北江干流及主要支流水质及其时空变化特征.pdf
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1、第4 3卷第5期2 0 2 3年1 0月水土保持通报B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.4 3,N o.5O c t.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 3-0 1-1 3 修回日期:2 0 2 3-0 3-1 4 资助项目:广东省省级科技计划项目“农业面源污染绿色防控生态农场应用与示范”(2 0 2 2 B 0 2 0 2 1 6 0 0 0 7);广东省自然科学基金项目“沼渣生物炭限 域 单 原 子 铁 活 化 过 硫 酸 盐 降 解 抗 生 素 的 效 能 及 机 制”(2 0 2
2、2 A 1 5 1 5 0 1 0 8 0 7);广 东 省 重 点 领 域 研 发 计 划 项 目(2 0 2 0 B 1 1 1 1 3 5 0 0 0 1)第一作者:周铭浩(1 9 9 0),男(汉族),湖南省常德市人,博士,主要从事水生态环境质量监测与预警预报等研究。E m a i l:9 4 2 4 1 4 8 8 2 q q.c o m。通信作者:林学明(1 9 8 9),男(汉族),广东省汕尾市人,博士,副教授,主要从事水生态环境修复等研究。E m a i l:x m.l i n s c a u.e d u.c n。北江干流及主要支流水质及其时空变化特征周铭浩1,李 彤1,林学明
3、2,叶四化1,张雪容1,邓 滢1(1.广东省生态环境监测中心,广东 广州5 1 0 3 0 8;2.华南农业大学 资源环境学院,广东 广州5 1 0 6 4 2)摘 要:目的分析2 0 2 0年北江干流及主要支流监测断面的水质情况,为北江水环境监控及保护提供参考依据。方法采用单因子评价法和主成分分析法,研究北江水质时空变化趋势及驱动因素。结果2 0 2 0年北江监测断面整体水质良好,仅水车头、漫水河河口、黄浪水桥、龙归断面水质为类,其他断面均为类。北江水温和溶解氧受季节影响较大,水体全年基本保持弱碱性,下游营养盐和有机物污染程度高于上、中游。结论由空间分析结果可知,下游水质劣于上、中游,其主要
4、的影响因素是营养盐和溶解氧,p H值单独作用不会对水质产生明显影响。季节污染程度排序为:夏季秋季春季冬季,其中全河段的水质主导因素为溶解氧,而下游河段的主导因素为营养盐和有机物。关键词:北江;水质评价;主成分分析;时空变化文献标识码:A 文章编号:1 0 0 0-2 8 8 X(2 0 2 3)0 5-0 1 1 1-1 0 中图分类号:X 5 2 2文献参数:周铭浩,李彤,林学明,等.北江干流及主要支流水质及其时空变化特征J.水土保持通报,2 0 2 3,4 3(5):1 1 1-1 2 0.D O I:1 0.1 3 9 6 1/j.c n k i.s t b c t b.2 0 2 3.
5、0 5.0 1 4;Z h o uM i n g h a o,L iT o n g,L i nX u e m i n g,e ta l.W a t e rq u a l i t ya n ds p a t i a l-t e m p o r a lv a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sf r o m m a i ns t r e a ma n d m a i nt r i b u t a r i e so fN o r t hR i v e rJ.B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s
6、 e r v a t i o n,2 0 2 3,4 3(5):1 1 1-1 2 0.W a t e rQ u a l i t ya n dS p a t i a l-t e m p o r a lV a r i a t i o nC h a r a c t e r i s t i c sf r o m M a i nS t r e a ma n dM a i nT r i b u t a r i e so fN o r t hR i v e rZ h o uM i n g h a o1,L iT o n g1,L i nX u e m i n g2,Y eS i h u a1,Z h a
7、n gX u e r o n g1,D e n gY i n g1(1.G u a n g d o n gE c o l o g i c a la n dE n v i r o n m e n t a lM o n i t o r i n gC e n t e r,G u a n g z h o u,G u a n g d o n g5 1 0 3 0 8,C h i n a;2.C o l l e g eo fN a t u r a lR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t,S o u t hC h i n aA g r i c u l t u
8、 r a lU n i v e r s i t y,G u a n g z h o u,G u a n g d o n g5 1 0 6 4 2,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h ew a t e rq u a l i t yo ft h em a i ns t r e a ma n dm a i nt r i b u t a r ym o n i t o r i n gs e c t i o n so ft h eN o r t hR i v e r i n2 0 2 0w a sa n a l y z e d i no r d e
9、 r t op r o v i d ear e f e r e n c ea n db a s i s f o rm o n i t o r i n ga n dp r o t e c t i n gt h ew a t e re n v i r o n m e n t o f t h eN o r t hR i v e r.M e t h o d sT h es i n g l e f a c t o re v a l u a t i o nm e t h o da n dp r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i sw e r eu s
10、e dt od e t e r m i n et h es p a t i a l a n dt e m p o r a l t r e n d sa n dd r i v i n gf a c t o r so fw a t e rq u a l i t yf o rt h eN o r t hR i v e r.R e s u l t sI n2 0 2 0,t h eo v e r a l lw a t e rq u a l i t yo f t h eN o r t hR i v e rm o n i t o r i n gs e c t i o n sw a sg o o d.O n
11、 l yt h es e c t i o n so fS h u i c h e t o u,M a n s h u iR i v e re s t u a r y,H u a n g l o n g s h u iB r i d g e,a n dL o n g g u im e tt h es t a n d a r d sf o rw a t e rq u a l i t yg r a d e s,a n dt h eo t h e rs e c t i o n sw e r ed e t e r m i n e dt ob eg r a d e.W a t e rt e m p e r
12、 a t u r ea n dd i s s o l v e do x y g e n i nt h eN o r t hR i v e rw e r e i n f l u e n c e db yt h es e a s o n s.T h ew a t e rb o d yb a s i c a l l yr e m a i n e dw e a k l ya l k a l i n e t h r o u g h o u t t h ey e a r,a n dt h ep o l l u t i o nl e v e l so fn u t r i e n t sa n do r g
13、 a n i cm a t t e rw e r eh i g h e rd o w n s t r e a mt h a na tu p s t r e a ma n d m i d s t r e a ml o c a t i o n s.C o n c l u s i o nS p a t i a la n a l y s i ss h o w e dt h a td o w n s t r e a m w a t e rq u a l i t yw a sw o r s et h a nu p s t r e a m a n d m i d s t r e a m w a t e rq
14、 u a l i t y.T h e m a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r sw e r en u t r i e n t sa n dd i s s o l v e do x y g e n.p Hv a l u e a l o n ed i dn o th a v eas i g n i f i c a n t i m p a c to nw a t e rq u a l i t y.T h es e a s o n a l p o l l u t i o nd e g r e e f o l l o w e dt h eo r d e ro fs
15、 u mm e r a u t u m n s p r i n g w i n t e r.T h ed o m i n a n tf a c t o ro n w a t e rq u a l i t yf o rt h ee n t i r er i v e r w a sd i s s o l v e do x y g e n,w h i l et h ed o m i n a n tf a c t o r sf o rt h ed o w n s t r e a mr i v e rs e c t i o nw e r en u t r i e n t sa n do r g a n
16、i cm a t t e r.K e y w o r d s:N o r t hR i v e r;w a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o n;p r i n c i p a l c o m p o n e n t a n a l y s i s;s p a t i a l-t e m p o r a l v a r i a t i o n 作为广东省5大河流之一,北江在该省的社会经济发展和生态安全方面具有重要地位。北江水资源量丰富,年平均径流量达到4.8 21 01 0m3,是省内农业、工业、市政用水的重要水源1。北江流域是广东省“一核一带一区”区域发
17、展格局中北部生态发展区的组成部分,其功能定位是省内的重要生态屏障2。近年来,北江流域(尤其下游接近珠江三角洲地区)的水域、林地、草地等面积逐渐下降,耕地面积逐渐上升,带来水环境污染风险3。北江干流繁多的水利工程也对河流的水生态环境造成不利影响4。了解北江水质的时空变化特征、分析水体污染源有助于提升水资源保护和管理的水平。目前,水体水质分析评价方法主要包括单因子评价法、综合污染指数法、主成分分析法、灰色关联分析法、模糊数学评价法、人工神经网络等。国内外学者采用多种方法分析水体水质变化特征。李晓玉等5综合运用单因子评价法、综合污染指数法和主成分分析法对温榆河北运河段进行水质分析,提取主导水质变化的
18、影响因子;刘宇等6运用灰色关联分析法和主成分分析法分析了云南省抚仙湖、星云湖和杞麓湖的水质时空分布特征;武俐等7采用主成分分析法和模糊数学评价法综合分析了小浪底水库水质状况和影响因素;G a r c i a-A l b a等8运用人工神经网络分析了西班牙西北海岸河口水质时空分布特征。结合多种评价方法能够更全面地评价北江水质状况。本研究采用单因子评价法和灰色关联分析法对北江干流及主要支流水质进行分析评价。基于北江沿程3 2个监测断面2 0 2 0年11 2月的逐月水质数据,使用主成分分析法探究了北江水质的空间和时间变化趋势,并结合北江沿岸环境特点讨论这些变化的驱动因素,以期为加强北江水环境监控、
19、治理与保护提供科学依据。1 材料与方法1.1 研究区概况北江是珠江流域的第二大水系,发源于江西省信丰县石碣大茅坑,经大余县进入广东,在广东境内流经南雄市、始兴县、仁化县、浈江区、武江区、曲江区、英德市、清新区、清城区、三水区、四会市,在思贤滘注入珠江三角洲网河区。本次北江研究区域位于广东省境内(1 1 2 4 8 5 3 1 1 4 4 1 0 9 N,2 3 0 9 1 3 2 5 1 9 1 5 E),主要支流包括墨江、锦江、武江、南水、滃水、连江、潖江、滨河、大燕河、漫水河、绥江等。其中,韶关市沙洲尾以上河段为北江上游、沙洲尾至清远市飞来峡河段为北江中游、飞来峡以下河段为北江下游。北江流
20、域多年平均降水量约为18 0 0mm,强降水大部分发生在汛期(58月),占年降水量6 0%7 0%9。目前,北江流域已建成孟洲坝水利枢纽、濛里水利枢纽、白石窑水利枢纽、飞来峡水利枢纽、清远水利枢纽、锦江水库、小坑水库、乐昌峡水利枢纽、南水水库、长湖水库、潭岭水库、锦潭水库共1 2宗大型水库,总库容为5.5 61 09m3。其中,孟州坝、濛里、白石窑、飞来峡、清远水利枢纽位于北江干流,锦江水库、小坑水库、乐昌峡水利枢纽、南水水库、长湖水库、潭岭水库、锦潭水库分别位于北江支流锦江、枫湾河、武江、南水河、滃江、连江、黄洞河。此外,北江流域已建成中型水库5 0宗,总库容为1.6 11 09m3;已建成
21、小(一)型水库1 8 4宗,小(二)型 水 库7 2 1宗,总 库 容 为2.6 11 09m3。北江流域水库群优化调度可带来防洪、供水、航运、旅游、环保等综合效益。1.2 数据采集本研究选取了北江干流及主要支流沿程3 2个断面作为研究对象,各监测断面位置和基本信息见图1和表1。图1 北江监测断面位置示意图F i g.1 S c h e m a t i cd i a g r a mo fm o n i t o r i n gs e c t i o nl o c a t i o ni nN o r t hR i v e r2 0 1 22 0 2 1年北江流域降雨量范围在15 3 923 8 2
22、mm,平均降雨量为19 5 9.7mm;地表水资源量范围在3.6 51 01 06.4 51 01 0m3,平均地表水资源量为5.2 11 01 0m31 0。2 0 2 0年北江流域降雨量为18 6 0.4 mm,地表水资源量为5.0 41 01 0m3,接近211 水土保持通报 第4 3卷2 0 1 22 0 2 1年降雨量和地表水资源量的平均值,由此选择2 0 2 0年水质数据研究北江水质状况的变化特征。监测断面2 0 2 0年水质数据来源于广东省生态环境监测中心,水样采集方法依据 地表水环境质量监测技术规范(H J9 1.2-2 0 2 2)1 1,每月采样1次,水质监测指 标 包 括
23、 地 表 水 环 境 质 量 标 准(G B 3 8 3 8-2 0 0 2)中地表水环境质量标准基本项目2 4项。其中水温(WT)、溶 解 氧(D O)、p H值、高 锰 酸 盐 指 数(C O DM n)、生化需氧量(B O D5)、氨氮(NH+4-N)、总氮(T N)、总磷(T P)共8项指标均有完整检出值,作为主要分析指标。根据 水和废水监测分析方法 要求,WT测定采用温度计法,D O测定采用电化学探头法,p H值测定采用电极法,C O DM n测定采用酸性高锰酸盐法,B O D5测定采用稀释与接种法,NH+4-N测定采用纳氏试剂光度法,T N测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法,T
24、 P测定采用钼酸铵分光光度法1 2。由于北江流域所在的韶关市和清远市属于广东省“北部生态发展区”,控制建设重金属污染相关企业,且2 0 2 0年研究断面的重金属铜、锌、汞、镉、六价铬、铅检出率仅3 8.8%,所以本文主要研究居民生活及农业生产排放的相关水体污染物指标。上述8项水质监测指标中,WT,D O,p H值属于基础理化指标,NH+4-N,T P,T N属于营养盐指标,C O DM n,B O D5属于有机物指标。表1 北江监测断面基本信息T a b l e1 B a s i c i n f o r m a t i o no f i n v e s t i g a t e ds e c t
25、 i o n s i nN o r t hR i v e r编号河流断面名称 编号河流断面名称 1北江干流河坪(上游)1 7北江干流沙口(中游)2北江干流南雄(上游)1 8北江干流英德(中游)3北江干流古市(上游)1 9滃 江滃江大坝(中游)4北江干流小古菉(上游)2 0连 江高道(中游)5墨 江墨江出口(上游)2 1北江干流黎溪(中游)6锦 江瑶山电站(上游)2 2北江干流飞来峡水库(中游)7北江干流长坝(上游)2 3潖 江潖江口(下游)8北江干流黄浪水桥(上游)2 4北江干流七星岗(下游)9北江干流新韶水文站(上游)2 5滨 河飞水桥(下游)1 0武 江武江桥(上游)2 6大燕河水车头(下
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