呼倫湖主要入湖河流克魯倫河豐水期污染物通量（2010-2014）*

李衛(wèi)平，陳阿輝，于玲紅，楊文煥，殷震育，楊培峰，焦麗燕2

（1：內(nèi)蒙古科技大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，包頭014010）

（2：山東暉澤水務(wù)（青州）有限公司，濰坊262500）

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呼倫湖主要入湖河流克魯倫河豐水期污染物通量（2010-2014）*

李衛(wèi)平1，陳阿輝1，于玲紅1**，楊文煥1，殷震育1，楊培峰1，焦麗燕2

（1：內(nèi)蒙古科技大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，包頭014010）

（2：山東暉澤水務(wù)（青州）有限公司，濰坊262500）

為控制呼倫湖的水體惡化趨勢(shì)，利用2010-2014年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)首次對(duì)呼倫湖的主要入湖河流——克魯倫河豐水期（6-8月）氨氮、總氮、總磷和化學(xué)需氧量等污染物的入湖通量進(jìn)行詳細(xì)研究.采用單因子指數(shù)法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)等標(biāo)污染負(fù)荷確定入湖口的首要污染物，利用相關(guān)性分析研究水質(zhì)、水量、污染物通量三者之間的相互關(guān)系.結(jié)果表明：克魯倫河入湖口水體受總氮與化學(xué)需氧量污染較為嚴(yán)重，均處于V類(lèi)或劣V類(lèi)水平，總磷濃度整體處于Ⅲ～Ⅳ類(lèi)水平.污染物入湖通量有逐年遞增之勢(shì)，2014年稍有下降，總氮的等標(biāo)污染負(fù)荷最高，為入湖口的主要污染物.入湖口水質(zhì)與水量呈現(xiàn)出一定的正相關(guān)關(guān)系，水量是影響污染物入湖通量的關(guān)鍵因子，而入湖水質(zhì)則是影響入湖通量的主要影響因子.控制總氮及化學(xué)需氧量的入湖通量是當(dāng)前的首要任務(wù)，合理控制放牧、將村鎮(zhèn)的污廢水處理后達(dá)標(biāo)排放是減輕河湖水體污染的當(dāng)務(wù)之急.

呼倫湖；克魯倫河；水質(zhì)；水量；污染物通量

?2016 by Journal of Lake Sciences

呼倫湖位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾草原西部的新巴爾虎左旗、新巴爾虎右旗和滿(mǎn)洲里市之間，是中國(guó)第四大淡水湖，也是內(nèi)蒙古第一大湖.近年來(lái)由于氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的影響湖體水質(zhì)不斷惡化，水位持續(xù)下降，濕地萎縮，水域污染嚴(yán)重，目前水體已呈中度富營(yíng)養(yǎng)化水平，嚴(yán)重威脅著周邊地區(qū)的水環(huán)境安全.入湖河流是湖泊污染物的主要來(lái)源［1-2］，陸源污染物隨河流輸送到湖體會(huì)導(dǎo)致湖體富營(yíng)養(yǎng)化、生態(tài)系統(tǒng)受損等一系列環(huán)境問(wèn)題的發(fā)生［3-5］，因此研究主要入湖河流的水質(zhì)變化趨勢(shì)、污染物入湖通量及其主要影響因子對(duì)湖體污染治理工作具有重要意義［6-8］.克魯倫河是呼倫湖的主要入湖河流，目前對(duì)其研究主要集中在流域不同草場(chǎng)利用方式下土壤性狀的變化方面，沒(méi)有對(duì)其國(guó)內(nèi)河段水體進(jìn)行過(guò)詳細(xì)研究.由于氣候原因，克魯倫河10月底至次年4月處于斷流狀態(tài)，因此研究其豐水期（6-8月）污染物入湖通量及其主要影響因素可為呼倫湖水體的治理與保護(hù)提供一定的理論依據(jù).

圖1　呼倫湖主要入湖河流示意Fig.1 Schematic diagram of the main rivers of Lake Hulun

圖1　呼倫湖主要入湖河流示意Fig.1 Schematic diagram of the main rivers of Lake Hulun

1　研究區(qū)域概況

呼倫湖（48°30′40″～49°20′40″N，117°0′10″～117°41′40″E）位于呼倫貝爾市，呈不規(guī)則斜長(zhǎng)方形，湖面面積為2339 km2，長(zhǎng)度為93 km，最大寬度為41 km，平均水深為5.7 m，最大水深為10 m.其湖水補(bǔ)給除大氣降水外主要靠克魯倫河和烏爾遜河注入（圖1）.但近年來(lái)烏爾遜河由于氣候等因素的影響徑流量不斷減小接近斷流，所以克魯倫河成為呼倫湖的主要入湖河流.

克魯倫河發(fā)源于蒙古人民共和國(guó)的肯特山東麓，在中游烏蘭恩格爾西端進(jìn)入中國(guó)境內(nèi)，流經(jīng)呼倫貝爾盟新巴爾虎右旗，東流注入呼倫湖，全長(zhǎng)1264 km，在我國(guó)境內(nèi)206 km，流域面積7153 km2.

2　研究方法

2.1樣品采集

為避免湖體對(duì)入湖河流造成的影響，根據(jù)入湖通量計(jì)算的水文水質(zhì)斷面布設(shè)原則［9］，水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面設(shè)置在距入湖口1000 m處（圖1），開(kāi)展為期5年（2010-2014年）的水質(zhì)、水量監(jiān)測(cè).依據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）中的方法進(jìn)行采樣［10］，水樣采集后于低溫下保存立即送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析.

2.2監(jiān)測(cè)頻率與方法

2010-2014年對(duì)克魯倫河豐水期（6-8月）的水質(zhì)、水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)頻率為每月1次，監(jiān)測(cè)時(shí)間避開(kāi)了降雨等惡劣天氣，水質(zhì)較為穩(wěn)定，水量監(jiān)測(cè)頻率為每天1次，采用每年豐水期水質(zhì)、水量監(jiān)測(cè)結(jié)果的平均值進(jìn)行分析研究.主要的監(jiān)測(cè)指標(biāo)為氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、化學(xué)需氧量（CODCr）和流量等，因克魯倫河的主要污染源之一即為沿途發(fā)達(dá)畜牧業(yè)導(dǎo)致的大量有機(jī)物，CODMn只能反映部分有機(jī)污染物的污染水平，因此實(shí)驗(yàn)選用CODCr作為監(jiān)測(cè)指標(biāo)更能反映克魯倫河水體受有機(jī)物污染的狀況.具體測(cè)定方法如表1所示.

表1　監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與測(cè)定方法Tab.1 Monitoring items and methods

2.3首要污染物及污染分擔(dān)率計(jì)算方法

采用單因子指數(shù)法對(duì)克魯倫河的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)估，單因子污染指數(shù)（Pi）表示污染物實(shí)測(cè)濃度與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的比值，可通過(guò)式（1）計(jì)算；污染分擔(dān)率（Ki）為第i項(xiàng)污染因子在諸污染因子中的分擔(dān)率，可用式（2）計(jì)算［11］：

式中，i為污染因子；Pi為污染指數(shù)；m為參與評(píng)價(jià)的污染因子基數(shù)；Ci為污染因子i的實(shí)測(cè)濃度；Si為污染因子i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，采用國(guó)家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中的III類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).

2.4污染物通量估算方法

污染物通量是指水體中的各污染物在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一斷面的總質(zhì)量，是水環(huán)境水文、地質(zhì)、化學(xué)及生物等綜合作用的結(jié)果［12］.克魯倫河在我國(guó)境內(nèi)無(wú)支流匯入，也不受工農(nóng)業(yè)及礦業(yè)等污染源的影響，水質(zhì)水量總體較為穩(wěn)定，所以采用月積累法對(duì)其污染物入湖量進(jìn)行估算，具體計(jì)算方法為［13-14］：=1

式中，Wij為第i種污染物第j年豐水期的總通量（t），Cij為第i種污染物第j年豐水期的月平均濃度（mg/L），Qij為第j年豐水期的月平均流量（m3），k為月份數(shù).

3　結(jié)果與討論

3.1水質(zhì)狀況分析

根據(jù)2010-2014年監(jiān)測(cè)期間克魯倫河入湖口斷面處豐水期的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)其水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)（以國(guó)家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)），評(píng)價(jià)結(jié)果和水質(zhì)因子污染分擔(dān)率（表2）表明，克魯倫河入湖口水體受TN和CODCr污染較為嚴(yán)重，均處于V類(lèi)或劣V類(lèi)水平，是由于河岸兩側(cè)發(fā)達(dá)畜牧業(yè)導(dǎo)致的大量有機(jī)物入河所致.NH3-N 2012年污染最嚴(yán)重，與當(dāng)年居民生活廢水入河量增大有關(guān).TP濃度整體處于Ⅲ～Ⅳ類(lèi)水平.2010年水體的首要污染物為CODCr，分擔(dān)率為38.14%，2011-2014年首要污染物為T(mén)N，污染分擔(dān)率為34.93%～39.84%，其次為CODCr，水質(zhì)有惡化的趨勢(shì).

表2　2010-2014年克魯倫河豐水期水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果和入湖口各污染物的分擔(dān)率Tab.2 The results of water evaluation and Kivalues in estuary of Kherlen River in the wet season during 2010-2014

3.2入湖水量變化趨勢(shì)分析

由2010-2014年豐水期克魯倫河入湖水量變化趨勢(shì)可見(jiàn)（圖2a），2013年入湖水量猛增，最高達(dá)24.88×107m3，最低值出現(xiàn)在2010年，為9.85×107m3，是2013年的39.6%，豐水期年均入湖水量為16.07× 107m3.2010年以來(lái)有逐年上升的趨勢(shì)，這主要是由當(dāng)?shù)貧夂蜃兓拢?012年以后當(dāng)?shù)赜晁龆?，徑流量明顯增大.

3.3水質(zhì)水量相關(guān)性分析

一般情況下水質(zhì)與水量呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即水量越大污染物被稀釋?zhuān)瑵舛葧?huì)越低.但2010-2014年豐水期克魯倫河的水質(zhì)與其入湖水量呈正相關(guān)（圖2b），這是因?yàn)榭唆攤惡铀w的主要污染源為沿途克爾倫蘇木及新巴爾虎右旗居民排放的生活污廢水及兩岸發(fā)達(dá)畜牧業(yè)帶來(lái)的大量污染物，徑流量大的年份降雨較多，雨水將河流兩岸土壤中久積的污染物沖入河水中，引起水體中污染物濃度發(fā)生改變，點(diǎn)源污染常年固定排放而非點(diǎn)源污染變化性較強(qiáng)，從而導(dǎo)致水體中水質(zhì)與水量無(wú)顯著相關(guān)性（P＞0.05），符合水體受點(diǎn)、面源共同影響的特點(diǎn).

圖2　2010-2014年克魯倫河豐水期入湖水量變化（a）及水質(zhì)與水量的相關(guān)關(guān)系（b）Fig.2 The change of water quantity into lake（a）and the correlations of water quality and water quantity（b）in Kherlen River in the wet season during 2010-2014

圖3　2010-2014年克魯倫河豐水期污染物入湖通量Fig.3 Pollutant influxes in Kherlen River in the wet season during 2010-2014

3.4污染物入湖通量分析

2010-2014年克魯倫河豐水期污染物入湖通量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3.從整體來(lái)看，2010-2013年污染物入湖通量逐年遞增，2014年稍有下降趨勢(shì).NH3-N、TN、TP和CODCr的入湖通量分別為 78.79～370.71、162.5～626.97、17.55～54.74、3754.73～10474.37 t.入湖斷面的污染輸出是所在河道和流域的點(diǎn)源與非點(diǎn)源污染的綜合表現(xiàn)，因此在污染物入湖通量估算的基礎(chǔ)上計(jì)算河流入湖口的等標(biāo)污染負(fù)荷比可識(shí)別入湖口的主要污染物，從而確定需重點(diǎn)控制的污染因子［15］.對(duì)豐水期各污染物年均通量按Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行等標(biāo)計(jì)算，結(jié)果可知，TN的等標(biāo)污染負(fù)荷最高（為397.63 t），豐水期年均通量為397.63 t，占呼倫湖總污染物入湖量的5.67%，且有逐年上升的趨勢(shì)；CODCr等標(biāo)污染負(fù)荷為317.48 t，年均通量為6349.54 t；NH3-N、TP等標(biāo)污染負(fù)荷分別為234.83、168.95 t，年均通量分別為234.83、33.79 t.呼倫湖現(xiàn)已處于中度富營(yíng)養(yǎng)化水平，水體自?xún)裟芰ο陆担廴疚锏妮斎胍欢ǔ潭壬嫌绊懞w營(yíng)養(yǎng)鹽水平及結(jié)構(gòu).因此，欲控制呼倫湖的水體污染首先應(yīng)控制克魯倫河TN和CODCr的入湖量.

3.5污染物入湖通量與水質(zhì)、水量相關(guān)性分析

污染物入湖通量估算的誤差主要來(lái)源于水質(zhì)、水量、采樣點(diǎn)的代表性、水質(zhì)分析方法、監(jiān)測(cè)頻率等因素［16］，而水質(zhì)和水量是影響污染物入湖通量的2個(gè)主要因素，通過(guò)相關(guān)性分析可以了解其對(duì)入湖通量的影響，進(jìn)而找出入湖通量的關(guān)鍵影響因子.

2010-2014年豐水期各污染物入湖通量與入湖河道水質(zhì)的相關(guān)系數(shù)分析可知（圖4），入湖通量與NH3-N、TN和TP濃度的相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)在0.6268～0.6691之間，與 CODCr的相關(guān)性較差，相關(guān)系數(shù)僅為0.2752.

2010-2014年豐水期各污染物入湖通量與入湖水量的相關(guān)系數(shù)分析可知（圖5），各污染物入湖通量與入湖水量之間的相關(guān)性非常顯著，相關(guān)系數(shù)在0.8920～0.9772之間.

通過(guò)水質(zhì)、水量與污染物入湖通量的相關(guān)性分析可以看出，水量是影響污染物入湖通量的關(guān)鍵因子，而入湖水質(zhì)則是影響入湖通量的主要影響因子.2010-2014年豐水期克魯倫河水量變化幅度較大而水質(zhì)則相對(duì)較為穩(wěn)定，從而加大了水量對(duì)入湖通量的影響權(quán)重（表2，圖2a）.克魯倫河在中國(guó)境內(nèi)河段無(wú)支流匯入，徑流量的增大主要由降雨引起，其水質(zhì)受點(diǎn)源和面源污染共同影響，在豐水期徑流量較大的年份，由降雨沖刷地表帶來(lái)的非點(diǎn)源污染物對(duì)其入湖通量的貢獻(xiàn)很明顯.水量的變化是人為無(wú)法控制的，因此合理控制放牧、將村鎮(zhèn)的污廢水處理后達(dá)標(biāo)排放是減輕河湖水體污染的當(dāng)務(wù)之急.

圖4　2010-2014年克魯倫河各污染物入湖通量與濃度的相關(guān)關(guān)系Fig.4 Correlation between Pollutant influxes and Pollutant concentrations in Kherlen River during 2010-2014

圖5　2010-2014年克魯倫河各污染物入湖通量與入湖水量的相關(guān)關(guān)系Fig.5 Correlation between Pollutant influxes and water quantity in Kherlen River during 2010-2014

3.6污染物入湖通量精度分析

河流污染物的瞬時(shí)通量是該時(shí)刻河流流量與污染物濃度的乘積，但獲得長(zhǎng)時(shí)段的通量則需要對(duì)長(zhǎng)時(shí)段的瞬時(shí)通量進(jìn)行累積.大多數(shù)水文站均可對(duì)河流的流量進(jìn)行連續(xù)積累的監(jiān)測(cè)，但無(wú)法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)監(jiān)測(cè)，從而導(dǎo)致污染物通量的計(jì)算存在一定的偏差［17］.上述分析可知，克魯倫河污染物入湖通量與入湖水量呈顯著正相關(guān)，徑流量的變化對(duì)污染物的入湖通量影響非常顯著.由于監(jiān)測(cè)時(shí)間避開(kāi)降雨等惡劣天氣，沿途點(diǎn)源排放入河量較穩(wěn)定，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定由降雨引起的非點(diǎn)源污染物入河對(duì)水質(zhì)的影響較小，因?yàn)榻涤晖瑫r(shí)導(dǎo)致河流徑流量的增加，從而使克魯倫河水體水質(zhì)整體變化幅度不大，水質(zhì)較為穩(wěn)定.另外，克魯倫河水體的主要污染源之一即為沿途發(fā)達(dá)畜牧業(yè)導(dǎo)致的非點(diǎn)源污染，因此采用公式（3）對(duì)豐水期克魯倫河污染物的入湖通量進(jìn)行計(jì)算，更能突出徑流量時(shí)均變化對(duì)估算結(jié)果的影響，同時(shí)也能突出非點(diǎn)源污染對(duì)污染物通量的貢獻(xiàn)，這與Moatar等［18］的研究結(jié)果一致.

克魯倫河在中國(guó)境內(nèi)河段兩側(cè)人口稀少，流域內(nèi)放牧規(guī)律，河流水質(zhì)總體比較穩(wěn)定.影響污染物入湖通量的主要是入湖水量的變化，計(jì)算中徑流量的測(cè)定為每天1次，由于條件所限不可能完成對(duì)水質(zhì)進(jìn)行每天的監(jiān)測(cè)，因此將每月監(jiān)測(cè)的水質(zhì)濃度作為月平均濃度來(lái)計(jì)算入湖通量對(duì)計(jì)算結(jié)果確實(shí)會(huì)帶來(lái)一定偏差，但對(duì)于克魯倫河水體來(lái)說(shuō)，其水質(zhì)相對(duì)較為穩(wěn)定變化較小，所以計(jì)算結(jié)果的誤差也相對(duì)較小，可以真實(shí)反映入湖通量水平，估算結(jié)果較為準(zhǔn)確，符合水體實(shí)際污染水平.

4　結(jié)論

1）2010-2014年豐水期（6-8月）克魯倫河入湖口水體受TN和CODCr污染較為嚴(yán)重，均處于V類(lèi)或劣V類(lèi)水平，TP濃度整體處于Ⅲ～I(xiàn)V類(lèi)水平，水體的主要污染源為沿途居民的生活污廢水及發(fā)達(dá)畜牧業(yè)導(dǎo)致的大量污染物.

2）2010年水體的首要污染物為CODCr，2011-2014年首要污染物為T(mén)N，其次為CODCr.污染物入湖通量逐年遞增，2014年稍有下降趨勢(shì)，TN的等標(biāo)污染負(fù)荷最高，入湖通量的計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確，與實(shí)際污染狀況相符合.

3）水量是影響污染物入湖通量的關(guān)鍵因子，而入湖水質(zhì)則是影響入湖通量的主要影響因子.克魯倫河水質(zhì)受點(diǎn)源和面源污染共同影響，控制TN和CODCr的入湖量是當(dāng)前的首要任務(wù)，合理控制放牧、將村鎮(zhèn)的污廢水處理后達(dá)標(biāo)排放是減輕河湖水體污染的當(dāng)務(wù)之急.

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PoLLutant infLux from the main river（KherLen River）of Lake HuLun in wet seasons，2010-2014

LI Weiping1，CHEN Ahui1，YU Linghong1**，YANG Wenhuan1，YIN Zhenyu1，YANG Peifeng1& JIAO Liyan2
（1：Inner Mongolia University of Science and Technology Institute of Energy and Environment，Baotou 014010，P.R.China）
（2：Shandong Huize Water Corporation in Qingzhou，Weifang 262500，P.R.China）

In order to control the water deterioration of Lake Hulun，using the water quality monitoring data of Kherlen River which is the main river into Lake Hulun in the wet seasons（from June to August）of 2010-2014 to study the Pollutant influx of ammonia nitrogen，total nitrogen，total PhosPhorus and CODCrin detail.Single factor index method was used in water quality evaluation and the Primary Pollutant was found out by the equal standard Pollution load in the estuary.Correlation analysis was used to study the relationshiP among water quality，water quantity and Pollutant influx.The results showed that during the study Period the water in estuary was Polluted by total nitrogen and chemical oxygen demand seriously，all stayed in class V or substandard V level.Total PhosPhorus was at a level of classⅢtoⅣ.Pollutant influx were increasing year by year and there was a slight decline in 2014.The equal standard Pollution load of total nitrogen was the highest of all and became the Primary Pollutant in the estuary.There was certain Positive correlation between water quality and water quantity in the estuary.Water quantity was the key factor affecting the Pollutant influx，while water quality was the main factor.At Present，control the influx of TN and CODCris the Primary task.Reasonable controlling of grazing and making the wastewater of town uP to the discharging standard after Processing are imPerative to reduce the water Pollution of river and lake.

Lake Hulun；Kherlen River；water quality；water quantity；Pollutant influx

10.18307/2016.0206

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41263010）、內(nèi)蒙古科技大學(xué)創(chuàng)新基金項(xiàng)目（2011NCL028）和2015內(nèi)蒙古科技計(jì)劃項(xiàng)目聯(lián)合資助.2015-05-08收稿；2015-06-23收修改稿.李衛(wèi)平（1973～），男，博士，副教授；E-mail：sjlwP@163.com.

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；E-mail：ylh0730@163.com.