大理蒼山山地溪流水文特征與水質(zhì)的關(guān)系研究

摘 要：山地溪流為眾多河流、湖泊等大型內(nèi)陸水體的發(fā)源地，為探究山地溪流上游河段中不同季節(jié)和不同河流之間流量與水質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系，于2019年旱季和雨季，在大理市蒼山白鶴溪和黑龍溪的上游河段每7 d左右采樣一次，DO和流量現(xiàn)場測定，TN、TP于實驗室測定。結(jié)果表明：①在流量上，白鶴溪雨季流量均值顯著大于旱季（P＜0.05），黑龍溪雨季流量均值顯著大于白鶴溪（P＜0.05）。②Pearson相關(guān)分析表明白鶴溪流量與DO濃度呈顯著正相關(guān)（R2=0.522，P＜0.05）。③白鶴溪旱季TP濃度均值高于雨季（P＜0.05），雨季時白鶴溪TP濃度均值顯著高于黑龍溪（P＜0.05）；TN和DO在不同季節(jié)和不同流量的河流之間差異不顯著。綜上，在蒼山森林溪流中，流量與DO濃度呈顯著正相關(guān)關(guān)系；與流量小的河流和同一條河流的枯水期相比，流量大的河流和處于豐水期時的河流TP濃度更低。

關(guān)鍵詞：山地溪流；水質(zhì)；流量；溶解氧；總磷

中圖分類號：X52 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9655（2025）01-00-05

0 引言

水質(zhì)描述著水體的物理化學(xué)特征，伴隨水體水文特征的時空變化而自然變異[1，2]。在全球尺度上，大壩的修建、人類取水導(dǎo)致的河流流速降低影響了河流的生物多樣性、水質(zhì)和生態(tài)過程[2，3]。因此，應(yīng)該將河流水量和水質(zhì)建立關(guān)聯(lián)以進行綜合管理[2，4]。

目前，關(guān)于河流流量與水質(zhì)的關(guān)系存在以下幾種觀點：①流量越大，水質(zhì)越好。Cha等[5]對韓國儀張江的研究發(fā)現(xiàn)五日生化需氧量（BOD5）隨流量的增大而減小。Liu等[6]對淮河流域的研究表明枯水年氨氮（NH3-N）濃度高于豐水年。王華等[7]對灃河水質(zhì)與流量之間的關(guān)系分析表明總氮（TN）濃度隨流量的增大而減小。吳紹飛等[8]運用Copula函數(shù)對淮河流域蚌埠閘不同流量情景徑流對水質(zhì)組合事件發(fā)生概率的影響進行了研究，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)超標(biāo)組合事件發(fā)生的概率隨流量的增加而減小。何大偉等[9]對黃河下游“斷流”河段水質(zhì)與水量關(guān)系的研究結(jié)果表明：90年代后期，在黃河下游流量急劇減少和“斷流”情況下，河水中總磷（TP）的含量急劇增加。在這些研究中認為由于稀釋作用，流量越大，離子濃度越小，水質(zhì)越好。②流量與水質(zhì)沒有關(guān)系。閆芊等[10]對長江徐六涇江段1997—2011年流量與水質(zhì)變化的研究發(fā)現(xiàn)流量不是引起硝酸鹽氮（NO3-N）和TP污染的主要因素。

③流量越大，水質(zhì)越差。Rostami等[11]的研究中TN、TP濃度隨流量的增大而增加。李哲卿等[12]的研究表明漓江上游的TP濃度隨著徑流的增加而增加。何子建等[13]對長江干流宜昌城區(qū)段的研究表明，在豐水期內(nèi)TP濃度隨徑流量的增大而增大。袁文潔[14]通過對淮河中游干流各斷面的水質(zhì)和水量數(shù)據(jù)估算得出（CODMn）和NH3-N與流量之間有明顯的正相關(guān)性。綜上，因研究區(qū)域的不同，河流流量對水質(zhì)的影響目前暫無統(tǒng)一的結(jié)論。

云南大理蒼山十八溪位于洱海西岸的蒼山，各溪流上游坡降陡急，河床下切厲害，造成溝壑夾谷、峰澗相同的蒼山自然景觀，進入下游平壩坡度變緩，然后匯入洱海[15]。圍繞蒼山十八溪目前已經(jīng)開展了水量相關(guān)的研究，例如陶汝頌和趙玉峰對十八溪水量進行了調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)十八溪之間多年平均水資源量之間有較大差異[15]。對于蒼山十八溪水質(zhì)方面的研究多側(cè)重于河流水質(zhì)監(jiān)測與評價[16-18]，入湖河流水質(zhì)與土地利用的關(guān)系[19]以及單條溪流污染物的時空變化特征[20]，未有研究考慮蒼山十八溪水量與水質(zhì)的關(guān)系。

本研究將以蒼山十八溪中黑龍溪和白鶴溪為研究對象，擬對旱季和雨季的白鶴溪、以及雨季的黑龍溪和白鶴溪，開展部分水質(zhì)指標(biāo)與流量的相關(guān)性研究，以掌握蒼山不同水文特征溪流中的水質(zhì)變化規(guī)律背景，為蒼山十八溪受污染河段制定合理的水質(zhì)恢復(fù)目標(biāo)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究位于云南大理古城附近的黑龍溪與白鶴溪2條溪流，其多年平均水資源量分別為0.1417和0.0820億 m3[15]。黑龍溪介于馬龍峰與玉局峰之間，白鶴溪介于玉局峰與龍泉峰之間；馬龍峰、玉局峰、龍泉峰的海拔分別為4122 m、4097 m、4088 m。白鶴溪屬于典型的山溪型季節(jié)性河流，其水量隨季節(jié)變化顯著[20]；黑龍溪屬于常年性河流，溪水長流不息[21]。

1.2 水樣采集與實驗

2019年旱季（3月31日—6月15日）和雨季（6月16日—8月25日）在白鶴溪上游（圖1）進行水樣采集，每隔7 d左右用去離子水洗過的250 mL聚乙烯瓶采集一次水樣，旱季和雨季各采集11個水樣，共22個水樣。每次采集的水樣用濃硫酸調(diào)節(jié)pH[22]后帶回實驗室測定TP和TN濃度，溶解氧（DO）、斷面寬、流速和水深進行現(xiàn)場測定。各指標(biāo)的測定方法和使用儀器見表1。為比較雨季不同流量河流之間的水質(zhì)差異，2019年雨季（6月16日—8月25日）采用與白鶴溪相同的頻率和方法對黑龍溪上游（圖1）進行水樣采集，共采集11個水樣，采用相同的方法進行各指標(biāo)的測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)錄入整理在Microsoft Excel（2010）中完成；對白鶴溪雨季和旱季之間的流量和水質(zhì)指標(biāo)、雨季白鶴溪和黑龍溪之間的流量和水質(zhì)指標(biāo)做單尾配對t檢驗，用Pearson相關(guān)分析白鶴溪旱季和雨季的流量與DO、TN和TP的相關(guān)性，上述計算及制圖均在R statistics 4.3.3[25]完成。

2 結(jié)果

2.1 白鶴溪旱季和雨季的流量與水質(zhì)研究

2.1.1 白鶴溪旱季和雨季流量的變化與比較

白鶴溪在2019年3月31日—6月9日期間流量均較低，在6月15日后流量開始增加，至7月29日到達流量高峰，之后逐漸降低（圖2a）。綜合比較白鶴溪整個旱季和雨季的流量，發(fā)現(xiàn)白鶴溪雨季流量（0.250±0.265 m3/s）顯著大于旱季（0.018±0.022 m3/s）（P = 0.007）（圖2b）。

2.1.2 白鶴溪旱季和雨季水質(zhì)對比

總體上，白鶴溪的流量與DO濃度呈顯著正相關(guān)（R2 = 0.522，P ＜ 0.05），雨季白鶴溪的流量與DO濃度呈極顯著正相關(guān)（R2 = 0.754， P ＜ 0.01）（表2），在其他情況下，DO、TN、TP與流量的相關(guān)性均不顯著（P ＞ 0.05）。

白鶴溪旱季的TP濃度（0.029±0.008 mg/L）顯著高于雨季（0.015±0.005 mg/L）（P = 0）（圖3a）；而DO濃度（圖3b）和TN濃度（圖3c）均低于雨季，差異均不顯著（P ＞ 0.05）。

2.2 白鶴溪和黑龍溪雨季流量與水質(zhì)研究

2.2.1 白鶴溪和黑龍溪雨季流量的變化與比較

白鶴溪和黑龍溪的流量在2019年雨季有相似的變化節(jié)律，均在7月7日和7月29日有流量峰值（圖4a）。綜合比較雨季兩條溪流的流量，發(fā)現(xiàn)白鶴溪的流量（0.250±0.265 m3/s）顯著低于黑龍溪（0.487±0.510 m3/s）（P = 0.013）（圖4b）。

2.2.2 白鶴溪與黑龍溪雨季水質(zhì)對比

在雨季，流量低的白鶴溪的TP濃度（0.015±0.265 mg/L）顯著高于黑龍溪（0.011±0.005 mg/L）（P ＜ 0.05）（圖5a）；白鶴溪的DO濃度（6.852±0.614 mg/L）低于黑龍溪（7.083±1.301 mg/L）（圖5b），但差異不顯著（P ＞ 0.05）；白鶴溪的TN濃度（0.372±0.140 mg/L）高于黑龍溪（0.297±0.169 mg/L）（圖5c），差異亦不顯著。

3 分析與討論

3.1 流量差異

白鶴溪雨季流量顯著高于旱季，這與白鶴溪為季節(jié)性河流的水量變化表現(xiàn)一致[20]。雨季時大量的降水隨地表徑流匯入河流中，使得河流雨季的流量比旱季的高，這一結(jié)果與其他研究中的一致[25-27]。

雨季黑龍溪流量顯著高于白鶴溪，這與黑龍溪為常年性河流、白鶴溪為季節(jié)性河流反映出的水量差異相一致[20，21]，也與其多年平均水資源量分別為0.1417和0.0820億m3的差異表現(xiàn)一致[15]。流域內(nèi)降水量的差異是蒼山十八溪之間天然水資源量差異的原因[15]，十八溪流域降雨量從洱海邊向山頂遞增，海拔每升高100 m、降雨量增加70 mm[29]，海拔高的馬龍峰附近的降雨量高于龍泉峰，使得黑龍溪在源頭的匯水量高于白鶴溪。除此之外，兩條溪流上游的流域面積大小、河道形態(tài)特征等差異也可能是雨季流量差異的原因，有待進一步的深入研究。

3.2 流量與溶解氧的關(guān)系

本研究發(fā)現(xiàn)白鶴溪流量與DO呈顯著正相關(guān)的關(guān)系。一般認為在自然水體中，隨著流量增大，大氣富氧能力加強，導(dǎo)致流量大時溪流DO濃度較大[30-32]。DO是我國地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的重要指標(biāo)之一，對維持水生生態(tài)系統(tǒng)健康具有重要意義[33]。

本研究中雨季的黑龍溪和白鶴溪之間的DO濃度差異不顯著，這可能與兩條溪流無人為干擾，本身DO濃度較高有關(guān)。

3.3 流量與總磷的關(guān)系

本研究發(fā)現(xiàn)白鶴溪的雨季TP濃度顯著低于旱季，流量大的黑龍溪TP濃度顯著低于白鶴溪。黑龍溪和白鶴溪上游均無明顯的人類活動和外源污染，為接近自然狀態(tài)的河流，與中下游相比，森林植被覆蓋率較高，水土保持良好，河流中稀釋作用占主導(dǎo)，而高流量時稀釋作用對TP濃度產(chǎn)生的影響大于淋溶沖刷[34，35]，因此使白鶴溪的雨季TP濃度低于旱季的，流量高的黑龍溪的TP濃度也更低。

4 結(jié)論

在蒼山森林溪流中，流量與DO濃度呈顯著正相關(guān)關(guān)系；與流量小的河流和同一條河流的枯水期相比，流量大的河流和處于豐水期時的河流，TP濃度更低。

參考文獻：

[1] 陽林翰. 多水源水量水質(zhì)調(diào)控及降雨徑流對河流水質(zhì)影響研究[D]. 天津： 天津大學(xué)， 2020.

[2] Christer N， Malm R B . Linking Flow Regime and Water Quality in Rivers： a Challenge to Adaptive Catchment Management[J]. Ecology amp; Society， 2008.

[3] Palmer M， Ruhi A. Linkages between flow regime， biota， and ecosystem processes： Implications for river restoration[J]. Science， 2019（365）：6459.

[4] Dong B L， Zhou Y Q， Peng K， et al. Construction and assessment of an indicator system of stream conditions in a typical mountain landscape in Northeast China[J]. Environmental Science and Pollution Research， 2024（31）： 1-13.

[5] Cha S M， Ki S J， Cho K H， et al. Effect of environmental flow management on river water quality： a case study at Yeongsan River， Korea[J]. Water Science amp; Technology A Journal of the International Association on Water Pollution Research， 2009， 59（12）： 2437-46.

[6] Liu F， Tao S， Rui Z. Effects of Rainfall and Flow Variations on Water Quality in the Huaihe River Basin， Located in a Transitional Climate Zone in China[C]// International Conference on Energyamp;Environment Technology. IEEE， 2009.

[7] 王華， 李懷恩， 王莉. 灃河水質(zhì)與流量之間的關(guān)系分析[J]. 水資源與水工程學(xué)報， 2012， 23（6）： 83-88.

[8] 吳紹飛， 張翔， 邵全喜， 等. 不同流量情景徑流對水質(zhì)組合事件發(fā)生概率的影響研究——以淮河流域蚌埠閘為例[J]. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報， 2015， 23（4）： 669-679.

[9] 何大偉， 陳靜生， 崔樹彬. 黃河下游“斷流”河段水量與水質(zhì)的關(guān)系[J]. 環(huán)境化學(xué)， 2002， （5）： 423-429.

[10] 閆芊， 陳立兵， 郭文， 等. 1997—2011年長江徐六涇江段流量與水質(zhì)變化[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報， 2013， 29（5）： 577-580.

[11] Rostami S， He J， Hassan Q K. Water quality response to river flow regime at three major rivers in Alberta[J]. Water Quality Research Journal of Canada， 2020， 55（1）： 79–92.

[12] 李哲卿， 張紅艷， 許景璇， 等. 漓江上游靈渠豐枯水期水量水質(zhì)綜合變化分析[J]. 人民長江， 2022， 53（8）： 43-49.

[13] 何子建， 劉瑞芬， 辛小康. 近十年長江干流宜昌城區(qū)段水質(zhì)變化分析[J]. 水電能源科學(xué)， 2022， 40（12）： 112-115.

[14] 袁文潔. 水質(zhì)水量關(guān)系分析與綜合管理[D]. 太原： 山西大學(xué)， 2012.

[15] 陶汝頌， 趙玉鋒. 云南大理蒼山十八溪水量調(diào)查分析[J]. 人民長江， 2015， 46（S2）： 44-47.

[16] 盧少勇， 張聞濤， 邢奕. 洱海10條入湖河流緩沖帶三圈內(nèi)氮含量沿程變化[J]. 中國環(huán)境科學(xué)， 2016， 36（5）： 1561-1567.

[17] 邱祖凱. 洱海入湖河流健康評價： 以白鶴溪為例[D]. 蘇州： 蘇州科技大學(xué)， 2015.

[18] 馬根連. 云南大理蒼山十八溪水質(zhì)監(jiān)測評價[J]. 人民長江， 2012， 43（12）： 68-70.

[19] 項頌， 龐燕， 儲昭升， 等. 入湖河流水質(zhì)對土地利用時空格局的響應(yīng)研究： 以洱海北部流域為例[J]. 環(huán)境科學(xué)， 2016， 37（8）： 2947-2956.

[20] 代丹， 葛俊， 胡小貞， 等. 洱海西部入湖河流白鶴溪主要污染物時空變化特征分析[J]. 環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報， 2019， 9（2）： 159-166.

[21] 汪振宇， 陳魯， 崔淞衍. 大理蒼山十八溪及其周邊環(huán)境綜合整治規(guī)劃策略研究[J]. 城市道橋與防洪， 2015 （7）： 246-251，254，23.

[22] 水質(zhì)樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定： HJ 493—2009 [S]. 北京： 中國環(huán)境科學(xué)出版社， 2009．

[23] 水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法： GB/T 11893—1989 [S]. 北京： 中國環(huán)境科學(xué)出版社， 1989．

[24] 水質(zhì) 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法： HJ 636—2012 [S]. 北京： 中國環(huán)境科學(xué)出版社， 2012．

[25] R Development Core Team. 2013. R： a language and environment for statistical computing[EB/OL]. Vienna， Austria： R Foundation for Statistical Computing[2024-02-22]. http： // www. R-project. org.

[26] 周瑋， 高漸飛. 赤水河流域近10年徑流特征與變化趨勢[J]. 環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊， 2023， 42 （3）： 73-78.

[27] 高福翔， 徐東升， 周金龍， 等. 新疆博爾塔拉河中游地表水與地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系及原因[J]. 干旱區(qū)研究， 2023， 40（11）： 1754-1764.

[28] 霍慧奇. 吳堡縣城水源地保護方案探析[J]. 海河水利， 2023（9）： 25-27.

[29] 大理白族自治州蒼山保護管理局. 蒼山志[M]. 昆明： 云南民族出版社， 2008： 3-10．

[30] 楊紀偉， 賀貝貝， 王志國， 等. 城市河道邊界條件對水力特性和溶解氧的影響[J]. 人民黃河， 2013， 35（5）： 56-57，65.

[31] 王海濤， 金星. 水質(zhì)模型的分類及研究進展[J]. 水產(chǎn)學(xué)雜志， 2019， 32（3）： 48-52.

[32] 曹博文. 遼河水域橡膠壩對河流水質(zhì)影響的特征分析及建議[D]. 沈陽：遼寧大學(xué)， 2021.

[33] KANNEL P R， LEE S， LEE Y-S， et al. Application of water quality indices and dissolved oxygen as indicators for river water classification and urban impact assessment[J]. Environmental Monitoring and Assessment， 2007， 132（1-3）： 93-110.

[34] 尹珩， 徐軍， 鄧緒偉. 通順河污染現(xiàn)狀分析及防治對策[J]. 綠色科技，2021， 23（6）： 31-33.

[35] 郭龍發(fā). 九龍江支流自動監(jiān)測預(yù)警及其氮磷變化特征[J]. 化學(xué)工程與裝備， 2018（1）： 292-295.

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（U1602262）。

作者簡介：水自文，男，碩士研究生，主要從事生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)方面的研究工作。

通信作者：張淑霞，女，高級工程師，博士，主要從事生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)方面的研究工作。

Abstract： Mountain streams serve as the primary source for numerous large inland water bodies， including rivers and lakes. To investigate the relationship between flow rate and water quality between different seasons and among rivers with distinct flow rate， weekly samples were collected from Baihe Stream and Heilong Stream in Cangshan Mountain， Dali. Fieldwork was conducted during both the dry and wet seasons in 2019. The DO concentration and the flow rate were measured on-site， while TN and TP concentrations were analyzed in laboratory. The results indicated that the mean value of the flow rate of Baihe Stream in wet season was significantly higher than that of dry season （P lt; 0.05） and the mean value of Heilong Stream in wet season was significantly higher than that of Baihe Stream （P lt; 0.05）. Pearson correlation analysis showed that the flow rate of Baihe Stream was positively correlated with DO concentration （R2 = 0.522， P lt;0.05）. The mean TP concentration in Baihe Stream in dry season was higher than that in wet season （P lt; 0.05）， and the mean TP concentration in Baihe Stream in wet season was significantly higher than that in Heilong Stream （P lt; 0.05）. There was no significant difference in TN and DO between rivers in different seasons with different flow rate. In summary， there was a significant positive correlation between flow rate and DO concentration in Cangshan Mountain forest streams. Compared with rivers with low flow rate and the same river in dry season， rivers with high flow rate and rivers in wet season had lower TP concentration.