姚 毅

（新疆哈密水文勘測局，新疆 哈密 839000）

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆哈密市中部天山南麓，為哈密河上游的支流流域，該區(qū)北依山系、南臨哈密盆地，，流域面積1541 km2。區(qū)域?qū)儆谥衼啘?zhǔn)地臺天山裙皺帶，地勢東北高西南低，高程介于1053~2926 cm，形成了以山地、盆地、平原為主的地貌。由于身居歐亞大陸中部，距離海洋較遠(yuǎn)，形成了暖溫大陸性氣候，冬季寒冷綿長、夏季高溫短促，年均溫7.5℃，多年均降水量50~150 mm之間，無霜期205 d，蒸發(fā)量達(dá)1800 mm，且晝夜和年溫差較大，日照時數(shù)充分。區(qū)域河流發(fā)源于天山余脈的冰雪融水，流程短促、水系縱列，5~8月是豐水期、11~2月是枯水期，為哈密地區(qū)重要的生產(chǎn)生活用水來源。流域土地利用林草為主，森林面積率為23.65%，地下水和山泉水較豐富。近幾年隨著載畜量增加、旅游業(yè)發(fā)展和城鎮(zhèn)化推進，流域生態(tài)系統(tǒng)遭到一定破壞。

2 材料與方法

2.1 水樣采集與化學(xué)測定

于2017年5月對流域內(nèi)白楊溝、柳樹溝、榆樹溝3條河流進行野外取樣調(diào)查。在考慮了河流支流密度、流量、地形、河段位置等因素，共設(shè)置了23個水質(zhì)斷面，其中白楊溝6，柳樹溝10個，榆樹溝7個，斷面位置如圖1所示。于斷面流水穩(wěn)定處，應(yīng)用，100 mL的聚乙烯瓶隨機采集5個樣品，放置于清潔、干燥玻璃瓶中，經(jīng)封裝處理后送至實驗室予以測定。對于水體的pH，運用酸堿度檢測計進行現(xiàn)場測定。對于其他的化學(xué)指標(biāo)，雙指示劑中和法測定HCO3，EDTA間接滴定法化驗，硝酸銀滴定法測試 Cl-，火焰分光光度法檢測 Na+、K+、Ca2+、Mg2+等活性金屬離子。在實驗過程中，定標(biāo)曲線精度達(dá)到0.9999，滿足國家水質(zhì)檢測方法標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。

圖1 研究區(qū)示意圖和水質(zhì)斷面

2.2 數(shù)據(jù)處理

將測定的水質(zhì)化學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)錄入Excel2016中，先經(jīng)3+δ處理剔除異常值（柳樹溝水質(zhì)斷面1處），然后運用SPSS 21.0軟件對其他22個水質(zhì)斷面數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，主要統(tǒng)計量為：極大值、極小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差，并應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)差與均值之比計算變異系數(shù)，以描述指標(biāo)屬性離散程度。通過SPSS21.0軟件中的單樣本Kolmogorov-Smirnov法對各序列數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗；person雙變量相關(guān)分析以揭示水質(zhì)指標(biāo)間的關(guān)系；通過主成分分析計算指標(biāo)荷載矩陣，進而識別水體質(zhì)量中的主要影響因子。此為，為比較白楊溝、柳樹溝、榆樹溝3條河流水質(zhì)的化學(xué)特性，應(yīng)用AquaChem軟件進行Durov分析[2~3]。

3 結(jié)果與分析

3.1 水質(zhì)化學(xué)指標(biāo)描述下特征

研究區(qū)水質(zhì)化學(xué)計量特征如表1所示，22個水質(zhì)樣點中的陰離子濃度高于陽離子濃度。在3項陰離子指標(biāo)中，其中含量最高達(dá)到64.178 mg/L，次之，Cl-濃度最低，僅為2.768 mg/L。陽離子中，K+為 1.187 mg/L，其濃度最低，Na+濃度次低為3.272，Ca2+濃度達(dá)到18.745 mg/L，Mg2+為12.762 mg/L。從變異系數(shù)來看，各指標(biāo)的變異系數(shù)均介于10%~100%，表明為中等程度變異，其中的變異性最大，達(dá)29.64%，表明其離散度較大。其他指標(biāo)的變異性大小依次為：Na+（10.14%）

表1 水體主要化學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計特征 單位：mg/L

圖2 水體主要離子濃度直方圖

圖2 為研究區(qū)3河流水質(zhì)化學(xué)濃度直方圖所示。依圖可知，各化學(xué)指標(biāo)在柳樹溝、白楊溝、榆樹溝3河流水體中的含量差異性不顯著。Na+、Ca2+、Cl-的濃度以榆樹溝含量最低，并且該河流中Mg2+、pH、S高于另外兩條河流。柳樹溝河流水體中的Cl-、Na+、K+的濃度最高，白楊溝河流水體中、Ga2+的濃度最高。

3.2 水質(zhì)化學(xué)指標(biāo)相關(guān)性特征

相關(guān)性分析能夠檢測水體化學(xué)性質(zhì)之間的相似或相異性，表2為研究區(qū)水質(zhì)化學(xué)之間相關(guān)系數(shù)矩陣。依表可知，研究區(qū)水體中Ca2+的濃度與Mg2+、K+、Na+等陽離子呈顯著正相關(guān)（P<0.05），相關(guān)系數(shù)依次為 0.293、0.408、0.365，與 Cl-、等因子也標(biāo)出顯著正相關(guān)性，其中與的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平（P<0.01），相關(guān)系數(shù)為 0.583。Mg2+的濃度與、K+達(dá)到顯著相關(guān)水平，而與呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.093，尚不具統(tǒng)計意義，與Cl-呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.735。Na+的濃度與 Cl-、、的相關(guān)系數(shù)依次為 0.252、0.636、0.713，和的相關(guān)系數(shù)為0.588，均表現(xiàn)出正的顯著或者極顯著相關(guān)性。

表2 水質(zhì)斷面相關(guān)性分析 單位：mg/L

3.3 水質(zhì)化學(xué)指標(biāo)Durov分析

利用AquaChem軟件對研究區(qū)白楊溝、柳樹溝、榆樹溝3條河流水質(zhì)的化學(xué)指標(biāo)間的關(guān)系進行空間可視化表達(dá)，如圖3所示。圖中方框、星號、圓形分別表示白楊溝、柳樹溝、榆樹溝的水質(zhì)斷面，其在各軸上的投影，為該化學(xué)指標(biāo)軸上此種指標(biāo)的相對含量。圖中各河流水質(zhì)斷面間并不存在明顯的分類聚集性，而呈現(xiàn)綜合聚集特征，表明各河流斷面水質(zhì)差異性不明顯；其中投影位置存在些許重疊，表明其化學(xué)含量相近。各斷面水質(zhì)特性在Cl-—軸上集中度最高，表明水體中其他金屬陽離子與該兩項指標(biāo)存在密切的化學(xué)成分遷移[4]；有部分?jǐn)嗝嫠|(zhì)集中于Ca+—Mg軸一側(cè)，表示陽離子成分中Ca2+、Mg2+的成分占優(yōu)，是參與水體化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的主要成分。另外，圖3還表明，區(qū)域水質(zhì)總硬度主要分布于500~2000 mg/L，隨著礦化度增加Ga2+和 Na+濃度增加，區(qū)域水化學(xué)以 Cl-·+Na+·Ca2+型為主。

圖3 研究區(qū)水質(zhì)指標(biāo)Durov三線圖

3.4 水質(zhì)化學(xué)指標(biāo)主成分分析

研究區(qū)河流水源主要為冰雪融水和大氣降水，在水匯流過程中大氣環(huán)境、地質(zhì)背景、人為活動是水質(zhì)特性的主控因素。為更好分析各水質(zhì)指標(biāo)的來源，采用主成分分析法厘定斷面水質(zhì)指標(biāo)間的關(guān)系。一般而言，當(dāng)特征值大于1的時候，表明提取的主成分具有統(tǒng)計意義，本研究主要提取了3個主成分，其因子荷載矩陣如表3所示。依表可知，第一主成分解釋了49.84%的信息，第二主成分可解釋度達(dá)到25.86%，第三主成分解釋量最小，僅為13.74%，3個主成分共解釋了89.44%的信息，表明其能夠較好地反映區(qū)域水化學(xué)特征。通常認(rèn)為變量因子與主成分軸的相關(guān)系數(shù)大于0.7，表明該因子與成分軸之間的關(guān)系達(dá)到顯著水平。第一主成分軸反映的是Na+、K+、Ca2+、Cl-，研究區(qū)水體中Cl-的含量為0.231~9.782 mg/L，屬于中等偏小水平，表明氣象因素對其影響較低；而Cl-/Na+的值約約1.76，大于正常偏離值0.86的水平，表明存在硅酸鹽類礦物質(zhì)的影響，(Na++K+)/Cl-小于1，表明Na+、K+的含量有一部分來自長石、方解石類黏土礦物。第二主成分主要反映了Ca2+、Mg2+、，統(tǒng)計表明(Ca2++Mg2+)/的摩爾濃度大于1，表明碳酸鹽類礦物是Ca2+、Mg2+的重要來源，而SO42-主要源于大氣沉降[5]。

表3 研究區(qū)斷面水質(zhì)主成分分析

4 結(jié)論

通過對哈密河的上游水質(zhì)進行調(diào)查取樣和測定分析，得出以下結(jié)論：哈密天山南麓上游水源區(qū)的水體pH呈中性至弱堿性；水體中各離子濃度結(jié)構(gòu)不均衡，其中陰離子中以HCO3-和SO42-為主，陽離子以Ca2+和Mg2+為主。區(qū)域斷面水質(zhì)指標(biāo)間具有良好的相關(guān)性，表明它們存在共同而穩(wěn)定的來源，Durov分析表明區(qū)域水化學(xué)為Cl-·HCO3-+Na+·Ca2+型，巖石風(fēng)化和大氣沉降是水質(zhì)特性的主控因素。哈密境內(nèi)天山冰川生態(tài)環(huán)境良好，受人為污染影響較小，以冰雪融水為主哈密河上游地區(qū)水質(zhì)各指標(biāo)基本滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該加強該地水環(huán)境生態(tài)保護。

[1]劉海平,鐘國輝,葉少文,等.西藏尼洋河水環(huán)境特征多元統(tǒng)計分析[J].湖泊科學(xué),2015,27(6):1187-1196.

[2]劉永林,雒昆利,李玲,等.新疆天然水化學(xué)特征區(qū)域分異及其地質(zhì)成因[J].地理科學(xué),2016,36(5):794-802.

[3]洪濤,謝運球,喻崎雯,等.烏蒙山重點地區(qū)地下水水化學(xué)特征及成因分析[J].地球與環(huán)境,2016,44(1):11-18.

[4]孫平安,于奭,莫付珍,等.不同地質(zhì)背景下河流水化學(xué)特征及影響因素研究:以廣西大溶江、靈渠流域為例[J].環(huán)境科學(xué),2016,37(1):123-131.

[5]卓勇,吳勇,孫為奕,等.貴州威寧草海地區(qū)地下水化學(xué)特征與控制因素研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2016,16(8):59-65.