赤水河流域水環(huán)境現(xiàn)狀及水質(zhì)評價(jià)

閔文武，黃福江，王 偉

(1.遵義師范學(xué)院 赤水河流域環(huán)境保護(hù)與山地農(nóng)業(yè)發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心，貴州 遵義 563006；2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 水產(chǎn)研究所，貴州 貴陽 550025)

赤水河是長江上游右岸唯一沒有梯級水庫的重要一級支流，發(fā)源于云南省鎮(zhèn)雄縣，位于川、滇、黔三省接壤地區(qū)，流經(jīng)鎮(zhèn)雄、敘永、畢節(jié)、仁懷、赤水等地，至四川省合江縣匯入長江，全長444.5 km，流域面積2.04萬km2[1]。赤水河是長江上游珍惜特有魚類國家級自然保護(hù)區(qū)的重要組成部分[2]。赤水河的水生態(tài)環(huán)境對茅臺(tái)等白酒企業(yè)發(fā)展、河流水生生物多樣性保護(hù)和長江經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略實(shí)施具有十分重要的作用[3-5]，因此，不同學(xué)者對赤水河水生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了大量的研究，研究對象涉及魚類[6-8]、底棲生物[9-11]、浮游生物[12-13]、菌群[14]等。為赤水河的水生態(tài)環(huán)境管理和水生生物資源保護(hù)提供了大量的基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)。

水質(zhì)評價(jià)是環(huán)境治理與監(jiān)控中的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作，通過水質(zhì)監(jiān)測，對水質(zhì)做出合理評價(jià)，對流域治理和規(guī)劃具有重要作用[15]。多年來，學(xué)者們對赤水河水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查與評價(jià)開展了大量工作[16-19]，但他們的研究通常只局限在部分區(qū)域或某一季節(jié)，未實(shí)現(xiàn)全覆蓋。本文根據(jù)2018年9月(秋季)、2019年4月(春季)、7月(夏季)和12月(冬季)共4次的全流域監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析赤水河水質(zhì)現(xiàn)狀及河流健康狀況，為赤水河水環(huán)境治理和生物多樣性保護(hù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣斷面分布

赤水河流域處于云貴高原向四川盆地傾斜的斜坡面，地勢西南高而東北低，高程200～1890 m，平均比降0.491%，河段落差1181.4 m，茅臺(tái)以上為上游，茅臺(tái)至丙安為中游，丙安以下為下游。主要支流包括二道河、習(xí)水河、古藺河、大同河、桐梓河和同民河。本研究設(shè)置11個(gè)調(diào)查采樣斷面，其中赤水河干流7個(gè)、支流4個(gè)，C2位于大同河，C4位于習(xí)水河，C6位于古藺河，C8位于桐梓河，采樣斷面分布如圖1所示。

圖1 采樣斷面分布圖

1.2 水樣采集與測定

本文測定的水體理化指標(biāo)有水溫(WT)、pH值、流速、電導(dǎo)率(EC)、溶解氧含量(DO)、總氮(TN)、總磷(TP)和懸浮物(SS)，現(xiàn)場用溫度計(jì)測定WT，用便攜式水質(zhì)分析儀(HachiHQ30d)測定pH值、EC和DO值，用流速儀(Global water FP211)測定流速，采集水樣12 h內(nèi)送回實(shí)驗(yàn)室，按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》(國家環(huán)境保護(hù)總局，2002b)測定TN、TP和SS。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[20]結(jié)合監(jiān)測的DO、TN和TP判定各指標(biāo)下赤水河水質(zhì)類別。除pH值外，所有數(shù)據(jù)經(jīng)lg(x+1)轉(zhuǎn)換，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析不同季節(jié)水環(huán)境指標(biāo)的差異性。運(yùn)用水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)(Iwq)計(jì)算及水質(zhì)評價(jià)方法見文獻(xiàn)[15,21]。

運(yùn)用SPSS 19.0分析水體指標(biāo)的季節(jié)變化差異，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和運(yùn)算在Excel 2007上完成，采樣斷面分布圖在Arcmap 20.0上完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 赤水河的水質(zhì)現(xiàn)狀

赤水河四季水質(zhì)參數(shù)均值如表1所示，赤水河WT平均值為20.03 ℃，其中春季21.18 ℃、夏季27.78 ℃、秋季17.64 ℃、冬季13.50 ℃。pH值變化范圍為7.93～8.35，平均值8.09，呈弱堿性；流速平均值為0.32 m/s；EC平均值396.88 μs/cm；DO變化范圍為8.25～9.84 mg/L，平均值9.19 mg/L；TN變化范圍為2.12～3.53 mg/L，平均值2.66 mg/L；TP變化范圍為0.04～0.05 mg/L，平均值0.05 mg/L；SS變化范圍為10.64～12.73 mg/L，平均值11.62 mg/L。

表1 赤水河流域四季水質(zhì)參數(shù)均值

赤水河流域水體DO全部達(dá)到Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；TP在春季的C3、C7和秋季的C6為Ⅲ類水質(zhì)，其余各季節(jié)各斷面均為Ⅱ類水質(zhì)；TN在春季和秋季的C2均為Ⅳ類水質(zhì)，在春季的C3、C4、C6，秋季的C4以及冬季的C1、C2、C4、C5、C9均為Ⅴ類水質(zhì)，其余斷面均低于Ⅴ類水質(zhì)。

2.2 水質(zhì)指標(biāo)的時(shí)空分布特征

由赤水河水質(zhì)季節(jié)差異(圖2)可知，流域WT呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化，WT四季差異顯著(P<0.05)，春、夏季顯著高于秋、冬季(P<0.01)；pH值呈中性至弱堿性，四季變化差異不顯著(P>0.05)；秋、冬季流速低于春、夏季，秋季流速顯著低于其他三季(P<0.05)，春、夏、冬季流速差異不顯著(P>0.05)；春、冬季EC高于夏、秋季，但季節(jié)差異不顯著(P>0.05)；春、冬季DO顯著高于夏、秋季(P<0.05)，春季和冬季DO差異不顯著(P=0.11)，夏季和秋季DO差異不顯著(P=0.99)；春、夏、秋季TN差異顯著(P<0.05)，秋季TN高于春、夏、冬季；水體TP和SS季節(jié)差異不顯著(P>0.05)。

圖2 赤水河流域水環(huán)境因子季節(jié)差異

從各斷面水質(zhì)指標(biāo)的空間分布分析，春季C2斷面的pH值、EC、DO和TN均是最低的，而C8的pH值、DO和SS含量最高，pH值表現(xiàn)為從流域上游至下游逐漸降低的趨勢。C6的EC最大，為709 μs/cm，C2最小，為106 μs/cm；除C2、C3、C4和C6的TN小于2.0 mg/L外，其余的TN均大于2.0 mg/L；C3和C8的TP值均為0.12，為Ⅱ類水質(zhì)，其余均為Ⅰ類水質(zhì)。

夏季pH值表現(xiàn)為支流大于干流，呈現(xiàn)從上游至下游逐漸降低的趨勢；DO呈現(xiàn)從上游至下游逐漸降低的趨勢，最大值位于C11，為10.35 mg/L，最小值位于C6，為7.3 mg/L；TN含量均大于2.0 mg/L。

秋季C8的WT和pH值最高，分別為20.9 ℃和9.81；pH值表現(xiàn)為上游斷面大于下游斷面，C6的EC和TP最高，分別為556 μs/cm和1.0 mg/L，C11的DO含量最高，為9.02 mg/L，支流斷面的TN小于干流斷面，SS表現(xiàn)為從上游至下游逐漸升高的趨勢。

冬季同樣以C6的EC最高，為666 μs/cm，DO和TN表現(xiàn)為從上游至下游逐漸降低的趨勢，干流TN大于支流，SS呈現(xiàn)從上游至下游逐漸升高的趨勢。

2.3 水質(zhì)的綜合評價(jià)

根據(jù)測定的DO、TN和TP計(jì)算赤水河流域Iwq，根據(jù)Iwq的整數(shù)位和小數(shù)點(diǎn)后第1位X1.X2可以判定綜合水質(zhì)級別，判定標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 基于綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的綜合水質(zhì)判定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)表2的判定標(biāo)準(zhǔn)，赤水河流域Iwq和水質(zhì)級別見表3所示，春季Iwq平均值為3.112，最高位于C7，為3.821，最低位于C2，為2.510，C2、C4、C6、C8和C10的水質(zhì)級別為Ⅱ類，其余斷面均為Ⅲ類。夏季Iwq平均值為3.320，最高位于C6，為3.711，最低位于C10、C11，均為2.810，位于上游的C9、C10、C11的水質(zhì)級別為Ⅱ類，其余斷面為Ⅲ類。秋季Iwq平均值為3.493，最高位于C7，為3.911，最低位于C2，為2.710，僅C2的水質(zhì)級別為Ⅱ類，其余斷面均為Ⅲ類。冬季Iwq平均值為3.493，最高位于C3和C6，均為3.511，最低位于C8，為2.710，C8的水質(zhì)級別為Ⅱ類，其余均為Ⅲ類。

表3 赤水河綜合水質(zhì)指標(biāo)指數(shù)及水質(zhì)級別判定

綜合分析顯示，赤水河流域水質(zhì)表現(xiàn)為春、夏季優(yōu)于秋、冬季，春季支流斷面水質(zhì)優(yōu)于干流斷面，夏季河流上游水質(zhì)優(yōu)于下游。

2.4 赤水河水質(zhì)10 a變化趨勢分析

結(jié)合本文監(jiān)測的pH值、DO、TN和TP共4個(gè)水質(zhì)指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)了近10 a來部分學(xué)者對赤水河流域水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果(圖3)，10 a的pH值平均值為8.16，pH值年際變化差異不顯著，從2010年和2019年的數(shù)據(jù)顯示，pH值年內(nèi)變化趨勢為隨月份的增加而逐漸升高。DO平均值為9.33 mg/L，2016年4月的DO(13.95 mg/L)顯著高于其他調(diào)查時(shí)間，2010年9月的DO最低，為7.81 mg/L。TN平均值為2.52 mg/L，其中2010年平均值為2.45 mg/L，2016年平均值為3.47 mg/L，2019年平均值為2.37 mg/L，均超過地表水Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，2012年12月的調(diào)查中TN最低，僅為0.23 mg/L，為Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。TP平均值為0.07，最大值出現(xiàn)在2010年6月，為0.24 mg/L，為Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。2010年9月為0.11 mg/L，為Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，2010年12月～2019年12月，TP一直保持在0.1 mg/L以下，為Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 近10 a赤水河流域pH值、DO、TN和TP水質(zhì)變化情況

3 小結(jié)與討論

赤水河流域WT季節(jié)變化差異明顯，隨著海拔的降低，WT呈現(xiàn)從上游至下游逐漸升高的趨勢，變化規(guī)律與吳湘香等[12]的研究結(jié)果相似，WT值高于其2007～2010年的同期研究結(jié)果。赤水河地處云貴高原與四川盆地接壤地帶，氣候地域差異較大，上段三岔以上為暖溫帶高原氣候，氣溫稍低，中下游四川盆地丘陵地帶，則具有盆地亞熱帶濕潤氣候的特點(diǎn)，河谷內(nèi)氣溫較高，地形地貌的差異，導(dǎo)致氣溫隨著改變，從而影響河谷內(nèi)水體溫度。

赤水河河水流速表現(xiàn)為秋季顯著低于其他3個(gè)季節(jié)，原因可能是在秋季調(diào)查中，C8斷面位于桐梓河下游的金陽電站內(nèi)，實(shí)測流速為0 m/s，因此影響了整個(gè)調(diào)查季節(jié)的平均值。赤水河流域多年平均年降水量800～1200 mm，流域內(nèi)降水分布不均勻，降水量的高值位于左岸支流大同河上游，年降水量達(dá)1200 mm以上，降水量低值位于赤水河中游干流及支流古藺河下游，年降水量為700～800 mm，降水量年內(nèi)分配不均，5～10月為豐水期，降水量占全年的75%～83%，以6～7月最多，占全年的30%左右，12月至次年1月降水量較少。本研究春、夏季流速高于秋、冬季，主要與春季調(diào)查在4月進(jìn)行，臨近流域豐水期，河流水量大、流速快。

TN是影響赤水河流域水質(zhì)的主要因素，在冬季表現(xiàn)最為突出。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從2010年至2020年，除了2012年12月的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)TN最低(0.23 mg/L)，其他調(diào)查時(shí)間內(nèi)流域TN均超標(biāo)，這與調(diào)查斷面位置、數(shù)量，水量變化和人類活動(dòng)等因素有關(guān)。對TP含量近10 a的統(tǒng)計(jì)分析顯示，2010年6月至12月，TP呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，從0.24 mg/L下降到0.03 mg/L，之后一直保持在0.1 mg/L以下的濃度，說明隨著環(huán)保工作的加強(qiáng)，赤水河流域TP濃度得到有效控制。

《貴州省赤水河流域環(huán)境保護(hù)規(guī)劃(2013～2020年)》[22]要求，到2017年，赤水河干流斷面水質(zhì)全部達(dá)到Ⅱ類，主要支流達(dá)到Ⅲ類以上，各主要污染指標(biāo)濃度有效控制；到2020年，干流斷面水質(zhì)全部穩(wěn)定達(dá)到Ⅱ類，主要支流達(dá)到Ⅱ類，重點(diǎn)斷面主要污染物指標(biāo)濃度明顯降低。本文通過綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)分析赤水河水質(zhì)現(xiàn)狀，結(jié)果顯示，赤水河水質(zhì)現(xiàn)狀總體表現(xiàn)為Ⅲ類水，少數(shù)斷面為Ⅱ類水，空間表現(xiàn)為支流優(yōu)于干流，上游優(yōu)于下游。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，本文只選取標(biāo)準(zhǔn)中21項(xiàng)指標(biāo)中的3項(xiàng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可能會(huì)造成水質(zhì)總體評價(jià)結(jié)果偏低，與實(shí)際情況存在差異的現(xiàn)象。因此，為全面、科學(xué)和準(zhǔn)確了解赤水河流域水質(zhì)變化，需要開展進(jìn)一步更全面的長時(shí)間監(jiān)測，為赤水河水環(huán)境管理提供可靠數(shù)據(jù)。