环境科学  2023, Vol. 44 Issue (6): 3165-3173   PDF    
雅鲁藏布江水化学演变规律
江平1, 张全发2, 李思悦1     
1. 武汉工程大学环境生态与生物工程学院, 武汉 430205;
2. 中国科学院武汉植物园, 武汉 430074
摘要: 为探究1973~2020年雅鲁藏布江流域水化学演变规律, 利用Piper图、Gibbs图、离子比值和相关性分析研究水化学特征及离子来源, 并采用钠吸附比(SAR)、钠百分比(Na+%)和渗透性指数(PI)评价雅江河水的灌溉适用性.结果表明, TDS均值为(208.30±58.26)mg ·L-1, 随时间呈增加趋势; Ca2+是优势阳离子, 占阳离子总量的(65.49±7.67)%, HCO3-和SO42-是优势阴离子, 分别占主要阴离子的(68.56±9.84)%和(26.85±9.82)%; Ca2+、HCO3-和SO42-的年代增幅率分别为2.07、3.19和4.70 mg ·(L ·10 a)-1; 雅江水化学类型是HCO3-Ca型, 主要离子化学受碳酸盐岩化学风化控制, 1973~1990年碳酸盐岩风化主要受碳酸作用, 而2001~2020年间主要受碳酸和硫酸共同作用; 雅江干流河水的主要离子浓度均在饮用水标准范围内; SAR在0.11~0.93之间, Na+%在8.00~36.73之间, PI值在0.39~0.87之间, 适合灌溉.评价结果对雅江流域水资源保护和可持续发展具有重大意义.
关键词: 雅鲁藏布江      水化学特征      离子来源      岩石风化      水质     
Hydrochemical Evolution in the Yarlung Zangbo River Basin
JIANG Ping1 , ZHANG Quan-fa2 , LI Si-yue1     
1. School of Environmental Ecology and Biological Engineering, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430205, China;
2. Wuhan Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430074, China
Abstract: In order to explore the hydro-chemical evolution law of the Yarlung Zangbo River Basin from 1973 to 2020, the hydro-chemical characteristics and major ion sources were studied using a Piper diagram, Gibbs diagram, ion ratio, and correlation analysis, and the irrigation applicability of the Yarlung Zangbo River was evaluated using the sodium adsorption ratio (SAR), sodium percentage (Na+%), and permeability index (PI). The results showed that the mean value of TDS was (208.30±58.26) mg·L-1, which increased with time. Ca2+ was the dominant cation, accounting for (65.49±7.67)% of the total cations. HCO3- and SO42- were the dominant anions, accounting for (68.56±9.84)% and (26.85±9.82)% of the main anions, respectively. The annual growth rates of Ca2+, HCO3-, and SO42- were respectively 2.07, 3.19, and 4.70 mg·(L·10 a)-1. The hydro-chemical type of the Yarlung Zangbo River was HCO3-Ca type, and the main ionic chemistry was controlled by the chemical weathering of carbonate rocks. The weathering of carbonate rocks during the period of 1973 to 1990 was mainly controlled by carbonation, whereas from 2001 to 2020 it was mainly controlled by both carbonation and sulfuric acid. The main ion concentrations in the mainstream of Yarlung Zangbo River were within the range of drinking water standards, with SAR between 0.11-0.93, Na+% between 8.00-36.73, and PI values between 0.39-0.87, demonstrating that the waters were suitable for drinking and irrigation. The results were of great significance to the protection and sustainable development of water resources in the Yarlung Zangbo River Basin.
Key words: Yarlung Zangbo River      hydro-chemical characteristics      ion source      rock weathering      water quality     

河流是连接陆海两大生态系统的主要通道, 是进行物质交换和能量传递的重要枢纽[1].河流水化学成分对水文气象以及流域环境具有重要指示意义, 流域气候、岩石风化和人类活动是河流水文及水化学特征的主要控制因素[2, 3].因此, 河流主要离子化学在一定程度上能够反映流域水环境状况、大气沉降输入、岩石风化作用和土地利用变化等, 水体中的主要离子视为“天然示踪剂”[4].国内外学者对水体中的化学成分进行了大量研究, 讨论河流中主要离子的来源以及流域水化学的主要控制机制.Piper[5]于1994年提出了三线图, 以主要离子每升毫克当量百分比来反映河流溶质来源离子的相对比例关系[6]; 1970年, Gibbs通过研究世界范围内的100多条河流水体中阴阳离子组分, 提出河流水化学成分主要受大气降水、岩石风化以及蒸发-结晶控制[7, 8]; Meybeck[9]提出岩石风化和地质特征是河流水化学组成的重要控制因素; Gaillardet等[10]量化了碳酸盐岩、硅酸盐岩和蒸发岩对流域化学风化的贡献.我国河流水化学研究始于文献[11]; 陈静生等[12]对黄河流域进行了水化学特征分析, 表明离子浓度呈上升趋势; 随着我国社会经济的快速发展, 主要离子浓度有继续增加的趋势.

雅鲁藏布江(以下简称雅江)位于青藏高原的南部, 发源于喜马拉雅山脉北麓的杰马央宗冰川, 平均海拔大于4 000 m, 是中国最长的高原河流; 雅江自西向东横贯西藏南部, 绕过南迦巴瓦峰转向南流, 形成雅鲁藏布大峡谷, 在巴昔卡出境, 流入印度洋的孟加拉湾[13~15].近年来, 关于雅江的研究多集中在大气降水[16, 17]和水文径流[18~20]变化方面.雅江流域水化学研究也取得了系列进展.如Li等[21]研究了1956~2000年雅江中段关键水文要素变化; Huang等[22]发现雅江雨季河水中Ca2+和HCO3-是优势离子; Jiang等[23]分析了雅江中上游河水的化学成分及水化学类型, 发现雅江中上游化学风化过程主要由碳酸盐和硅酸盐风化控制; 刘昭[24]、包宇飞[25]和严宇鹏等[26]研究了雅江流域的水化学特征及离子来源.上述研究探究了雅江流域水化学组成、离子来源及其控制因素等问题, 但长时间序列流域水化学演变规律和空间格局研究几乎空白.

近年来, 雅江流域人类活动不断加剧, 此外, 全球气候变暖导致青藏高原的冰川面积减少, 雅江流域水文水生态环境发生变化[27].因此, 分析雅江流域近50年的水化学时空变化特征、主要离子来源及影响因素和水质状况, 对认识全球变化下雅江流域水资源演变规律具有重要意义.

1 材料与方法 1.1 研究区概况 1.1.1 流域概况

雅鲁藏布江是流经中国、印度和孟加拉国的跨境河流, 雅江在中国境内地处北纬(N)28°00′~31°16′, 东经(E)82°00′~97°07′之间, 全长2 057 km, 流域面积约24.05×104 km2, 占西藏总面积的20.0%[28].雅江流域水系发达, 流域面积大于10 000 km2的支流有5条, 分别是多雄藏布江(DX)、年楚河(NC)、拉萨河(LS)、尼洋河(NY)和帕隆藏布江(PL)(图 1).多雄藏布江是雅江上游最大的支流, 平均海拔为4 700 m, 自西向东流, 全长309.8 km, 位于冈底斯-念青唐古拉地质构造区与雅江缝合带, 含大量岩浆岩[29].年楚河是雅江中游南岸最大的支流, 由东南流向西北, 全长223 km, 位于喜马拉雅地质构造区中段, 含大量沉积岩[30].拉萨河是最长且流域面积最大的支流, 由东北流向西南, 全长551 km, 流域内有石炭与二叠纪地层、三叠纪地层、白垩纪地层和第四纪地层[31, 32].尼洋河全长309 km, 由西北流向东南, 上游主要是花岗岩, 中游主要是板岩和闪长岩, 下游主要是片麻岩[33].帕隆藏布江是雅江北岸水量最大的支流, 由西北流向东南, 全长265 km, 位于东喜马拉雅构造结北端, 主要分布花岗岩和片岩[34].

图 1 雅鲁藏布江流域主要数据采样点分布 Fig. 1 Distribution of some sampling points in the Yarlung Zangbo River Basin

1.1.2 气候特征

雅江流域自然地理条件十分复杂, 地势为东低西高, 雅江东部海拔约100~2 900 m, 河长约500 km; 中部海拔约2 800~4 600 m, 河长约1 340 km; 西部海拔约4 530~5 590 m, 河长约268 km.流域空间上气候差异较大, 沿东南至西北气温递减, 随海拔升高而降低[35]; 受印度洋暖湿气流和喜马拉雅山屏障作用影响, 上游属内陆高原寒带气候, 中游属内陆高原温带气候, 下游属亚热带气候[36].

雅鲁藏布江流域上、中、下游多年的月、年和年代降水变化特征如图 2所示.受印度洋暖湿气流及喜马拉雅山屏障作用, 明显的季风特征导致月降水量变化显著[16], 降水主要分布在5~9月, 上、中、下游5~9月降雨量分别占全年降水量的(78.08±4.86)%(范围:68.97%~91.18%)、(94.65±3.41)%(范围:81.42%~98.52%)和(77.00±6.89)%(范围:57.89%~89.83%)[图 2(a)].由雅江流域1961~2016年降水变化可知[图 2(b)], 上游至下游的年降水量呈逐渐递增趋势. 1961~2016年上游和中游年平均降水量(范围)(mm)分别是: 390.99±54.65(212.32~500.60)和492.62±110.39(278.30~880.42), 年降水量在平均值上下振荡, 无显著变化趋势.雅江下游年降水量在1998年最大, 达1 810.23 mm.从雅江流域降水量年代变化来看[图 2(c)], 近55年来上、中、下游年代平均降水量(范围)(mm)分别为: 387.43±33.42(337.49~439.72)、492.88±34.86(429.13~537.67)和1 325.24±111.34(1 163.67~1 467.14), 上、中、下游年代降水量无明显变化; 由于印度洋强烈的西南季风以及地形的抬升作用, 降水量随着海拔的降低而增加, 下游流域潮湿多雨. 1961~2010年间雅鲁藏布江流域的平均气温从6.08℃上升到7.57℃[图 2(c)], 平均增温率约为0.3℃·(10 a)-1.

(a)月平均降水量, (b)年降水量, (c)年代平均降水量和气温 图 2 雅鲁藏布江流域平均降水量和平均温度变化 Fig. 2 Variation in average precipitation and average temperature in the Yarlung Zangbo River Basin

1.2 数据收集与分析

本文以雅江干、支流为研究对象, 在国家青藏高原科学数据中心(data.tpdc.ac.cn)提取雅江流域: 上(日喀则萨嘎县)、中(拉萨曲水县)、下游(林芝墨脱县)1961~2016年的逐日降水数据.在中国知网、维普、万方、谷歌学术、Web of Science、Citexs、Engineering Village和Springer等数据库查找雅江流域水化学相关文献资料, 输入“雅鲁藏布江”、“水化学”、“主要离子”、“Yarlung Zangbo River”、“hydrochemistry”或“major ions”等关键词和篇名搜集雅江流域水化学数据, 共搜索到183篇中文文献和39篇英文文献, 其中有22篇中文文献和12篇英文文献记录了雅江干支流水化学数据.本文收集得到雅江目前最全的主要离子化学数据(1973~2020年), 其中雅江干流有160组、共1 552个数据, 拉萨河有117组、共1 103个数据, 尼洋河有54组、共504个数据, 年楚河有32组、共298个数据, 多雄藏布江有30组、共294个数据, 帕隆藏布江有8组、共82个数据, 采样点如图 1所示.利用SPSS24.0进行统计分析, 利用Origin2021制图.

2 结果与讨论 2.1 水化学特征 2.1.1 主要离子组成

雅江干流的pH值介于7.39~8.95之间, 平均值为8.33±0.31, 整体上呈弱碱性; TDS变化幅度较大, 介于81.64~371.27 mg·L-1之间, 平均值为(208.30±58.26)mg·L-1, 高于世界河流TDS均值(150mg·L-1)[37], 在一定程度上反映雅江流域较强烈的水岩作用[38].雅江1973~1980、1981~1990、2001~2010和2011~2020年TDS平均值(范围)(mg·L-1)依次为: 142.27±17.57(124.70~159.83)、153.67±29.17(124.5~182.83)、186.87±43.66(84.62~277.00)和233.76±60.23(81.64~371.27), TDS含量呈显著增加的趋势, 这与环境变化下岩石化学风化增强及人类活动输入有关[39].DX的pH值介于6.52~8.70之间, 平均值为7.68±0.73; TDS介于98.70~375.40 mg·L-1之间, 平均值为(193.26±72.34)mg·L-1. NC的pH值介于7.70~8.70之间, 平均值为8.27±0.30; TDS介于53.00~329.00 mg·L-1之间, 平均值为(194.58±93.32)mg·L-1. LS的pH值介于7.63~8.95之间, 平均值为8.36±0.28; TDS介于106.90~784.90 mg·L-1之间, 平均值为(205.89±105.60)mg·L-1. NY的pH值介于6.90~9.00之间, 平均值为8.00±0.41; TDS介于53.80~165.21 mg·L-1之间, 平均值为(88.92±30.65)mg·L-1.PL的pH值介于5.70~9.20之间, 平均值为8.08±1.03; TDS介于65.95~171.36 mg·L-1之间, 平均值为(98.16±34.05)mg·L-1.

雅江干流主要阳离子浓度大小依次为:Ca2+>Na+>Mg2+>K+, ρ(Ca2+)介于16.54~54.17mg·L-1之间, 平均值为(32.62±6.96)mg·L-1, ρ(Na+)介于1.84~18.67 mg·L-1之间, 平均值为(9.00±3.44)mg·L-1; Ca2+是优势阳离子, 占阳离子总量的(65.49±7.67)%(范围:42.17%~76.72%), 其次是Na+, 占阳离子总量的(17.72±5.49)%(范围:8.53%~37.89%).主要阴离子浓度大小依次为:HCO3->SO42->Cl->NO3-, ρ(HCO3-)介于15.31~168.93 mg·L-1, 平均值为(105.44±23.85)mg·L-1, ρ(SO42-)介于1.72~137.55 mg·L-1, 平均值为(40.36±21.53)mg·L-1; 阴离子以HCO3-和SO42-为主, 分别占阴离子总量的(68.56±9.84)%(范围:35.42%~95.80%)和(26.85±9.82)%(范围:1.16%~61.12%).DX和LS主要阳离子浓度顺序均为:Ca2+>Na+>Mg2+>K+, NC、NY和PL主要阳离子浓度顺序均为:Ca2+>Mg2+>Na+>K+, Ca2+是优势阳离子.支流中主要阴离子浓度顺序均为: HCO3->SO42->Cl->NO3-, HCO3-是优势阴离子.

2.1.2 主要离子时空分布特征

1973~2020年雅江干流主要离子浓度如图 3所示, 主要阳离子ρ(Ca2+)呈显著的上升趋势, 近50年来从24.04 mg·L-1增至33.77mg·L-1, 年代增幅率为2.07 mg·(L·10 a)-1; ρ(Mg2+)也显著增加, 从4.67 mg·L-1增加到8.46mg·L-1, 年代增幅率为0.81 mg·(L·10 a)-1.Na+和K+浓度均呈先降后升的趋势, 这与汪磊[40]研究的结果一致.Ca2+、Mg2+、Na+和K+浓度从2001~2010年和2011~2020年均显著增加, 年代增幅率分别为1.44、1.66、1.53和0.155 mg·(L·10 a)-1.主要阴离子ρ(HCO3-)近50年来从91.60 mg·L-1增加到106.59mg·L-1, 年代增幅率为3.19 mg·(L·10 a)-1; ρ(SO42-)从24.24 mg·L-1上升至46.34 mg·L-1, 平均增幅为4.70mg·(L·10 a)-1, 但从2001~2010年和2011~2020年年代增幅率更大, 达到7.86 mg·(L·10 a)-1, HCO3-、Cl-和NO3-浓度变化在统计学上不显著.

由于数据样本量的关系, 对近20年的数据做了统计性差异分析; 不同小写字母表示有显著性差异; 1973~1990年间缺少NO3-数据 图 3 1973~2020年雅鲁藏布江干流主要离子浓度 Fig. 3 Main ion concentrations in the main stream of the Yarlung ZangboRiver from 1973 to 2020

在空间上, 由于流域岩性、地理和气候等因素的不同, 主要离子浓度存在很大差异, 通过对雅江干流(GL)和5条支流的主要离子浓度分析可知(图 4), HCO3-和Ca2+是雅江流域主要的阴阳离子.通过非参数检验分析可知, 雅江干流Ca2+和HCO3-浓度显著高于PL, 极显著高于LS和NY, 其原因主要是随着降水径流的增大, 稀释效应显著, 使下游支流主要离子浓度降低.雅江干流Mg2+与NC有统计学差异, 显著高于DX和PL, 极显著高于LS和NY; 雅江干流SO42-与NC和PL有差异, 极显著高于LS和NY; 雅江干流Na+极显著高于LS、NY和PL; 雅江干流Cl-显著高于PL, 极显著高于LS和NY; 雅江干流K+与LS存在差异, 极显著高于NY; 雅江干流NO3-与NC有差异, 极显著低于LS.

GL: 雅江干流; DX: 多雄藏布江; NC: 年楚河; LS: 拉萨河; NY: 尼洋河; PL:帕隆藏布江; *表示干流与支流有差异, **表示差异显著, ***表示差异极显著 图 4 雅鲁藏布江干流及5大支流主要离子浓度 Fig. 4 Main ion concentrations in the main stream and five tributaries of the Yarlung Zangbo River

2.2 主要离子来源及影响因素

Gibbs图能够定性地判断出主要离子化学的主控因素:蒸发浓缩、岩石风化和大气降水.雅江干流河水中TDS介于81.64~371.27 mg·L-1之间, 均值为(208.30±58.26)mg·L-1; Na+/(Na++Ca2+)的变化范围介于0.16~0.58, 平均值为0.30±0.07; Cl-/(Cl-+HCO3-)在0.02~0.20的范围内, 平均值为0.09±0.03(图 5).雅江河水离子浓度点均分布在Gibbs图的中部左侧, 说明雅江主要离子化学受岩石的化学风化及其溶解过程控制.近50年来, TDS的含量增加, 但雅江水化学的主控因素未发生改变.

图 5 1973~2020年雅鲁藏布江干流Gibbs图 Fig. 5 Gibbs plots of the main stream in the Yarlung Zangbo River from 1973 to 2020

构建Piper三线图分析主要离子的相对含量, 评价雅江干流水化学类型及演变规律.阳离子分布在Ca2+端, Ca2+占比介于0.36~0.75之间, 平均占比为0.62±0.08; 阴离子主要分布在HCO3-端, HCO3-占比介于0.30~0.94之间, 平均占比为0.64±0.10[图 6(a)]; 表明雅江干流水化学类型为HCO3-Ca型.2001年以来, Ca2+、HCO3-和Cl-的占比均在减小, Ca2+的占比从0.67降至0.60, HCO3-的占比从0.67降至0.62, Cl-的占比从0.07降至0.06; SO42-和Mg2+的占比在增大, SO42-的占比从0.26增长至0.32, Mg2+的占比从0.19增长至0.24[图 6(b)].

图 6 1973~2020年雅鲁藏布江干流水化学Piper图 Fig. 6 Piper chart of water chemistry in the Yarlung Zangbo River from 1973 to 2020

雅江干流离子主要来源于岩石化学风化, 不同类型岩石的风化产生的离子不同[41].Ca2+和Mg2+主要来源于碳酸盐岩的风化作用, Na+和K+主要来源于蒸发岩和硅酸盐的风化作用, HCO3-主要来源于碳酸盐和硅酸盐, SO42-和Cl-主要来自蒸发岩.雅江干流优势阴阳离子分别是HCO3-和Ca2+, 因此雅江干流主要受碳酸盐岩风化的影响, 碳酸盐岩的风化是Ca2+、Mg2+和HCO3-的重要来源, 并且1973~1990年(Ca2++Mg2+)/HCO3-(当量浓度比, 下同)为1.09±0.05, 比值位于1附近, 表明雅江干流主要受碳酸作用的碳酸盐岩风化影响; Ca2+/Mg2+值为3.19±0.55, 比值大于2, 表明雅江碳酸盐岩风化的主要是方解石.2001~2020年(Ca2++Mg2+)/HCO3-值为1.36±0.51, 表明河水中除了HCO3-外还有其他阴离子来平衡Ca2+和Mg2+; (Ca2++Mg2+)/(HCO3-±SO42-)值为0.88±0.12, 表明硫酸也参与了碳酸盐岩的风化[42, 43].

用主要阴、阳离子HCO3-和Ca2+校正的元素比值可以有效消除水文的影响, 通过K+/Ca2+、Mg2+/Ca2+、Na+/Ca2+、Cl-/HCO3-和SO42-/HCO3-来判断雅江干流水化学变化及溶质来源.从图 7可知, Mg2+、Na+和SO42-呈增加趋势, K+和Cl-无明显变化.Mg2+主要来源于白云石等碳酸盐岩风化, Na+主要来源于硅酸盐岩的风化, 由于地质构造运动等原因使新鲜的岩石暴露, 加速了岩石风化的速度.SO42-一般来源于石膏溶解和硫化物(黄铁矿)的氧化、大量含S农药化肥的使用以及工业燃煤等人类活动引起的SO2沉降, 随着人类活动的不断加剧, 农业、工业和城镇废水汇入雅江河流中, 导致SO42-的含量不断增加[44].

1973 ~ 1980年只显示一组数据 图 7 1973~2020年雅鲁藏布江干流主要离子比值 Fig. 7 Ratio of main ions in the mainstream in the Yarlung Zangbo River from 1973 to 2020

相关性分析能较好揭示离子的来源关系, 相关性好的离子一般具有相同的来源或相似的地球化学过程, 雅江干流主要离子水化学相关分析表明(表 1), TDS与SO42-呈弱相关, 与Ca2+、Mg2+和HCO3-呈显著正相关, TDS反映了河流中溶解性固体的总量, 说明岩石风化是雅江河水中主要离子的关键来源. Ca2+与Mg2+、HCO3-和SO42-之间呈显著的正相关关系, 表明Ca2+、Mg2+、HCO3-和SO42-的来源相同; Cl-与Mg2+呈弱相关, 与Na+和K+呈显著的正相关, 且Na+和K+呈显著正相关, 表明两者主要来源于硅酸岩和蒸发盐岩的风化[45].

表 1 雅鲁藏布江干流主要离子水化学成分相关分析1) Table 1 Correlation analysis of main water ions in the mainstream in the Yarlung Zangbo River

2.3 水质评价

水质是影响人类和生态系统健康的重要参数之一, 饮用水和灌溉用水的适宜性对流域发展和人类健康有决定性的影响.

世界卫生组织推荐标准及我国饮用水标准中主要离子浓度的范围是:ρ(SO42-)、ρ(Cl-)和ρ(NO3-)分别低于250、250和50 mg·L-1[43, 46].雅江干流河水中ρ(SO42-)介于1.72~137.55mg·L-1, 平均值为(40.36±21.53)mg·L-1; ρ(Cl-)介于0.57~21.90 mg·L-1, 平均值为(5.78±2.60)mg·L-1; ρ(NO3-)介于0.01~7.50mg·L-1, 平均值为(1.27±1.10)mg·L-1; 因此, 主要离子浓度在饮用水标准范围内.

溶解盐的种类及浓度决定了灌溉用水的适宜性, SAR能够反映河水中Na+与土壤中Ca2+和Mg2+的交换作用, Na+在其中起了重要作用, 当河水中Na+的含量过高时, Na+就会与土壤中的Ca2+、Mg2+发生置换, 使土壤的渗透性降低, 导致缺钙、反絮凝和耕地受损, 从而影响植物的生长; 同时, 渗透性受土壤中Na+、HCO3-、Ca2+和Mg2+的影响, 长期使用高含盐量灌溉水会影响土壤渗透性.本文利用钠吸附比(SAR)、钠百分比(Na+%)和渗透性指数(PI)评估雅江干流河水的灌溉适宜性[47].

(1)
(2)
(3)

式中, Na+、Ca2+、Mg2+、K+和HCO3-为离子当量浓度(meq·L-1).

根据SAR可将灌溉用水分为4类, 依次是:低(SAR≤10)、中等(10 < SAR≤18)、高(18 < SAR≤26)、非常高(SAR>26); 根据Na+%可将灌溉用水分为5类, 依次是:优(Na+% < 20)、良(20≤Na+% < 40)、一般(40≤Na+% < 60)、差(60≤Na+% < 80)、极差(Na+%≥80); 根据PI值可分为3类:不适宜(PI < 0.25)、基本适宜(0.25≤PI < 0.75)、很适宜(PI≥0.75)[48~50].

雅江干流河水的SAR在0.11~0.93之间, 平均值为0.37±0.14, 远远低于10, 雅江干流河水具有很低的SAR值; 河流的SAR值越低, 越适合灌溉, 当SAR值高于18时, 河流的水质便不满足灌溉要求.Na+%在8.00~36.73之间, 平均值为16.06±4.97, 属于优, 表明雅江干流河水Na+的含量低, 发生置换过程较少, 适合灌溉, 对人类和农作物的健康没有危害.PI值在0.39~0.87之间, 平均值为0.66±0.10, 表明雅江干流流域水质基本适宜灌溉.

3 结论

(1) 1973~2020年雅江干流pH值和TDS的平均值分别是8.33±0.31和(208.30±58.26)mg·L-1; 雅江干支流河水中的优势阴阳离子均为HCO3-和Ca2+; 近50年来雅江Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-的年代增幅率分别为: 2.07、0.81、3.19和4.70 mg·(L·10 a)-1; 除NO3-外, 雅江干流的离子浓度均高于下游支流的离子浓度.

(2) 雅江水化学类型为HCO3-Ca型, 水化学组分主要受碳酸盐岩化学风化控制, 雅江干流在1973~1990年间主要受碳酸作用的碳酸盐岩风化, 2001~2020年间受碳酸和硫酸共同作用的碳酸盐岩风化.

(3) 雅江干流河水中SO42-、Cl-和NO3-远低于饮用水标准; SAR值低、Na+%属于优、PI为基本适宜, 表明雅江河水适合灌溉.

参考文献
[1] Raymond P A, Hartmann J, Lauerwald R, et al. Global carbon dioxide emissions from inland waters[J]. Nature, 2013, 503(7476): 355-359. DOI:10.1038/nature12760
[2] 涂春霖, 尹林虎, 和成忠, 等. 珠江源区小黄泥河流域地表水水化学组成特征及控制因素[J]. 环境科学, 2022, 43(4): 1885-1897.
Tu C L, Yin L H, He C Z, et al. Hydrochemical composition characteristics and control factors of Xiaohuangni River basin in the Upper Pearl River[J]. Environmental Science, 2022, 43(4): 1885-1897.
[3] Meybeck M. Global occurrence of major elements in rivers[J]. Treatise on Geochemistry, 2003, 5: 207-223.
[4] Han G L, Liu C Q. Water geochemistry controlled by carbonate dissolution: a study of the river waters draining karst-dominated terrain, Guizhou Province, China[J]. Chemical Geology, 2004, 204(1-2): 1-21. DOI:10.1016/j.chemgeo.2003.09.009
[5] Piper A M. A graphic procedure in the geochemical interpretation of water-analyses[J]. Eos, Transactions American Geophysical Union, 1944, 25(6): 914-928. DOI:10.1029/TR025i006p00914
[6] 周嘉欣, 丁永建, 曾国雄, 等. 疏勒河上游地表水水化学主离子特征及其控制因素[J]. 环境科学, 2014, 35(9): 3315-3324.
Zhou J X, Ding Y J, Zeng G X, et al. Major ion chemistry of surface water in the upper reach of Shule River basin and the possible controls[J]. Environmental Science, 2014, 35(9): 3315-3324.
[7] Nguyen T T, Kawamura A, Tong T N, et al. Clustering spatio-seasonal hydrogeochemical data using self-organizing maps for groundwater quality assessment in the Red River Delta, Vietnam[J]. Journal of Hydrology, 2015, 522: 661-673. DOI:10.1016/j.jhydrol.2015.01.023
[8] Gibbs R J. Mechanisms controlling world water chemistry[J]. Science, 1970, 170(3962): 1088-1090. DOI:10.1126/science.170.3962.1088
[9] Meybeck M. Global chemical weathering of surficial rocks estimated from river dissolved loads[J]. American Journal of Science, 1987, 287(5): 401-428. DOI:10.2475/ajs.287.5.401
[10] Gaillardet J, Dupré B, Louvat P, et al. Global silicate weathering and CO2 consumption rates deduced from the chemistry of large rivers[J]. Chemical Geology, 1999, 159(1-4): 3-30. DOI:10.1016/S0009-2541(99)00031-5
[11] 乐嘉祥, 王德春. 中国河流水化学特征[J]. 地理学报, 1963, 29(1): 1-13. DOI:10.3321/j.issn:0375-5444.1963.01.001
[12] 陈静生, 李荷碧, 夏星辉, 等. 近30年来黄河水质变化趋势及原因分析[J]. 环境化学, 2000, 19(2): 97-102.
Chen J S, Li H B, Xia X H, et al. A study on water-quality trend in the Yellow River system from 1960's to 1990's[J]. Environmental Chemistry, 2000, 19(2): 97-102.
[13] 王欣, 覃光华, 李红霞. 雅鲁藏布江干流年径流变化趋势及特性分析[J]. 人民长江, 2016, 47(1): 23-26.
Wang X, Qin G H, Li H X. Analysis on characteristics and variation trend of annual runoff of mainstream of Yarlung Tsangpo River[J]. Yangtze River, 2016, 47(1): 23-26.
[14] 刘佳驹, 郭怀成. 雅鲁藏布江河水氢氧同位素时空变化特征[J]. 中国环境科学, 2021, 41(11): 5194-5200.
Liu J J, Guo H C. Temporal and spatial variation characteristics of hydrogen and oxygen isotopes in Yarlung Zangbo River[J]. China Environmental Science, 2021, 41(11): 5194-5200.
[15] 刘天仇. 雅鲁藏布江水文特征[J]. 地理学报, 1999, 54(S1): 157-164.
Liu T C. Hydrological characteristics of Yalungzangbo River[J]. Acta Geographica Sinica, 1999, 54(S1): 157-164. DOI:10.11821/xb1999S1021
[16] 杨浩, 崔春光, 王晓芳, 等. 气候变暖背景下雅鲁藏布江流域降水变化研究进展[J]. 暴雨灾害, 2019, 38(6): 565-575.
Yang H, Cui C G, Wang X F, et al. Research progresses of precipitation variation over the Yarlung Zangbo River Basin under global climate warming[J]. Torrential Rain and Disasters, 2019, 38(6): 565-575.
[17] 张仪辉, 刘昌明, 梁康, 等. 雅鲁藏布江流域降水时空变化特征[J]. 地理学报, 2022, 77(3): 603-618.
Zhang Y H, Liu C M, Liang K, et al. Spatio-temporal variation of precipitation in the Yarlung Zangbo River basin[J]. Acta Geographica Sinica, 2022, 77(3): 603-618.
[18] 陈卓瑜, 陈旻, 张陵蕾, 等. 雅鲁藏布江中游径流历史演变特性及记忆性研究[J]. 人民长江, 2021, 52(S1): 56-62.
Chen Z Y, Chen M, Zhang L L, et al. Study on runoff historical evolution characteristics and memory in middle stream of Yarlung Zangbu River[J]. Yangtze River, 2021, 52(S1): 56-62.
[19] 李浩, 牛乾坤, 王宣宣, 等. 1961-2015年雅鲁藏布江流域径流演变规律分析[J]. 水土保持学报, 2021, 35(1): 110-115.
Li H, Niu Q K, Wang X X, et al. Variation characteristics of runoff in the Yarlung Zangbo River basin from 1961 to 2015[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2021, 35(1): 110-115.
[20] 王珍, 宋进喜, 段孟辰. 雅鲁藏布江径流变化的影响因素分析研究[J]. 环境科学与管理, 2016, 41(3): 53-57.
Wang Z, Song J X, Duan M C. Research on influencing factors of runoff changes of Yarlung Zangbo River basin[J]. Environmental Science and Management, 2016, 41(3): 53-57.
[21] Li D, Li J, Zhang L L, et al. Variations in the key hydrological elements of the Yarlung Zangbo River basin[J]. Water Supply, 2019, 19(4): 1088-1096.
[22] Huang X, Sillanpää M, Gjessing E T, et al. Water quality in the southern Tibetan Plateau: chemical evaluation of the Yarlung Tsangpo (Brahmaputra)[J]. River Researchand Applications, 2011, 27(1): 113-121.
[23] Jiang L G, Yao Z J, Wang R, et al. Hydrochemistry of the middle and upper reaches of the Yarlung Tsangpo River system: weathering processes and CO2 consumption[J]. Environmental Earth Sciences, 2015, 74(3): 2369-2379.
[24] 刘昭. 雅鲁藏布江拉萨—林芝段天然水水化学及同位素特征研究[D]. 成都: 成都理工大学, 2011.
Liu Z. The characterization of hydrochemistry and isotopic in the natural water of the Yarlung Tsangpo Lhasa-Nyingchi[D]. Chengdu: Chengdu University of Technology, 2011.
[25] 包宇飞. 雅鲁藏布江水文水化学特征及流域碳循环研究[D]. 北京: 中国水利水电科学研究院, 2019.
Bao Y F. The study of hydrochemical characteristics and carbon cycles in the Yarlung Zangbo River basin[D]. Beijing: China Institute of Water Resources and Hydropower Research, 2019.
[26] 严宇鹏, 牛凤霞, 刘佳, 等. 雅鲁藏布江上游夏季水化学特征及来源解析[J]. 中国环境科学, 2022, 42(2): 815-825.
Yan Y P, Niu F X, Liu J, et al. Hydrochemical characteristics and sources of the upper Yarlung Zangbo River in summer[J]. China Environmental Science, 2022, 42(2): 815-825.
[27] Wang S L, Jin H J, Li S X, et al. Permafrost degradation on the Qinghai-Tibet Plateau and its environmental impacts[J]. Permafrost and Periglacial Processes, 2000, 11(1): 43-53.
[28] 刘剑, 姚治君, 陈传友. 雅鲁藏布江径流变化趋势及原因分析[J]. 自然资源学报, 2007, 22(3): 471-477.
Liu J, Yao Z J, Chen C Y. Evolution trend and causation analysis of the runoff evolution in the Yarlung Zangbo River basin[J]. Journal of Natural Resources, 2007, 22(3): 471-477.
[29] 韩宇平, 王兆涵, 汪磊, 等. 多雄藏布流域水化学特征及化学风化特征的分析[J]. 华北水利水电大学学报(自然科学版), 2021, 42(2): 1-9.
Han Y P, Wang Z H, Wang L, et al. Analysis on hydrochemical characteristics and chemical weathering of Doxung Tsangpo basin[J]. Journal of North China University of Water Resources and Electric Power (Natural Science Edition), 2021, 42(2): 1-9.
[30] 仁增拉姆, 罗珍, 陈虎林, 等. 西藏年楚河流域水化学特征分析[J]. 地球与环境, 2021, 49(4): 358-366.
Renzeng L M, Luo Z, Chen H L, et al. Hydrochemical characteristics of Nyangchu River basin in Tibet[J]. Earth and Environment, 2021, 49(4): 358-366.
[31] 彭定志, 徐宗学, 巩同梁. 雅鲁藏布江拉萨河流域水文模型应用研究[J]. 北京师范大学学报(自然科学版), 2008, 44(1): 92-95.
Peng D Z, Xu Z X, Gong T L. Application of hydrological models to the Lhasa River basin of the Yalu Zangbu River[J]. Journal of Beijing Normal University (Natural Science), 2008, 44(1): 92-95.
[32] 任培. 拉萨河流域农用地土壤重金属污染现状调查分析[D]. 拉萨: 西藏大学, 2021.
Ren P. Investigation and analysis of the status of heavy metal pollution in agricultural land in Lhasa River basin[D]. Lhasa: Tibet University, 2021.
[33] 孟俊伦, 郭建阳, 吴婕, 等. 青藏高原尼洋河流域化学风化的季节变化特征和影响因素[J]. 地球环境学报, 2020, 11(2): 190-203.
Meng J L, Guo J Y, Wu J, et al. Seasonal variations of chemical weathering and its controlling factors of Nyang River in the Tibetan Plateau[J]. Journal of Earth Environment, 2020, 11(2): 190-203.
[34] 黄亮. 藏东南帕隆藏布中段第四纪沉积物特征及成因分析[D]. 成都: 成都理工大学, 2018.
Huang L. Characteristic and cause analysis of quaternary sediments in the middle part of the Palongzangbu River valley in Southeast Tibet[D]. Chengdu: Chengdu University of Technology, 2018.
[35] 黄俊雄, 徐宗学, 巩同梁. 雅鲁藏布江径流演变规律及其驱动因子分析[J]. 水文, 2007, 27(5): 31-35.
Huang J X, Xu Z X, Gong T L. Characteristics and driving factors of the runoff variations in the Yarlung Zangbo River[J]. Journal of China Hydrology, 2007, 27(5): 31-35.
[36] 张小侠. 雅鲁藏布江流域关键水文要素时空变化规律研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2011.
Zhang X X. Spatial-temporal evolutional laws of the key hydrological elements in Yarlung Zangbo River basin[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2011.
[37] 刘敏, 赵良元, 李青云, 等. 长江源区主要河流水化学特征、主要离子来源[J]. 中国环境科学, 2021, 41(3): 1243-1254.
Liu M, Zhao L Y, Li Q Y, et al. Hydrochemical characteristics, main ion sources of main rivers in the source region of Yangtze River[J]. China Environmental Science, 2021, 41(3): 1243-1254.
[38] 黄奇波, 覃小群, 刘朋雨, 等. 乌江中上游段河水主要离子化学特征及控制因素[J]. 环境科学, 2016, 37(5): 1779-1787.
Huang Q B, Qin X Q, Liu P Y, et al. Major ionic features and their controlling factors in the Upper-Middle reaches of Wujiang River[J]. Environmental Science, 2016, 37(5): 1779-1787.
[39] 左禹政, 安艳玲, 吴起鑫, 等. 贵州省都柳江流域水化学特征研究[J]. 中国环境科学, 2017, 37(7): 2684-2690.
Zuo Y Z, An Y L, Wu Q X, et al. Study on the hydrochemical characteristics of Duliu River basin in Guizhou Province[J]. China Environmental Science, 2017, 37(7): 2684-2690.
[40] 汪磊, 杨剑, 王兆涵, 等. 近50年来雅鲁藏布江流域水化学特征变化及成因分析[J]. 华北水利水电大学学报(自然科学版), 2021, 42(2): 10-16.
Wang L, Yang J, Wang Z H, et al. Study on the variation of water chemistry characteristics and causes of the Yarlung Tsangpo River basin in recent 50 years[J]. Journal of North China University of Water Resources and Electric Power (Natural Science Edition), 2021, 42(2): 10-16.
[41] Chen J S, Wang F Y, Xia X H, et al. Major element chemistry of the Changjiang (Yangtze River)[J]. Chemical Geology, 2002, 187(3-4): 231-255.
[42] Li S Y, Xu Z F, Wang H, et al. Geochemistry of the upper Han River basin, China: 3: anthropogenic inputs and chemical weathering to the dissolved load[J]. Chemical Geology, 2009, 264(1-4): 89-95.
[43] Li S Y, Zhang Q F. Geochemistry of the upper Han River basin, China, 1: spatial distribution of major ion compositions and their controlling factors[J]. Applied Geochemistry, 2008, 23(12): 3535-3544.
[44] Li S Y, Lu X X, He M, et al. Major element chemistry in the upper Yangtze River: a case study of the Longchuanjiang River[J]. Geomorphology, 2011, 129(1-2): 29-42.
[45] Li Y Z, Gao Z J, Liu J T, et al. Hydrogeochemical and isotopic characteristics of spring water in the Yarlung Zangbo River basin, Qinghai-Tibet Plateau, Southwest China[J]. Journal of Mountain Science, 2021, 18(8): 2061-2078.
[46] 李思悦, 谭香, 徐志方, 等. 湖北丹江口水库主要离子化学季节变化及离子来源分析[J]. 环境科学, 2008, 29(12): 3353-3359.
Li S Y, Tan X, Xu Z F, et al. Seasonal variation in the major ion chemistry and their sources in the Hubei Danjiangkou reservoir, China[J]. Environmental Science, 2008, 29(12): 3353-3359.
[47] Raju N J, Shukla U K, Ram P. Hydrogeochemistry for the assessment of groundwater quality in Varanasi: a fast-urbanizing center in Uttar Pradesh, India[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2011, 173(1-4): 279-300.
[48] Ebadati N, Hooshmandzadeh M. Water quality assessment of river using RBF and MLP methods of artificial network analysis (case study: Karoon River Southwest of Iran)[J]. Environmental Earth Sciences, 2019, 78(17). DOI:10.1007/s12665-019-8472-0
[49] Sivasankar V, Omine K, Msagati T A M, et al. Evaluation of groundwater quality in Madurai City, South India for drinking, irrigation and construction purposes[J]. Arabian Journal of Geosciences, 2014, 7(8): 3093-3107.
[50] Pant R R, Zhang F, Rehman F U, et al. Spatiotemporal variations of hydrogeochemistry and its controlling factors in the Gandaki River basin, Central Himalaya Nepal[J]. Science of the Total Environment, 2018, 622-623: 770-782.