云南高原湖泊溶解氧達(dá)標(biāo)考核要求探討

黃鈺鈴，方金鑫，王澤平，關(guān)夢南，馮順新

（1．中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2．云南省水文水資源局麗江分局，云南 麗江 674100）

1 研究背景

我國在制定（修改）地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)把溶解氧列為水質(zhì)的主要評價(jià)因子之一。溶解氧作為水體感官及保護(hù)水生生物生存的表征指標(biāo)，以水中溶解的分子態(tài)氧計(jì)，較高的溶解氧反映了水生態(tài)系統(tǒng)的健康程度較高[1-2]。正確評價(jià)水體中的溶解氧成為水質(zhì)達(dá)標(biāo)考核的重要環(huán)節(jié)。云南省高原湖泊如瀘沽湖、撫仙湖、洱海等，其水質(zhì)優(yōu)良，水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況較好，但在 “湖長制”達(dá)標(biāo)考核中，常因海拔較高、氣壓較低，溶解氧含量明顯低于同緯度平原地區(qū)的湖庫[3-4]、河口[5]、近海[6-7]等，造成溶解氧超標(biāo)現(xiàn)象導(dǎo)致考核不達(dá)標(biāo)[8]。一方面，溶解氧超標(biāo)固然與水中溶解氧的含量較低密不可分；另一方面，在水質(zhì)優(yōu)良、其他指標(biāo)達(dá)標(biāo)的情況下，溶解氧仍然超標(biāo)，不難質(zhì)疑考核所采用的標(biāo)準(zhǔn)適宜性。面對 “綠水青山就是金山銀山”，地方政府在經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)中面臨艱難取舍，擔(dān)心過嚴(yán)的標(biāo)準(zhǔn)限制地方發(fā)展，也擔(dān)心標(biāo)準(zhǔn)過于寬泛、缺少針對性而破壞高原湖泊水環(huán)境質(zhì)量。因此，探討高原湖泊溶解氧特征及其達(dá)標(biāo)考核要求，對高原湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)及支撐區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

本文以云南省瀘沽湖、撫仙湖、洱海及程海為例，分析高原湖泊長系列表層水體溶解氧濃度及氧飽和率數(shù)據(jù)，結(jié)合其他地區(qū)高原湖泊溶解氧特征，探尋云南省高原湖泊水體溶解氧達(dá)標(biāo)考核中評估標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整空間，為高原湖泊 “湖長制”考核管理中的變通做法提供支撐，同時(shí)為國內(nèi)外高原地區(qū)湖泊、水庫及河流水環(huán)境管理提供參考。

2 研究概況

2．1 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，地處雅礱江理塘河三級(jí)支流海門河上游，距寧蒗縣城61 km。瀘沽湖呈北西走向，南北長22．3 km，東西寬（最寬處）7．6 km[9]。2020年 《麗江市瀘沽湖保護(hù)條例》規(guī)定瀘沽湖最高蓄水位為2691．8 m，最低運(yùn)行水位為2691．0 m（85高程）。

撫仙湖地跨云南省澄江市、江川縣、華寧縣三縣，屬珠江流域南盤江水系。湖面積212 km2，最大水深157．3 m，平均水深87 m，湖面高程1719．6 m[10]。洱海地處云南省大理白族自治州境內(nèi)，位于瀾滄江、金沙江和元江三大水系分水嶺地帶。洱海南北長42．5 km，平均寬度6．3 km，平均水深10．8 m。最高運(yùn)行水位 1966．0 m時(shí)（85高程），湖面面積 252 km2，湖容 29．2億m3，調(diào)節(jié)湖容 4．27億m3[11]。程海位于云南省麗江市永勝縣，屬金沙江水系，水面面積75．8 km2，南北長19．15 km，東西平均寬度4．3 km。蓄水量 19．8億m3，平均水深 25．7 m[12]。水面最大高程 1501 m，湖底最低高程 1465 m。

根據(jù) 《云南省水功能區(qū)劃》（2014年修訂）要求，瀘沽湖、撫仙湖水質(zhì)類別為滿足 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）I類，洱海和程海的水質(zhì)類別分別滿足Ⅱ和Ⅲ類。

2．2 監(jiān)測點(diǎn)位及方法溶解氧含量有三種表達(dá)形式，即氧分壓、氧濃度和氧飽和率，研究中常以氧濃度及氧飽和率計(jì)。氧飽和率考慮溫度和海拔因素的影響，以實(shí)測氧濃度占該溫度下飽和溶解氧濃度的百分比來表示，比氧濃度指標(biāo)更科學(xué)[13]。

本文收集了瀘沽湖1999—2019年三個(gè)點(diǎn)位共593次、撫仙湖2015—2019年五個(gè)點(diǎn)位共298次、洱海2010—2016年六個(gè)點(diǎn)位共299次以及程海1999—2019年四個(gè)點(diǎn)位共534次實(shí)測氧濃度值，監(jiān)測方法及儀器根據(jù)云南省水文水資源局統(tǒng)一要求。參考文獻(xiàn)[14]，根據(jù)對應(yīng)海拔計(jì)算了相應(yīng)溫度下各點(diǎn)位各測次的氧飽和率。

2．3 歷史數(shù)據(jù)來源在長系列監(jiān)測資料分析基礎(chǔ)上，收集了中國科學(xué)院水生生物研究所于1957年7—10月對云南撫仙湖、陽宗海、滇池、星云湖、異龍湖、杞麓湖、大屯海、洱海等高原湖泊進(jìn)行的水質(zhì)調(diào)查及分析結(jié)果[15]。

3 結(jié)果與分析

3．1 云南高原湖泊溶解氧特征

3．1．1 長系列監(jiān)測資料分析 瀘沽湖、撫仙湖、洱海及程海長系列監(jiān)測氧濃度及相應(yīng)溫度下氧飽和率分別見表1—表4所示。由表1可知，瀘沽湖的氧濃度值≥7．5 mg/L時(shí)，氧飽和率超過90%的頻次為178次；氧濃度值為6～7．5 mg/L（取區(qū)間下限值6，不含上限值7．5，余同）時(shí)，氧飽和率超過90%的頻次為345次，80%～90%的頻次為60次；有5次氧濃度值為5～6 mg/L，而氧飽和率超過90%的頻次為1次，其余4次的氧飽和率為60%～70%。

表1 瀘沽湖1999—2019年溶解氧實(shí)測值及氧飽和率的頻數(shù)分布

表2 撫仙湖2015—2019年溶解氧實(shí)測值及氧飽和率的頻數(shù)分布

表3 洱海2010—2016年溶解氧實(shí)測值及氧飽和率的頻數(shù)分布

表4 程海1999—2019年溶解氧實(shí)測值及氧飽和率的頻數(shù)分布

由表2可知，撫仙湖的氧濃度值≥7．5 mg/L時(shí)，氧飽和率超過90%的頻次為228次；氧濃度值為6～7．5 mg/L時(shí)，氧飽和率超過90%的頻次為42次，80%～90%的頻次為16次；有2次氧濃度值為5～6 mg/L，而氧飽和率為80%～90%；氧濃度值最低為4．0 mg/L，氧飽和率為55．7%，頻次為1。

由表3可知，洱海的氧濃度值≥7．5 mg/L時(shí)，氧飽和率超過90%的頻次為259次；氧濃度值為6～7．5 mg/L時(shí)，氧飽和率超過90%的頻次為30次，80%～90%的頻次為4次；有 3次氧濃度值為 5～6 mg/L，而氧飽和率為70%～80%；氧濃度值為3～5 mg/L的測值有2次，分別為3．9mg/L和4．3 mg/L，對應(yīng)氧飽和率為53．4%和61．4%。

由表4可知，程海的氧濃度值≥7．5 mg/L時(shí)，氧飽和率超過90%的頻次為328次；氧濃度值為6～7．5 mg/L時(shí)，氧飽和率超過90%的頻次為75次，80%～90%的頻次為58次；氧濃度值為5～6 mg/L時(shí)，氧飽和率為70%～80%的頻次為9次，為60%～70%的頻次為15次。

3．1．2 歷史監(jiān)測結(jié)果 根據(jù)中國科學(xué)院水生生物研究所于1957年7—10月對云南撫仙湖、陽宗海、滇池、星云湖、異龍湖、杞麓湖、大屯海、洱海等11個(gè)主要高原湖泊的調(diào)查結(jié)果（表5），云南湖泊中的表層水中溶解氧含量較高，平均水深15 m以內(nèi)8個(gè)湖泊的23個(gè)測站中，氧飽和率超過100%的有6個(gè)，90%～99．1%的占11個(gè)，80%～89%的4個(gè)，80%以下的2個(gè)。其中面積較大的洱海，表層水中氧飽和率高達(dá)118．0%，滇池外海測定的三站都在99．1%以上。平均水深20 m以上的撫仙湖及陽宗海12個(gè)測站中，表層水溶解氧飽和率在100%以上的占一半，89%～98%的占一半。

表5 云南湖泊水質(zhì)理化指標(biāo)測定表[15]

該次大范圍調(diào)查表明，云南高原湖泊中，以洱海為代表的、水深15 m以內(nèi)的湖泊表層水體溶解氧飽和率超過80%的占比為91．3%，以撫仙湖為代表的、水深20m以上的湖泊表層水體溶解氧飽和率超過80%的比例為100%。因此，高原湖泊表層水氧飽和率一般超過80%，水質(zhì)通常良好。

3．2 云南高原湖泊溶解氧評價(jià)

3．2．1 溶解氧評價(jià) 我國 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）對Ⅰ類水質(zhì)的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)以氧飽和率和氧濃度定，即氧飽和率≥90%或氧濃度≥7．5 mg/L，Ⅱ類—Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)均以氧濃度定，分別為≥6 mg/L、≥5 mg/L、≥3 mg/L及≥2 mg/L。

統(tǒng)計(jì)瀘沽湖、撫仙湖、洱海及程海四個(gè)高原湖泊溶解氧及氧飽和率頻率區(qū)間分布，結(jié)果見表6和圖1。四個(gè)高原湖泊中，當(dāng)實(shí)測氧濃度≥7．5 mg/L時(shí)，對應(yīng)溫度下的氧飽和率超過90%的頻率分別為99．4%、99．1%、100%和95．1%，超過80%的頻率分別為 100%、100%、100%及99．4%；當(dāng)實(shí)測氧濃度為6～7．5 mg/L時(shí)，對應(yīng)溫度下的氧飽和率超過80%的頻率分別為99．0%、89．2%、97．1%和82．1%，超過70%的頻率分別為100%、100%、100%及99．4%；當(dāng)實(shí)測氧濃度為5～6 mg/L時(shí)，對應(yīng)溫度下的氧飽和率超過70%的頻率分別為20%、100%、100%和37．0%，超過60%的頻率分別為100%、100%、100%及92．6%；當(dāng)實(shí)測氧濃度為3～5 mg/L時(shí)，撫仙湖和洱海對應(yīng)溫度下的氧飽和率超過60%的頻率分別為0%和50%，超過50%的頻率分別為100%和100%。雖然程海水體礦化度較高，但溶解氧統(tǒng)計(jì)結(jié)果仍符合上述規(guī)律。

表6 各湖溶解氧實(shí)測值及氧飽和率的頻率 （單位：%）

圖1 各湖溶解氧實(shí)測值及氧飽和率的頻率區(qū)間分布

總的來說，高原湖泊中實(shí)測溶解氧濃度滿足Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)限值，在7．5 mg/L以上時(shí)，飽和率至少在80%以上；實(shí)測值在6～7．5 mg/L之間，即滿足Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，飽和率至少在70%以上；實(shí)測溶解氧濃度在5～6 mg/L之間，即滿足Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，氧飽和率至少為60%以上；實(shí)測溶解氧濃度在3～5 mg/L之間，即滿足Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，氧飽和率至少為50%以上。對照 《云南省水功能區(qū)劃》（2014年修訂）要求，瀘沽湖、撫仙湖及洱海的達(dá)標(biāo)率均為100%，程海達(dá)標(biāo)率為92．6%。

3．2．2 溶解氧影響因素 影響水體溶解氧的因素包括海拔、氣壓、溫度、鹽度、風(fēng)力、水動(dòng)力條件等非生物因素，以及高等水生植物及浮游植物等生物群落[16]。溫度直接關(guān)系到水體氧含量大小，一般來說，溫度越高、鹽度越大，水中溶解氧越低[17]。深水湖庫常因水溫分層導(dǎo)致溶解氧出現(xiàn)分層[18]，且表層氧含量因浮游植物光合作用而較高[19]、底層則出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象[20]。

高原湖泊因其海拔較高、氣壓較低，表層水體溶解氧明顯低于平原地區(qū)湖泊，但氧飽和率均較高。青藏高原的咸水、半咸水湖泊如鄂陵湖水體中氧含量平均為7．1 mg/L，氧飽和率為80%左右[21]；納木錯(cuò)表層水處于過飽和狀態(tài)，氧飽和率達(dá)105%，底層水雖為未飽和狀態(tài)，氧飽和率也高達(dá)80%左右[22]；瑪旁雍錯(cuò)57個(gè)測次中，氧飽和率均超過90%[23]；青海湖12個(gè)測次中，實(shí)測氧濃度均超過6 mg/L，氧飽和率均超過90%[24]；蒙新高原的天山天池表層水體5個(gè)測次中，氧飽和率均超過90%[25]。

因此，這類受人類活動(dòng)干擾較少的高原湖泊，一般為自然保護(hù)區(qū)，水功能區(qū)劃要求的水質(zhì)目標(biāo)為保持自然狀態(tài)；其水環(huán)境質(zhì)量較好，氧含量背景值有別于平原地區(qū)，氧飽和率至少超過80%，常在90%以上。

不獨(dú)高原湖泊，高原地區(qū)河流溶解氧水平也低于同緯度平原區(qū)河流，如雅江支流尼洋河在豐水期和平水期時(shí)河源區(qū)測點(diǎn)溶解氧含量分別低至 6．49 mg/L、6．51 mg/L，對應(yīng)的氧飽和率分別為 81．87%和84．07%，其海拔為4677 m[26]。林芝地區(qū)福清河海拔為2900 m，6個(gè)斷面實(shí)測溶解氧濃度為7．18～8．45 mg/L，相應(yīng)氧飽和率為 80．1%～94．1%[27]。

3．3 云南高原湖泊溶解氧達(dá)標(biāo)考核要求建議

3．3．1 國內(nèi)外溶解氧標(biāo)準(zhǔn) 歐盟的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[28]中，RO：GD161要求環(huán)境水質(zhì)中Ⅰ類水溶解氧≥9 mg/L，飽和率則為湖上層90%～110%，均溫層90%～70%，混合水體90%～70%；ICPDR要求Ⅰ類水溶解氧≥7 mg/L；ECE要求Ⅰ類水溶解氧≥7 mg/L，飽和率要求與 RO：GD161相同，為湖上層90%～110%，均溫層90%～70%，混合水體90%～70%。EU75/440/EEC對A1類地表飲用水要求溶解氧飽和率＞70%；MA衛(wèi)生規(guī)范 Nr．06．6．3．23（1997）要求Ⅰ類水溶解氧標(biāo)準(zhǔn)為≥4 mg/L。推薦的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，對Ⅰ類水溶解氧要求≥7 mg/L或采用自然背景值。

由于我國幅員遼闊，南北方地理環(huán)境、氣候情況差異很大，溶解氧濃度受到溫度、氣壓的影響，在高原地帶、飽和水中的氧濃度可能很低，故其標(biāo)準(zhǔn)限值為飽和率≥90%或濃度≥7．5 mg/L，即Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)值可以按飽和率90%計(jì)（以保持?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)性和可比性），也可以按濃度7．5 mg/L計(jì)。為保證魚類產(chǎn)卵、繁殖，Ⅱ類水域溶解氧標(biāo)準(zhǔn)限值為6 mg/L；為保證大多數(shù)經(jīng)濟(jì)魚類的良好生存，Ⅲ類水域溶解氧標(biāo)準(zhǔn)限值為5 mg/L；為保證魚類正常生存的最低濃度，Ⅳ類水域溶解氧標(biāo)準(zhǔn)限值為3 mg/L；為維護(hù)魚類不發(fā)生急性死亡，Ⅴ類水域溶解氧標(biāo)準(zhǔn)限值為2 mg/L。

3．3．2 高原湖泊溶解氧達(dá)標(biāo)考核要求建議 結(jié)合長系列監(jiān)測結(jié)果、歷史及文獻(xiàn)資料可知，云南高原湖泊水體實(shí)測溶解氧濃度滿足Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)限值，在7．5 mg/L以上時(shí)，飽和率至少在80%以上；實(shí)測值≥6 mg/L，即滿足Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，飽和率至少在70%以上；實(shí)測溶解氧濃度≥5 mg/L，即滿足Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，氧飽和率至少為60%以上；實(shí)測溶解氧濃度≥3 mg/L，即滿足Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，氧飽和率至少為50%以上。因此，建議在對這些高原湖泊溶解氧的達(dá)標(biāo)考核過程中靈活變通[29]，根據(jù)水功能區(qū)劃要求，對氧濃度進(jìn)行考核；若氧濃度未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限值，則根據(jù)溫度和海拔計(jì)算氧飽和率，以氧飽和率進(jìn)行考核，若達(dá)標(biāo)即可判定為溶解氧達(dá)標(biāo)。在實(shí)際管理過程中，這一變通做法無疑既如實(shí)展現(xiàn)了高原湖泊水質(zhì)狀態(tài)，不挫傷環(huán)境保護(hù)的積極性，同時(shí)又極大地支撐了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為實(shí)現(xiàn) “綠水青山”與 “金山銀山”兩手抓的目標(biāo)助力護(hù)航。

4 結(jié)論

針對云南高原湖泊，在溶解氧的達(dá)標(biāo)考核過程中，可根據(jù)水功能區(qū)劃要求，對氧濃度進(jìn)行考核；若氧濃度未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限值，則根據(jù)溫度和海拔計(jì)算氧飽和率并進(jìn)行考核，滿足標(biāo)準(zhǔn)即可判定為溶解氧達(dá)標(biāo)。達(dá)標(biāo)考核中，Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)限值可取氧濃度≥7．5 mg/L或氧飽和率≥80%；Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值可取氧濃度≥6 mg/L或氧飽和率≥70%；Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值可取氧濃度≥5 mg/L或氧飽和率≥60%；Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)限值可取氧濃度≥3 mg/L或氧飽和率≥50%。

下一步工作中將針對高原湖泊水體溶解氧與生物因素之間的相互作用開展深入研究，探索不同溶解氧管理策略對生物生命周期的影響，量化生物因素特別是初級(jí)生產(chǎn)者綠色植物及高級(jí)消費(fèi)者魚類對溶解氧含量及時(shí)空分布的反饋調(diào)節(jié)，深刻揭示高原湖泊水體溶解氧演變機(jī)理，為高原湖泊溶解氧管理策略優(yōu)化提供充足的理論依據(jù)。此外，根據(jù)高原湖泊水溫分層的自然特性，研究提出適宜的溶解氧分類、分期管理策略，可為全面落實(shí) “一湖一策”的河（湖）長制管理提供依據(jù)，為推動(dòng)國標(biāo)GB 3838—2002未來在全國實(shí)行分區(qū)管理提供參考。

致 謝感謝云南省水文水資源局玉溪分局和大理分局在數(shù)據(jù)收集中提供的幫助。