湟水流域西寧段六價鉻分布分析

楊增霞，宋露露，攔繼元，楊林

(青海師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，青海 西寧 810008)

六價鉻是水污染的重要指標(biāo)之一，它是吞入性毒物、吸入性極毒物，皮膚接觸可能導(dǎo)致過敏，甚至?xí)斐蛇z傳性基因缺陷，吸入體內(nèi)可能致癌，對環(huán)境有持久危險性[1-2]。當(dāng)水中六價鉻含量超過0.1 mg/L，會對人類產(chǎn)生毒性作用，水中六價鉻濃度的監(jiān)測是治理環(huán)境的重要內(nèi)容[3]，污染物的分布分析對污染治理具有重要的指導(dǎo)意義。研究分類問題的主要方法有主成分分析法、因子分析法、聚類分析等，國外學(xué)者Sakizadeh Mohamad[4]、Suheyla Yerel[5]等采用多元統(tǒng)計方法評價了伊朗Khuzestan省的Andimeshk河、土耳其Sakarya河等的水質(zhì)。國內(nèi)學(xué)者張汪壽[6]、馬振[7]、邱瑀[8]等采用多元統(tǒng)計方法對我國北運河武清段水系、秦淮河、湟水流域等水質(zhì)進(jìn)行評價。為了全面了解、分析湟水流域中六價鉻的分布狀況，本文根據(jù)流域不同功能區(qū)特點優(yōu)化布點選取了52個監(jiān)測點采樣用二苯碳酰二肼分光光度法檢測分析，得到六價鉻濃度值，通過聚類分析劃分出不同的鉻污染區(qū)域，準(zhǔn)確反映六價鉻的分布情況，將聚類結(jié)果標(biāo)注在河網(wǎng)圖中，可以直觀地反映六價鉻的污染狀況，同時跟蹤分析近20年鉻含量變化趨勢，對湟水流域六價鉻污染治理具有一定的實際意義。

1 分析測試

在湟水流域52個監(jiān)測斷面采取水樣，用GB/T 7467—1987中六價鉻的測定方法二苯碳酰二肼分光光度法測定其濃度，結(jié)果見表1。

表1 各斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)(單位：mg/L)

2 結(jié)果與討論

2.1優(yōu)化布點

湟水河是貫穿西寧市境內(nèi)的一條河流，在西寧段主要有南川河、北川河和沙塘川河三條主要的支流，最終從小峽口出境，流域周邊的大多數(shù)地區(qū)引用湟水進(jìn)行農(nóng)田灌溉，還有的作為人畜飲用水[9-10]。采樣點主要設(shè)在多巴周邊有廢污水排入的主要居民區(qū)，南川工業(yè)園區(qū)和北川工業(yè)園區(qū)上下游，南川河、北川河和沙塘川河三條支流與湟水河干流的匯合處，干流金灘入境河段和小峽口出境河段。由于湟水流域西寧段干流和支流平均水深≤5 m，且水質(zhì)較穩(wěn)定，因此，52個采樣點均設(shè)在水面下0.5 m處，直接用塑料桶采集瞬時水樣，水樣采集后馬上送回實驗室進(jìn)行分析測試。

2.2湟水流域六價鉻聚類分析

以六價鉻指標(biāo)的濃度為樣本數(shù)據(jù)，監(jiān)測斷面為變量，采用系統(tǒng)聚類法中的最短距離法來量度樣本之間的相似性[11-15]，選用離差平方和算法和歐式距離，對湟水流域西寧段52個監(jiān)測斷面的六價鉻指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，分析結(jié)果最終用聚類樹狀圖直觀地表現(xiàn)出來，結(jié)果如圖1所示。

圖1 聚類分析結(jié)果圖Fig.1 Diagram of cluster analysis result

由圖1可知，采用聚類分析法將湟水流域西寧段各個監(jiān)測斷面分為4大類：第1類是九家灣和石頭磊，這2個地方的六價鉻濃度超過0.08 mg/L；第2類是韋家莊、朝陽橋和天津橋，六價鉻濃度在0.05 mg/L左右；第3類是海湖路橋、新寧橋等，六價鉻濃度在0.03 mg/L上下浮動，剩余的32個監(jiān)測斷面歸為第4類。從整體上可以分成2大類，九家灣和石頭磊分為一類，其余50個斷面為一類。根據(jù)GB3838—2002和聚類結(jié)果，52個監(jiān)測斷面中61.5%屬于Ⅰ類水，只有3.8%的監(jiān)測點水質(zhì)屬于Ⅴ類水。通過聚類分析法可以很好地將水質(zhì)斷面進(jìn)行歸類，對湟水流域西寧段水污染治理起到指導(dǎo)作用。

2.3各監(jiān)測點六價鉻分布

應(yīng)用地理空間數(shù)據(jù)云、國家基礎(chǔ)地理信息中心標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)、谷歌地圖及ArcGIS軟件將聚類分析出來的4類不同湟水流域監(jiān)測斷面標(biāo)注在湟水流域西寧段區(qū)域研究概況圖上，結(jié)果如圖2所示。

圖2 六價鉻含量分布圖Fig.2 Distribution map of Cr(Ⅵ)content

由圖可知：湟水河屬于四級河流，北川河和沙塘川河屬于五級河流，南川河屬于五級以下的河流，不同高低的粉紅色柱形圖表示4類六價鉻濃度不同的監(jiān)測斷面，由圖中可看出北川河支流上各監(jiān)測斷面的六價鉻濃度較高，而南川河中的六價鉻濃度普遍比較低，主要原因可能是沿北川河周邊有皮革廠的存在而造成六價鉻含量增加。無論是北川河河段還是湟水流域西寧段及其他支流都受到點源和城市非點源及農(nóng)業(yè)非點源污染的共同影響，流域上游(扎麻隆以西)水量大，流速快，水流平緩，水體自凈能力強(qiáng)，因而六價鉻濃度降低，而中游西寧市段可能受到城鎮(zhèn)生活及工業(yè)企業(yè)的影響，六價鉻濃度相對較高，下游(小峽橋以東)基本不受六價鉻影響，因此，在監(jiān)測范圍內(nèi)干流六價鉻濃度西高東低，北川河支流高于南川河支流。由圖中得出的規(guī)律為六價鉻的治理提供了方向。

2.4追蹤分析20年六價鉻變化

為了了解湟水流域六價鉻的年變化規(guī)律，查閱相關(guān)文獻(xiàn)[16]和當(dāng)?shù)丨h(huán)保廳資料得到1998—2018年扎麻隆和西鋼橋六價鉻濃度數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3 Cr6+年變化曲線圖Fig.3 Annual variation curve of Cr6+

由圖可知：扎麻隆六價鉻濃度整體高于西鋼橋，但這2個監(jiān)測點的水質(zhì)都在GB3838—2002規(guī)定Ⅳ類水以下。2003年以前這2個監(jiān)測點的六價鉻濃度均呈上升趨勢，從2004年以后兩個監(jiān)測點的濃度呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢。隨著時間的推移，湟水流域西寧段六價鉻濃度越來越低，說明湟水河污染治理取得了一定的成效。

3 結(jié)論

聚類結(jié)果表明湟水流域西寧段52個監(jiān)測點被分成了4大類，4類區(qū)域的水質(zhì)與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838—2002)中六價鉻Ⅰ-Ⅳ類相對應(yīng)，并將分布情況標(biāo)注在區(qū)域研究概況圖中，可以直觀地反映在監(jiān)測范圍內(nèi)干流六價鉻濃度西高東低，支流六價鉻濃度北川河高于南川河。追蹤分析扎麻隆和西鋼橋兩個監(jiān)測點的六價鉻濃度變化，從2003年之后濃度逐年降低，說明水污染得到了有效的控制。通過對六價鉻的分布分析，對湟水流域西寧段水污染控制和治理提供相關(guān)信息。