撫仙湖水體透明度及主要影響因子變化分析

楊世莉，何 瑩，祁云寬

（玉溪市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分析中心，云南 玉溪 653100）

0 引言

撫仙湖是我國(guó)著名的高原深水?dāng)嘞莺矗|(zhì)優(yōu)良，但近年來(lái)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)明顯，浮游植物生物量和物種豐富度逐漸增加，土著魚種類愈來(lái)愈少，水生植物群落在結(jié)構(gòu)組成上發(fā)生了重大變化。水體透明度是水體能見程度的一個(gè)量度，也是評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)重要指標(biāo)。撫仙湖水體透明度在20世紀(jì)八、九十年代呈快速下降趨勢(shì)，這種趨勢(shì)既反映了湖泊水生態(tài)環(huán)境健康面臨的威脅，也是對(duì)湖泊水生態(tài)環(huán)境逐步惡化的預(yù)警。近10多年來(lái)隨著湖泊保護(hù)治理工作力度的加強(qiáng)，撫仙湖的水體透明度總體趨于穩(wěn)定。本文基于對(duì)撫仙湖歷年及“十三五”期間水環(huán)境資料進(jìn)行的系統(tǒng)分析討論，結(jié)合實(shí)地調(diào)查研究，進(jìn)一步論述了撫仙湖水體透明度及其主要影響因子的變化情況，預(yù)判其水體透明度下降的風(fēng)險(xiǎn)，并提出初步對(duì)策。

1 研究背景與方法

1.1 研究區(qū)域介紹

撫仙湖系珠江源頭第一大湖，湖形似葫蘆，北寬而深，南窄而淺，中間細(xì)長(zhǎng)如頸。當(dāng)湖水位1723.35 m時(shí)，湖長(zhǎng)約31.4 km，湖最寬處約11.8 km，最大水深158.9 m，平均水深95.2 m，湖岸線總長(zhǎng)100.8 km，水面面積216.6 km2。撫仙湖是我國(guó)水質(zhì)優(yōu)良的淡水湖泊之一，蓄水量占九大高原湖泊蓄水總量的68.3%，其相應(yīng)蓄水量達(dá)206.2億m3，最高蓄水位為1723.35 m，最低運(yùn)行水位為1721.65 m[1]。

1.2 分析方法

本文引用水質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)源于云南省生態(tài)環(huán)境廳駐玉溪市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《GB 3838-2002 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。撫仙湖常規(guī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為哨咀、尖山、湖心、路居，本文分析采用全湖平均數(shù)據(jù)，取算術(shù)平均值，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用EXCEL和SPSS軟件，并使用Spearman模型進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)合撫仙湖在2002年水質(zhì)出現(xiàn)較大波動(dòng)的實(shí)際情況，僅對(duì)2002年以前和近10年兩階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，且由于1990年以前葉綠素a監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失，故2002年以前水體透明度與葉綠素a的相關(guān)分析僅采用1990年后的數(shù)據(jù)。

2 撫仙湖水體透明度變化情況

2.1 撫仙湖水體透明度歷年變化情況

對(duì)撫仙湖歷年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，隨著水體污染和富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)的加劇，撫仙湖的表層湖水透明度發(fā)生了顯著的變化。1980年前后撫仙湖的最大水體透明度可高達(dá)11 m；自20世紀(jì)80年代開展撫仙湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)以來(lái)至2002年，撫仙湖水體透明度呈持續(xù)下降趨勢(shì)，從1980年平均7.9 m降低至2002年的4.11 m，1980-1990年的10a間，水體透明度直線降低了0.8 m，平均每年降低0.08 m；1990—2002年，水體透明度也呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，平均每年降低約0.25 m。2003—2007年，撫仙湖水體透明度呈明顯上升趨勢(shì)，從2002年平均4.11 m上升至2007年的7.0 m；2006—2020年，撫仙湖水體透明度基本保持穩(wěn)定，年均值范圍為5.24～7.0 m，15a總均值為5.86 m。

圖1 撫仙湖流域范圍及例行監(jiān)測(cè)點(diǎn)位示意圖

近15a以來(lái)，撫仙湖水體透明保持穩(wěn)定，象征著撫仙湖水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)有所好轉(zhuǎn)并保持良好，這也說(shuō)明隨著“十一五”以來(lái)?yè)嵯珊饔蛩廴局卫砑八鷳B(tài)修復(fù)工程的實(shí)施，水體中的污染物得以削減，水體富營(yíng)養(yǎng)化上升趨勢(shì)得到控制，水質(zhì)保護(hù)取得了顯著成效。

2.2 撫仙湖水體透明度“十三五”期間變化情況

“十三五”期間，撫仙湖各年平均水質(zhì)綜合類別均為Ⅰ類，水質(zhì)狀況優(yōu)，水質(zhì)總體保持穩(wěn)定。“十三五”期間，撫仙湖水體透明度呈上升趨勢(shì)，年均值范圍為5.26～6.61 m，5a總均值為5.71 m，葉綠素a保持穩(wěn)定，年均值范圍為0.002～0.005 mg/L，5a總均值為0.004 mg/L。從年內(nèi)變化看，“十三五”期間撫仙湖水體透明度月均值年內(nèi)無(wú)顯著變化規(guī)律，如圖3多年平均所示，5a各月透明度平均值在5.14～6.24 m，其中2月最高、4月最低，基本維持在同一水平線上波動(dòng)。

圖3 撫仙湖水體透明度“十三五”期間變化趨勢(shì)圖

3 撫仙湖水體透明度及主要影響因子變化情況

3.1 水體透明度及主要影響因子變化情況

藻類、懸浮物和溶解性有機(jī)物作為影響湖泊水體透明度的主要因子，對(duì)湖泊水質(zhì)有重要指示作用。藻類是影響撫仙湖透明度最主要、最直接的因子，如藻類等的浮游植物加速繁殖可導(dǎo)致湖泊水質(zhì)及生態(tài)系統(tǒng)的急劇變化，其中變化最為明顯的為水體透明度[2]。總氮、總磷是能夠促進(jìn)水體藻類增殖的主要驅(qū)動(dòng)元素，湖體總氮和總磷濃度的升高會(huì)致使藻類增加而間接導(dǎo)致?lián)嵯珊w透明度下降。其次，湖泊中的懸浮物對(duì)其水體透明度也具有重要影響，在深水區(qū)域影響較弱，但在沿岸和河口區(qū)域較為明顯。湖泊深水區(qū)域受水土流失和底泥懸浮的影響較小，懸浮物濃度較低，對(duì)透明度的影響較小；而沿岸淺水區(qū)受人類活動(dòng)影響較大，受風(fēng)浪沖刷，岸邊水土流失和水底泥懸浮現(xiàn)象比較明顯，懸浮物濃度較深水區(qū)大，特別在河口地區(qū)，水土流失現(xiàn)象較嚴(yán)重，水質(zhì)普遍比深水區(qū)渾濁，透明度偏低。而撫仙湖作為典型的高原深水湖泊，全湖＞100 m水深的面積占全湖面積的45.5%，＜10 m的水深面積僅占4.3%，故湖體大部分區(qū)域水體透明度受懸浮物影響較小，且近年來(lái)由于撫仙湖水質(zhì)的改善與保持較優(yōu)水質(zhì)狀態(tài)，不再監(jiān)測(cè)懸浮物這一指標(biāo)，數(shù)據(jù)缺乏系統(tǒng)完整性，往年監(jiān)測(cè)懸浮物指標(biāo)是湖體省控以上點(diǎn)位數(shù)據(jù)，沒有對(duì)河口及沿岸監(jiān)測(cè)，故本文不再對(duì)懸浮物這一指標(biāo)展開分析。相比于藻類和懸浮物，溶解性有機(jī)物對(duì)撫仙湖透明度下降存在一定影響，但影響微弱。因此，采用歷年來(lái)?yè)嵯珊性孱悢?shù)量、葉綠素a及水體透明度數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析。

圖2 撫仙湖水體透明度歷年變化趨勢(shì)圖

20世紀(jì)80年代至2002年，撫仙湖浮游藻類數(shù)量明顯增加，藻類和透明度的變化趨勢(shì)相反，隨著藻類數(shù)量的明顯上升，透明度有明顯下降趨勢(shì)。水體中的葉綠素a反映了水體中藻類數(shù)量的多寡，撫仙湖水體中葉綠素a的變化趨勢(shì)與其藻類的變化趨勢(shì)基本一致，葉綠素a濃度變化也與透明度的變化趨勢(shì)明顯相反。自2003年以來(lái)，撫仙湖浮游藻類數(shù)量及葉綠素a增加趨勢(shì)有所變緩，但總體仍呈上升趨勢(shì)。

2010—2020 年，撫仙湖各年年均綜合水質(zhì)等級(jí)穩(wěn)定保持在Ⅰ類。除2017—2019年葉綠素a有所上升外，其余指標(biāo)基本保持穩(wěn)定。采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法對(duì)撫仙湖水質(zhì)中主要指標(biāo)年均值進(jìn)行污染趨勢(shì)定量分析，溶解性有機(jī)污染物高錳酸鹽指數(shù)近年呈平穩(wěn)偏下降趨勢(shì)，化學(xué)需氧量呈顯著下降趨勢(shì)，總磷、總氮、透明度、浮游藻類數(shù)量、葉綠素a及綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈平穩(wěn)偏上升趨勢(shì)。

3.2 相關(guān)性分析

撫仙湖水體歷年的葉綠素a及藻類數(shù)量仍存在不同程度的增加趨勢(shì)，但透明度趨于穩(wěn)定。為更準(zhǔn)確了解撫仙湖水體透明度與其它相關(guān)指標(biāo)間的關(guān)系，根據(jù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)完整性并結(jié)合撫仙湖在2002年水質(zhì)出現(xiàn)較大波動(dòng)的實(shí)際情況，對(duì)湖體歷年中兩階段的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行Spearman自相關(guān)性分析。1980—2002年撫仙湖水體透明度與藻類存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，1990—2002年撫仙湖水體透明度與葉綠素也存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性均不顯著；而近10a撫仙湖水體透明度與藻類數(shù)量及葉綠素a濃度不存在相關(guān)關(guān)系。

近年來(lái)，由于氣候變化，區(qū)域降雨情況、湖體水溫及水位均發(fā)生了一定波動(dòng)變化。近10a內(nèi)撫仙湖所在區(qū)域澄江市降雨有上升趨勢(shì)，年均降雨范圍為707.6～1151.1mm，2016年、2018年分別有兩次降雨減少趨勢(shì)；撫仙湖湖體水溫也有上升趨勢(shì)，年均水溫波動(dòng)范圍在18～19.7℃，湖體水位呈先下降后回升趨勢(shì)，總體波動(dòng)平穩(wěn)，年均水位波動(dòng)范圍在1719.92～1721.89m。降雨、水位、水溫也可能對(duì)撫仙湖水體透明度及相關(guān)指標(biāo)（藻類、葉綠素）產(chǎn)生影響，故對(duì)以上條件及湖體相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析。根據(jù)近10a數(shù)據(jù)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，撫仙湖湖體的透明度、藻類與湖體水位、水溫不存在相關(guān)關(guān)系，水體透明度與區(qū)域降雨存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)與降雨、湖體水位、水溫均存在顯著正相關(guān)關(guān)系。

圖4 撫仙湖水體透明度與藻類數(shù)量多年變化趨勢(shì)圖

圖5 撫仙湖水體透明度與葉綠素a多年變化趨勢(shì)圖

表1 歷年撫仙湖環(huán)境質(zhì)量相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖6 撫仙湖2010—2020年水體主要水質(zhì)指標(biāo)變化趨勢(shì)圖

表2 2011—2020年區(qū)域降雨、湖體水位、水溫與綜合污染相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)

4 撫仙湖水體透明度下降環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策分析

撫仙湖透明度的下降，會(huì)造成深層水體的缺氧，影響水體中浮游生物、沉水植物、魚類和其他生物的生存，削弱水體功能，促使水質(zhì)惡化，打破原來(lái)的生態(tài)平衡，從而導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)的惡性循環(huán)，加速湖泊富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)的發(fā)展。另外，透明度下降，水質(zhì)感官變差，對(duì)撫仙湖旅游業(yè)的發(fā)展也會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。近年來(lái)，撫仙湖水體透明度下降趨勢(shì)得到控制，湖體水質(zhì)主要受區(qū)域降雨、湖體水位、水溫的影響，但主要水環(huán)境指標(biāo)濃度值及浮游藻類數(shù)量、葉綠素a仍呈增加趨勢(shì)，撫仙湖水生態(tài)環(huán)境保護(hù)及水體透明度的保持依然面臨較大壓力。

要遏制撫仙湖富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)，提高水體透明度，需全面實(shí)施全流域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理，強(qiáng)化流域空間管控，持續(xù)推動(dòng)保護(hù)區(qū)生態(tài)修復(fù)，持續(xù)推動(dòng)建設(shè)“森林撫仙湖”；完善流域水資源保護(hù)與利用；加大流域水污染防治力度，持續(xù)完善城鎮(zhèn)、農(nóng)村污水收集處理體系，加快流域農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的全面深化優(yōu)化升級(jí)，建立撫仙湖綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)新模式；強(qiáng)化流域水環(huán)境綜合管理，切實(shí)改善入湖河流水質(zhì)；加強(qiáng)湖內(nèi)水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)跟蹤研究，為撫仙湖湖體藻類防控和流域環(huán)境保護(hù)治理提供技術(shù)支撐和保障；強(qiáng)化公眾宣傳教育建設(shè)，將環(huán)境保護(hù)意識(shí)和環(huán)境保護(hù)監(jiān)督責(zé)任意識(shí)根植于公眾心中，形成全社會(huì)共同參與的局面。

5 結(jié)論

（1）20世紀(jì)80年代至2002年，撫仙湖水體透明度呈快速下降趨勢(shì)，而近10多年來(lái)，隨著撫仙湖流域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理力度的加大，水體透明度下降的趨勢(shì)得到遏制，且有一定回升，并逐步趨于穩(wěn)定。

（2）撫仙湖水體透明度受浮游藻類、懸浮物和溶解性有機(jī)物因素的影響，其中藻類是主要影響因子，而氮、磷是導(dǎo)致水體藻類增殖的主要驅(qū)動(dòng)因素。20世紀(jì)80年代至2002年，撫仙湖浮游藻類數(shù)量及葉綠素a明顯增加，水體透明度快速下降，1980—2002年撫仙湖水體透明度與藻類及1990—2002年撫仙湖水體透明度與葉綠素間均存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，故藻類和葉綠素a可能是造成水體透明度下降的主要原因。近10a來(lái)，雖然撫仙湖水體總磷、總氮、浮游藻類數(shù)量、葉綠素a及綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈平穩(wěn)偏上升趨勢(shì)，但溶解性有機(jī)污染物呈平穩(wěn)偏下降趨勢(shì)，撫仙湖水體透明度也趨于穩(wěn)定，水體透明度僅與區(qū)域降雨存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明近年來(lái)?yè)嵯珊Ｗo(hù)治理較好，透明度主要受降雨的影響。

圖7 撫仙湖2011—2020年區(qū)域降雨及湖體水位變化趨勢(shì)圖

圖8 撫仙湖2011—2020年湖體水位及水溫變化趨勢(shì)圖

（3）現(xiàn)階段的湖泊保護(hù)工作成效并不能預(yù)計(jì)未來(lái)?yè)嵯珊w透明度是否還會(huì)有下降的趨勢(shì)，若撫仙湖水體透明度的下降重現(xiàn)，這會(huì)對(duì)湖泊水生態(tài)環(huán)境造成較大影響。近10a撫仙湖水體總磷、總氮濃度值及浮游藻類數(shù)量等指標(biāo)呈平穩(wěn)偏上升趨勢(shì)，表明撫仙湖水生態(tài)環(huán)境保護(hù)及透明度的保持依然面臨較大壓力。要遏制撫仙湖富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)，穩(wěn)定并提高水體透明度，需全面持續(xù)地實(shí)施全流域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)與綜合治理。