孟加拉国Shitalakshya河水质的时空动态、质量评估与污染源解析研究

《Heliyon》：Spatiotemporal dynamics, quality appraisal and source apportionment of water quality parameters in Shitalakshya River, Bangladesh

本研究针对孟加拉国Shitalakshya河日益严重的污染问题，通过系统评估18个水质参数(WQPs)在10个采样点的时空变化，揭示了水质从"较差"到"严重恶化"的现状。研究人员采用加权算术水质指数(WAWQI)和主成分分析(PCA)方法，识别出工业废水和农业径流是主要污染源，特别是城市区域离子和营养盐负荷显著。该研究为制定针对性污染控制策略提供了科学依据，对保障公共健康和河流生态可持续性具有重要意义。

　　

在孟加拉国达卡和纳拉扬甘杰城市区域，有一条被称为"生命线"的河流——Shitalakshya河，它不仅是数百万人饮用水、农业灌溉和工业生产的重要水源，还承担着交通运输和水产养殖等多重功能。然而，这条至关重要的河流正面临着前所未有的污染挑战。随着城市化进程加快和工业发展，未经处理的工业废水、生活污水和农业径流直接排入河中，导致水质急剧恶化。尽管该河流具有重要的生态和经济价值，但关于其水质参数时空变化及驱动因素的系统研究仍然缺乏。

以往的研究往往只关注特定参数或短期评估，未能全面揭示Shitalakshya河水质在不同季节和空间尺度上的变化规律。例如，Islam等人(2015年)仅分析了重金属污染，而Fatema等人(2018年)和Rahman等人(2021年)的研究则分别集中于Buriganga河和Turag河，未能扩展到Shitalakshya河的全面评估。这种研究空白使得制定有效的河流管理策略缺乏科学依据。

为了填补这一研究空白，来自达卡大学和孟加拉国科学与工业研究委员会的研究团队开展了一项为期三年的综合研究，系统评估了Shitalakshya河的水质状况。他们的研究成果发表在《Heliyon》期刊上，为理解该河流的污染机制和制定管理措施提供了重要科学依据。

研究人员采用了多种关键技术方法开展本研究。他们沿Shitalakshya河75公里河段设置了10个采样点，从2022年秋季至2024年春季进行双月采样，共收集100个水样。物理参数如温度(T)、总溶解固体(TDS)、总悬浮固体(TSS)等使用校准仪器现场测定，化学参数则采用标准化实验室流程分析。特别值得一提的是，研究人员使用离子色谱(IC)技术进行阴离子精确分析，确保了数据的准确性。水质评估采用加权算术水质指数(WAWQI)法，同时运用主成分分析(PCA)等统计方法识别污染源和空间模式。

3.1. 季节性变化特征

研究表明，Shitalakshya河的水质参数呈现明显的季节性波动。温度在雨季2023年达到最高(29.19±1.39°C)，在冬季2024年最低(19.30±1.85°C)。总溶解固体在春季2024年达到峰值(379±116 mgL^-1)，而总悬浮固体在夏季2023年最高(593±52 mgL^-1)。溶解氧水平与温度呈负相关，在晚秋2022年最高(9.34±1.19 mgL^-1)，在秋季2023年最低(3.84±0.33 mgL^-1)。阴离子浓度也显示显著季节性变化，氟化物和氯化物在春季2024年明显升高，而溴化物在整个研究期间均低于检测限。这些变化反映了气候因素和人类活动的共同影响。

3.2. 空间分布规律

空间分析显示，从上游农村区域到下游城市区域，水质呈现明显的梯度变化。总溶解固体在Nobiganj最高(303±149 mgL^-1)，总悬浮固体在Ichakhali达到峰值(410±195 mgL^-1)。电导率在Nobiganj最高(610±294 μScm^-1)，表明该区域离子浓度较高。硝酸盐浓度在上游的Nobiganj最高(20.00±13.36 mgL^-1)，而下游的Kapasia最低(2.28±1.09 mgL^-1)，反映了城市区域更为严重的营养盐污染。

3.3. 相关性分析结果

Pearson相关性分析揭示了水质参数之间的复杂关系。总溶解固体与电导率呈现强正相关(r=1.00)，总溶解固体与总硬度也显示强相关性(r=0.95)。氯化物与总溶解固体密切相关(r=0.94)，表明溶解离子对水质的重要影响。空间分析中，溶解氧与硝酸盐呈现负相关(r=-0.87)，反映了有机污染对氧消耗的影响。

3.4. 水质指数评估

加权算术水质指数分析表明，Shitalakshya河水质在时空上存在显著差异。季节性评估显示，水质在最差的夏季2023年(WAWQI=164，严重恶化)和相对较好的雨季2023年(WAWQI=68，较差)之间波动。空间上，工业影响严重的站点如Kalagachhiya、Narayanganj、Nobiganj、Kanchpur和Ichakhali持续记录高WAWQI值，反映严重污染状况，而Kapasia等站点水质稍好(WAWQI=93，很差)，但仍超过可接受水平。

3.5. 与周边河流比较

与达卡周边其他河流的比较显示，Shitalakshya河的污染程度处于中等水平。Turag河显示更严重的污染，总溶解固体达1454 mgL^-1，溶解氧低至1.88 mgL^-1。Buriganga河也面临严重挑战，溶解氧在某些研究中甚至检测不到。这些比较突出了孟加拉国河流污染的普遍性和严重性。

3.6-3.7. 污染源解析

主成分分析成功识别了影响水质的主要因素。季节性分析中，识别出3-5个主成分，解释了大部分数据变异。第一主成分通常代表离子组成和营养盐含量，受自然地球化学过程和人为活动共同影响。第二主成分主要反映有机污染和悬浮颗粒物，与侵蚀过程和废水排放相关。分析结果明确了工业废水和农业径流是主要污染源，特别是在城市区域和干旱季节。

研究结论部分强调，Shitalakshya河的水质受到时空变化的显著影响，干旱季节和城市工业区污染尤为严重。加权算术水质指数和主成分分析的结果一致表明，工业排放和农业活动是主要污染源，导致河流水质从"较差"到"严重恶化"不等。

这项研究的重要意义在于为Shitalakshya河的综合管理提供了科学基础。通过识别污染热点和主要污染源，研究结果为制定针对性的干预措施指明了方向。建议的措施包括加强工业废水处理、改善城市污水管理、推广可持续农业实践等。此外，研究建立的监测框架和方法论也可用于其他类似河流的评估，为全球范围内的河流保护提供参考。

该研究的发现对于实现联合国可持续发展目标(SDGs)，特别是目标6(清洁饮水和卫生设施)具有直接贡献。通过科学评估和有效管理，Shitalakshya河的生态功能有望逐步恢复，为沿线社区提供可持续的水资源保障，同时保护河流生态系统的健康。