(jià)鉻濃度較高，而南川河中的六價(jià)鉻濃度普遍比較低，主要原因可能是沿北川河周邊有皮革廠的存在而造成六價(jià)鉻含量增加。無(wú)論是北川河河段還是湟水流域西寧段及其他支流都受到點(diǎn)源和城市非點(diǎn)源及農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的共同影響，流域上游(扎麻隆以西)水量大，流速快，水流平緩，水體自?xún)裟芰?qiáng)，因而六價(jià)鉻濃度降低，而中游西寧市段可能受到城鎮(zhèn)生活及工業(yè)企業(yè)的影響，六價(jià)鉻濃度相對(duì)較高，下游(小峽橋以東)基本不受六價(jià)鉻影響，因此，在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)干流六價(jià)鉻濃度西高東低，北川河支流高于南川河支流。由圖中得出的規(guī)律為六價(jià)鉻的治理提供了方向。

2.4追蹤分析20年六價(jià)鉻變化

為了了解湟水流域六價(jià)鉻的年變化規(guī)律，查閱相關(guān)文獻(xiàn)[16]和當(dāng)?shù)丨h(huán)保廳資料得到1998—2018年扎麻隆和西鋼橋六價(jià)鉻濃度數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3 Cr6+年變化曲線圖Fig.3 Annual variation curve of Cr6+

由圖可知：扎麻隆六價(jià)鉻濃度整體高于西鋼橋，但這2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)都在GB3838—2002規(guī)定Ⅳ類(lèi)水以下。2003年以前這2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的六價(jià)鉻濃度均呈上升趨勢(shì)，從2004年以后兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的濃度呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。隨著時(shí)間的推移，湟水流域西寧段六價(jià)鉻濃度越來(lái)越低，說(shuō)明湟水河污染治理取得了一定的成效。

3 結(jié)論

聚類(lèi)結(jié)果表明湟水流域西寧段52個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)被分成了4大類(lèi)，4類(lèi)區(qū)域的水質(zhì)與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838—2002)中六價(jià)鉻Ⅰ-Ⅳ類(lèi)相對(duì)應(yīng)，并將分布情況標(biāo)注在區(qū)域研究概況圖中，可以直觀地反映在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)干流六價(jià)鉻濃度西高東低，支流六價(jià)鉻濃度北川河高于南川河。追蹤分析扎麻隆和西鋼橋兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的六價(jià)鉻濃度變化，從2003年之后濃度逐年降低，說(shuō)明水污染得到了有效的控制。通過(guò)對(duì)六價(jià)鉻的分布分析，對(duì)湟水流域西寧段水污染控制和治理提供相關(guān)信息。