西藏尼洋河水系水质污染特征及污染来源分析

2017-09-03董江伟罗红英吕琳莉张玉云姜海波

水力发电 2017年5期

关键词：尼洋河丰水期水体

董江伟,罗红英,吕琳莉,张玉云,姜海波

(1.西藏农牧学院,西藏林芝860000；2.水利水电工程西藏自治区重点学科,西藏林芝860000；3.石河子大学水利建筑工程学院,新疆石河子832003)

西藏尼洋河水系水质污染特征及污染来源分析

董江伟1,2,罗红英1,2,吕琳莉1,2,张玉云1,2,姜海波3

(1.西藏农牧学院,西藏林芝860000；2.水利水电工程西藏自治区重点学科,西藏林芝860000；3.石河子大学水利建筑工程学院,新疆石河子832003)

以尼洋河水系2016年6月～7月(丰水期)、11月～12月(枯水期) 14 项指标的监测数据为依据,采用水质类别法中的单因子评价法,对水质污染特征进行综合评价,运用主成分分析法,对水质指标主成分进行分类,并进一步对尼洋河水系污染来源进行分析。

水质污染；单因子评价法；主成分分析法；尼洋河水系

0 引言

图1 尼洋河流域水系

尼洋河流域地处青藏高原南部,西藏自治区的东南部,西起米拉山分水岭,东抵雅鲁藏布江和色季拉山,南以喜马拉雅山脉东段分水岭为界,北以念青唐古拉山脉东段分水岭为界,位于北纬29°28′～30°30′,东经92°10′～94°35′之间,东西长约230 km,南北宽约110 km,流域面积17 815 km2,年降雨量230.72亿m3,年径流量172.29亿m3。尼洋河流域支流较多,最大支流是巴河,长109.95 km,流域面积4 229 km2,占尼洋河流域面积的23.7%[1]。其次,还有白曲、娘曲、巴朗曲、则弄、普布弄巴等。尼洋河流域水系见图1。近年来,随着尼洋河流域经济的飞速发展,农村城市化进程的加快推进,区域河网水质污染严重,水生态问题日益凸现。尤其修建了大量的蓄水水库和拦河节制闸蓄水工程,导致天然径流过程大幅度改变。同时,未经过处理的大量工业废水和生活污水直接排入,排放总量远远超过了水环境容量,对河流生态环境造成了重大影响。研究表明,自20世纪末以来,流域水质呈逐年恶化趋势。尼洋河流域天然水化学特征不同区域之间差异大，且受人类活动和水污染影响较大。

为满足社会经济用水需求,众多水库、水闸等水利工程对河道径流实行高度调节控制,再加上独特的气候条件、水系形态和地形地貌以及水资源利用超过其承载能力,造成大多数支流雨季行洪,枯水期有水无流甚至河道断流的局面。这样的水系水文特征,对水污染物稀释自净极为不利。一方面,因长期过度开发，资源破坏,尤其是工农业及生活污水大量涌入,河道水质可能会严重恶化；另一方面,由于水坝、水闸的限制,造成污染物的蓄积,在泄洪时造成污染的集中排放,致使污染排放量在局部时间内超过环境容量,导致严重的水体污染,且这种破坏对水体来说是难以恢复的。因此,全面对尼洋河流域水环境质量进行分析,分析水质污染特征,并提出相应治理建议,对水环境保护以及区域经济发展都具有重要意义。

1 数据资料与研究方法

1.1 水质监测样点布设

图2 尼洋河流域主要水质监测站点

1.2 评价统计方法

1.2.1 水质评价方法

水质评价方法采用水质类别法,水质类别评价采用单因子评价法,是将某种污染物实测浓度与该种污染物的评价标准进行比较以确定水质类别的方法,该方法只能反映单种污染物的污染程度,无法通过其判断总体污染状况[4]。依据GB 3838—2002将水质类别分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类,水质达不到Ⅴ类标准的定义为劣Ⅴ类。计算单因子评价指数常采用算术平均值法,其计算公式[5-7]为

(1)

式中,Ij为河流断面单因子j的污染指数；ρj为河流断面评价因子j的实测浓度值；Sj为评价因子j的标准值。

1.2.2 水质数据统计方法

本研究数据统计方法采用主成分分析[8-9]。主成分分析是将多个指标化为少数几个不相关的综合指标(主成分)的统计分析方法,综合指标能反映出原指标所提供的绝大部分信息,达到降维和源识别的目的,依据特征值大于1的原则,累积方差贡献率在80%以上(一般要求大于70%)。

2 监测结果评价

2.1 单因子污染指数评价

表1 尼洋河水质分类标准值 mg/L

表2 枯水期尼洋河单因子污染指数

表3 丰水期尼洋河单因子污染指数

综上分析：①枯水期监测断面的平均污染指数除2-1断面小于1外,其他断面的水环境整体处于污染状态(相对于参照的Ⅲ类水体)。最高污染指数均取自氮指标,故各断面的主要污染指标为氮。另有2-2、3-1、3-2、4-1、4-2、6-1、6-2、7-2等8个断面的BOD5和2-2、3-2、4-2、6-2、7-2、8等6个监测断面的CODCr超Ⅲ类水体。②丰水期监测断面的平均污染指数除5-2断面大于1,其他断面的水环境整体处于非污染状态(相对于参照的Ⅲ类水体)。最高污染指数除6-2、2-1、8等3个监测断面外均大于1,即从单个水质指标来看,这3个监测断面处于超标状态,最大污染指数为氮指标。另有1-2断面的CODCr和7-1、7-2等2个监测断面的BOD5超Ⅲ类水体。

2.2 主成分分析评价

根据尼洋河枯丰水期15个监测断面水质分析结果,采用SPSS软件对13个水质指标进行现状评价与分析,通过该软件系统自动将原始数据进行指标标准化处理,消除指标量纲及数量级的影响。

图3 污染指数

水质指标Cl-CaMgPF-NH+4⁃NNO-x⁃NDOCODCrBOD5悬浮物电导率细菌总数Cl-1 00000 51470 8941-0 2621-0 7783-0 2617-0 09640 0357-0 1876-0 5056-0 27760 8399-0 3073Ca0 02481 00000 8199-0 2697-0 8308-0 4670-0 10790 4590-0 24730 0073-0 52080 8821-0 2582Mg0 00000 00011 0000-0 3111-0 9024-0 4358-0 06620 2922-0 2361-0 2606-0 44230 9843-0 3607P0 17270 1655-0 12951 00000 41550 44690 2821-0 22800 1217-0 02450 5887-0 30920 3941F-0 00030 00010 00000 06171 00000 4598-0 0461-0 20410 14720 31340 3898-0 93610 3013NH+4⁃N0 17300 03960 05220 04740 04231 00000 3618-0 19400 41800 14740 3299-0 44160 7981NO-x⁃N0 36630 35100 40730 15420 43520 09261 0000-0 22230 49340 00340 5596-0 02850 5057DO0 44980 04260 14530 20690 23280 2442-0 21291 0000-0 29680 7238-0 24160 2924-0 0186CODCr0 25160 18710 19850 33290 30030 06050 03080 14131 0000-0 00670 2644-0 21680 4352BOD50 02730 48970 17410 46550 12770 30010 49530 00110 49051 0000-0 0648-0 25170 2472悬浮物0 15830 02330 04940 01050 07550 11490 01500 19280 17050 40921 0000-0 43990 4240电导率0 00000 00000 00000 13100 00000 04970 45980 14510 21890 18270 05041 0000-0 2908细菌总数0 13260 17640 09330 07300 13760 00020 02720 47380 05250 18720 0576-0 14651 0000

表5 丰水期尼洋河监测断面水质相关系数矩阵

(1)相关系数矩阵。枯、丰水期尼洋河监测断面水质相关系数矩阵见表4、5。从表4、5可知,枯水期的Mg、Ca、F-、电导率之间具有较高的相关系数,都达到了极显著水平；丰水期的Mg、Ca、电导率、BOD5之间具有较高的相关系数,达到了极显著水平。

(2)总方差解释。枯、丰水期尼洋河监测断面水质总方差解释见表6、7。依据特征值大于1的原则,枯、丰水期累积方差贡献率分别达83.51%和80.79%。

表6 枯水期尼洋河监测断面总方差解释

表7 丰水期尼洋河监测断面总方差解释

表8 枯水期尼洋河监测断面初始因子载荷矩阵

表9 丰水期尼洋河监测断面初始因子载荷矩阵

3 尼洋河水系污染来源分析

(1)农业面源污染。近年来,随着西藏新农村建设步伐的加快,农牧民生产观念逐渐与内地接轨,农牧民改变了严守多年的传统,逐渐开始使用化肥、农药等,且使用量逐年增加。

(2)畜禽养殖污染。除了在牧区养殖牲畜,近年来畜禽养殖业从农户的分散养殖转向集约化、规模化养殖,大部分养殖场往往直接将牲畜粪便等直接排入附近的水体,导致大量的氮、磷流失和河道的水体变黑,富营养化严重。畜禽类的污染面明显扩大，加大了对水环境的污染。据调查,养殖1头牛产生的废水超过22个人生活产生的废水,1头猪产生的污水相当于7个人生活产生的废水。因此,对西藏半农半牧的区情,畜禽类的污染面明显扩大,养殖业对农村水环境产生的污染较为严重[13]。

(3)生活污水污染。近年来,西藏积极推行社会主义新农村建设,农村的生活方式有了较大改变,从分散居住的山沟搬迁到了集中建设的小城镇,住进了统一修建的新房,卫生习惯彻底改变,如使用洗衣粉数量及购置现代化物品增多,这就造成了大量污水和废弃物的产生。据调查,西藏大部分的农村公共设施的建设步伐远远没有跟上经济的发展,不修建卫生间,没有下水道,没有安装污水处理设施,没有垃圾处理设施,所有的生活污水基本上是随意泼洒,生活垃圾基本上是倾倒于就近的垃圾堆,生活污水和废水基本上是流入就近的河流,或者在雨水的冲刷下携带废弃物流入河流,对河流水质造成了严重污染[13]。

4 结语

本文基于单因子污染指数评价和主成分分析评价2种方法,对尼洋河水质进行的综合评价,得出以下结论：

(1)2种方法分析所得尼洋河流域水体大多数监测断面氮污染指标高于Ⅲ类水体的标准值,河流水体基本上处于氮污染状态。

(2)尼洋河水系污染来源分析总的来说农业面源污染最大，畜禽养殖污染次之，生活污水污染最小。应加大对农业源的治理力度,建立畜禽养殖管理新模式,完善城市污水管网建设,提高乡镇和农村污水处理率。

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(责任编辑杨健)

Water Pollution Characteristics and Pollution Sources of Niyang River System in Tibet

DONG Jiangwei1,2, LUO Hongying1,2, LÜ Linli1,2, ZHANG Yuyun1,2, JIANG Haibo3
(1. Tibetan College of Agriculture and Animal Husbandry, Nyingchi 860000, Tibet, China; 2. State Key Laboratory of Hydropower Engineering Science, Nyingchi 860000, Tibet, China;3. College of Water & Architectural Engineering, Shihezi University, Shihezi 832003, Xinjiang, China)

Based on the monitoring data of 14 water quality indexes in Niyang River system from June to July (wet season) and from November to December (dry season) in 2016, a comprehensive water quality evaluation is made by using water quality category method and single factor evaluation method. The principal components of water quality indexes and pollution sources are also determined by using principal component analysis．

water quality; single factor evaluation method; principal component analysis; Niyang River System