大通湖總磷濃度變化的影響因素分析

摘要：大通湖是洞庭湖被堤垸肢解而形成的內湖，是維系南洞庭湖生態安全的天然屏障，但總磷超標問題突出。收集近年來大通湖流域水質、水文、氣象和外源污染物輸入等數據，分析不同水環境影響因子的相關性，明確季節變化、外源污染物輸入和水位變化對水體總磷濃度的影響。結果表明，大通湖總磷濃度受水溫、水位、濁度、水華和種養尾水排放等因素的影響。為推進大通湖水質穩中向好發展，保護湖區生態環境，要加強對周邊種養尾水等農業面源污染的治理，減少入湖污染物，同時加強水系連通，增強河湖水體流動性，凈化內源污染物，形成可調可控、脈絡相通的水網體系。

關鍵詞：總磷；濃度變化；影響因素；水質；大通湖

中圖分類號：X524 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）06-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.069

Analysis of influencing factors on changes in total phosphorus concentration in Datong Lake

ZHOU Yunchenchen

（Datonghu Branch， Yiyang Municipal Ecology and Environment Bureau， Yiyang 413000， China）

Abstract： Datong lake is an inner lake formed by the dismemberment of embankments in Dongting lake， it is a natural barrier to maintain the ecological security of south Dongting lake， but the problem of excessive total phosphorus is prominent. The data is collected on water quality， hydrology， meteorology， and external pollutant inputs in the Datong lake basin in recent years， and the correlation between different water environmental impact factors is analyzed， and the effects of seasonal changes， external pollutant inputs， and water level changes on the total phosphorus concentration are clarified in the water body. The results indicate that the total phosphorus concentration in Datong lake is influenced by factors such as water temperature， water level， turbidity， algal blooms， and the discharge of aquaculture wastewater. In order to promote the stable and positive development of water quality in Datong lake and protect the ecological environment of the lake area， it is necessary to strengthen the treatment of agricultural non-point source pollution such as tail water from surrounding planting and breeding， reduce pollutants entering the lake， strengthen water system connectivity， enhance the fluidity of rivers and lakes， purify endogenous pollutants， and form an adjustable， controllable， and interconnected water network system.

Keywords： total phosphorus; concentration changes; influencing factors; water quality; Datong lake

洞庭湖位于長江中游荊江南岸，地跨湖南省和湖北省，是長江流域重要的調蓄湖泊，具有強大的蓄洪能力。受水陸互換影響，洞庭湖分為外湖和內湖。外湖在堤防之外，自然通江，包括東洞庭湖、南洞庭湖和西洞庭湖。同時，很多湖域尾汊被堤垸肢解成內湖，而大通湖是其典型代表。大通湖是洞庭湖的重要組成部分，是維系南洞庭湖生態安全的重要水體。大通湖面積約為82.7 km2，總蓄水量達2.32億m3，素有“洞庭之心”美稱。隨著大通湖流域經濟社會的發展和洞庭湖降磷目標的提升，大通湖水體的總磷管控要求越來越高，導致環境壓力越來越大。為加強洞庭湖生態環境保護，控制和削減總磷污染，2022年6月，湖南省人民政府辦公廳印發《洞庭湖總磷污染控制與削減攻堅行動計劃（2022—2025年）》[1]。隨著各項措施的逐步落地，洞庭湖總磷濃度不斷降低。結合大通湖總磷污染現狀，分析水體總磷濃度超標的原因，明確變化趨勢，從而為大通湖水環境質量改善和污染控制提供科學參考。

1 大通湖總磷污染現狀

選取大通湖水體國控監測點位作為監測斷面，開展水質監測。2023年3月至2024年2月，大通湖水質的單因子評價和綜合評價結果如表1所示。主要水質評價指標有溶解氧、氨氮、高錳酸鹽指數（Chemical Oxygen Demand，CODMn）和總磷。

大通湖水體總磷濃度隨時間的變化如圖1所示，月均濃度均超過地表水Ⅲ類水質標準（0.05 mg/L）[2]。大通湖總磷月均濃度起伏變化，主要原因是風浪擾動會促進湖泊沉積物釋放總磷[3]。總體來看，大通湖總磷濃度略微下降，除8月最高達到0.185 mg/L外，其他月份均介于0.06～0.10 mg/L。

2 總磷超標的原因分析

收集并整理2021年1月至2024年2月的大通湖國控自動監測站逐日水環境質量數據和大通湖周邊氣象站逐日氣象數據，通過皮爾遜相關系數（r）分析水溫、溶解氧、電導率、濁度、CODMn、氨氮、總磷、總氮和風速等水環境影響因子的關系，結果如表2所示。數據顯示，2021年以來，大通湖總磷濃度和CODMn、濁度、總氮濃度均顯著正相關（r≥0.65），相關性強；總磷濃度和水溫正相關（r=0.41），但相關性明顯弱于上述3項環境影響因子。風速與濁度、總磷濃度、CODMn均正相關，其與濁度的相關性最顯著（r=0.48）。低溫期是指10月至次年5月，水溫小于30 ℃，重點分析2021年至2024年2月低溫期各環境影響因子的相關性。結果表明，與全年相比，低溫期濁度對總磷濃度的影響更加顯著（r=0.72）。

經初步分析，大通湖總磷濃度和CODMn、濁度、總氮濃度顯著相關。大通湖屬于典型的淺水湖泊，水位較淺，風浪作用下，沉積物再懸浮直接導致濁度升高，同時沉積物中氮磷和有機質再釋放導致氮磷和CODMn同步升高。另外，大通湖水體氮磷濃度較高，近幾年長期處于輕度富營養化狀態，溫度和光照適宜時容易發生水華。水華過程中，藻類的間歇性生長消亡會向水體釋放大量的氮磷及有機質，導致氮磷濃度和CODMn同步升高。

2.1 季節變化

大通湖總磷濃度受濁度和水溫變化影響較大，單獨分析2021年1月至2024年2月總磷濃度、濁度和水溫的變化趨勢。結果表明，大通湖總磷濃度存在明顯的季節性變化。每年7月中旬到9月中旬，總磷濃度顯著升高，尤其是每年水溫在30 ℃附近的時間段，總磷濃度與濁度出現較大的偏離。總體來看，大通湖總磷濃度主要受濁度和水溫的影響，呈現明顯的季節性變化規律。10月至次年5月，總磷濃度受濁度影響最明顯，風浪擾動作用下的沉積物氮磷釋放起主導作用。6—9月，隨著水溫升高，藻類大量繁殖，易發生水華，水華過程中藻類消亡釋放疊加藻類生長對沉積物氮磷的虹吸作用是水體總磷濃度升高的主要原因。

2.2 外源污染物輸入

收集并整理2021年1月至2024年2月大通湖流域30個入湖河渠小微自動監測站總磷數據。數據顯示，每年5—6月，大通湖流域內各河渠的總磷濃度顯著升高。經分析，主要影響因素是種養模式。目前，大通湖流域內種養模式以稻田養蝦為主，稻蝦共生、稻蝦輪作和一稻三蝦等模式并存，各模式均需要在5—6月集中排放養殖尾水，整田種植水稻。經檢測，稻田養殖尾水總磷濃度約為0.5 mg/L，明顯高于河流及湖泊。因此，5—6月種養尾水的集中排放是入湖河渠總磷濃度顯著升高的主要原因。結合歷年降水數據，粗略估算各月流域總磷入湖負荷。結果表明，每年6月，大通湖流域總磷入湖負荷最高，約占全年入湖負荷的22.67%，其次是7—9月。經估算，大通湖流域內，每年5—9月總磷入湖負荷約占全年入湖負荷的70%。

2.3 水位變化

收集并整理2021年1月至2024年2月大通湖水位和濁度數據。數據顯示，5月中下旬到7月底大通湖水位明顯升高。與2021年和2022年同期相比，2023年6月以來，大通湖水位明顯偏低。2021—2023年，大通湖平均水位逐年下降，下降幅度為0.98 m。

大通湖水體濁度逐年升高，濁度大于80 NTU的天數由2021年的29.12%升高至2023年的47.40%，濁度大于60 NTU的天數由2021年的48.90%升高至2023年的85.71%，上升幅度明顯。低水位導致沉積物更易受風力擾動[4-5]，造成濁度上升。

3 結論

大通湖水溫較高（月均30 ℃）時，湖區水位較低，有利于沉積物中氮磷和有機質的釋放，溫度、光照和水體富營養化等條件均利于湖區藻類繁殖，形成水華，水華過程中藻類消亡釋放疊加低水位條件下藻類生長對沉積物氮磷的虹吸作用導致總磷濃度升高。另外，外源輸入也是造成總磷超標的主要原因。水溫、水位、濁度、水華以及種養尾水排放等因素疊加作用，大通湖總磷濃度不斷變化。為推進大通湖水環境穩中向好發展，保護湖區生態環境，要加強對周邊種養尾水等農業面源污染的治理，嚴格執行尾水排放標準，減少入湖污染物，同時加強水系連通，增強河湖水體流動性，凈化內源污染物，形成可調可控、脈絡相通的水網體系。

參考文獻

1 湖南省人民政府辦公廳.洞庭湖總磷污染控制與削減攻堅行動計劃（2022—2025年）[EB/OL].（2022-06-01）[2024-03-26].http：//www.hunan.gov.cn/hnszf/xxgk/wjk/szfbgt/202206/t20220622_26399400.html.

2 國家環境保護總局，國家質量監督檢驗檢疫總局.地表水環境質量標準：GB 3838—2002[S].北京：中國環境科學出版社，2002.

3 STAHLBERG C，Bastviken D，Svensson B H，et al.Mineralisation of organic matter in coastal sediments at different frequency and duration of resuspension[J].Estuarine Coastal amp; Shelf Science，2006（1）：317-325.

4 ACHMAN D R，BROWNAWELL B J，ZHANG L C.Exchange of polychlorinated biphenyls between sediment and water in the Hudson River estuary[J].Estuaries，1996（4）：950-965.

5 Schneider A R，Porter E T，Baker J E.Polychlorinated biphenyl release from resuspended Hudson River sediment[J].Environmental Science amp; Technology，2007（4）：1097-1103.

作者簡介：周蕓陳琛（1991—），女，湖南益陽人，工程師。研究方向：水生態環境。