瀘沽湖水體溶解氧達標評價研究

方金鑫　黃鈺鈴　王澤平　馮順新　李尚林

摘要：瀘沽湖水質優(yōu)良，但水體溶解氧常在冬末初春異常超標，引起多方關注。通過數(shù)據(jù)收集與統(tǒng)計分析，結合文獻調研，探討了瀘沽湖水體溶解氧達標評價問題，并揭示了部分時段溶解氧超標原因。結果表明：① 1999～2019年瀘沽湖水體溶解氧濃度變化范圍為5.2～9.5 mg/L，與水溫因子呈顯著負相關;根據(jù)海拔和實測水溫計算的氧飽和率有一定年際差異，2018年均值最高，2012年均值最低;1999，2008年和2016年的氧飽和率誤差線范圍最小，2012，2014年和2015年的誤差線范圍較大;夏季7～8月氧飽和率較高，冬季2月氧飽和率最低，與水溫變化規(guī)律較為一致。② 根據(jù)GB 3838-2002《地表水環(huán)境質量標準》，以氧飽和率≥90%或溶解氧含量≥7.5 mg/L作為Ⅰ類標準限值，評價瀘沽湖水體溶解氧達標情況，發(fā)現(xiàn)1999～2019年瀘沽湖溶解氧達標率為88.5%，不達標主要集中于2009年和2019年，年內(nèi)不達標主要集中于1～2月。③ 秋末冬初因水溫分層而缺氧的下層水體在來年早春季節(jié)隨水柱垂向混合而上升，是表層水體溶解氧在1～2月不達標的主要原因。

關鍵詞：溶解氧; 飽和率; 達標評價; 瀘沽湖

中圖法分類號： X824

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.007

0引 言

地表水體中溶解氧（Dissolved oxygen，DO）在生物化學循環(huán)過程中起著關鍵作用，是水生態(tài)系統(tǒng)生化條件改變的敏感指標[1]。充足的溶解氧是魚類生存的必要條件，當水體溶解氧濃度低于6.5 mg/L時，魚類生理學過程受到影響[2];水體進入?yún)捬鯛顟B(tài)時，有機物厭氧分解，水生生物死亡[3]，沉積物釋放還原性污染物如氨氮、鐵、錳、硫化物等[4-6]，使水質惡化。

瀘沽湖是云南省九大高原湖泊之一。作為省級自然保護區(qū)，其水質應符合GB 3838-2002《地表水環(huán)境質量標準》Ⅰ類要求。自2018年開始，瀘沽湖湖體水質優(yōu)良，但溶解氧在冬末春初出現(xiàn)超標現(xiàn)象[7-8]。2019年7月和12月對瀘沽湖水體溶解氧的監(jiān)測結果[9]顯示，湖區(qū)水體溶解氧含量分別在6.97～7.70 mg/L和7.30～8.30 mg/L范圍內(nèi)，僅有16.7%～22.2%的點位溶解氧濃度滿足Ⅰ類標準限值（≥7.5 mg/L）。2021年1～2月的云南省《九大高原湖泊水質監(jiān)測狀況月報》顯示，瀘沽湖水質類別為Ⅱ類，主要超標因子為溶解氧[10]。因此，亟需開展瀘沽湖水體溶解氧達標評價研究，其結果可為完善云南省“一湖一策”的區(qū)域水環(huán)境管理體系，為全面推行河長制，落實綠色發(fā)展理念，推進生態(tài)文明建設，保障區(qū)域水安全提供重要支撐。

1研究區(qū)概況

瀘沽湖位于云南省寧蒗彝族自治縣和四川省鹽源縣交界（E100°44′40″～102°50′06″、N27°39′50″～27°44′56″），地處雅礱江理塘河三級支流海門河上游，距寧蒗縣城61 km。流域屬低緯高原季風氣候區(qū)，具有暖溫帶山地季風氣候特點。光照充足，冬暖夏涼，降水適中。常年平均氣溫12.8 ℃，極端最高氣溫30.0 ℃，極端最低氣溫-8.0 ℃。瀘沽湖水域面積50.1 km2，平均水深40.3 m，最大水深93.5 m[11];湖長9.4 km，寬5.2 km[12]，匯水面積187 km2，補給系數(shù)3.54，湖泊唯一的出口草海位于東岸。湖泊換水周期達18.5 a，屬半封閉湖泊[13]。

本文收集了1999～2019年瀘沽湖3個常規(guī)點位（見圖1）湖心、里格和落水實測的表層水體水溫、pH值、電導率、氯化物及溶解氧含量等指標數(shù)據(jù)。

2水體溶解氧影響因子分析

2.1溶解氧及相關指標描述統(tǒng)計分析

天然水體中溶解氧的含量除與水體中有機物含量及生物群落有關外，還與大氣中的氧分壓、水溫、水層、水面狀態(tài)、水體流動方式等因素有關[14-16]。一般來說，溫度越高，溶解的鹽分越多，水中的溶解氧越少;氣壓越低，水中的溶解氧越少[17-18]。1999～2019年瀘沽湖水溫、pH值、電導率、氯化物及溶解氧含量等指標的描述統(tǒng)計結果如表1所列。由表1可見：21 a間，瀘沽湖水體水溫變化范圍為7.0～27.1 ℃;氣壓在73.3 kPa左右;pH偏堿性;電導率平均值約為208.8 μS/cm;氯化物含量較低，變化范圍為7.0～11.8 mg/L;溶解氧濃度平均值約為7.2 mg/L，變化范圍為5.2～9.5 mg/L。

2.2溶解氧及其他指標的相關分析

瀘沽湖21 a間溶解氧與各指標的相關分析結果如表2所列。從表2可知，水體溶解氧與水溫呈顯著負相關，與其他環(huán)境指標的相關性不顯著。長江口的研究[19-20]也發(fā)現(xiàn)海水中溶解氧受溫度的調控作用顯著，冬季水溫低、溶解氧含量高，夏季水溫高、溶解氧濃度低。瀘沽湖水體1 a內(nèi)多數(shù)時間存在水溫分層現(xiàn)象，由此導致溶解氧也呈垂向分層[21-22]，故而水體溶解氧受水溫的調控作用明顯，兩者相關性顯著。

3水體溶解氧達標評價

3.1水體氧飽和率計算結果

水中溶解氧含量有3種表達形式，即氧分壓、氧濃度和氧飽和率。氧飽和率以實測溶解氧濃度占該溫度下溶解氧飽和濃度的百分比表示，該方法涵蓋了水溫和海拔因素的影響，評價更科學[23]。不同溫度和海拔高度下水中飽和溶解氧濃度可參考相關文獻[24-25]。

計算1999～2019年瀘沽湖實測水溫下的飽和溶解氧濃度及飽和率，飽和率的年際差異及年內(nèi)變化過程如圖2所示。圖2（a）為氧飽和率年際差異誤差線圖，由圖2（a）可知：21 a中，氧飽和率有一定的差異，2018年的均值最高，2012年的均值最低;1999，2008年和2016年的氧飽和率誤差線范圍最小，表明該年度溶解氧測值離散程度較低;相較之，2012，2014年和2015年的誤差線范圍較大，表明這些年度內(nèi)的溶解氧測值離散程度較高，即年內(nèi)變化較大。

據(jù)文獻[26]，不同季節(jié)水體氧飽和率有一定差異，平原河流氧飽和率冬季為59%～100%，春季為46%～89%，夏季為12%～80%，秋季為23～87%;高原地區(qū)尼洋河氣溫較高的豐水期氧飽和率最低，氣溫較低的枯水期最高，超過95%，平水期介于兩者之間[27]。圖2（b）為瀘沽湖氧飽和率年內(nèi)變化誤差線圖，由圖2（b）可知：一年之內(nèi)夏季7～8月氧飽和率較高，冬季2月氧飽和率最低，且7月、9月和2月的誤差線范圍較大，表明21 a間該時段中瀘沽湖3個常規(guī)監(jiān)測點位的測值離散程度較高;相較之，4月的溶解氧誤差線范圍最小，即測值較為均勻。

3.2水體溶解氧達標評價

中國GB 3838-2002《地表水環(huán)境質量標準》依據(jù)水體中溶解氧對水生生物的影響程度，對水體溶解氧含量的分級進行了多次修訂，Ⅰ類標準值可以按氧飽和率90%計（以保持數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可比性），也可以按實測濃度7.5 mg/L計?；诖?，對1999～2019年瀘沽湖水體溶解氧進行達標評價。雖然許多測次溶解氧實測值低于7.5 mg/L，但根據(jù)海拔及實測水溫折算后的氧飽和率超過90%，故判定為滿足Ⅰ類要求;而實測值達到或超過7.5 mg/L、氧飽和率達到或超過90%的測次均判定為滿足Ⅰ類要求。當實測溶解氧含量<7.5 mg/L且氧飽和率<90%時，可判定該測次未達到Ⅰ類要求。

1999～2019年共593次監(jiān)測結果中，溶解氧實測值、氧飽和率及最終的達標與否判定結果如表3所列，21 a間，瀘沽湖溶解氧達標率為88.5%，未達標率為11.5%。針對不達標的測次進行詳細分析，由表4～5可以看出：不達標主要集中于2009年和2019年，頻率分別達16.2%和10.3%;年內(nèi)不達標主要集中于1～2月，頻率分別高達23.5%和64.7%。

3.3水體溶解氧未達標原因分析

2012年12月至2013年10月對瀘沽湖北部湖區(qū)中心附近（27° 42′36.37″ N，100° 46′28.96″E，水深77 m）的監(jiān)測結果[21]表明，瀘沽湖水體春、夏、秋季水溫分層明顯，冬季則呈混合狀態(tài)。熱力結構作用下溶解氧垂向分布，如圖3所示。春季水溫逐漸分層，溶解氧呈上高下低的分布;夏季水溫分層穩(wěn)定，溫躍層在水下10～30 m，溫躍層以上溶解氧垂向分布均勻，溫躍層內(nèi)溶解氧波形峰至20 m處出現(xiàn)峰值，溫躍層以下溶解氧隨水深逐漸降低;秋季溫躍層移動至水下30～40 m，溶解氧波形峰也下沉至該溫躍層內(nèi)，溫躍層以下溶解氧隨水深逐漸降低;12月水溫弱分層，水下40 m處有拐點，溶解氧自上層的均勻一致迅速降低，至水下50 m處緩慢下降直至最低;2月水溫垂向均勻一致，溶解氧含量也呈垂向一致。至此，前期（12月）下層溶解氧濃度較低的水體通過對流擴散作用運移至上層，最終形成2月份溶解氧濃度較低、氧飽和率較小且上下均勻的水柱。因此，在早春特別是2月份監(jiān)測瀘沽湖表層水體溶解氧不達標測次較多。

4結 論

（1） 1999～2019年間，瀘沽湖水體水溫變化范圍為7.0～27.1 ℃，氣壓在73.3 kPa左右，pH偏堿性，電導率平均值約208.8 μS/cm，氯化物含量較低，溶解氧濃度變化范圍為5.2～9.5 mg/L。水體溶解氧與水溫顯著負相關，與其他環(huán)境指標的相關性不顯著。

（2） 根據(jù)GB 3838-2002《地表水環(huán)境質量標準》的Ⅰ類標準限值進行評價，1999～2019年間瀘沽湖溶解氧達標率為88.5%，未達標率為11.5%;不達標主要集中于2009年和2019年，年內(nèi)不達標主要集中于1～2月。

（3） 瀘沽湖水體秋末冬初水溫分層，下層水體溶解氧匱乏;來年初春時水體垂向完全混合，下層水體因對流擴散作用上升，導致表層水體溶解氧在1～2月較低而超標。

當前瀘沽湖水質優(yōu)良，未來應繼續(xù)堅持做好瀘沽湖流域污染控制，杜絕任何點、面源污染負荷入湖，防控水體富營養(yǎng)化發(fā)生，從而降低生物因素及有機物分解等對水體溶解氧的影響。同時，由于瀘沽湖位于高原地區(qū)，較低的氣壓導致其水體溶解氧含量顯著低于平原湖庫。當實測值與氧飽和率兩者綜合評價瀘沽湖溶解氧超標時，一方面可要求采用自然背景值;另一方面可結合湖區(qū)及入湖河流同步監(jiān)測的其他水環(huán)境指標，來綜合評價瀘沽湖水體是否達標。

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（編輯：劉 媛）

Abstract：The water quality of Lugu Lake is excellent，but the dissolved oxygen in the waters often drops below the surface water quality standard in late winter and early spring，which results in many concerns.Through data collection and statistical analysis，combining with literature investigation，we discussed the compliance rate of dissolved oxygen in Lugu Lake，and revealed the reasons for the exceeding the standard concentration of dissolved oxygen in some periods.The results showed that： ① the concentration of dissolved oxygen varied from 5.2 to 9.5 mg/L in 1999 to 2019，with significant negative correlation with water temperature.The oxygen saturation percent calculated according to the altitude and water temperature had demonstrated a little interannual variation feature in recent 20 years，with the largest mean value in 2018，and the smallest in 2012.The varied ranges of error bars of the oxygen saturation percent were smaller in 1999，2008 and 2016，and relatively larger in 2012，2014 and 2015.The oxygen saturation percent values were higher in July and August in summer，and the least was in February in winter，which were consistent with the variation of water temperature.② According to the Surface Water Environmental Quality Standard in China（GB 3838-2002），when the oxygen saturation percent was greater than or equal to 90%，or the concentration of dissolved oxygen was greater than or equal to 7.5mg/L，the surface water body would be classified into the first class I in the view of water quality.The standard was used to evaluate the dissolved oxygen condition in the plateaued Lugu Lake.The results showed that the compliance rate of the dissolved oxygen was 88.5% in the recent 20 years.The un-attainment times mainly appeared in 2009 and 2019，and usually in January and February within the year.③ The upwelling and mixing of the anoxia water in the water column due to water stratification during the last late autumn and early winter，was supposed to be the main reason leading to the low content of oxygen in the surface water in January and February in those years.

Key words：dissolved oxygen;oxygen saturation percent;assessment of compliance rate;Lugu Lake