西藏扎日南木措流域水环境特征及其影响因素

引用本文

李志龙, 张惠芳, 刘长兵, 陈旭, 索娜卓嘎, 德吉央宗, 周云桥, 牛学锐, 董慧科, 王小萍. 西藏扎日南木措流域水环境特征及其影响因素[J]. 环境科学, 2024, 45(8): 4529-4539.

LI Zhi-long, ZHANG Hui-fang, LIU Chang-bing, CHEN Xu, SUO-NA Zhuo-ga, DE-JI Yang-zong, ZHOU Yun-qiao, NIU Xue-rui, DONG Hui-ke, WANG Xiao-ping. Characteristics of Water Environment and Its Influencing Factors in Zhari Namco Basin, Xizang[J]. Environmental Science, 2024, 45(8): 4529-4539.

西藏扎日南木措流域水环境特征及其影响因素

李志龙¹, 张惠芳², 刘长兵², 陈旭², 索娜卓嘎², 德吉央宗², 周云桥³, 牛学锐³, 董慧科³, 王小萍³

1. 兰州大学资源环境学院, 兰州 730000;
2. 西藏自治区生态环境监测中心, 拉萨 850000;
3. 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境全国重点实验室, 北京 100101

收稿日期: 2023-09-11; 修订日期: 2023-11-17

基金项目: 第二次青藏高原综合科学考察研究项目（2019QZKK0605）

作者简介: 李志龙（1996~）, 男, 硕士研究生, 主要研究方向为青藏高原环境污染, E-mail：lzl18008349454@163.com

通信作者: 索娜卓嘎, E-mail：Xzjczxsz@163.com; 德吉央宗, E-mail：20900459@qq.com

摘要: 扎日南木措位于藏西北高寒草原带, 为西藏第三大湖, 生态环境脆弱, 长期以来其流域水环境的研究资料缺乏, 为探究其流域地表水环境特征及影响因素, 于2021年8月~2022年6月丰、枯、平水期对流域湖泊和入湖河流水环境进行调查, 结合数理统计以及水化学分析、相关分析和主成分分析等方法, 对流域水化学特征进行了评价, 分析了水质时空差异特征, 并对水质影响因素进行了探讨. 结果表明：①扎日南木措流域水体呈碱性, 湖水离子组成以Na⁺、SO₄^2-和Cl^-为主, 河流以Ca²⁺、HCO₃^-和SO₄^2-为主. ②硫酸盐、砷、氯化物和总磷为主要超标污染物, 流域水质存在明显时空差异. 时间上, 硫酸盐、砷和总磷超标均表现为：丰水期 > 枯水期 > 平水期, 氯化物的水期差异不明显；空间上, 河流水质优于湖泊, 湖泊中砷、总磷、TDS、硫酸盐、氯化物、K⁺和Na⁺的浓度较河流高1~2个数量级, 水质超标现象基本集中于湖区, 而湖内水质空间差异小. ③流域水化学过程主要受蒸发-浓缩和岩石风化下的自然过程控制, 各类元素经地表径流进入湖泊后, 在蒸发浓缩作用下不断富集最后产生超标. ④水质时间差异主要是丰水期更多的元素淋失和更强烈的蒸发作用导致；而空间差异则主要是流动水体和封闭水体的水动力条件差异导致.

关键词: 扎日南木措水化学特征时空差异影响因素主成分分析

Characteristics of Water Environment and Its Influencing Factors in Zhari Namco Basin, Xizang

LI Zhi-long¹ , ZHANG Hui-fang² , LIU Chang-bing² , CHEN Xu² , SUO-NA Zhuo-ga² , DE-JI Yang-zong² , ZHOU Yun-qiao³ , NIU Xue-rui³ , DONG Hui-ke³ , WANG Xiao-ping³

1. College of Earth and Environmental Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China;
2. Tibetan Ecology and Environment Monitoring Center, Lhasa 850000, China;
3. State Key Laboratory of Tibetan Plateau Earth System and Resources, Environment, Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

Abstract: Zhari Namco is situated in the alpine grassland belt of northwestern Xizang with a fragile ecological environment. As the third-largest lake in Xizang, there has been a long-term lack of research data concerning its basin water environment. In an effort to elucidate the surface water environment characteristics of the basin and the factors influencing them, an extensive investigation was conducted from August 2021 to June 2022, encompassing periods of high flow, low flow, and base flow. Further, the study also involved comprehensive assessments of the water chemistry characteristics and spatial-temporal variation in lake sampling sites of the basin that were not significant by using mathematical statistics, hydrochemical analysis, correlation analysis, and principal component analysis. The findings revealed the following: ① The water in the Zhari Namco Basin exhibited an alkaline nature, with dominant ionic compositions in the lake comprising Na⁺, SO₄^2-, and Cl^-, whereas the rivers were primarily characterized by Ca²⁺, HCO₃^-, and SO₄^2-. ② The main pollutants exceeding established standards included sulfates, arsenic, chlorides, and total phosphorus. The study identified significant spatiotemporal variations in water quality. Temporally, the exceedance of sulfates, arsenic, and total phosphorus was most pronounced during high-flow periods, followed by that during low-flow and base flow periods, with chloride levels showing less temporal variation. Spatially, river water quality surpassed that of the lakes, with arsenic, total phosphorus, TDS, sulfate, chloride, K⁺, and Na⁺ concentrations in lakes 1 to 2 orders of magnitude higher than those in rivers. Water qualities exceeding the established standard were primarily found in the lake, with less spatial variations within the lake itself. ③ Hydrochemical processes within the basin were found to be primarily influenced by natural phenomena, including evaporation-concentration and rock weathering. Various elements entered the lakes via surface runoff, where they continuously accumulated under the influence of evaporation-concentration processes, ultimately leading to exceedances. ④ Temporal variations in water quality were primarily attributed to increased elemental loss and intensified evaporation during high-flow periods. The spatial discrepancies in water quality were predominantly a consequence of the differing hydrodynamic conditions between flowing water bodies and enclosed water bodies.

Key words: Zhari Namco hydrochemical characteristics spatial-temporal variation influencing factors principal component analysis

湖泊具有调节河川径流、发展灌溉、提供工业和饮用的水源、繁衍水生生物、沟通航运和改善区域生态环境等多种功能, 在支撑我国经济社会发展和生态安全方面具有十分重要的地位^[1], 而近年我国湖泊水质调查结果却不容乐观. 东部平原湖区位于我国地势第三级阶梯, 该区为东部季风湿润区, 河网密布, 湖泊多为开放的淡水湖, 降水和河川径流为湖泊主要补给来源. 平原湖泊的开发利用历史悠久, 人口稠密, 入湖氮磷污染物对湖泊水质造成严重影响^[2]. 2016~2020年间, 长江流域湖泊富营养化呈现加剧趋势^[3], 巢湖营养状态波动于轻度至中度富营养之间, 洞庭湖水质始终保持为Ⅳ类^[4]；鄱阳湖、大通湖、洪湖和环太湖富营养化情况严重, 水质以Ⅳ类和Ⅴ类为主^{[5, 6]}. 云贵高原湖区位于地势第二级阶梯, 该区湖泊多属于断裂陷落性湖, 蓄水较深, 多分布于盆地和坝子中, 入湖支流水系多而出流水系少, 流域内人口聚集, 湖泊换水周期长, 对污染物的净化作用弱^[7], 湖泊生态系统较脆弱. 如滇池水体为Ⅳ类水质、轻度富营养化^[8]；昆明阳宗海水体砷浓度超过生活卫生饮用水标准^[9]；洱海和抚仙湖流域受农业面源污染物排放影响, 湖泊水质面临富营养化威胁^{[10, 11]}. 目前我国湖泊水环境研究多集中在人口密集的东部地区^{[12, 13]}, 对青藏高原地区湖泊的污染状况研究仍然匮乏.

青藏高原位于我国地势第一级阶梯, 是我国“江河源”区, 有“亚洲水塔”之称^[14], 高原湖泊广布, 其中面积大于1 km²的湖泊数量117个, 总面积约46 500 km², 超过全国湖泊总面积的50%^[15]. 青藏高原湖泊多为内流封闭型湖泊, 降水、雪冰融水、地下水及冻土中的水分释放是主要水源补给形式^[16], 湖泊水化学成分主要受流域地表侵蚀影响, 受人类活动干扰较少^[17]；同时青藏高原海拔高, 严寒少雨, 蒸发强烈, 易受全球环境变化影响^[18]. 在每10 a升温幅度达0.3~0.4℃背景下, 青藏高原湖泊、冰川和水循环发生着剧烈变化^[19], 湖泊水生态环境保护工作面临着更大的挑战. 目前高原湖泊的研究集中于东南部湖泊, 如纳木错、羊卓雍错和然乌湖^[20~23]. 而坐落在西北部的西藏第三大湖扎日南木措, 目前仅有少量文献对湖泊水位、湖滨带土壤和个别水体理化指标进行了单一的研究^[24~26], 涉及整个流域水环境的研究尚非常缺乏.

扎日南木措地处藏西北高寒草原地带, 属于断陷构造湖, 具有完整而特殊的生态系统, 是青藏高原的代表性湖泊之一, 新颁布的《中华人民共和国青藏高原生态保护法》进一步强调要健全青藏高原江河、湖泊的管理和保护制度, 加大对系列重点湖泊的保护力度, 因此开展扎日南木措流域地表水环境研究是必要的. 本研究于丰、枯、平水期对扎日南木措流域湖泊和入湖河流水环境进行调查, 结合数理统计和分析方法对流域水化学特征进行评价, 并对水质的时空差异和影响因素进行了探讨, 通过填补藏西北高寒区流域水环境的数据空缺, 以期为高原水生态环境保护工作提供科学依据.

1 材料与方法 1.1 研究区域及数据来源 1.1.1 研究区概况

扎日南木措地处西藏自治区阿里地区措勤县的东南部, 地理位置为东经85°15′4.82″~85°54′29.43″, 北纬30°43′5.91″~31°07′20.12″之间, 东西长约54 km, 南北宽约28 km, 面积约1 023 km², 为西藏第三大湖. 扎日南木措流域为典型内陆高原气候, 年均温在0℃以下, 年降雨量在200 mm左右, 年蒸发量2 400 mm, 具有严寒干旱的特点, 降水主要集中在夏季, 7~9月降水占到了全年降水的78.5%, 主要补水河流为措勤藏布和达龙藏布. 流域位于亚寒带半干旱草原生态土壤区, 主要分布土壤类型为高山荒漠草原土、高山草原土、高山草甸土和盐土, 土壤pH值均大于8.

1.1.2 样品采集与分析

本研究于2021年8月（丰水期）、2021年12月（枯水期）和2022年6月（平水期）分别对扎日南木措、扎日南木措上游的小湖（达瓦错）以及主要入湖河流开展了3次地表水采样工作, 共布设地表水采样点14个, 采样点分布情况如图 1所示.

枯水期R4和R5采样点因结冰无法采样, R6为不知名入湖河流图 1 扎日南木措流域地表水采样点分布 Fig. 1 Distribution of sampling sites in Zhari Namco Basin

本研究分析了23项地表水水质指标, 其中水温、pH、浊度、溶解氧（DO）和电导率（EC）5项指标采用YSI便携式水质分析仪现场测定^[27]. 高锰酸盐指数、化学需氧量（COD）、总氮、氨氮、总磷、As、K⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、氟化物、氯化物、硫酸盐、硝酸盐、总硬度、TDS、碳酸盐和碳酸氢盐这18项水质指标数据则经由洗涤干净聚乙烯瓶盛装的水样, 低温带回实验室后, 在西藏自治区生态环境监测中心实验室测定得出.

1.2 研究方法

为探明流域水环境特征, 本研究利用Piper三线图评价了流域地表水水化学演化和水化学类型^[22], 通过单因子污染指数法识别重点超标水质指标^[28]；利用数理统计方法和水质空间分布对水质时空差异进行分析. 之后通过Gibbs水岩模型, 结合相关性分析和主成分分析, 对水质影响因素进行探讨, 相关性分析针对重点水质指标进行, 主成分分析则将数据进行标准化处理后提取主成分, 计算因子载荷和方差贡献率^[29].

2 结果与分析 2.1 流域地表水水环境特征 2.1.1 地表水水质特征

湖泊和河流水质参数统计显示（表 1和表 2）, 湖泊3个水期pH均值在9.5以上, 河流pH均值在8.64~9.10之间, 流域水体呈碱性；在3个水期, 湖泊EC和ρ（TDS）分别介于1 003~39 300 μS·cm^-1和7~23 346 mg·L^-1, 而河流介于227~941 μS·cm^-1和9~2 540 mg·L^-1, 河湖ρ（TDS）存在数量级差异, 湖水中溶解性矿物质和离子总量处于较高水平, 属于咸水湖, 而河流为淡水环境.

表 1 湖泊水质数据描述统计^1） Table 1 Descriptive statistics of lake water quality data

表 2 河流水质数据描述统计^1） Table 2 Descriptive statistics of river water quality data

监测指标	丰水期			枯水期			平水期
监测指标	最小值	最大值	平均值	最小值	最大值	平均值	最小值	最大值	平均值
pH	8.34	10.2	9.10	8.34	9.69	8.79	8.17	9.09	8.64
EC	244	551	372	227	941	476	215	606	353
浑浊度	1.26	71.4	35.0	2.81	42.8	19.8	2.47	58.0	14.4
高锰酸盐指数	0.900	10.6	3.00	0.600	20.2	5.53	0.900	6.50	3.28
ρ（DO）	4.55	8.12	5.78	6.22	8.50	7.17	5.37	6.98	6.32
ρ（COD）	6.00	17.0	11.4	11.0	64.0	37.5	5.00	36.0	19.0
ρ（总氮）	0.170	0.970	0.537	0.097 0	0.844	0.473	0.150	0.620	0.402
ρ（氨氮）	0.040 0	0.400	0.177	0.226	0.276	0.245	0.026 0	0.026 0	0.026
ρ（总磷）	0.020 0	0.050 0	0.028 0	—	—	—	0.020 0	0.030 0	0.028 0
ρ（砷）	0.003 00	0.031 0	0.015 0	0.003 00	0.053 0	0.016 0	0.007 00	0.017 0	0.012 0
ρ（K⁺）	1.610	5.19	3.55	2.38	17.5	9.62	1.76	88.0	18.4
ρ（Ca²⁺）	26.9	61.6	49.6	10.8	208	94.0	0.100	72.5	31.2
ρ（Na⁺）	5.52	43.0	18.0	16.1	97.2	63.9	4.84	88.2	40.7
ρ（Mg²⁺）	5.62	13.8	10.4	11.0	62.8	29.5	1.45	30.3	15.4
ρ（氟化物）	0.044 0	0.604	0.248	0.171	0.811	0.354	0.008 00	0.635	0.289
ρ（氯化物）	1.01	16.3	7.42	1.10	27.4	9.46	4.60	1 560	777
ρ（硫酸盐）	18.0	80.4	54.7	21.2	94.5	50.0	23.8	4 450	2 235
ρ（硝酸盐）	0.253	0.781	0.447	0.481	0.897	0.663	0.257	5.38	3.18
ρ（总硬度）	100	456	234	112	200	155	58	171	99.3
ρ（TDS）	212	658	429	103	2 540	1 018	9.00	352	136
c（碳酸盐）	0.050 0	0.900	0.325	0.050 0	0.600	0.188	0.050 0	0.300	0.133
c（碳酸氢盐）	1.30	2.90	2.00	1.60	4.90	2.68	0.650	4.40	2.62
1）pH值无量纲, 电导率单位为μS·cm^-1, 碳酸盐和碳酸氢盐单位为mmol·L^-1, 浑浊度单位为NTU, 其余指标的单位均为mg·L^-1, “—”表示因结冰无采样数据

表 2 河流水质数据描述统计^1） Table 2 Descriptive statistics of river water quality data

湖泊3个水期ρ（总磷）均值分别为0.165、0.124和0.036 mg·L^-1, 丰、枯水期含量偏高, 而河流ρ（总磷）最高仅为0.050 mg·L^-1, 达到Ⅱ类地表水水质. 湖泊3个水期ρ（砷）均值分别为0.510、0.495和0.039 mg·L^-1, 丰、枯水期显著偏高, 而河流ρ（砷）介于0.007~0.053 mg·L^-1, 达到了Ⅰ类地表水质. 湖泊和河流中的ρ（总氮）最大为0.970 mg·L^-1, ρ（氨氮）最大为0.360 mg·L^-1, 均分别达到了Ⅲ类和Ⅱ类地表水水质.

湖泊ρ（Ca²⁺）均值为72.8 mg·L^-1, 较ρ（K⁺）281 mg·L^-1和ρ（Mg²⁺）269 mg·L^-1低, 浓度最高的阳离子为Na⁺, 浓度平均值达到了2 001 mg·L^-1, 而河流中ρ（Ca²⁺）、ρ（K⁺）、ρ（Mg²⁺）和ρ（Na⁺）均值仅为53.8、10.7、17.1和38.0 mg·L^-1. 湖泊ρ（氟化物）和ρ（硝酸盐）均值分别为0.115 mg·L^-1和4.49 mg·L^-1, c（碳酸盐）和c（碳酸氢盐）为5.59 mmol·L^-1和10.0 mmol·L^-1, 而河流对应指标浓度平均值分别为0.290 mg·L^-1和1.52 mg·L^-1以及0.219 mmol·L^-1和2.40 mmol·L^-1, 处于较低的水平；湖水受持续蒸发影响, 一方面导致TDS升高、水体咸化, 另一方面导致碳酸盐岩矿物饱和沉淀^[30], 故水体中Ca²⁺、碳酸盐和碳酸氢盐浓度均处于较低水平；而湖水中ρ（氯化物）和ρ（硫酸盐）均值分别达到了1 271 mg·L^-1和3 866 mg·L^-1, 河流则为297 mg·L^-1和871 mg·L^-1.

2.1.2 水化学组成特征

基于阴阳离子毫克当量百分比得出的Piper三线图可以评价流域地表水的水化学演化和水化学类型^[31]. 由图 2可知湖泊和河流水化学的主要离子组成存在明显差异, 对于湖水, 阳离子图中采样点主要集中在右下角, 靠近Na⁺+ K⁺端元, 阳离子以Na⁺为主；而阴离子图中除L8外, 采样点基本集中在右上角, 靠近SO₄^2-端元, 阴离子组成以SO₄^2-为主. 对于河水, 阳离子主要以Ca²⁺为主, Na⁺次之；R1~R3采样点阴离子以HCO₃^-为主, R4~R6采样点以SO₄^2-为主. 流域湖泊水化学类型为SO₄-Na型, 河流为SO₄·HCO₃-Ca型. 湖泊水化学类型与青藏高原其他湖泊：纳木错（Mg·Na-HCO₃·SO₄）、公珠错（Na-HCO₃）、班公错（Na·Mg-HCO₃）和然乌湖（Ca·Mg-HCO₃）存在明显区别^[32], 而Na⁺、K⁺主要源于蒸发岩或硅酸盐岩的风化, Ca²⁺、HCO₃^-主要为碳酸盐岩和（或）蒸发岩的风化, Cl^-和SO₄^2-则主要源于蒸发岩的溶解^[33].

图 2 扎日南木措流域地表水Piper三线图 Fig. 2 Piper diagrams of surface water within Zhari Namco Basin

2.1.3 单因子污染指数分析

单因子污染指数结果显示（表 3）, 流域地表水主要超标指标为硫酸盐、砷、氯化物和总磷（单因子指数 > 1）. 14个采样点中, R1、R2和R3采样点达到了Ⅲ类及以上地表水质, R4、R5和R6采样点平水期存在硫酸盐超标现象, 而L1~L8湖泊采样点水质劣于Ⅴ类标准. 湖泊砷和总磷的单因子指数普遍较高, 砷具有相当高的稳定性和难降解性, 富集到一定浓度会对水生生物系统产生严重危害, 同时会通过食物链和地下水影响人体健康^[34], 而磷是导致湖泊水体富营养化的关键元素^[35]. 虽然湖水富含氮磷元素, 总磷处于富营养化水平^[36], 但水体并未出现富营养化现象, 这可能因为富营养化作为更偏生态学上的概念, 采取总磷、氮、叶绿素和透明度等指标进行评价只是一种替代方法, 水生植物的初级生产力才是更合理且直接的评价指标^[37]. 然而湖泊水体盐度极高, 加之高原稀薄的氧气含量, 流域0℃以下的年均温, 均抑制了藻类的生长繁殖^[38], 阻止了高原湖泊富营养化现象的发生.

表 3 单因子指数评价结果^1） Table 3 Evaluation results of single factor index

2.2 水质时空差异特征 2.2.1 水质水期差异特征

为了能直观体现流域水质水期差异特征, 选择硫酸盐、砷、氯化物和总磷这4项重点水质指标, 对不同水期水质超标情况进行对比分析（以地表水环境质量标准中Ⅲ类水作为标准）. 总体来看（图 3）, 扎日南木措硫酸盐、砷和总磷超标情况呈现：丰水期 > 枯水期 > 平水期的规律；而氯化物的水期差异无明显规律, 在3个水期均出现不同程度的超标；而超标倍数情况依次为：硫酸盐 > 砷 > 氯化物 > 总磷. 砷、总磷和氯化物超标最严重的采样点均为L8, 而硫酸盐为L3.

图 3 不同水期水质指标超标情况对比 Fig. 3 Comparison of water quality indicators exceeding the standard

2.2.2 水质空间差异特征

选取流域水体主要阴阳离子成分、砷、总磷、总氮和TDS共计11项水质指标, 作流域水质指标浓度空间特征图（图 4）. 可以看出, 除总氮和Mg²⁺两项指标浓度河湖差异不大外, 其余指标均呈现明显的湖泊 > 河流的特点, 且差异达到了1~2个数量级；对于湖泊点位, 达瓦错的砷、总磷、K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺这5项指标浓度整体较扎日南木措高, 总氮、氯化物、硫酸盐和TDS较扎日南木措低, Na⁺和碳酸氢盐则处于大致相当的水平；对于河流点位, 措勤藏布和达龙藏布的砷和总磷这2项指标浓度水平相当, 其余9项指标则表现为达龙藏布 > 措勤藏布；此外扎日南木措湖区采样点水质空间差异较小, 这可能是由于湖泊四周地质背景一致, 主要分布土壤均为高山草原土, 且河流补给稳定, 流量较小, 无出水口, 湖泊受到的扰动较小, 新旧水体混合后湖水达到较为均匀的状态导致.

图 4 水质空间差异特征 Fig. 4 Spatial variation in water quality

2.3 相关性分析

相关性分析可以初步估计多个指标之间的关联程度^[39], 对湖泊和河流水质指标分别进行皮尔逊相关性分析（图 5）, 可以发现, 在湖泊和河流中, 氯化物与硫酸盐、砷与总磷两两存在显著正相关, 说明它们可能有相同的来源及污染发展趋势^[40]；此外, 湖泊和河流中砷和总磷与EC、COD和高锰酸盐指数均存在不同程度显著正相关, 说明水体中较高的溶解盐和无机还原性物质可能会对砷和磷产生影响.

1.pH, 2.DO, 3.EC, 4.高锰酸盐指数, 5.COD, 6.总氮, 7.总磷, 8.砷, 9.K⁺, 10.Ca⁺, 11.Na⁺, 12.Mg²⁺, 13.氯化物, 14.硫酸盐, 15.硝酸盐, 16.TDS；^*表示P < 0.05, ^**表示P < 0.01 图 5 水质指标相关性热图 Fig. 5 Correlation diagram of water quality indicators

2.4 主成分分析

选择pH等8项水质指标进行主成分分析^[41], 保留特征值大于1的主成分, 分别对湖泊和河流的水质结果进行解释, 主成分因子载荷结果见表 4. 湖泊包含3个主成分, 累计方差贡献率达84.4%. PC1方差贡献率为45.6%, 与PC1密切相关正载荷因子为pH和硫酸盐, pH为反映水体基本化学环境的指标, 而硫酸盐主要来自蒸发岩和盐岩的溶解, PC1解释为硫酸盐矿物的风化溶解；与PC2密切相关的正载荷因子为Na⁺和K⁺, Na⁺主要源于盐岩的风化作用, K⁺则来自硅酸盐岩, 故PC2解释为盐岩和硅酸盐岩的溶解；与PC3密切相关的载荷因子为氯化物, 可解释为蒸发岩的溶解.

表 4 主成分分析载荷矩阵^1） Table 4 Load matrix of principal component analysis

河流提取了2个主成分, 累计方差贡献率为85.2%. PC1方差贡献率为56.7%, 与PC1密切相关的正载荷因子为pH、总磷、总氮和砷, 表明PC1主要受富营养化元素氮磷和重金属砷的影响；PC2方差贡献率为28.5%, 密切相关的载荷因子为氯化物和硫酸盐, PC2解释为蒸发岩和盐岩风化溶解影响.

3 讨论 3.1 流域水质影响因素 3.1.1 地表水水化学演化

大气降水、岩石风化以及矿物的溶解和土壤的淋溶都是湖泊和河流水体中离子的可能来源, Gibbs图包括蒸发-浓缩、岩石风化和大气降水这3个控制端元, 可用来推断自然水体中的水文地球化学过程^[42~44]. 如图 6所示, 流域湖泊采样点主要落在右上角的蒸发-浓缩区域内, 有轻微向岩石风化区域偏移的趋势；而河流采样点基本集中于岩石风化作用区域, 部分采样点同时受到大气降水作用. 整体而言流域地表水化学主要受蒸发-浓缩和岩石风化控制.

图 6 扎日南木措流域地表水Gibbs图 Fig. 6 Gibbs plots of Zhari Namco Basin

基于前文分析, 湖泊水化学类型主要受蒸发-浓缩控制, 扎日南木措为封闭型湖泊, 主要补水方式为冰雪融水汇聚成的地表径流和大气降水, 属于咸水湖, 蒸降比10~15, 干燥度1.84, 太阳辐射强, 湖水蒸发强烈. 只进不出的补水方式和水体长期强烈蒸发浓缩作用导致湖水中溶解度高的盐类离子（Na⁺、SO₄^2-和Cl^-）发生集聚, 浓度升高, 溶解度低的盐类离子（Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-和CO₃^2-）发生沉淀, 浓度降低^[45].

3.1.2 超标指标影响因素

自然水体受到人为活动的影响时, 会呈现较高的Cl^-/Na⁺和NO₃^-/Na⁺ 比值^[46], 然而流域地表水中这两者的比值均较低, 说明受人为因素的影响小. 流域为纯牧业区, 地广人稀, 无大型排污加工制造产业, 人为污染物的排放极少, 因此地表水主要是自然状况下的水化学演化. 从淡水湖到咸水湖再到盐湖, 直至干盐湖结束是湖泊自然演化的一般趋势^[19], 扎日南木措目前仍处于硫酸盐型向氯化物型水化学演化的过渡阶段. 而结合前文分析, 天然水体离子来源受岩石风化影响, 硫酸盐和氯化物存在正相关关系, 可能具有相同的来源, 推测硫酸盐和氯化物主要源于蒸发岩和盐岩的溶解, 加之流域水化学主要受蒸发-浓缩和岩石风化控制, 在湖水蒸发浓缩作用下富集而产生超标.

砷可以通过大气沉降、风化作用和生物活动等自然过程以及采矿、化石燃料燃烧、含砷农药使用等人类活动在环境中迁移^[47], 岩石风化物和工农业废水是水体中砷的主要来源^[48], 而扎日南木措流域无工农业活动, 水体中的砷更大可能来源于岩石风化物. 有相关研究表明土壤pH与砷释放量呈正相关^{[49, 50]}, 而扎日南木措湖周边土壤pH值超过了9, 加之冰雪融水和径流的溶解、携带作用, 岩石风化物和土壤中的砷元素更易释放并进入湖泊中不断富集.

磷元素一般以可溶态和颗粒态随地表径流迁移^[51], 牧区牛羊粪便也是磷元素的来源之一^[52], 流域地表植被覆盖度较低, 地表径流促使土壤磷元素进入河湖水体中并不断积累；而高原的低温使得湖泊藻类和浮游植物数量少, 对磷元素的吸收消耗缓慢^[53], 水体自净能力弱, 多种因素作用可能造成了总磷的超标.

3.2 水质时空差异

受西南季风的影响, 扎日南木措流域7~9月降水量占全年降水量的78.5%, 丰水期的降水和径流多于其他水期, 流水冲刷作用和搬运能力也更强, 导致周边岩石风化物和土壤中的元素成分更多地淋失进入湖泊中^[54]；同时入湖径流少且给水量小, 而广阔的湖泊面积, 夏季更高的气温和更强的太阳辐射, 带来了更强烈的蒸发作用, 因此丰水期更大的水量补给并没有对湖水起到稀释作用, 反而导致湖水水质指标浓度增加；枯水期和平水期进入湖泊的污染物较少, 湖泊自净负担相对较小, 故与丰水期相比各水质指标反而出现较低的浓度值.

此外, 湖泊与河流的水环境存在显著差异, 河流水质明显好于湖泊. 一方面, 河流为流动水体, 处于一个不断更新的状态, 溶解氧含量好于湖泊, 且河流水系弯曲少, 水流速度较快, 污染物的滞留时间较短且会更快地扩散. 而扎日南木措只进不出的补水方式, 不断接收着入湖河流带来各类物质, 这些物质或沉积于沉积物中, 或以溶解态在湖泊水体中富集, 而湖泊的蒸降比超过了10, 在长期的蒸发浓缩作用下, 砷、总磷、TDS、硫酸盐、氯化物、Na⁺和K⁺指标浓度河湖之间存在1~2个数量级的差异.

4 结论

（1）扎日南木措流域湖泊阴阳离子以Na⁺、SO₄^2-和Cl^-为主, 河流以Ca²⁺、HCO₃^-和SO₄^2-为主, 水化学类型分别为SO₄-Na型和SO₄·HCO₃-Ca型；湖泊、河流水体pH均值分别为9.54和8.73, 呈碱性.

（2）流域地表水主要超标指标为硫酸盐、砷、氯化物和总磷, 水质存在明显时空差异. 时间上, 硫酸盐、砷和总磷超标情况表现为：丰水期 > 枯水期 > 平水期, 氯化物无明显水期规律；空间上, 河流水质明显优于湖泊, 河流中措勤藏布水质优于达龙藏布, 而湖泊多项水质指标浓度较河流高1~2个数量级, 超标现象基本集中于湖区, 湖内水质指标浓度空间差异小, 水质较均匀.

（3）流域地表水主要受蒸发-浓缩和岩石风化控制, 受人为因素影响小, 主要是自然状况下的水化学演化过程, 蒸发岩、盐岩、硅酸盐岩和土壤中的元素经地表径流进入湖泊中后, 在强烈的蒸发-浓缩作用下, 在湖中产生富集.

（4）丰水期更多的元素淋失以及夏季更强烈的蒸发作用是造成水质时间差异的主要原因；而空间上, 湖泊和河流水质差异主要是水动力条件差异导致, 河流为流动水体, 水中污染物质不易滞留, 而湖泊只进不出的补水方式和蒸发浓缩作用使得各类物质在湖中富集.

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