2014年～2019年乌鲁木齐河上游水体矿化度的时空格局

蒋 焕，冷冰冰，吕湘芳

（乌鲁木齐市环境监测中心站，新疆 乌鲁木齐 830000）

矿化度是指以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量［1-2]。矿化度被视为衡量水中有机物质含量多少及水体受污染严重程度的重要指标，其值越大表明水体受有机物的污染越严重，反之则受污染较轻［2-3]。对于以积雪融水为主要补给的干旱区内流河而言，河水矿化度尤其是上游水体矿化度，是评价水质优劣的重要依据。乌鲁木齐河发源于天山中段乌鲁木齐河源1 号冰川，全长214 km，流域总面积约5000 km2［4]。该河多年平均径流量为2.44×108m3，是乌鲁木齐市居民生产生活及工农业生产的主要水源地之一［5-6]。随着乌鲁木齐城市化加快及工农业生产的发展，水体污染尤其是水源污染更会加剧［7]。因此，开展水体质量的长期有效监测，及时控制并有效降低水环境污染已成为当前解决水资源矛盾的重要前提。为了解乌鲁木齐河上游水体矿化度的时空动态特征，对3 个水质监测断面开展连续6年（2014年～2019年）的长期监测，分析乌鲁木齐河上游水质特点及其时间变异格局。

1 研究方法

1.1 水样采集与指标测定

以乌鲁木齐河上游青年渠（上游下段）、英雄桥（上游中段）和跃进桥（上游上段）3 个水质监测断面为调查取样点，每月上旬开展水体取样工作。样品带回乌鲁木齐市环境监测中心站实验室测定。本研究以105℃将水蒸干所得的干涸残余物总量来表征总矿化度［8-9]。

1.2 数据统计分析

分别统计比较不同年份乌鲁木齐河上游水体矿化度的月变化及不同监测断面水体矿化度的月变化，绘制变化曲线，计算变异系数（CV＜25%为弱变异，25%＜CV＜75%为中等变异，CV＞75%为强变异）；对水体矿化度的年际变化、各年份水体矿化度等进行One-way ANOVA 分析，使用Duncan 法进行多重比较（α=0.05 水平）。常规数据分析和作图在Excel 2010 软件中完成（图中数据用平均值±标准误差表示），方差分析在SPSS 19.0 中实现。

2 结果与分析

2.1 乌鲁木齐河上游不同年份水体矿化度的月变化特征

由图1 可以看出，2014年～2019年乌鲁木齐河上游各年间矿化度的月平均值分别为213.9 mg/L、213.2 mg/L、225 mg/L、213 mg/L、221 mg/L 和218 mg/L。各年份矿化度均具有明显的月变化特征，且总体变化趋势相近，即从年初逐渐降低，至7月和8月表现出最低值，随后逐渐上升。矿化度逐年变异系数（CV）分别为26.4%、25.1%、37.9%、29.1%、20.3%和21.7%。由此可见，除2018 和2019年矿化度月均值的CV在25%以下外（属于弱变异），其余4年均属于中等变异。由各月份和各年份矿化度值来看，乌鲁木齐河上游水体属于低矿化度水（100 mg/L～300 mg/L）。

图1 不同年份乌鲁木齐河上游水体矿化度的月变化

2.2 乌鲁木齐河上游不同监测断面水体矿化度的月变化特征

将每个监测断面每个月份6年的矿化度值进行平均化后发现（图2），3 个监测断面（下段青年渠、中段英雄桥和上段跃进桥）矿化度几乎具有完全一致的月变化趋势，均表现为1月～8月逐渐下降，7月和8月最低，随后波动性上升。可以发现，矿化度高的月份为冷季，而最低值位于夏季7月和8月。从变异系数来看，3 个监测断面（青年渠、英雄桥和跃进桥）矿化度均属于弱变异，其CV分别为17.7%、17.5%和19.8%。

图2 乌鲁木齐河上游不同监测断面水体矿化度的月变化

2.3 乌鲁木齐河上游水体矿化度在不同年份和监测断面间的差异性

对各监测断面不同年份间矿化度进行方差分析（图3）表明，青年渠和跃进桥各年平均矿化度范围分别在215 mg/L～259 mg/L 和161 mg/L～189 mg/L，各年份之间均无显著差异。英雄桥2014年矿化度（163 mg/L）显著低于2017年～2019年（225 mg/L～235 mg/L）。但是，将3 个监测断面同月数据合并计算（求平均值）可知（图4），2014年～2019年乌鲁木齐河上游平均矿化度均无显著差异（均在198 mg/L～224 mg/L 之间），体现上游水体矿化度一定的年际稳定性。

图3 乌鲁木齐河上游各监测断面水体矿化度的年际差异

对乌鲁木齐河上游3 个监测断面水体矿化度综合分析（图4）表明，上段跃进桥、中段英雄桥和下段青年渠水体矿化度分别为176.6 mg/L、209 mg/L 和240 mg/L，呈现出显著增加趋势。随着河水逐渐往下游流动，其水体矿化度呈显著增加趋势。尽管如此，青年渠和英雄桥矿化度平均值均在100 mg/L～300 mg/L的范围内，属于低矿化度水。

图4 乌鲁木齐河上游水体矿化度在不同监测断面和年际间的总体差异性

3 结论

全国地表水矿化度变幅在11 mg/L～10100 mg/L 之间，其中＜100 mg/L 为极低矿化度水，100 mg/L～300 mg/L 为低矿化度水，300 mg/L～500 mg/L 为中等矿化度水，500 mg/L～1000 mg/L为较高矿化度水，＞1000 mg/L 为高矿化度水［10]。按照这个标准，乌鲁木齐河上游3 个监测断面多年月平均矿化度为240 mg/L、209 mg/L 和181 mg/L，各月变幅在78 mg/L～348 mg/L 之间，总体属于低矿化度水。

诸多研究表明，地表水的水质通常具有明显的时间变化，包括月变化、季节变化和年际变化［11]。乌鲁木齐河径流年内分配不均匀，呈显著的季节变化，而径流量的年际变化不明显［12-13]。本研究也发现，2014年～2019年乌鲁木齐河上游水体矿化度呈现与径流量相似的变化特征（即年内波动，年间稳定）［13]。

从月变化特征来讲，均表现为从1月逐渐下降，至7月、8月达到最低值，随后呈现波动性上升。我们推测，呈现这种变化趋势在很大程度上与夏季径流量大引起的稀释效应有关。相关性分析和灰色关联度分析表明，乌鲁木齐河年径流量变化主要受降水的影响［5]，上游出山口径流的年际变化相对稳定，但年内分配极不平衡，其中夏季径流量最大，约占全年的60%［14]。由此看来，随着4月温度上升，积雪逐渐融化，提高了河流水量，进而使水体矿化度降低；到了7月、8月，山区降水也越来越多，水流量进一步提升，进一步降低了矿化度。这种夏季降水导致各类河流径流量增大是天山地区的普遍现象，但往往不利于水资源利用［15]。

水体矿化度的时间动态受多种环境因素影响。对博斯腾湖的研究发现，近50年来博斯腾湖湖水污染和富营养化程度逐年加剧，湖体矿化度经历了“好→中→差→中”4 个阶段，已由淡水湖泊演变为微咸湖［8，16]。自1958年以来的监测数据表明，湖水矿化度与水位、降水量、气温、径流量等呈极显著相关，受自然因素（如水位、降水、气温升高导致的冰川融化加大、径流量等）和人类活动（如农业活动等）的共同影响［8，17]。可见，同为中亚内陆干旱区的乌鲁木齐河，其上游水体矿化度也必然受到上述环境因子的强烈影响，这也在一定程度上解释了水体矿化度显著的月变化特征和个别断面（英雄桥）水体矿化度逐年增加的趋势。

本研究还发现，从上游上段跃进桥、中段英雄桥至下段青年渠，水体矿化度呈显著增加趋势，具明显的空间异质性。前人对乌鲁木齐河上、中、下游水质综合研究表明，工业活动、生活污水排放、水土流失等是造成下游河道污染的主要原因［18]。作为干旱区一条内陆河，乌鲁木齐河承载了流域内的自然环境和人类社会发展的需水量；在面对不确定的气候变化和潜在污染的情况下，环境保护监测部门应加强上游水质监测，可为指导乌鲁木齐河水资源可持续利用提供保障。