2011-2020年南漪湖水質(zhì)變化特征研究

吳轉(zhuǎn)璋，王歡，唐萍，張付海

（安徽省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，安徽 合肥 230071）

南漪湖位于安徽宣城市宣州區(qū)和郎溪縣交界處，屬長(zhǎng)江一級(jí)支流水陽(yáng)江水系，具有水利調(diào)蓄洪、灌溉、生態(tài)旅游和漁業(yè)養(yǎng)殖等功能，系皖南第一大湖泊，是調(diào)節(jié)水陽(yáng)江水量的主要湖泊之一，正常水位時(shí)水面面積為1.89萬(wàn)hm2，豐水期水面總面積為2.13萬(wàn)hm2[1]。南漪湖東北受郎川河、飛鯉河、紅雨河、長(zhǎng)溪河、永豐河、畢橋河、沙河等來(lái)水，湖水由西南隅馬山埠出口，于新河莊匯入水陽(yáng)江。2014 年南漪湖被納入《水質(zhì)較好湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)總體規(guī)劃（2013-2020年》（環(huán)發(fā)[2014]138號(hào)文），實(shí)施重點(diǎn)保護(hù)，水質(zhì)目標(biāo)為Ⅲ類。一直以來(lái)，南漪湖水質(zhì)以Ⅲ類為主，水質(zhì)狀況良好，但常年處于輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，且2017 年開(kāi)始出現(xiàn)水質(zhì)波動(dòng)現(xiàn)象，生態(tài)環(huán)境較脆弱，水環(huán)境安全形勢(shì)需引起關(guān)注[2]。

目前，關(guān)于南漪湖水質(zhì)狀況的研究多集中在總體水質(zhì)狀況的分析和治理措施的探討，而未進(jìn)行水質(zhì)特征變化趨勢(shì)的分析。因此，本文利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)南漪湖2011-2020年水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探索水質(zhì)年際間變化規(guī)律，以期為南漪湖綜合治理和環(huán)境管理提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源于南漪湖湖區(qū)東湖心和西湖心2 個(gè)國(guó)控監(jiān)測(cè)斷面2011-2020年常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位具體位置見(jiàn)表1。根據(jù)對(duì)原始數(shù)據(jù)的初步分析，剔除未檢出數(shù)據(jù)較多的項(xiàng)目，選取pH 值、溶解氧（DO）、透明度（SD）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、總氮（TN）、總磷（TP）、葉綠素a（Chl-a）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）和化學(xué)需氧量（CODCr）10項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位具體位置一覽表

1.2 評(píng)價(jià)方法

水質(zhì)評(píng)價(jià)采用單因子評(píng)價(jià)法和綜合污染指數(shù)法。采用單因子評(píng)價(jià)法確定水質(zhì)類別。單因子評(píng)價(jià)法是用水體各監(jiān)測(cè)因子的監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比該因子的水質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確定該因子水質(zhì)類別；在所有因子的水質(zhì)類別中選取水質(zhì)類別最差的作為該水體的水質(zhì)類別[3]。采用綜合污染指數(shù)法對(duì)水體污染程度進(jìn)行分析，計(jì)算公式如下[4]：

式中：P 為綜合污染指數(shù)；n為水質(zhì)因子個(gè)數(shù)；Ci為水質(zhì)因子i 的實(shí)測(cè)濃度；Si為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中水質(zhì)因子i 對(duì)應(yīng)的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值。綜合污染指數(shù)越低，水質(zhì)越潔凈，若綜合污染指數(shù)值大于1，表明該水體超過(guò)了規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值[5]。

水體營(yíng)養(yǎng)化狀況按照綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TLI）進(jìn)行評(píng)價(jià)，綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)計(jì)算及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)按照環(huán)辦[2011]22號(hào)文《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法（試行）》來(lái)進(jìn)行。

污染變化趨勢(shì)采用Spearman 秩相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行定量分析，秩相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：di為變量Xi與Yi的差值；Xi為按數(shù)據(jù)大小排列的序號(hào)；Yi為按時(shí)間排列的序號(hào)。將秩相關(guān)系數(shù)rs的絕對(duì)值與秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表中的臨界值Wp進(jìn)行比較，如果rs>Wp則表明變化趨勢(shì)有顯著意義：如果rs為正值，則表明統(tǒng)計(jì)量在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)具有上升趨勢(shì)；如果rs為負(fù)值，則表明統(tǒng)計(jì)量在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)具有下降趨勢(shì)[6-8]；當(dāng)rs≤Wp則表明變化趨勢(shì)沒(méi)有顯著意義，說(shuō)明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)水質(zhì)變化穩(wěn)定或平穩(wěn)。本文時(shí)間序列N=10，根據(jù)環(huán)辦[2011]22號(hào)文《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法（試行）》附表1，顯著水平（單側(cè)檢驗(yàn)）0.05 對(duì)應(yīng)的臨界值Wp=0.564；顯著水平（單側(cè)檢驗(yàn)）0.10對(duì)應(yīng)的臨界值Wp=0.746。

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)狀況評(píng)價(jià)

2011-2020年南漪湖各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)類別見(jiàn)表2。

表2 2011-2020年南漪湖各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)類別

由表2可知：10年間南漪湖水質(zhì)總體處于Ⅲ～Ⅵ類水平，超標(biāo)因子為總磷（總氮不參與評(píng)價(jià)）；東湖心2017-2019 年水質(zhì)為Ⅳ類，其余年份均為Ⅲ類；西湖心除2018 年水質(zhì)為Ⅳ類外，其余年份均為Ⅲ類；全湖除2018年和2019年水質(zhì)為Ⅳ類外，其余年份均為Ⅲ類。

用綜合污染指數(shù)法對(duì)南漪湖2011-2020 年各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)圖1（a）?？梢钥闯觯瑬|湖心和西湖心綜合污染指數(shù)在2011-2020 年期間變化趨勢(shì)基本一致，整體上呈下降趨勢(shì)；2016-2018 年期間東湖心和西湖心綜合污染指數(shù)均明顯增大，2018-2020年期間均急劇下降。東湖心和西湖心水質(zhì)總體上差別不明顯，2011-2020 年期間綜合污染指數(shù)均在0.40 到0.60之間，水質(zhì)狀況較清潔。

圖1 2011-2020年南漪湖各監(jiān)測(cè)點(diǎn)綜合污染指數(shù)和綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化趨勢(shì)

2.2 營(yíng)養(yǎng)狀況評(píng)價(jià)

2011-2020 年南漪湖各監(jiān)測(cè)點(diǎn)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)見(jiàn)圖1（b），東湖心和西湖心綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在2011-2020 年期間變化趨勢(shì)基本一致，整體上呈平穩(wěn)狀態(tài)。除2014 年各監(jiān)測(cè)點(diǎn)呈中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，其余年份均呈輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

2.3 主要水質(zhì)因子年際分布

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮、化學(xué)需氧量和氨氮年均值變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2。由圖2 可知，東湖心和西湖心各指標(biāo)變化趨勢(shì)均一致。溶解氧濃度2011-2015 年大幅上升，2015-2017 年大幅下降，2017-2019 年大幅上升，2020 年有所下降；高錳酸鹽指數(shù)2011-2014年明顯下降，2014-2020年期間小幅震蕩，濃度變化不大；總磷濃度2011-2016 年期間變化不大，處于平穩(wěn)狀態(tài)，2017年開(kāi)始迅速增大，2018年和2019年增大到峰值，2020年回落至與2011年基本持平；總氮濃度2011-2013 年變化不大，處于平穩(wěn)狀態(tài)，2014 年開(kāi)始迅速增大，至2016 年達(dá)到峰值，2017 年迅速回落，2018-2020 年與 2011 年基本持平；化學(xué)需氧量 2011-2017 年期間變化不大，處于平穩(wěn)狀態(tài)，2018 年明顯增大至峰值，2019 年迅速降至最低點(diǎn)，2020 年與 2019 年基本持平；氨氮2011-2020 年期間呈階梯性下降，2020 年達(dá)到最低點(diǎn)。

圖2 主要水質(zhì)因子濃度年際變化

2.4 變化趨勢(shì)分析

采用Spearman 秩相關(guān)系數(shù)法評(píng)價(jià)南漪湖各監(jiān)測(cè)斷面綜合污染指數(shù)、綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和各水質(zhì)因子隨時(shí)間變化的規(guī)律，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3 可知，東湖心、西湖心和全湖均值綜合污染指數(shù)均呈減小趨勢(shì)，各斷面均無(wú)顯著意義，說(shuō)明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)各斷面水質(zhì)有變好趨勢(shì)，變化趨勢(shì)較平穩(wěn)。東湖心、西湖心和全湖綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均呈減小趨勢(shì)，但均無(wú)顯著意義，說(shuō)明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)各斷面富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)有減輕趨勢(shì)，變化趨勢(shì)較平穩(wěn)。各水質(zhì)因子中僅溶解氧和總磷秩相關(guān)系數(shù)為正值，其余為負(fù)值，表明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)溶解氧和總磷濃度呈上升趨勢(shì)，其余均呈下降趨勢(shì)；東湖心總磷以及各斷面氨氮秩相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值均大于0.564，說(shuō)明評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)東湖心總磷濃度具有上升趨勢(shì)，各斷面氨氮濃度具有下降趨勢(shì)，其余指標(biāo)變化趨勢(shì)均無(wú)顯著意義，說(shuō)明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)P、CODMn、TN、CODCr變化較為穩(wěn)定。

表3 各斷面Spearman秩相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果

3 討論

磷是湖泊生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量循環(huán)的重要組成部分，是湖泊富營(yíng)養(yǎng)化防治的重要控制性指標(biāo)[9]。水中磷以元素磷、正磷酸鹽、縮合磷酸鹽、焦磷酸鹽、偏磷酸鹽和有機(jī)團(tuán)結(jié)合的磷酸鹽等形式存在，其主要來(lái)源為生活污水、化肥、有機(jī)磷農(nóng)藥及近代洗滌劑所用的磷酸鹽增潔劑等。從上述分析可知，總磷是影響南漪湖水質(zhì)的主導(dǎo)因子，也是南漪湖發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的影響因子，且從2011 年以來(lái)總體上處于濃度上升趨勢(shì)，這與“十一五”和“十二五”期間以化學(xué)需氧量和氨氮控制為導(dǎo)向的水污染防治政策體系有關(guān)，使得總磷控制相對(duì)薄弱，總磷指標(biāo)逐步成為長(zhǎng)江流域水體的主要污染指標(biāo)[10]。

總氮是指所有物質(zhì)中含有的氮元素，包括氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮與有機(jī)氮等。氨氮是指水中以游離氨（NH3）和銨離子（NH4+）形式存在的氮?？偟撬w中的營(yíng)養(yǎng)素，是水體發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的影響因子。氨氮和總氮具有明顯的正相關(guān)性，對(duì)污染較重的水體，總氮中氨氮比例較大，氮化合物以氨氮形態(tài)為主；對(duì)水質(zhì)較好的水體，氮化合物以其他形態(tài)化合物為主[11]。南漪湖2011-2020年間總氮和氨氮總體上均呈減小趨勢(shì)，且氨氮濃度下降趨勢(shì)具有顯著意義，說(shuō)明十年來(lái)南漪湖流域水污染治理取得了一定的成效。

化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)是指在規(guī)定的條件下，以不同的氧化劑，即重鉻酸鉀和高錳酸鉀氧化水樣中能被氧化的物質(zhì)所消耗的氧化劑的量，通常被作為直接表示水體中有機(jī)物相對(duì)含量的指標(biāo)，化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)高度相關(guān)[12]。南漪湖2011-2020 年間化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)總體上均呈減小趨勢(shì)，這也說(shuō)明了“十一五”和“十二五”期間南漪湖流域化學(xué)需氧量總量控制具有一定的作用。

通過(guò)調(diào)查可知，南漪湖污染主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面：一是上游無(wú)量溪河和郎川河等流域范圍內(nèi)的宣州區(qū)、郎溪縣和廣德市所轄開(kāi)發(fā)區(qū)、工業(yè)聚集區(qū)中電鍍、金屬表面處理、印染、造紙和釀造等企業(yè)所產(chǎn)生的廢水，這些企業(yè)排放廢水中總磷、總氮指標(biāo)常年處于較高水平；二是南漪湖流域內(nèi)的生活污水，流域范圍內(nèi)污水集中處理設(shè)施及其配套污水管網(wǎng)仍不完善，污水收集率和處理率不高，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村污水處理設(shè)施建設(shè)進(jìn)度相對(duì)滯后；三是農(nóng)村面源種植業(yè)化肥和農(nóng)藥等污染，流域內(nèi)含22個(gè)鎮(zhèn)鄉(xiāng)辦事處，耕地近13.33 萬(wàn)hm2[1]，長(zhǎng)期大范圍耕地撒施化肥和農(nóng)藥等，是造成總磷超標(biāo)及水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因之一；四是流域范圍內(nèi)畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染，2019年南漪湖周邊及上游主要河流沿岸1 000 m 范圍內(nèi)共計(jì)有276家養(yǎng)殖場(chǎng)（戶）[1]，大多治污設(shè)施過(guò)于簡(jiǎn)單，措施不到位，污染物直接或間接匯入南漪湖；五是水產(chǎn)養(yǎng)殖污染，2019 年南漪湖區(qū)周邊有1 萬(wàn)余畝養(yǎng)殖圍網(wǎng)，由于缺乏相應(yīng)的污染防治措施，養(yǎng)殖區(qū)殘留餌料、生長(zhǎng)代謝物、藥物等未經(jīng)有效處理直接進(jìn)入湖區(qū)，給南漪湖水生生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重影響。

2019年以來(lái)，宣城市、宣州區(qū)和郎溪縣政府及生態(tài)環(huán)境管理部門為改善南漪湖生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，開(kāi)展了一系列的專項(xiàng)整治行動(dòng)，如開(kāi)展污染源大起底大排查，加強(qiáng)農(nóng)村面源污染防治，積極推進(jìn)污水處理設(shè)施建設(shè)，推深做實(shí)湖長(zhǎng)制，出臺(tái)了《南漪湖水污染治理工作方案》。從圖1和圖2可知，2020年南漪湖各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)恢復(fù)至Ⅲ類，2019-2020 年綜合污染指數(shù)、總磷、總氮、氨氮和高錳酸鹽指數(shù)均呈大幅下降趨勢(shì)，說(shuō)明隨著各項(xiàng)治理措施的推進(jìn)，南漪湖水質(zhì)得到了改善。

4 結(jié)論

（1）南漪湖10 年間水質(zhì)除2018 年和2019 年為Ⅳ類外，其余年份均為Ⅲ類，超標(biāo)因子為總磷；除2014 年呈中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)外，其余年份均呈輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

（2）南漪湖2011-2020 年間整體水質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)有變好趨勢(shì)，變化趨勢(shì)較平穩(wěn)；各水質(zhì)因子除溶解氧和總磷濃度呈上升趨勢(shì)外，其余均呈下降趨勢(shì)。從變化趨勢(shì)圖可以看出，2016-2018年間各監(jiān)測(cè)點(diǎn)綜合污染指數(shù)及高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮、化學(xué)需氧量和氨氮濃度均有顯著的上升趨勢(shì)，2019-2020 年均顯著下降；溶解氧正好相反，2015-2017年間顯著下降，2017-2019年間顯著上升，2019-2020年間稍有下降。

（3）南漪湖綜合治理是一項(xiàng)復(fù)雜性和艱巨性的系統(tǒng)工程，今后還需繼續(xù)落實(shí)各項(xiàng)污染治理措施，進(jìn)一步加大污染綜合整治力度，以使南漪湖水環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)定達(dá)標(biāo)并持續(xù)改善。