水是自然环境、人类及水生生态系统的必要资源。由于人口快速增长、土地使用变化、经济发展及气候变化,全球淡水资源愈发受到水质污染及水资源过度使用的威胁。对大多数发展中国家来说,农业等与水相关的行业是其经济发展的支柱产业,水量短缺及水质污染问题比较突出。此外,发展中国家多数地区,尤其是农村地区,使用未经处理的河水用作饮用水及其他家庭活动。坦桑尼亚是发展中国家中面临水量短缺及水质问题的国家之一。潘加尼河流域是坦桑尼亚重要的流域之一,该流域有约600万人聚居,人们使用潘加尼河水用于农业灌溉、家庭生活、工业生产及水力发电。潘加尼河水体营养物质的含量呈逐年增加趋势,而水质则逐年下降。另一方面,水量的减少与降雨量的减少有关。因此,面对气候变化、人口增长、农业及工业发展等当前全球性的挑战,人类对水的需求量很可能会增加,而水量短缺及水质污染的问题也将更加突出,这也将对人类及水生生态系统的健康产生影响。为了评估与水量及水质相关的健康风险,研究水体营养盐浓度及水量、水质的影响因素显得尤为重要,这将有助于对水资源进行科学管理、帮助实现可持续发展。鉴于此,本论文调查并研究了潘加尼河流域水体中营养盐、有机碳、痕量元素的浓度及流域水量和水质的影响因素。分别于2014年10月（旱季）、2015年6月（雨季结束后不久）、2016年5月（雨季）对河流、地下水及河流水体悬浮颗粒物进行了取样调查,以期获取有关河流在旱季-雨季周期变化中的行为信息。此外,本研究采集了流域C3（水稻、草）和C4（玉米、甘蔗）植物的叶片,用于分析其δ¹³C同位素组成。颗粒有机碳（POC）、尿素、常量离子、金属元素、有机及无机营养盐（N,P,C）、溶解硅酸盐（DSi）、稳定同位素δ¹⁸O、δ²H、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr等参数在华东师范大学河口海岸学国家重点实验室测定获得。使用多参数水质仪（Multi 350i Set 5,德国）现场测定水体温度、盐度、pH、电导率、溶解氧（DO）浓度等参数。使用Skalar SAN^plus营养盐自动分析仪测定硝酸盐、亚硝酸盐、铵、磷酸盐、溶解硅酸盐浓度。使用UV-VIS分光光度计在520nm波长下分析尿素浓度。使用同位素比值质谱仪（DeltaPlus XP,Thermo Finnigan）分析δ¹⁸O和δ²H组成。使用Dionex离子色谱仪（ICS-2000）分析常量离子浓度。使用多接收电感耦合等离子体质谱仪（Neptune,Thermo）分析锶同位素组成。使用元素分析仪（Finnigan EA 1112）分析POC浓度和δ¹³C组成,使用总有机碳分析仪（Shimadzu,日本）分析DOC浓度。使用高分辨率电感耦合等离子体质谱（Element II,Thermo）分析金属元素浓度。研究结果表明,潘加尼河流域淡水电导率≤1500μS/cm,均随海拔降低而增加。各季节平均水温为22.9℃,最高和最低平均水温分别出现在2016年5月（23.9±4.2℃）和2015年6月（21.1±3.43℃）,温度从低地向高地呈下降趋势。整体上看,潘加尼河水体pH呈碱性,但2016年pH平均值高于2014年。空间分布上,部分采自乞力马扎罗山和地下水的样品呈弱酸性,其余站点呈中性至碱性。除Jipe湖、Ruvu河、及Nyumba ya Mungu水库底层水外,大多数采样站位水体溶解氧浓度≥5mg/L。水体δ¹⁸O、δ²H同位素与流量、气象数据关系稳定,表明潘加尼河流域河水水量主要源于降水,而乞力马扎罗山冰川的贡献不显著,因此河流径流量在雨季增加,在旱季则减少。潘加尼河向印度洋输出径流量为8.8-33.2 m³/s,平均值为15.1 m³/s,低于印度洋周边大多数热带河流的径流量。过去三十年间降雨量的减少是造成潘加尼河流域水量减少的原因之一。评估表明Nyumba Ya Mungu水库的水体停留时间长达18个月,气候资料显示潘加尼河流域平均蒸发率约为5.3mm/d。Nyumba ya Mungu水库较长的水体停留时间、流域高蒸发率及降雨量的减少是潘加尼河流域水量减少的主要因素。潘加尼河上游水文研究表明,Kikuletwa河是水库的主要水源,主要来自乞力马扎罗山的贡献。Kikuletwa河周边区域有大量的灌溉需求,这也是造成潘加尼河径流量降低的人为因素之一。未来,全球变暖预计会提高海面温度,这可能会增加潘加尼河流域的降雨量及相应径流量。尽管如此,人口、农业及工业活动的增加也将增加用水需求。因此,需要采取管理措施来确保用水的可持续性,例如在雨季储存水以便在枯水季节使用,使用滴灌系统等智能灌溉措施,种植谷类等抗旱植物以减少用水需求,保护河流、泉水等水源地以确保可持续性的水供给。通过制定法律来减少用水者之间的冲突,明确各利益相关方的水资源配额。投资及开发地下水也有助于减少对地表径流的依赖。水体常量离子分析结果表明,潘加尼河流域水体为NaHCO₃型,总溶解固体含量为中等水平。潘加尼河水的化学组分受岩石风化影响为主,大气与人为输入影响较小。风化速率平均值为57.8 mmol/km²/yr,旱季和雨季分别为66.1mmol/km²/yr和49.5 mmol/km²/yr。旱季风化速率高,表明温度与风化速率呈正相关,而降雨量呈负相关。海拔高度、pH、地质条件也是影响风化速率的因素,pH增加将导致风化速率增加。盆地形态对风化速率影响较大,高浓度常量离子主要来源于下游的贡献。下游风化速率较高主要与此处地势平缓及细粒径土壤的淋洗有关,而上游陡峭的地形降低了风化速率。潘加尼河的风化速度比大多数热带河流要低,低径流量及高稳定性的新生火山岩是风化速度较低的原因。潘加尼河流域风化主要受碳酸盐风化作用影响,其次是硅酸盐风化影响。潘加尼河水体Sr浓度高于全球平均水平,而⁸⁷Sr/⁸⁶Sr水平低于全球平均水平。低⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值表明潘加尼河流域的风化主要受火山岩的控制。⁸⁷Sr/⁸⁶Sr从上游到河口呈增加趋势,表明岩石的年龄从上游到河口是在增长的。季节变化表明,旱季风化速率的增加以及蒸发作用导致枯水期常量离子浓度的增加,雨季风化速度降低及稀释作用导致主要离子水平下降。潘加尼河流域的溶解硅酸盐平均浓度为615.7μM,高于流域内其他无机营养盐,也高于世界大多数热带河流营养盐水平。富含硅酸盐矿物质的火山岩是潘加尼河流域高DSi浓度的主要影响因素之一。潘加尼河流域高浓度的DSi有利于硅藻的生长。营养盐的空间分布表明,下游比上游营养盐含量更高。季节变化表明,氮和磷浓度水平在雨季更高,而DSi则在旱季更高。潘加尼河流域氮、磷浓度水平高于原始水平,表明受到人为输入的影响。潘加尼河无机氮、磷含量高于有机氮、磷含量。高浓度的无机营养盐表明大部分营养盐来自农业化肥的使用、工业及生活废水的排放。雨季磷、氮浓度的增加与河水汇集点源及非点源污染物有关。降雨、温度、人为活动是调节潘加尼河流域营养盐浓度的主要因素。痕量金属元素（Pb、Al、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn）分析结果显示,其变化趋势与常量离子、营养盐的变化趋势相似,从上游向下游呈增加趋势。各金属元素主要以颗粒态形式存在,岩石是各金属元素的主要来源。氧化还原反应控制的生物地球化学过程、pH、DOC、电荷作用影响了潘加尼河流域金属元素的空间分布。沉积物组成包括黏土、粉砂和砂,下游沉积物中粘土和粉砂所占比例高于上游。Nyumba ya Mungu水库是影响上游到下游水及营养盐流动的人类活动的产物之一。该水库截留效率的变化范围为20%-90%,高截留率及长停留时间导致水库成为营养盐、有机碳及金属元素的汇,影响这些物质从河流上游到下游的正常输送。Nyumba ya Mungu湖截留营养盐是水体溶解氧浓度降低的原因之一,水库表层和底层水体DO浓度分别为7.82和0.78 mg/L。底层水中的缺氧状况会对水生生物造成不利的影响。有机碳和碳同位素数据表明,该盆地的碳主要来源于外部输入的C3植物,而湖泊内则有自生源的影响。降雨、温度、土壤及海拔是影响有机碳空间分布及季节分布的主要因素。DOC和POC浓度从上游到下游逐渐增大。潘加尼河流域向印度洋输送营养盐、有机碳、金属元素的通量低于大多数热带河流。低通量与低风化速率、低径流量、水库截留及低人为输入有关。水质指标表明,潘加尼河流域大部分采样站位的水质情况较好,能满足人类及水生生态系统的使用。上游大部分站位的水质为好和极好,而下游站点为好和中等,大多数站位地下水水质为好和极好。Maji ya Chai河是唯一一个水质差、不符合人类及水生生态系统使用的站位。尽管大多数站位水质较好,但未来人口增加、流域内农业及工业活动会对水质产生影响。本研究建议加强监测频率,以便为管理需求获取和积累可靠信息。为了降低土壤侵蚀程度及农业区向河流排放营养盐的通量,建议减少森林砍伐、不合理的化肥使用及落后的耕作方式。