撫仙湖水質(zhì)評價及其變化特征分析

曹 言，王 杰，謝永紅，張 雷，戚 娜，種 丹

(1.云南省水利水電科學研究院，云南昆明 650228；2.云南省水文水資源局，云南昆明 650106；3.西北大學城市與環(huán)境學院，陜西西安 710127)

撫仙湖水質(zhì)評價及其變化特征分析

曹 言1，王 杰1，謝永紅2，張 雷1，戚 娜1，種 丹3

(1.云南省水利水電科學研究院，云南昆明 650228；2.云南省水文水資源局，云南昆明 650106；3.西北大學城市與環(huán)境學院，陜西西安 710127)

基于2008—2014年撫仙湖5個監(jiān)測站的水質(zhì)監(jiān)測資料，開展水體污染程度評價，并分析各水質(zhì)指標的變化特征，結果表明：2008—2014年撫仙湖各監(jiān)測站水體綜合污染指數(shù)均呈先上升后下降的趨勢，汛期水體污染指數(shù)明顯高于非汛期和全年平均，且在空間上呈現(xiàn)出北高南低的趨勢。撫仙湖總體水質(zhì)為I類水，但總磷和總氮濃度的變化較為明顯，其中總氮濃度上升的趨勢較為顯著；在月際變化方面，各指標濃度最高值出現(xiàn)的時間相對于降水最多月份(6—8月)滯后1個月，即7—9月，而最低值出現(xiàn)時間與降水最少月(12月至次年2月)基本吻合。

撫仙湖；水質(zhì)；評價；變化特征

目前，水質(zhì)惡化問題已成為湖泊環(huán)境演變的重要研究方向[1]。湖泊以其獨特的自然特性，為人們提供了供水、防洪、旅游及氣候調(diào)節(jié)等多種利用功能。但是由于人類活動的不斷加劇，部分湖泊資源被超強度利用，導致一些湖泊出現(xiàn)富營養(yǎng)化[2-3]、水質(zhì)惡化、淤積或萎縮、重要或敏感水生生物消失等問題[4-5]，湖泊使用功能退化，生態(tài)安全及健康生命受到嚴重威脅。撫仙湖屬于云南九大高原湖泊之一，是我國第二深水湖泊、云南省著名的旅游勝地和寶貴水資源區(qū)，同時也是滇中地區(qū)經(jīng)濟快速發(fā)展的重要資源保障[6]。研究表明，撫仙湖水質(zhì)呈逐漸惡化趨勢。方建華[7]研究表明，1986—1997年撫仙湖景區(qū)水質(zhì)達Ⅲ～Ⅳ類，有機污染呈惡化趨勢。李蔭璽等[8]通過統(tǒng)計1980—2000年撫仙湖水質(zhì)監(jiān)測資料，得出撫仙湖綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈急劇上升趨勢，氮、磷等營養(yǎng)鹽在湖內(nèi)迅速積累。高偉等[9]研究表明，1980—2011年撫仙湖總磷、總氮和浮游植物豐度的變異系數(shù)最大，CODMN、總氮、SD、Chla和浮游植物豐度均有惡化的趨勢。然而，目前對撫仙湖水質(zhì)變化的研究多是定性分析，且研究時間大都較為早遠，難以反映近年來撫仙湖水質(zhì)的變化趨勢。筆者基于2008—2014年撫仙湖5個監(jiān)測站的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對水體污染程度進行評價，分析湖體主要污染物的年際和月際變化趨勢，以期為高原湖泊水生態(tài)環(huán)境保護和修復提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 撫仙湖位于102°49′～102°58′ E，24° 21′～24°23′ N，處于金沙江與珠江兩大流域分水地帶，是云南高原抬升過程中形成的斷陷型深水湖泊，湖面似葫蘆形，呈南北向，兩端寬、中間窄。撫仙湖是珠江源頭第一大湖，屬南盤江水系，跨居玉溪市澄江、江川、華寧3縣，流域面積1 053.0 km2，正常蓄水位1 722.00 m，湖面面積212.5 km2，湖泊容積191.4億m3。氣候?qū)僦衼啛釒О霛駶櫦撅L氣候，流域內(nèi)常年平均氣溫15.6 ℃，最熱月為7月，平均氣溫20.5 ℃，最冷月為1月，平均氣溫8.3 ℃，多年平均降水量為948.1 mm，多年平均水面蒸發(fā)量為1 358.0 mm。撫仙湖流域水資源開發(fā)利用率為68%，2013年人均水資源量534 m3，僅占全省人均水資源量的14.7%，全國人均水資源量的25.9%。該研究共設5個監(jiān)測點，分別為孤山湖心、隔河、祿充、海口、新河口(圖1)。

圖1 撫仙湖水質(zhì)監(jiān)測站分布圖Fig.1 Distribution of pollutants monitoring stations in Fuxian Lake

1.2 數(shù)據(jù)來源 水質(zhì)監(jiān)測資料為云南省水環(huán)境監(jiān)測中心和云南省水文水資源局提供的撫仙湖5個監(jiān)測斷面的水質(zhì)數(shù)據(jù)，為2008—2014年的月監(jiān)測數(shù)據(jù)。其中，撫仙湖新河口和祿充站為雙月監(jiān)測數(shù)據(jù)，孤山湖心、隔河和海口站為逐月監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1.3 水體污染程度評價 水體污染程度評價是采用均值型綜合污染指數(shù)法對高原湖泊主要污染項目進行水體污染程度評價[10]，計算公式為

(1)

Pi=Ci/Ci0

(2)

式中，P為綜合污染指數(shù)；n為評價參數(shù)數(shù)量；Pi為第i項污染物的污染指數(shù)；Ci為第i項污染物的監(jiān)測值；Ci0為第i項污染物的水質(zhì)標準值。水質(zhì)標準值采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838—2002)[11]中的Ⅲ類標準值，根據(jù)P值的大小按表1標準確定水質(zhì)污染情況。通過計算水體污染程度對

2008—2014年撫仙湖水質(zhì)進行評價，并根據(jù)各監(jiān)測站主要污染物的月變情況，分析了撫仙湖主要污染物的時空變化特征。

表1 地表水環(huán)境質(zhì)量分級標準

Table 1 Classification standard of surface water environment quality

水質(zhì)級別Waterqualitygrade綜合污染指數(shù)(P)Comprehensivepollutionindex分級依據(jù)Classificationbasis清潔CleanP<0．2多數(shù)項目未檢出，個別檢出也在Ⅴ類標準內(nèi)尚清潔Relativelyclean0．2≤P<0．4檢出值均在標準內(nèi)，個別接近Ⅴ類標準輕污染Lightpollution0．4≤P<0．7個別項目檢出值超過Ⅴ類標準值中污染Mediumpollu?tion0．7≤P<1．0有2個項目檢出值超過Ⅴ類標準值重污染Heavypollu?tion1．0≤P<2．0相當一部分檢出值超過Ⅴ類標準值嚴重污染Severepol?lutionP≥2．0相當一部分檢出值超過Ⅴ類標準值數(shù)倍或幾十倍

2 結果與分析

2.1 水體污染程度變化趨勢 從圖2可以看出，撫仙湖總體水質(zhì)良好，2009—2011年受到連續(xù)干旱的影響，不同時段水體出現(xiàn)尚清潔和輕污染的現(xiàn)象，其中2009年孤山湖心、隔河、海口、祿充和新河口均出現(xiàn)尚清潔，海口和新河口的水體綜合污染指數(shù)相對較高；2010年除孤山湖心和隔河表現(xiàn)為清潔，其余3個站點均有部分時段表現(xiàn)為尚清潔或輕污染，尤其是新河口汛期時段表現(xiàn)為輕污染；2011年5個監(jiān)測站點均有部分時段為尚清潔，汛期均表現(xiàn)為尚清潔，海口的水體綜合污染指數(shù)最高。2008、2012、2013和2014年水體污染綜合指數(shù)均較低，且均表現(xiàn)為清潔。

注：a為孤山湖心；b為隔河；c為祿充；d為海口；e為新河口。Note：a.Gushan Huxin； b.Gehe； c.Luchong； d.Haikou； e.Xinhekou.圖2 2008—2014年撫仙湖各監(jiān)測點水體綜合污染指數(shù)變化Fig.2 The change of water comprehensive pollution index in each monitoring site of Fuxian Lake from 2008 to 2014

根據(jù)以上分析可以看出，2008—2014年各監(jiān)測站水體綜合污染指數(shù)均呈先上升后下降的趨勢，水質(zhì)也從清潔轉為尚清潔、輕污染，再轉為清潔。不同時段水體綜合污染指數(shù)受水期影響較大，汛期水體綜合污染指數(shù)明顯高于非汛期和全年；而在空間分布上，新河口和海口的水體綜合污染指數(shù)明顯高于祿充、孤山湖心和隔河，整體表現(xiàn)為北高南低，水體污染程度則表現(xiàn)為北差南好。

2.2 水質(zhì)變化趨勢

2.2.1 主要污染物的年際變化趨勢。從圖3可以看出，2008—2014年撫仙湖孤山湖心均未檢測出總磷；隔河和祿充僅在2010、2011年檢測出總磷，且均未超過I類標準限值；新河口在2010—2014年均檢測出總磷，且大多年份總磷濃度均超過I類標準限值，2010年總磷濃度最高，達到0.023 mg/L，超I類標準限值1.300倍；海口站除2008和2010年未檢出總磷外，其余年份均檢測出總磷，2010年總磷濃度最低，僅為0.007 mg/L，但2011—2014年總磷濃度均超過I類標準限值，且均超I類標準限值0.100倍。

2008—2014年各監(jiān)測站點的總氮濃度呈先上升后下降趨勢，最高值均出現(xiàn)在2012—2013年，僅有孤山湖心的總氮濃度未超過I類標準限值，其余監(jiān)測站均有部分年份超過I類標準限值，中新河口和海口的總氮濃度較高，而海口站每年總氮濃度均超過I類標準限值，其2008—2014年分別超I類標準限值的0.150、0.050、0.305、0.255、0.260、0.790和0.650倍。

氨氮濃度的年際變化不明顯，僅2010年新河口的氨氮濃度超過I類標準限值，達到0.160 mg/L，超標I類標準限值的0.070倍，其余年份各監(jiān)測站的氨氮濃度均低于I類標準限值。

高錳酸鉀指數(shù)僅在新河口和海口部分年份超過I類標準限值，其余監(jiān)測站均低于I類標準限值，其中2012年新河口的高錳酸鉀指數(shù)達到2.400 mg/L，超標0.200倍，2013和2014年海口的高錳酸鉀指數(shù)均達到2.300 mg/L，均超標0.150倍。

圖3 2008—2014年撫仙湖主要污染物年均值變化Fig.3 The change of annual average value of major pollutants in Fuxian Lake from 2008 to 2014

整體來看，撫仙湖總磷和總氮濃度的變化較為明顯，其中撫仙湖北部總磷由無變有，且呈上升趨勢，總氮濃度上升趨勢較為顯著，超過I類標準限值的頻次持續(xù)上升。而氨氮和高錳酸鉀指數(shù)總體變化不明顯，且大部分低于I類標準限值。

2.2.2 主要污染物的月際變化趨勢。從圖4可以看出，各指標濃度與水位變化沒有明顯的關系，各指標濃度最高值相對于降水最多月份(6—8月)滯后1個月，出現(xiàn)在7—9月。這主要是由于夏季降水多，且強度大，雨水攜帶城市地表污染物注入湖內(nèi)，同時造成嚴重的面源污染，加之夏季為撫仙湖旅游旺季，受人類活動影響大，最終導致污染物濃度上升。而各指標濃度最低值出現(xiàn)時間與降水最少月(12月至次年2月)基本吻合。除pH外，其余各指標不同月份變化幅度較大。pH最高值主要出現(xiàn)在7—10月，最低值出現(xiàn)在1或2月；氨氮和總氮最高值主要出現(xiàn)在7或8月，最低值出現(xiàn)在1或2月；高錳酸鉀指數(shù)最高值主要出現(xiàn)在8或9月，最低值則出現(xiàn)在12或1月；總磷濃度最高值出現(xiàn)在2—4、6和8月，最低值出現(xiàn)在11或2月。從各監(jiān)測站不同指標的月變化趨勢看，不同監(jiān)測站pH變化趨勢較為一致，而氨氮、總氮、總磷和高錳酸鉀指數(shù)變化趨勢差異較大，其中高錳酸鉀指數(shù)差異最大。在空間分布上，海口和新河口的pH、氨氮、總氮、總磷和高錳酸鉀指數(shù)月平均濃度相對較大。這是由于一方面北部和東部緊鄰澄江縣和海口鎮(zhèn)，且東部海口站有清水河注入；另一方面，受湖邊景區(qū)的影響，沿湖站點水質(zhì)狀況受氣候和水期的影響比湖中心大，由西南向東北呈整體上升趨勢，湖邊及旅游景點水質(zhì)明顯比湖中心差。

圖4 2008—2014年撫仙湖主要污染物月均值變化Fig.4 The change of monthly average value of major pollutants in Fuxian Lake during 2008—2014

3 結論與建議

(1)2008—2014年撫仙湖各監(jiān)測站水體綜合污染指數(shù)均呈先上升后下降的趨勢，水質(zhì)也從清潔轉為尚清潔、輕污染，再轉為清潔。不同時段水體污染綜合指數(shù)受水期影響較大，汛期水體污染指數(shù)明顯高于非汛期和全年；而在空間分布上，新河口和海口的水體綜合污染指數(shù)明顯高于祿充、孤山湖心和隔河，整體呈現(xiàn)出北高南低的趨勢，水體污染程度表現(xiàn)為北差南好。

(2)在主要污染物的年際變化方面，撫仙湖總體水質(zhì)為I類水，但總磷和總氮濃度的變化較為明顯，其中總磷由無變有，且呈上升趨勢，總氮濃度上升的趨勢最為顯著。而從月際變化可以看出，各指標濃度最高值相對于降水最多月份(6—8月)滯后1個月，出現(xiàn)在7—9月，最低值出現(xiàn)時間與降水最少月(12月至次年2月)基本吻合。

(3)近年來，撫仙湖旅游業(yè)發(fā)展速度較快，成為主要經(jīng)濟來源，但同時也給湖泊生態(tài)環(huán)境帶來破壞，湖泊水質(zhì)容易受到人為污染，湖泊自然景觀受到影響，而撫仙湖換水周期需要250年，一旦被污染很難恢復。因此，今后應對湖泊周圍旅游業(yè)進行總體規(guī)劃，做好凈水設施，有效阻止污染物的輸入。同時，應以環(huán)湖、沿河村莊為重點，控制源頭，實施流域環(huán)湖沿河村莊環(huán)境綜合治理。參考文獻

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Evaluation on Water Quality of Fuxian Lake and Analysis on Its Variation Characteristics

CAO Yan1, WANG Jie1, XIE Yong-hong2et al

(1. Yunnan Institute of Water Resources and Hydropower Research, Kunming, Yunnan 650228; 2. Hydrology and Resources Bureau of Yunnan Province, Kunming, Yunnan 650106)

Based on water quality monitoring data of Fuxian Lake in 5 stations from 2008 to 2014, the pollution degree was evaluated and variation characteristics of each index were analyzed. The results showed that the water comprehensive pollution index of each monitoring station presented the trend of first increasing and then decreasing, the water pollution index in flood season was significantly higher than that in non-flood season and annual average, and showed a upward trend from the south to the north of Fuxian Lake. The overall water quality was I class, however, the change of TP and TN concentration was significant, the rising trend of TN concentration was the most significant; the time of the highest value of each indicator concentration was lag a month with the maximum precipitation month (June to August), namely July to September, the lowest value occurred when the precipitation is the least(December to February of the following year).

Fuxian Lake; Water quality; Assessment; Variation characteristics

水利部公益性行業(yè)專項經(jīng)費項目( 201401026)。

曹言(1987- )，男，陜西戶縣人，工程師，碩士，從事水文水資源研究。

2016-09-30

S 181.3

A

0517-6611(2016)35-0100-04