赤水河流域內(nèi)貴州仁懷典型站點(diǎn)的水化學(xué)特征研究

劉亞曦，張孝延，于 晨＊

（1.茅臺(tái)學(xué)院，貴州 遵義；2.貴州省酒糟高效利用研究中心，貴州 遵義）

赤水河是長(zhǎng)江上游內(nèi)重要的干流之一，其流域處于云南、貴州和四川三省的交界地帶，棲息著眾多珍稀生物[1]。為保護(hù)其珍貴資源，推進(jìn)建設(shè)生態(tài)文明示范區(qū)，貴州省制定了《貴州省深化赤水河流域生態(tài)保護(hù)專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)方案》等相關(guān)政策[2]。赤水河-仁懷段總長(zhǎng)45 km，其獨(dú)特的氣候、地質(zhì)、土壤、微生物、水質(zhì)，孕育了多種醬香白酒，包括茅臺(tái)酒、國(guó)臺(tái)酒等，其釀酒用水均取自赤水河-仁懷段[3]。茅臺(tái)鎮(zhèn)及鄰近地區(qū)擁有規(guī)模龐大的白酒產(chǎn)業(yè)[4]，因此赤水河仁懷段對(duì)該地區(qū)的白酒行業(yè)發(fā)展有至關(guān)重要的影響。

本研究聚焦赤水河-仁懷段的水質(zhì)狀況，進(jìn)行豐水期河水采樣，針對(duì)水化學(xué)元素組分的空間特征進(jìn)行研究，分析目前其水質(zhì)情況的潛在原因，在一定程度上可為赤水河水質(zhì)的防治及綜合管理提供依據(jù)及建議。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

赤水河仁懷段（茅臺(tái)鎮(zhèn)-二合鎮(zhèn)-合馬鎮(zhèn)）處于河谷地帶，地勢(shì)低凹，海拔在400 m 左右屬于亞熱帶濕潤(rùn)溫和型氣候，冬暖、夏熱且少雨少風(fēng)，年均氣溫17.4 ℃，夏季最高氣溫可達(dá)40 ℃。冬季無(wú)霜期長(zhǎng)，年均無(wú)霜期為359 天，溫差小。年降雨量約900 mm。這些氣候特征利于釀造茅臺(tái)酒的微生物群的棲息和繁殖。地層由沉積巖組成為紫紅色礫石、細(xì)砂巖等。

1.2 采樣點(diǎn)

研究區(qū)為茅臺(tái)鎮(zhèn)至合馬鎮(zhèn)河段流域。選取5 個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行勘察以及后續(xù)樣品的采集與處理。標(biāo)記H1：1915 廣場(chǎng)采樣點(diǎn)；H2：釀酒人集團(tuán)下河邊采樣點(diǎn)；H3：二合渡口采樣點(diǎn)；H4：趙家溝河邊采樣點(diǎn)；H5：合馬采樣點(diǎn)，見(jiàn)圖1。

圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)

1.3 采樣及測(cè)定方法

2021 年7 月中旬對(duì)赤水河仁懷河段進(jìn)行野外考察及水樣采集。利用HANNA 多參數(shù)水質(zhì)分析儀（HI9829）測(cè)得現(xiàn)場(chǎng)pH、氧化還原電位（ORP）、總?cè)芙夤腆w（TDS）和溶解氧（DO）等數(shù)值并記錄。所有樣品在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)0.22 μm 濾膜過(guò)濾。其中用于陽(yáng)離子和痕量元素分析的水樣采用6 mol/L 的HNO3-酸化至pH<2.0。樣品采集后，低溫密封保存。樣品中的陽(yáng)離子（Ca2+、Mg2+、Na+等）利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜ICP-AES（ICAP630,Thermo）檢測(cè)，陰離子（Cl-、等）采用離子色譜儀（DX-120,Dionex）測(cè)定，微量元素（Mn、Fe 等）用電感耦合等離子體質(zhì)譜ICPMS（750C，Agilent）檢測(cè)。儀器的分析精度5.0%。陰陽(yáng)離子誤差絕對(duì)值小于5%。

1.4 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

本文根據(jù)地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)對(duì)地表水水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)規(guī)定及要求，采用單因子指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法[5-7]。

（1）單因子評(píng)價(jià)法

將測(cè)得的指標(biāo)經(jīng)過(guò)計(jì)算，將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，以此確定各個(gè)指標(biāo)的水質(zhì)類(lèi)別，以最差的指標(biāo)，來(lái)確定該水體的水質(zhì)類(lèi)別。其公式為

Pi為第i 個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的單因子評(píng)價(jià)指數(shù)；Ci為第i個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值（mg/L）;C0為第i 個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值（mg/L）。

（2）綜合污染指數(shù)法

將每個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之比作為單個(gè)污染指數(shù)，再將各單個(gè)污染指數(shù)相加計(jì)算算數(shù)平均值，進(jìn)而求出綜合污染指數(shù)，進(jìn)而判斷該水體類(lèi)別。其公式為：

P 為水體的綜合污染指數(shù)；n 為水質(zhì)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

2 水化學(xué)指標(biāo)空間分布特征

如圖2 所示，研究區(qū)地表水pH 平均值為8.35，在采樣點(diǎn)H3 是達(dá)到最低值7.74。此地生活污水排私人酒廠較多，廢水的排放可能導(dǎo)致其pH 下降。地表水DO 平均值為4.33 mg/L，其中最低點(diǎn)在H3 采樣點(diǎn)，為3.64 mg/L，推測(cè)由于沿岸農(nóng)業(yè)活動(dòng)的化肥使用較多，土壤受雨水的沖刷，順勢(shì)流入河流，造成水中有機(jī)物含量高，微生物大量繁殖，導(dǎo)致DO 消耗較多。研究區(qū)地表水SO42-濃度由上游到下游先上升再下降，平均值為56.85 mg/L，其中最大值在采樣點(diǎn)H3（58.63 mg/L）。SO42-的產(chǎn)生大多因?yàn)閹r石風(fēng)化、大氣酸沉降、城鎮(zhèn)工業(yè)廢水和燃煤燃燒，推測(cè)該處的酒廠可能使用燃煤作為能源，SO42-的濃度在集中式生活飲用水地表水源地標(biāo)準(zhǔn)限值范圍內(nèi)。研究區(qū)地表水Cl-的濃度平均值為7.27 mg/L，最大值在H1 點(diǎn)，為8.63 mg/L。由于Cl-來(lái)源巖石的風(fēng)化、大氣降水的輸入以及人類(lèi)活動(dòng)的輸入，推測(cè)此處Cl-的來(lái)源于人類(lèi)的活動(dòng)。研究區(qū)地表水NO3-均值為17.38 mg/L，由上游到下游先下降后上升。最小值在采樣點(diǎn)H3，為16.99 mg/L。NO3-的主要來(lái)源工業(yè)活動(dòng)、汽車(chē)尾氣和農(nóng)業(yè)施肥。由于該沿河公路車(chē)流量大、大車(chē)較多，推測(cè)于農(nóng)業(yè)施肥、人類(lèi)活動(dòng)和汽車(chē)尾氣所產(chǎn)生。HCO3-濃度的平均值為112.20 mg/L，其主要來(lái)源是喀斯特地區(qū)碳酸巖的的風(fēng)化。Mn、Fe 的來(lái)源主要是受到地球化學(xué)作用、成土母質(zhì)和各種城鎮(zhèn)生活污水排放的共同影響。研究區(qū)地表水Mn 濃度平均值為4.83 μg/L，在H2 最高，為12.14 μg/L。研究區(qū)地表水Fe 最大值在采樣點(diǎn)H2，為68.59 μg/L，平均值為45.12 μg/L。Mn、Fe 的濃度均在集中式生活飲用水地表水源地標(biāo)準(zhǔn)限值范圍內(nèi)。研究區(qū)地表水TP 濃度平均值為0.45 mg/L，最大值在采樣點(diǎn) H1(0.89 mg/L)。TP 的來(lái)源主要是城鎮(zhèn)的生活污水、農(nóng)業(yè)化肥污染和禽畜的糞便，可能城鎮(zhèn)的生活污水所導(dǎo)致的。Ca2+、Mg2+、Na+濃度平均值分別為61.45 mg/L、10.54 mg/L 和4.50 mg/L。研究區(qū)地表水ORP 濃度在茅臺(tái)鎮(zhèn)-合馬鎮(zhèn)河段的平均值為77.28 mV，EC 濃度在研究區(qū)的平均值為388.00 μm/cm，TDS 濃度的平均值為193.80 ppm。

圖2 研究區(qū)地表水各項(xiàng)水化學(xué)指標(biāo)在上下游的空間變化特征

3 水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

參考我國(guó)現(xiàn)行的地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002），對(duì)該流域河段中選定水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)圖3 可得出：

圖3 采樣點(diǎn)P 值統(tǒng)計(jì)

4 污染源分析

采樣點(diǎn)中只有TP 和NO3-的含量較高，可能是兩岸居民區(qū)排放的生活污水導(dǎo)致其超出了限值標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樵摵佣蝺砂兜木用駞^(qū)很多是近幾年才建成的，污水的排放系統(tǒng)不完善，很多地方都未安裝大多污水收集管道，大多都是直接排放，從而直接經(jīng)過(guò)地表流入河流；另外，農(nóng)業(yè)施肥（莊稼種植面積大）以及工業(yè)活動(dòng)（沿岸酒廠較多）等也是造成TP 和NO3-含量高的原因。TP 和NO3-含量超標(biāo)的狀況是可以控制的。通過(guò)規(guī)范處理居民產(chǎn)生的生活污水，集中處理處置生活污水就能有效調(diào)節(jié)控制生活污水排入赤水河流域。同時(shí)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)宣傳，加強(qiáng)對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆鷳B(tài)農(nóng)業(yè)的普及，加強(qiáng)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，減少有機(jī)化肥的使用以及農(nóng)藥的使用可以進(jìn)一步的防治有機(jī)物隨著地表徑流進(jìn)入到五馬河流域當(dāng)中。