地表水水质影响因素研究进展

王海波，田荣燕

(西藏大学 工学院，西藏 拉萨 850000)



地表水水质影响因素研究进展

王海波，田荣燕

(西藏大学 工学院，西藏 拉萨 850000)

摘要：指出了随着现代社会经济的快速发展及人民生活水平的不断提高，某些国家或地区的地表水水环境质量不断恶化，有关水质变化的问题已成为政府及国内外科学家关注的重点。在参考国内外有关地表水水质影响因素研究成果的基础上，阐述了自然环境因素(气候、水文特征、水生生物等)和人类活动因素(社会经济发展、土地利用景观格局、水利工程建设等)对地表水水质的影响，研究发现：不同地区水质的影响主控因素不同，某些地区的水质同时受到多种因素的影响。因此，在进行水质改善及水资源保护时要有的放矢，明确影响水质的主控因素。

关键词：地表水；水质；自然环境；人类活动；影响因素

1引言

水是人类的生命之源，饮水是人类生存的第一需要。随着社会经济的快速发展及人民生活水平的不断提高，各行业对水资源数量与质量的需求越来越高，水资源短缺日益成为制约经济发展的瓶颈因素之一，水资源问题也越来越严重[1]。水资源及水污染问题一直以来都是中外学者研究的重点[2～7]，

据2008 年的中国水质调查显示，45 %的主要河流水质呈中度至严重污染，我国部分地表水水环境质量甚至出现重金属污染等问题[8]。因此，为了有效的保护水资源、防治水污染和改善水质，探求我国地表水水质影响因素具有紧迫性。而在国内，虽然也有大量的水质影响因素研究成果问世，但没有学者对这些影响因素进行归纳总结，笔者在参考国内地表水水质影响因素研究性成果的基础上，探讨了自然环境因素和人类活动因素对中国地表水水质的影响，为水质研究者和政府决策提供一定的参考依据。

2自然环境对地表水水质的影响

水质是由水的物理、化学和生物特性等诸因素所决定的，而水环境则受到气候、水体透明度、水位变化及水体环境容量大小的影响[9]。

2.1气候变化对地表水水质的影响

(1)天然降水是地表水资源的主要补给来源。降水强度和频率的变化都会影响非点源污染，通过影响淋洗和冲刷地表污染物能量的大小及对污染物的稀释程度，直接影响水环境质量[10]，其中暴雨对减少河流低流量期的污染有明显作用[11]。叶勇等[12]以沈阳市辽河支流为例分析汛期降水对地表及地下水质的影响。结果表明：汛期降水对地表水质具有普遍的改善作用，然而受各种因素影响，其改善程度有限。

(2)全球气候变暖直接导致河流湖泊等水体的水温升高[13]，温度升高不仅能够影响水体的表面张力、密度、粘性和存在形态，还可以改变水温层分布和加速水体中化学反应和生物降解速率等[14]。一般气温升高易造成水质变坏，气候变暖会加剧水体富营养化，驱使藻类大量生长，湖泊出现咸化、富营养化、萎缩、甚至干涸的现象[15～17]。

(3) 极端气候灾害的发生改变了水文极值状态变量的大小，影响水体的点源和非点源污染事件发生的概率和量级，对河流和湖泊等水体的水环境状况产生直接影响[18]。程兵芬等[19]在回顾了干旱对地表水体水质影响研究的基础上，认为干旱对地表水体的水质影响，在自然状况下是由温度升高与河道流量减少，引起水体荷载增加共同作用的结果，干旱期间污染物的积累以及旱后极端降水对污染物的大量冲刷，改变了面源污染物的入河时间及含量。张春洁等[20]通过对大清河流域洪水期水质变化分析及评价，认为水体污染程度与洪水过程有关。在一次洪水过程中，洪水起涨随着水量的增加，洪水中挟带污染物的质量浓度递增，当水量达到峰顶时，污染物质量浓度较起涨中变小，随着水量减小，污染物质量浓度也在减小，水质整体上趋于好转。

(4) 风力作用通过改变湖泊环流结构及水体流速影响湖泊污染物的迁移及扩散[21]。李春华等[22]通过分析太湖湖滨带藻密度与水质、风作用的分布特征及相关关系得出不同季节风作用对藻密度分布影响显著。

2.2水文特征对地表水水质的影响

地表水水质受点源及非点源污染多种因素的影响，其中非点源污染与水文循环密切相关[23]。地表水的水文特征中的径流量、水位、含沙量等通过调节和改变水体中的化学物质和悬浮物等直接影响水质的优劣。因此水文特征对地表水水质的影响主要包括以下方面。

(1) 径流是水文循环的重要环节，并受气候变化(降水、气温、蒸发等)和人类活动(下垫面、地形、水利工程等)的双重影响，表现为动态、复杂、非线性的特征[24]。降水量季节性的差别，导致河流年内出现丰水期、平水期和洪水期的季节变化特征，不同的水文情势下河水中各种溶质的含量都会发生变化[25]。雨水吸收大气中的气体和微粒物质后降落到地面，和地面中的溶解物质一起，通过地表径流进入河流或渗入地下和土壤水发生化学变化，产生或溶解一些物质，导致地面径流、壤中流和地下径流都具有一定的化学特性[26]。乔梁等[27]分析探讨了北方山溪性河流径流量变化对水质影响，认为在时间分布上，不同时期的河流水质，受补给水源的作用，不同时期有较大的差异。枯季河流水源补给主要以地下水补给为主，水质受地质结构和地质构造的影响较大；洪水期水源主要以地表径流为主，地表径流携带大量污染物进入水体，河流水质主要与流域下垫面因素有关；平水期，河流中的水量主要有地下水和土壤水补给，河流水质主要受壤中流影响。

(2) 水位是控制河流和湖泊生态环境系统的重要因素[28]。水位波动不仅可以影响河流和湖泊生物的生长、分布，也在河流和湖泊发生物理、化学变化过程中起着重要作用[29]。水位的高低及其变动范围、频率、发生的时间、持续的时长和规律性等是影响河流和湖泊水质的核心因子。水位变动有短期、年内季节性和年际变动3种，对河流和湖泊水质有不同的影响机理[30]。水位短期变动通过对水体中的悬浮物、透明度、光衰减系数等的影响而对水质产生作用；周期性的年内季节性和年际水位变动改变水质时空分布；长期的高水位和低水位以及非周期性的水位季节变动会破坏水质长期以来对水位周期性变化所产生的适应性，从而改变水环境质量[31]。王旭等[28]通过分析洞庭湖水位变化对水质影响，认为在年际变化上，洞庭湖水位与水质变化具有较好的相关性；在年内季节变化上，洞庭湖丰、枯水期水位变化显著，水质指标TN表现出枯水期>平水期>丰水期的特征。

(3) 河流泥沙是地球化学元素由陆地向海洋输送的重要载体，是河流水生物的重要食物来源，是水环境的重要组成部分。对河流水环境和水质而言，河流泥沙不仅本身就是水体污染物，也是水体中微量污染物的主要载体，对污染物在水体中的迁移、转化和生物效应等起着重要作用[32]。当前有关河流泥沙的相关研究主要集中于两个方面：含沙河流水质监测中泥沙影响水质测定结果的研究及高含沙河流水质模型的研究[33]。武福平等[34]实验研究了黄河兰州段不同粒径的悬浮泥沙对氨氮的吸附行为，认为含沙量对泥沙吸附氨氮的影响十分显著，并与氨氮平衡吸附量呈负相关性。黄磊等[35]通过建立河流中水动力-泥沙-磷迁移过程的分相模型，发现泥沙运动对磷迁移有显著影响。

(4) 底泥一般指江河湖海的沉积物，是自然水域的重要组成部分。底泥在污染物的迁移过程中起着非常重要的载体作用，绝大多数污染物在水环境中的迁移转化、归宿都和底泥运动密切相关[36]。河湖底泥的基本物理结构包括与水体相接触的底泥界面层和界面层下的原沉积物层。在天然水体中，悬浮态底泥一般由腐殖质及金属水合氧化物粘附架桥组成，各种微污染物如有机有毒物、重金属以及细菌、病毒等吸附在表面上，由此发生生态环境效应[37]。另外，河湖底泥只有在外污染源作用较小的情况下，其对上覆水体的影响才会显现得更为明显[38]。

2.3水生生物对地表水质的影响

水生植物、动物、微生物对水质净化有很大的帮助。水生植物在生长过程中，不仅可以吸收氮、磷等营养元素，有效地控制水体富营养化，抑制浮游植物，而且对有机物、重金属亦有较强的去除和富集作用[39]；各类菌类水生微生物及水生动物对水质的作用在监测和研究水质方面表现突出，可以作为生物指标、毒性实验的研究对象等[40～43]。但也有许多研究者在[44]实践过程中发现，当水体的生境条件得到改善后，水生植物会大量生长繁殖，并在秋冬季节开始腐烂分解，植物残体分解会释放大量的氮、磷等营养盐进入水体中，易造成水体的二次污染。成小英等[45]研究了凤眼莲腐烂分解对湖泊水质的影响，发现伴随着凤眼莲腐烂的不同阶段，水质变化呈抛物线状。

3人类活动对地表水水质的影响

地表水水质状况受流域内多种因素的综合影响，不仅受自然环境因素影响，而且更易受人类活动因素的影响[46]。影响地表水水质的人类活动因素主要有：人口状况、经济发展水平、土地利用结构、生态和水利工程及水资源开发利用状况等[2,47,48]。这些因素对地表水水环境的作用表现在：人类索取水资源，并向其中排放生活、生产中的废弃物。可见水环境质量与流域内的人类活动密切相关。

3.1社会经济发展对地表水水质的影响

经济的快速发展，提高了各类污染源的排放负荷，直接或间接地改变了水环境状况和水生态系统服务功能[5,49]。郑旭等[50]对营口市水环境污染与社会经济发展的关系进行了研究，得到了水环境污染物排放量与社会经济之间存在显著的相关关系。杜鑫等[51]分析了辽河流域辽宁段水环境演变与流域经济发展关系，认为第二产业生产总值以及人口是影响辽河水质化学需氧量浓度变化的社会经济重要因素。李中杰等[52]认为伴随着社会经济的快速发展，导致滇池流域主要河流水体水质恶化趋势明显，Ⅴ类水质河流占比增长了近4倍。因此社会经济发展方式是水环境质量的重要影响因素，其对地表水水质的影响主要表现在产业结构、科技水平、人口增长及环境政策等方面。

3.2土地利用景观格局对地表水水质的影响

土地利用指人类对土地自然属性的利用方式，人们在土地上进行生产与生活等活动的过程本身就深刻地影响地表、河流、湖泊等生态系统的物质输入过程；同时，土地利用的景观格局通过影响地表径流、生物循环和地球化学循环等过程，改变进入河流、湖泊污染物的数量，进而对水质产生重要影响[53]。而土地利用/覆被变化对水循环、水量和水质的影响具有时间和空间尺度上的变异性[54]。随着人类活动的增加，流域内的土地覆盖逐渐从自然植被转变为以人类活动为主导的农业、城镇用地，从而导致河流水质的退化。在许多地区点源污染已经得到有效控制的情况下，非点源污染因其污染的广泛性、不确定性成为影响河流水质的重要原因之一，而土地利用景观格局是影响非点源污染负荷的主要因素之一[55]。

3.3水利工程建设对地表水质的影响

水利工程的建设会对水质的影响体现在：一方面，水体经过长距离的输送或一段时间的储存，会使复氧过程充分形成，从而丰富了水体潜在的环境容量资源；另一方面，库区水体抬高，水流缓慢，不利于污染物的扩散[59]。总的来说，水库对水质可产生正负两方面的影响[60]。另外，由于减少了河流基流生态水量，可能会加剧河道断面萎缩，增加污水排放总量，改变农业灌排系统，提高面源入河比例，加快面源入河速度，恶化下游河流、湖泊的水环境质量[61]。姚环等[62]探讨了闽江水利工程的环境水质效应问题，发现闽江干-支流上众多水利工程的建设与运营，明显地影响了河流的水动力场因素和水化学场因素，引发了沿江水文地质环境状况的变化，使河流水体纳污、稀释扩散自净能力受到较大的影响，河流出现受污染程度日益加重、水环境恶化的趋势，使沿江城市和乡镇的水文环境质量受到明显的影响。刘兰玉等[63]研究了三峡水库175 m蓄水对长江重庆段水质的影响。结果表明：175 m蓄水前后，长江重庆段水质总体较好且保持稳定；但主要污染物浓度在蓄水前后有所起伏，部分断面的高锰酸盐指数浓度变化较大(图1)。

图1　中国地表水水质影响因素解析

4结论

虽然地表水水质受自然环境和人类活动两方面的共同影响，但19世纪80年代以来，中国社会经济进入了高速发展时期，用水量和污水排放量猛增，水质急剧恶化[64]，甚至形成了水质灾害[65]，人类活动与土地利用变化往往都是导致河流、水库和湖泊水质发生变化的主要的原因[66]，同时，自然环境因素在此基础上具有推波助澜的增益作用。因此，在研究地表水水质的影响因素时，不仅要重视人类活动因素，而且要注意与自然环境因素的结合研究，只有明确了影响水质的主要控制因素，在进行水质改善及水资源保护时才能做到有的放矢。

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Advances in Influencing Factor on Surface Water Quality

Wang Haibo,Tian Rongyan

(SchoolofEngineering,TibetUniversity,Lhasa,Tibet850000)

Abstract:With rapid development of economy and people’s living standards, the surface water environment in some areas have been deteriorating. Issues related to water quality changes have aroused great concerns among scientists and politicians at home and abroad. And exploring the reasons for changes in water quality is more urgency. Based on referencing to the domestic research results of the surface water quality’s influencing factors, this paper summarized the impact of natural environmental factors (climate, hydrological characteristics, aquatic organisms, etc.) and human activity factors (socio-economic development, land use and landscape pattern, hydraulic engineering construction, etc.) for domestic surface water quality.We could see that: the water quality in different regions could be affected by different factors, and in some areas it was affected by many factors simultaneously. So it should be targeted during water quality improvement and protection of water resources, and knowingclearly the main reason wasimportant.

Key words:surface water; water quality; natural environment; human activity; influencing factor

收稿日期：2016-03-22

基金项目：西藏自治区科技厅重点科技计划(编号：Z2014A19G2-11)

作者简介：王海波(1990—)，男，助教，硕士，主要从事第四纪地质学、全球变化的研究工作。 通讯作者：田荣燕(1980—)，女，讲师，主要从事道路工程及防灾减灾工程专业的教学与研究工作。

中图分类号：X824

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2016)10-0186-05