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黄河上游段的生态环境十分重要,其污染状况与生态健康风险研究与评价一直是学界关注的重点。中卫市沙坡头区位于宁夏回族自治区中西部,地处黄河上游段,其排水沟污水排入黄河,对黄河水环境质量产生不良影响。本研究于2017年3、6、10月分别采样检测中卫市4条排水沟水体Cr、Cu、Cd、Hg、As等重金属元素,分析研究排水沟主要重金属的时空分布特征;运用主成分分析法和因子分析法筛选中卫市4条排水沟中对水环境影响较大的重金属;结合MIKE11水动力—水质耦合模型,模拟中卫市沙坡头区排水沟完整的重金属河流输运过程,研究重金属分布特征与规律研究结果可为中卫市沙坡头区水环境污染治理提供依据或基础数据。本研究取得的主要结果如下:(1)中卫市沙坡头区排水沟污染严重,基本属于劣V类水质标准。Cr、Cu、Cd、Hg4种金属受降雨和温度的双重影响,季节变化基本上表现为夏季高于春、冬季,As的季节变化基本上表现为春冬季高于夏季。有污染点汇入及多个排水沟汇入的排水沟重金属浓度值略高。(2)基于主成分分析,2017年3月份、6月份、10月份影响中卫市沙坡头区排水沟的水环境因子皆可分为三个主成分,三个月份的累计方差贡献率分别为80.00%、92.07%、90.84%。基本上可以反映出在研究期内各个时期的水质情况。基于因子分析,分析出排水沟各个时期最重要相关的水环境重金属因子。2017年3月份影响中卫市沙坡头区排水沟水环境重金属的主要因子依次为Cd、Cr、Hg、Cu、As,主要影响因子是Cr、Cd、Hg;6月份影响中卫市沙坡头区排水沟水环境重金属的主要因子依次为As、Cu、Hg、Cd、Cr,主要影响因子是As、Cu、Hg、Cd;10月份影响中卫市沙坡头区排水沟水环境重金属的主要因子依次为Cd、Cu、Hg、Cr、As,主要影响因子是为Hg、Cu、Cd。结合研究分析的结果,Cd、Hg是影响中卫市沙坡头区排水沟水质的主要重金属。(3)运用内梅罗综合污染指数法对中卫沙坡头区排水沟重金属污染进行评价,Cr和Hg单因子污染指数高于其他重金属,6月份污染程度大,3月份和10月份污染程度较小。3月份全流域属于中度污染,各重金属的污染情况为Cr>As>Cu>Cd>Hg,As、Cd、Hg和Cu均属于重金属无污染。6月份全流域属于强污染,且综合污染风险异常偏高,各重金属的污染情况为Hg>Cr>Cu>Cd>As,As、Cd、Cu均属于重金属无污染,Hg的单因子污染指数最大为8.8,属于强污染。10月份第五、第六排水沟属于无污染,第八、第九排水沟属于低污染,各重金属的污染情况为Cr>Hg>As>Cu>Cd,Cr、As、Cd、Hg和Cu均属于重金属无污染。(4)选取2017年3月、6月和10月的重金属污染物监测指标实测值来率定模型的参数,以采样点19(排水沟入黄河处)监测断面为率定对象进行率定。从各污染因子的模拟值与实测值的误差对比可以看出,模拟误差整体范围是0.13%～16.7%,误差在可接受范围内,说明模拟效果较好,模型构建合理。由此得出,通过MIKE11水动力-水质耦合模型得到中卫市沙坡头区排水沟水动力情况及水质运移变化情况,可预测各重金属离子浓度及分布情况,为中卫市排水沟水环境的综合治理、保护与可持续利用提供基础数据和理论依据。