雷宏軍，王 剛，溫隨群，張列宇，潘紅衛(wèi)

(1.華北水利水電學(xué)院，河南鄭州 450011;2.中國環(huán)境科學(xué)研究院水環(huán)境系統(tǒng)工程研究室，北京 100012)

烏梁素海湖泊水質(zhì)演變特征及富營養(yǎng)化評價

雷宏軍1，2，王 剛1，2，溫隨群1，張列宇2，潘紅衛(wèi)2

(1.華北水利水電學(xué)院，河南鄭州 450011;2.中國環(huán)境科學(xué)研究院水環(huán)境系統(tǒng)工程研究室，北京 100012)

利用烏梁素海近6年的水質(zhì)監(jiān)測資料，分析了烏梁素海水體的主要營養(yǎng)鹽在不同湖區(qū)的時空變化規(guī)律.結(jié)果顯示，出湖河口營養(yǎng)鹽含量較低，各湖區(qū)營養(yǎng)鹽含量較高;受河套灌區(qū)灌溉退水水量及水質(zhì)條件的影響，湖區(qū)內(nèi)氨氮，TN，TP等營養(yǎng)鹽濃度豐水期＞枯水期＞平水期.年際之間，湖泊氨氮，TN，TP水質(zhì)呈現(xiàn)波動變化趨勢，COD濃度呈明顯下降趨勢但其濃度一直高于Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).最后，采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對2011年湖泊營養(yǎng)化水平進(jìn)行了評價，烏梁素海處于中度富營養(yǎng)水平.

烏梁素海;水質(zhì);演變特征;富營養(yǎng)化

湖泊富營養(yǎng)化是指湖泊水體在自然因素和(或)人類活動的影響下，大量營養(yǎng)鹽輸入湖泊水體，使湖泊逐步由生產(chǎn)力較低的貧營養(yǎng)狀態(tài)向生產(chǎn)力水平較高的富營養(yǎng)狀態(tài)變化的一種現(xiàn)象［1］.它不僅表現(xiàn)為湖泊中藻類和大型水生生物的過度生長，同時還伴隨著一系列的水質(zhì)變化，如pH值升高，深層水缺氧(伴隨魚類的死亡)，水中氮磷等營養(yǎng)元素的含量增高，水體產(chǎn)生水華、黃苔等，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，影響供水、漁業(yè)、旅游等多種功能.因此，湖泊水質(zhì)調(diào)查是研究湖泊營養(yǎng)化問題，評價湖泊營養(yǎng)狀態(tài)，制定湖泊富營養(yǎng)化防治對策必不可少的基礎(chǔ)工作［2］.

目前，對湖泊的富營養(yǎng)化評價的方法很多，王兆群等用營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對洪澤湖進(jìn)行了評價［3］;陳靜等利用卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對微山湖進(jìn)行了評價［4］;包艷飛基于MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和我國湖庫富營養(yǎng)化評價標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別理論和方法對我國湖泊富營養(yǎng)化狀況進(jìn)行了評價［5］;另外，模糊元模型、基于水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法等方法在湖泊富營養(yǎng)評價中也得到了應(yīng)用［6－7］.這些評價主要是對南方地區(qū)湖泊進(jìn)行的，對于北方干旱地區(qū)的湖泊來說，富營養(yǎng)化評價相對較為缺乏.為了能準(zhǔn)確地對北方干旱地區(qū)湖泊的富營養(yǎng)化進(jìn)行科學(xué)的評價，筆者利用比較成熟的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對北方干旱地區(qū)的典型湖泊烏梁素海的富營養(yǎng)化進(jìn)行了評價.

1 研究區(qū)概況

烏梁素海位于巴彥淖爾市烏拉特前旗境內(nèi)，呼和浩特、包頭、鄂爾多斯三角地帶的邊緣，是全國八大淡水湖之一，素有“塞外明珠”之美譽(yù).它是全球范圍內(nèi)干旱草原及荒漠地區(qū)極為少見的大型多功能湖泊，也是地球同一緯度最大的濕地.

烏梁素海的水質(zhì)呈現(xiàn)出逐年加重惡化的趨勢.根據(jù)《巴彥淖爾市2008年水資源公報》數(shù)據(jù)，烏梁素海在2004—2007年監(jiān)測的水質(zhì)均為劣Ⅴ類，主要污染因子為:TN，TP，DO，COD，BOD5，氨氮，高錳酸鹽等.現(xiàn)根據(jù)2008—2011年湖水監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析烏梁素海水質(zhì)主要營養(yǎng)鹽指標(biāo)在不同湖區(qū)和不同時間的變化特征，并對烏梁素海富營養(yǎng)化進(jìn)行評價.

根據(jù)烏梁素海地形特點及近年濃度梯度分布，在湖區(qū)布設(shè)7個調(diào)查采樣點，具體位置如圖1所示.

2 試驗方法與評價標(biāo)準(zhǔn)

2.1 試驗方法

監(jiān)測頻次為2006—2010年，每年監(jiān)測3次(豐水期、平水期、枯水期)，2011年監(jiān)測7次，3—10月每隔20 d采樣、監(jiān)測一次.水質(zhì)監(jiān)測項目包括水溫、水深、透明度、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧、化學(xué)需氧量、總氮、總磷、硝酸鹽氮、氨氮等.監(jiān)測方法均按國標(biāo)法進(jìn)行.水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3828—2002).

圖1 采樣監(jiān)測點分布圖

2.2 評價標(biāo)準(zhǔn)

采用中國環(huán)境監(jiān)測總站制定的《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定》中推薦的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法來評價烏梁素海的富營養(yǎng)化.營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為

式中:TLI(∑)為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重;TLI(j)為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);指標(biāo)單位均為mg/L.

采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對湖泊營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級，具體分級標(biāo)準(zhǔn)見表1.在同一營養(yǎng)狀態(tài)下，指數(shù)值越高，其營養(yǎng)程度越重.

表1 湖泊營養(yǎng)化分級標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果分析

3.1 主要營養(yǎng)鹽沿程變化

根據(jù)2011年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)和進(jìn)入烏梁素海湖區(qū)水流路徑得到主要營養(yǎng)鹽沿程變化如圖2所示.

圖2 2011年烏梁素海沿程主要營養(yǎng)鹽濃度

由圖2可以看出，各種營養(yǎng)鹽濃度在入湖口較高，出湖口較低，且沿程污染物總體呈降低的趨勢，體現(xiàn)了烏梁素海對湖泊污染物具有較好的降解作用，從而保證了進(jìn)入黃河的水質(zhì).

3.2 主要營養(yǎng)鹽年內(nèi)變化趨勢

圖3給出了烏梁素海2011年主要富營養(yǎng)化控制指標(biāo)的監(jiān)測數(shù)據(jù).

圖3 烏梁素海主要營養(yǎng)鹽隨日期變化

按水期進(jìn)行統(tǒng)計分析，可得出烏梁素海營養(yǎng)鹽具有以下年內(nèi)變化特征:①氨氮，TN，TP等營養(yǎng)鹽濃度在各湖區(qū)平水期低于枯水期和豐水期，且豐水期高于枯水期;②COD各湖區(qū)監(jiān)測值較高，但湖區(qū)不同位置的濃度差異較小.主要原因是:烏梁素海湖區(qū)營養(yǎng)物質(zhì)濃度受入湖水量和入湖水質(zhì)共同影響;豐水期入湖水量大，且主要來自于農(nóng)田退水，此時營養(yǎng)鹽濃度較高，入湖的營養(yǎng)負(fù)荷大，整體上湖區(qū)營養(yǎng)鹽濃度處于較高水平;枯水期退水量小，入湖營養(yǎng)鹽負(fù)荷小，故湖區(qū)營養(yǎng)鹽濃度處于較低水平;COD濃度受入湖水量和入湖水質(zhì)的影響較小，因此湖區(qū)內(nèi)COD濃度年內(nèi)變化不大.

3.3 主要營養(yǎng)鹽年際變化趨勢

根據(jù)2006—2011年水質(zhì)監(jiān)測資料統(tǒng)計，選取有代表性的入湖(西大灘)、湖心(大北口)和出湖(河口)三點來分析烏梁素海主要營養(yǎng)鹽變化趨勢，并與Ⅳ類水進(jìn)行對比，監(jiān)測結(jié)果如圖4所示.

圖4 烏梁素海2006—2011年主要營養(yǎng)鹽變化

圖4(a)表明，烏梁素海COD水質(zhì)指標(biāo)各年均未達(dá)到Ⅳ類水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).入湖COD從2006年到2008年有了明顯降低，但之后有加重趨勢;湖心和出湖的COD變化趨勢基本一致，其濃度均在2009年達(dá)到最低值，之后幾年略有上升.從近幾年的總體數(shù)據(jù)來看，湖區(qū)COD濃度呈現(xiàn)降低趨勢.湖心和出湖水質(zhì)好于入湖水質(zhì).

圖4(b)給出了2006—2011年入湖、湖心和出湖的NH3－N濃度變化趨勢.入湖的NH3－N濃度在2007和2008年出現(xiàn)低值，之后呈現(xiàn)上升趨勢，到2010年出現(xiàn)峰值，2011年又得到明顯下降.湖心和出湖NH3－N變化趨勢基本一致，且濃度保持在較低水平，基本達(dá)到了Ⅳ類水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).

圖4(c)給出了2006—2011年入湖、湖心和出湖的TN變化趨勢.入湖TN濃度年際之間呈現(xiàn)波動變化，在2006—2008年呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)趨勢，之后濃度升高，在2010年濃度出現(xiàn)最大峰值，2011年出現(xiàn)最低值;湖心和出湖的TN濃度變化趨勢基本一致，且維持在較低水平，在Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)偏上波動.

圖4(d)給出了2006—2011年入湖TP變化趨勢與湖心和出湖趨勢.入湖濃度變化較大，且一直較高，2008年較低，之后又回升，2011年呈現(xiàn)最低值;從湖心和出湖上看，TP濃度基本維持在較低的濃度水平，除2010外，近年的年平均濃度均高于Ⅳ類水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).

從整體看，入湖口TN，氨氮，TP濃度表現(xiàn)出相同趨勢，在2006—2008年呈現(xiàn)下降趨勢，2008—2010年呈現(xiàn)上升趨勢，在2010年達(dá)到峰值，受環(huán)境治理的影響，2011年明顯下降，COD濃度多年高于Ⅳ類水質(zhì)，TN，氨氮，TP濃度除入湖口外，其他湖區(qū)均在Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)上下波動.出湖口各項指標(biāo)濃度均低于入湖口，說明烏梁素海具有良好的自凈化作用.

3.4 湖區(qū)水體富營養(yǎng)化評價

根據(jù)烏梁素海2011年監(jiān)測數(shù)據(jù)，對比綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法的評價標(biāo)準(zhǔn)，各監(jiān)測點及全湖的富營養(yǎng)化評價見表2.

由表2可以看出，卜洞、河口等湖區(qū)處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，但其綜合指數(shù)也已接近中度富營養(yǎng)狀態(tài)，其他大部分湖區(qū)均為中度富營養(yǎng)狀態(tài).總體上看，烏梁素海全湖的水質(zhì)為中度富營養(yǎng)狀態(tài).

表2 2011年烏梁素海營養(yǎng)化評價結(jié)果

4 結(jié)語

以上分析表明，基于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3828—2002)和用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法的評價標(biāo)準(zhǔn)得出的結(jié)果有很大不同.水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是針對單指標(biāo)而論的，同一水域有的指標(biāo)可能很差，有的指標(biāo)會好一些，這樣就出現(xiàn)了同一水域不同水質(zhì)級別的現(xiàn)象;而綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法是綜合幾種有代表性的營養(yǎng)鹽進(jìn)行加權(quán)后綜合評分，并對照其評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行富營養(yǎng)化評價，此法能較準(zhǔn)確地反映出湖區(qū)的營養(yǎng)狀態(tài)，因此建議使用.基于烏梁素海水質(zhì)監(jiān)測資料，分析了其時空、年內(nèi)及年際變化情況，得出以下結(jié)論.

1)從入湖口到出湖口營養(yǎng)鹽濃度呈現(xiàn)降低的趨勢.

2)不同水期營養(yǎng)鹽的變化規(guī)律為:氨氮，TN，TP等營養(yǎng)鹽濃度豐水期＞枯水期＞平水期.

3)從2006—2011年營養(yǎng)鹽的變化趨勢看，COD濃度逐年下降，但濃度一直高于Ⅳ類水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);氨氮，TN，TP濃度呈現(xiàn)波動變化趨勢.

4)利用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對湖區(qū)的水質(zhì)進(jìn)行了評價，評價結(jié)果表明烏梁素海的水質(zhì)呈中度富營養(yǎng)化.

［1］王明翠，劉雪芹，張建輝.湖泊富營養(yǎng)化評價方法及分級標(biāo)準(zhǔn)［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2002，10:47 －49.

［2］姜波，楊士建，趙秀蘭.駱馬湖水質(zhì)變化特征及其富營養(yǎng)化評價［J］.干旱環(huán)境監(jiān)測，2005，12:224 －228.

［3］王兆群，張寧紅，張勇，等.洪澤湖水質(zhì)富營養(yǎng)化評價［J］.環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2010，2(6):31 －35.

［4］陳靜，蔣萬祥，王洪凱.微山湖典型水域營養(yǎng)鹽分布及富營養(yǎng)化評價［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2011，27(3):421－424.

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Assessment on the Evolution Characteristics and Eutrophication of Water Quality in Wuliangsuhai Lake

LEI Hong-jun1，2，WANG Gang1，2，WEN Sui-qun1，ZHANG Lie-yu2，PAN Hong-wei2
(1.North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou 450011，China;2.Water Environment System Engineering Laboratory，Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China)

The spatial and temporal variation law of the essential nutrients in Wuliangsuhai Lake in different lake sites was analyzed in the paper by using the passed six years’water quality monitoring data.Results showed that the nutrient salt content was lower in the lake outlet while higher in the body of the lake.Influenced by the return water yield and the water quality of Hetao irrigation district，the nutrients concentrations of NH3-N，TN and TP in the wet season were than that in the low water season，while lowest in the normal water season.It also showed a downward trend of the COD concentration over the recent years，but the concentration was still higher than the VI level of lake water quality standard，while the NH3-N，TN and TP concentrations showed the trend of fluctuation during recent years.Finally，by use of aggregative nutrition status index method，the Wuliangsuhai Lake eutrophication assessment result was judged as the middle level in 2011.

Wuliangsuhai Lake;water quality;evolution characteristics;eutrophication

1002－5634(2012)02－0130－04

2012－02－08

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2008ZX07106－001－ 006;2009ZX07106－03－01).

雷宏軍(1975—)，男，湖北大冶人，副教授，博士，主要從事區(qū)域水資源高效利用方面的研究.

(責(zé)任編輯:蔡洪濤)