環洱海主要入湖河流水質特征及入湖污染負荷估算

摘要：為了揭示洱海主要入湖河流的污染特征，2014年1月至2016年12月期間，以總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH3-N）、化學需氧量（CODcr）為污染物指標，對27條主要入湖河流進行水質、水量監測以及沿程追蹤調查。同時結合同期降水數據和湖區水質監測資料分析，闡述了洱海主要入湖河流水量水質特征，估算了入湖污染負荷，并評估了入湖污染負荷對湖區水質的影響。研究結果表明：① 2014～2016年27條主要河流入湖總水量在2.87億～4.74 億m3，汛期入湖水量分別占全年入湖水量的79.17%，74.90%和61.96%，入湖水量與流域降水量呈正相關關系;② 在時間尺度上，污染物濃度年內整體呈現先升高后降低的波動趨勢，雨季水質總體較好，污染物濃度空間上的差異不如時間尺度上的明顯，污染物濃度與流域降雨量呈顯著負相關;③ 洱海入湖污染負荷年內呈先降后升再降的趨勢，入湖負荷主要受水量控制，污染負荷貢獻率順序為北岸>西岸>東-南岸，入湖河流總氮輸入量與湖區總氮濃度、總磷輸入量與湖區總磷濃度均呈極顯著正相關，是洱海氮磷的重要來源。

關 鍵 詞：入湖河流; 水量水質; 污染負荷; 洱海

中圖法分類號： X824 ? 文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.01.010

0 引 言

洱海湖面高程為1 966 m時，湖泊南北長度42.5 km，東西最大寬處約8.4 km，平均寬度為6.3 km;洱海最大水深21.3 m，平均水深10.6 m，湖面面積252.91 km2，島嶼度0.31%，蓄水量達27.94億m3。湖盆形態特征為0.10，湖泊岸線發展系數為2.07，湖岸線長127.85 km，湖泊補給系數為10.43，是生態環境部定義的新三湖之一[1-2]。入湖河流，是指一定區域內在地表水和地下水補給作用下，經?；蜷g歇地沿著狹長凹地流動最終進入湖泊的水流[3]。入湖河流是洱海重要水資源的補給渠道，是洱海水量和水質的基本保障[4-5]。土地利用作為人類活動的產物，通過改變流域的水文循環、水土流失、養分遷移轉化等生態過程，進而對河流生態環境產生空間尺度和時間變化影響[6-7]。洱海流域境內有大小入湖河溪117條，總徑流面積2 565 km2，入湖水量年均值為8.17億m3。其中，主要入湖河流27條，占總入湖河流水量的90.98%[8]。環洱海主要入湖河流分別是：西岸的蒼山十八溪和棕樹河共19條，北岸的羅時江、西閘河、彌苴河和永安江4條，東-南岸的鳳尾箐、玉龍河、白塔河和波羅江4條。

項頌等[9]研究了2014年入湖河流水質對洱海水質的影響及土地利用驅動下水質的變化特征，研究結果表明，入湖水質存在時空差異，整體水質雨季較差。嚴春麗等[10]基于2016～2018年洱海北三江及北湖湖區水質數據展開了分析，結果發現，北三江表現出典型的農業面源污染特征且首要污染物為總氮。馬根連[11]分別于2009年6，8，11月對蒼山十八溪箐口及入湖口進行水質監測并給予了評價。陶汝頌等[12]通過2004～2009年蒼山十八溪巡測資料計算了水量變化情況。為改善洱海主要入湖河流水環境質量，及時掌握洱海及主要入湖河流水質狀況，加大對洱海及其主要入湖河流水質的監測評價，大理州洱海保護治理領導組辦公室編制了《洱海及其主要入湖河流水質監測評價工作方案》。本研究正是基于洱海入湖河流監測方案中2014～2016年環洱海27條主要入湖河流入湖口污染物（總氮、總磷、氨氮、化學需氧量）濃度數據，結合同期入湖水量、流域降水和湖區水質數據分析研究，以期探明入湖污染物濃度在不同水期的變化規律，進而估算入湖污染負荷，評估入湖污染負荷量對湖區水質的影響，為洱海保護治理及入湖河道生態修復提供參考。

1 數據與方法

1.1 研究方法

根據《洱海及其主要入湖河流水質監測評價工作方案》，在洱海湖區設置11個監測點位，環洱海主要入湖河流入湖口布設27個監測點位（見圖1）。每月10日左右采集湖區及入湖口水樣，測定總氮（堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法）、氨氮（納氏試劑分光光度法）、總磷（鉬酸銨分光光度法）、化學需氧量（USEPA消解比色法）4個污染物濃度，收集同期入湖水量及流域降水數據。

數據統計分析采用SPSS和EXCEL軟件進行。

2 結果分析

2.1 環洱海主要入湖河流水量特征

環洱海主要入湖河流的水資源特征主要受大氣降水影響，其次與河道截取用水情況密切相關。沿岸水資源利用形式主要有人畜飲用水、企事業單位用水和農業灌溉用水3種。2014～2016年，27條主要河流入湖總水量分別為3.66億、2.87億m3和4.74億m3，同期流域降水量為627～884 mm。2014～2016年月度入湖水量及降水量分析結果顯示（見圖2），年內入湖水量和降水量均呈單峰趨勢，主要集中在汛期（6～10月）。2014～2016年汛期入湖水量分別占全年入湖水量的79.17%、74.90%和61.96%，汛期降水量分別占全年降水量的90.43%、83.40%和77.15%，說明該時段降水量較大程度地決定了年降水量。入湖水量最小值出現在2～5月，該時期也是河道斷流高發期;入湖水量峰值出現在7～9月，與流域內最大降水量月份完全重合，入湖水量與流域降水量呈正相關關系。2014～2016年，洱海年入湖水量最大的4條河流是彌苴河、永安江、羅時江和西閘河，入湖水量年均值分別為13 556萬、4 413萬、3 658萬m3和2 794萬m3。

2.2 環洱海主要入湖河流水質特征

在時間尺度上，污染物濃度年內整體呈現先升高后降低的波動趨勢（見圖3）。在初期降雨的沖刷作用下，旱季累積的大量污染物被帶入水體隨地表徑流進入河流，因而入湖河流污染物濃度在進入汛期時（6月）較高，而進入汛期后（7～10月），經初期雨水的沖刷后，河岸周邊的污染負荷降低，入湖河流的污染物濃度也大幅降低處于低濃度狀態，雨季水質總體較好[13-14]。2014～2016年，化學需氧量濃度均值分別為（13.7±4.3） mg/L，（15.9±5.7） mg/L和（11.9±2.9 mg/L）;2014，2015年峰值出現在6月，2016年最大值出現在5月。2014～2016年氨氮濃度均值分別為（0.434±0.114） mg/L，（0.636±0.283） mg/L和（0.458±0.142） mg/L;2014年峰值出現在5月，2015，2016年最大值出現在4月。2014～2016年總磷濃度均值分別為（0.163±0.038） mg/L，（0.199±0.093） mg/L和（0.138±0.031） mg/L;2014年峰值出現在6月，2015年最大值出現在4月，2016年峰值出現在5月。2014～2016年總氮濃度均值分別為（2.212±0.277） mg/L，（2.412±0.553） mg/L和（2.425±0.557） mg/L;2014，2016年峰值出現在12月，2015年最大值出現在4月。

在空間尺度上，污染物濃度整體呈現南北高中部低的“V”型波動趨勢（見圖4）。西岸南部河流污染物濃度較高，尤其是五溪（莫殘溪、清碧溪、黑龍溪、白鶴溪、中和溪），其子流域人口密度大且為蔬菜種植區;西岸中-北部河流（雙鴛溪→棕樹河）濃度較低，其子流域人口密度小且基本為農田;北岸及東-南岸河流（羅時江→波羅江）濃度升高，尤其是化學需氧量濃度處于高位，“北三江”子流域人口密度居中且為大蒜種植區（12.36萬畝）和奶牛養殖區（6.46萬頭）。污染物濃度空間上的差異不如時間尺度上的明顯。

2.3 環洱海主要入湖河流入湖負荷估算

入湖污染負荷由污染物濃度和水量兩個因子決定，洱海入湖污染負荷年內呈先降后升再降的趨勢（見圖5），入湖負荷主要受水量控制[15-16]。2014～2016年環洱海27條入湖河流總氮輸入在861.46 t，525.07 t和831.29 t，汛期輸入量占年度輸入總量的52.95%，60.45%和49.92%;2014～2016年環洱海27條入湖河流總磷輸入在58.97，30.66 t和51.76 t，汛期輸入量占年度輸入總量的58.89%，67.70%和61.59%;2014～2016年環洱海27條入湖河流氨氮輸入在178.13，96.54 t和130.81 t，汛期輸入量占年度輸入總量的58.36%，60.77%和53.25%;2014～2016年環洱海27條入湖河流化學需氧量輸入在5 681.02，4 195.69 t和5 857.73 t，汛期輸入量占年度輸入總量的59.56%，75.11%和62.74%。

在空間尺度上，洱海27條主要入湖河流水量順序為北岸>西岸>東-南岸，污染負荷貢獻與水量貢獻順序一致，二者貢獻率占比大致相當（見表1）。2014～2016年洱海北岸4條河流入湖水量分別占總入湖水量的55.70%，56.35%和57.68%，總氮輸入負荷占比為64.3%，60.0%和58.9%，總磷輸入負荷占比為57.7%，59.1%和61.4%，氨氮輸入負荷占比為72.0%，55.5%和51.3%，化學需氧量輸入負荷占比為75.7%，68.6%和71.5%?！氨比笔嵌：^污染物的主要輸入通路，是入湖河道水污染控制和綜合修復的首要對象，北部入湖河流污染負荷主要來自于河流子流域內以大蒜為主的農業面源和以奶牛養殖為主的畜牧業點源污染。

3 討 論

研究發現，洱海27條主要入湖河流污染物濃度與流域降雨量密切相關，對污染物濃度與對應降雨量進行Pearson相關分析，結果如表2所列。入湖河流總氮、氨氮濃度與降雨量呈極顯著負相關（P<0.01），相關系數為-0.338和-0.330，表明總氮濃度和氨氮濃度受降雨量影響程度較大;而總磷、化學需氧量濃度與降雨量呈顯著負相關（P<0.05），相關系數為-0.213和-0.162，總磷濃度和化學需氧量濃度受降雨量影響程度較小[17]。

洱海水功能區目標為Ⅱ類水體;2014年洱海有7個月為Ⅱ類水體，全年平均水質為Ⅱ類;2015，2016年洱海分別有6個月、5個月為Ⅱ類水體，年度水質類別均為Ⅲ類。2014～2016年期間未發生規?；{藻水華，水體始終保持在中營養水平，氮、磷成為洱海富營養化的主要貢獻因子。進一步研究了洱海27條主要入湖河流入湖污染負荷量與洱海湖區水質指標、藻類生物量的關系，試圖找出水體已經處于中營養狀態下哪些營養鹽能顯著增加藻類生物量，以及評估入湖河流直接輸入污染負荷對湖區水質的影響。通過對同期湖區總氮、總磷、化學需氧量以及葉綠素a月均值濃度與主要入湖河流入湖污染負荷量進行正態分布檢驗和相關性分析（見表3），發現入湖河流總氮輸入量與湖區總氮濃度、總磷輸入量與湖區總磷濃度均呈極顯著正相關（P<0.01），相關系數為0.565和0.477，表明入湖河流總氮、總磷輸入量直接影響湖區總氮、總磷濃度，是洱海氮磷的重要來源。入湖河流氨氮輸入量與湖區氨氮濃度、化學需氧量輸入量與湖區化學需氧量濃度不顯著相關，說明入湖河流氨氮、化學需氧量輸入量對湖區氨氮、化學需氧量濃度影響較小。湖區葉綠素a濃度與入湖河流總氮、總磷、氨氮、化學需氧量負荷輸入量不顯著相關，但相關系數同為正值，說明氮、磷和有機污染物的輸入可能增加洱海藻類生物量。

4 結論及建議

（1） 2014～2016年，27條主要河流入湖總水量分別為3.66億、2.87億m3和4.74億m3，汛期入湖水量分別占全年入湖水量的79.17%、74.90%和61.96%，入湖水量與流域降水量呈正相關關系。

（2） 在時間尺度上，污染物濃度年內整體呈現先升高后降低的波動趨勢;在空間尺度上，污染物濃度整體呈現南北高中部低的“V”型波動趨勢。

（3） 洱海入湖污染負荷年內呈先降后升再降的趨勢，入湖負荷主要受水量控制，污染負荷貢獻率順序為北岸>西岸>東-南岸。

（4） 洱海主要入湖河流污染物濃度與流域降雨量呈顯著負相關，入湖河流總氮輸入量與湖區總氮濃度、總磷輸入量與湖區總磷濃度均呈極顯著正相關，是洱海氮磷的重要來源。

根據洱海主要入湖河流的監測結果分析，入湖河流水環境問題主要表現為：枯水期河流水體污染嚴重且水量嚴重不足，半數河流出現斷流，污染物濃度規律符合豐水期低于枯水期，枯水期流量較小而蒸發量大濃度迅速升高，初期雨水帶來的沖擊性污染負荷以及農田退水的營養鹽致使雨季初期濃度較高;入湖河流水質類別的限制性因素為總氮、總磷，沿岸人口密度大，土地利用以菜地、水田為主，農業面源污染突出;河流生態退化，植被覆蓋率低，緩沖區寬度窄，兩面光硬質堤岸，河濱帶功能脆弱。結合河道沿岸土地利用現狀，堅持水量、水質與水生態協調統一原則，提出如下建議。

（1） 調控水量。洱海入湖河流年內水量呈雨季多旱季少且兩極分化嚴重，建議在河道上游采取合理工程措施，在豐水期控制入湖水量從而達到枯水期補水。

（2） 改善水質。河道污染負荷主要源于農業面源，需調整沿岸種植業結構，科學合理施肥，嚴格管控農田退水。

（3） 恢復水生態。每條河流選擇適合的河道生態修復技術，“一河一策”因地制宜地進行修復。

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（編輯：劉 媛）