氣象條件對(duì)安康瀛湖水質(zhì)影響研究

中圖分類號(hào)：X524文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Impact of Meteorological Conditions on Water Quality of Ying Lakein Ankang

He Jiali1，AnBin1，2，WangLankai3，Xiao Weiwei ^1，2

（1.EngineringTchnologyResearchCenterforWaterResourceProtectionandUlzationofHanjangRiver，Ankang75O，Cina; 2.School of Chemistry and Environment，Ankang College，Ankang 72500o，China; 3.Collgeof Geography and Remote Sensing Sciences，Xinjiang University，Urumqi830017，China）

Abstract：Basedonthemonthlywaterqualityandmeteorologicalmonitoringdatafrom217to2O23inYingLake，theevolutionpat terofwaterqualityanditsrelationshipwithmeteorologicalfactorswereanalyzedTeresultsndicatethat：From2O7to2，thean nual average permanganate index（ COD_Mn ），total nitrogen（TN），and Secchi disk depth（SD）in Ying Lakeall showed fluctuating downward trends，while total phosphorus（TP）and ammonia nitrogen（ NH₃-N ）exhibited significant increasing trends.Chlorophyll-a （Chl-a）remaiedelativelystable，andthevariatiosintsesixwaterqualityindicatorsdemonstrateddierencesacrossmultipletie scales.ThenualaverageTrophicLevelIndex（T）ofYingLkeehibitedatrendoffrstecreasingandthenincreasing，osstetly falling within the mesotrophic state，primarily influenced by TP ， Chl-a ，and SD.The average TLI was highest in autumn，lowest in spring，andslightlyhigherduringtheainysasoncomparedtothedryseasonTheimpactofmeteorologicalconditionsonwaterquality indicators in YingLakeis highly complex and exhibitsa time lag ，with most indicators being significantly influenced by preceding precipitation and temperature.

Keywords：meteorological conditions；water quality；eutrophication；trophic level index（TLI）；Ying Lake

前言

湖泊作為一種重要的自然資源，具有防洪、航運(yùn)、供水、旅游、漁業(yè)和氣候調(diào)節(jié)等多種功能。隨著人類活動(dòng)強(qiáng)度的增加及自然環(huán)境的變化，湖泊水質(zhì)環(huán)境受到嚴(yán)重威脅。在全球氣候變化背景下，氣象條件對(duì)水體理化特征的影響逐步成為研究熱點(diǎn)。安國(guó)英等[1研究表明洱海綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)與年平均氣溫呈正相關(guān)，與年降水量呈負(fù)相關(guān);高習(xí)等[2]研究發(fā)現(xiàn)氣象要素對(duì)水質(zhì)的pH值、溶解氧、高錳酸鹽和總氮的監(jiān)測(cè)值均有影響；何瑩等[3指出星云湖湖體水溫與綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)及綜合污染指數(shù)顯著正相關(guān)；王思汗等4研究表明峽谷型水源水庫(kù)蓄水過(guò)程水質(zhì)受入庫(kù)徑流與水體分層結(jié)構(gòu)共同影響。

瀛湖是安康水電站大壩攔蓄漢江形成的人工湖，是南水北調(diào)中線工程丹江口水庫(kù)的重要水源地，承擔(dān)著丹江口水庫(kù) 60% 的供水量。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類活動(dòng)的加劇，瀛湖富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益凸顯。學(xué)者們先后對(duì)瀛湖水環(huán)境現(xiàn)狀[5]、高pH 值原因[6、富營(yíng)養(yǎng)化特征[]等方面展開(kāi)研究，但還缺乏對(duì)水質(zhì)變化與氣象條件關(guān)聯(lián)的研究。籍此，文章利用逐月氣象和水質(zhì)觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析瀛湖水質(zhì)變化特點(diǎn)及其與氣象因素間的內(nèi)在聯(lián)系，以期為庫(kù)區(qū)水環(huán)境保護(hù)與治理提供科學(xué)參考，確?！耙汇逅览m(xù)北上”。

材料與方法

1. 1 研究區(qū)概況

安康瀛湖水庫(kù)位于安康市城區(qū)西南 16km 處，位于漢江主干道，是安康水電站大壩攔蓄漢江干流水體水形成的人工湖，庫(kù)區(qū)面積 77.5km² ，庫(kù)容26億 m³ ，平均水深100余米，具有供水、發(fā)電、防洪、航運(yùn)、旅游和漁業(yè)等功能。庫(kù)區(qū)地形狹窄，河道彎曲，湖內(nèi)有島嶼和半島40余處，溝灣百余處，素有\(zhòng)"陜西千島湖”之稱。該水庫(kù)共有蒿坪河、流水河、王家河、沙溝河、東香河、嵐河、任河、洞河、大道河等9條支流匯人，承擔(dān)著南水北調(diào)中線工程水源涵養(yǎng)的重要使命。

1.2 數(shù)據(jù)與方法

文章選取瀛湖壩前監(jiān)測(cè)點(diǎn)（ ^′108^°53^′35^′′E，32^°36^′ 55^′′N ）的高錳酸鹽指數(shù)（ COD_Mn ）、總磷（TP）、總氮（TN）、氨氮（ NH₃-N^? ）、葉綠素： a（Chl-a） 、透明度（SD）共6類水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，均來(lái)自生態(tài)環(huán)境部地表水水質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)（https：//szzdjc.cnemc.cn：8070/GJZ/Business/Publish/Main.html），依次統(tǒng)計(jì)春季（3月-5月）、夏季（6月-8月）、秋季（9月-11月）、冬季（12月-次年2月）季節(jié)平均值，雨季（5月-10月）和枯季（11月-次年4月）平均值，以作為季節(jié)、雨旱季水質(zhì)時(shí)間序列。2017年-2023年逐月降水量、平均氣溫、日照時(shí)數(shù)皆源自安康市統(tǒng)計(jì)局（https：//tjj.ankang.gov.cn/）。

水質(zhì)指標(biāo)參考《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法（試行）》[8]、《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838－2002）[9]進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)。水體富營(yíng)養(yǎng)化程度依據(jù)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TLI）進(jìn)行判斷，具體計(jì)算方法參見(jiàn)《湖泊（水庫(kù)）富營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)方法及分級(jí)技術(shù)規(guī)定》[10]，同時(shí)將營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分為5級(jí)：貧營(yíng)養(yǎng)（ TLIlt;30 ）、中營(yíng)養(yǎng)（ 30? TLI?50 ）、輕度富營(yíng)養(yǎng)（ 5070 ）。

2 結(jié)果與分析

2.1 瀛湖庫(kù)區(qū)水質(zhì)變化特征

2.1.1 水質(zhì)指標(biāo)變化

整體上來(lái)看，2017年-2023年瀛湖庫(kù)區(qū)年均高錳酸鹽指數(shù)（ COD_Mn ）、總氮（TN）和透明度（SD）皆呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，且年內(nèi)變異程度表現(xiàn)出減少態(tài)勢(shì)（如圖1所示）。其中， COD_Mn 下降趨勢(shì)最為明顯（ Plt;0.05 ），由初期的 2.48mg/L 減少至末期的1.70mg/L ，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)由ⅡI類 （2～4mg/L ）轉(zhuǎn)好為I類0 ≤2mg/L ）;TN 濃度變化范圍介于 1.07～1.33mg/L 但均屬于IV類水 （1.0～1.5mg/L） 。SD由2018年的2.51m 逐漸下降至2023年的1. 25m ，回落至2017年平均水平 （1.31m） ），表明瀛湖水體混濁程度有所增加。瀛湖葉綠素a（ Chl-a） 年均濃度基本上穩(wěn)定在7～10μg/L 之間，其中2019 年和2022年分別高達(dá)37.77μg/L.23.41μg/L ，處于中 （26～64μg/L ）、輕（ 10～26μg/L ）富營(yíng)養(yǎng)水平?？偭祝═P）、氨氮（ NH₃ -N）整體上均呈顯著增加趨勢(shì)（ Plt;0.05 ），年均濃度由2019年之前的 0.02mg/L 增加至之后的 0.12～ 0.21mg/L 左右，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)由ⅡI類（ 0.01mg/L～ 0.025mg/L 轉(zhuǎn)為 v 類 （0.1mg/L～0.2mg/L） ，表明TP已成為瀛湖庫(kù)區(qū)主要污染物。

由圖1可知，研究區(qū)各水質(zhì)指標(biāo)的變異系數(shù)由大到小依次為 Chl-a（114.05%）gt;TP（87.99%）gt; NH₃-N（52.09%）gt;SD（43.95%）gt;COD_Mn（22.82%） （204號(hào)gt;TN（13.88% ），充分說(shuō)明了瀛湖水質(zhì)月變化具有顯著差異性。具體看， Chl-a 月均濃度變化達(dá)到高變異程度，其中最高和最低值分別為 26.16μg/L （4月） 、9.31μg/L（12 月），其中半數(shù)月份處于Ⅱ類水平 （1.6～10μg/L） 。TN濃度在3月-9月較低，均低于 1.2mg/L ，其中又以8月的 1.04mg/L 最低，冬季12月-2月達(dá)到最高 （1.25～1.26mg/L） ，處于IV類水平 （1.0～1.5mg/L） ）月份占研究時(shí)段內(nèi)總月份的 90.7% ；TP濃度在3月-6月較低 （0.08mg/L～ 0.09mg/L ），其他月份則變化在 0.11～0.13mg/L 之間，其中月均濃度高于 0.2mg/L 月份占研究時(shí)段內(nèi)總月份的 31.4% 。SD在夏末秋初的8月－10月份最低 （1.17m～1.25m） ，在冬季2月份最高 （1.97m） _，其他月份則變化在 1.5～1.7m 之間。 COD_Mn 濃度在夏秋季的7-11月偏高，月均濃度變化在 2.03mg/L ～2.26mg/L 之間，處于Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而其他月份則變化范圍介于 1.70mg/L～1.96mg/L_? 。 NH₃-N 在7-次年1月偏高 10.14mg/L～0.19mg/L） ，2月^-6 月份偏低 （0.11mg/L～0.13mg/L） 。

此外，瀛湖庫(kù)區(qū)各水質(zhì)指標(biāo)的季節(jié)平均表現(xiàn)不一，其中TP、TN 和SD最高值均出現(xiàn)在冬季，但最低值分別出現(xiàn)在春、夏和秋季；Chl-a濃度在春季達(dá)到最高（ ：19.82μg/L ），冬季最低（ 10.55μg/L ）；COD_Mn 和 NH₃-N 濃度秋季達(dá)到最高，最低值分別出現(xiàn)在冬、春季。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，瀛湖庫(kù)區(qū)雨季Chl-a，TP，COD_Mn，NH₃-N 平均濃度高于旱季，分別比旱季高出 13.95%.13.30%.5.41%.16.73% ：TN和SD則是雨季平均濃度低于旱季，分別比旱季低 50.7%.18.09% 。以上足以表明瀛湖庫(kù)區(qū)6項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)變化具有多時(shí)間尺度差異。

（注：圖中數(shù)據(jù)表達(dá)方式均為平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差，下同。）

2.1.2綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化

根據(jù)湖泊（水庫(kù)）營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)方法[10]，使用高錳酸鹽指數(shù)（ COD_Mn ）、總磷（TP）、總氮（TN）、葉綠素a（ Chl-a） ）、透明度（SD）5個(gè)指標(biāo)計(jì)算瀛湖2017年-2023年逐月水質(zhì)的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TLI）。如圖3所示，瀛湖年均TLI表現(xiàn)出先減后增態(tài)勢(shì)，且皆處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)[10]，其中2017 年－2018 年期間減少了4.79，隨后持續(xù)增加至2023年的49.07，達(dá)到研究時(shí)段最高值，表明瀛湖水庫(kù)可能面臨著富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。整體而言，瀛湖年內(nèi)月均TLI表現(xiàn)出增加-穩(wěn)定-減少的階段變化特征，其中2月-7月逐月凈增加3.52，7月-11月保持穩(wěn)定在45.58＼～46.73之間，隨后12月－2月呈減少態(tài)勢(shì)。需要注意的是，極少數(shù)月份（ 6% ）的TLI超出了50以上，達(dá)到了富營(yíng)養(yǎng)化水平，其中以2023年4月最為典型（52.48）。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，瀛湖庫(kù)區(qū)秋季平均TLI最高（46.04），夏季（45.45）、冬季（44.01）次之，春季（43.42），意味著雨季（45.41）略高于旱季（43.62）。

2.1.3水質(zhì)指標(biāo)與TLI變化關(guān)系

研究時(shí)段內(nèi)瀛湖庫(kù)區(qū)TLI與 Chl-a，TP，TN，SD COD_Mn 5個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)顯示（如表1所示），月和季節(jié)尺度TLI與 Chl-a.TP 皆呈極顯著正相關(guān)（ Plt;0.01 ），與SD皆呈極顯著負(fù)相關(guān)（ ：Plt;0.05） ，表明瀛湖庫(kù)區(qū)水體富營(yíng)養(yǎng)化主要受 TP，Chl-a 和SD影響。此外，月和季節(jié)尺度 Chl-a 與 TN、SD 皆呈極顯著負(fù)相關(guān)（ Plt;0.01? ），可能與瀛湖水體藻類密度一定范圍內(nèi)隨著氮素的增加而不斷減少或者藻類生長(zhǎng)消耗了大量的氮素有關(guān)。月和季節(jié)尺度TN與SD均表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)（ Plt;0.01 ），月尺度TP與SD、COD_Mn 皆表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)（ ?Plt;0.05 ）

2.2氣象條件對(duì)水質(zhì)指標(biāo)的影響

通過(guò)統(tǒng)計(jì)瀛湖庫(kù)區(qū)水質(zhì)指標(biāo)與月降水量、平均氣溫、日照時(shí)數(shù)的Spearman相關(guān)系數(shù)，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，如表2所示。瀛湖庫(kù)區(qū) Chl-a 與當(dāng)月和上月的降水量、平均氣溫呈顯著正相關(guān)（ Plt;0.05 ），且與上月氣象因子的相關(guān)性更強(qiáng)，表明Chl-a與降水、氣溫之間存在時(shí)滯響應(yīng)。降水量的增加可攜帶大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)改變?cè)孱惿锪?，氣溫升高可通過(guò)大氣-湖泊表面的熱量交換從而導(dǎo)致水溫升高，進(jìn)而顯著影響

Chl-a濃度。TP是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要元素之一，與降水、平均氣溫的相關(guān)性由當(dāng)月至上2個(gè)月逐漸增強(qiáng)，TN與當(dāng)月和上月平均氣溫、上月及上2個(gè)月日照時(shí)數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)（ ?Plt;0.05? ，說(shuō)明TP、TN與氣象因子之間存在更為明顯的時(shí)滯響應(yīng)。盡管瀛湖TP與降水、平均氣溫的正相關(guān)性不顯著（ Pgt;0.05 ，但水-氣熱量交換能夠提高微生物的活性從而促進(jìn)底泥磷釋放，降水多導(dǎo)致地表徑流增加，使富含磷的表土層被侵蝕而進(jìn)入瀛湖，從而使水體含磷量增加。在溫度高、日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)、光照強(qiáng)的氣象條件下，因水生植物生長(zhǎng)需要吸收、降解水體中的氮，進(jìn)而使得水體中氮濃度下降。SD與當(dāng)月降水量、上月氣溫和日照時(shí)數(shù)等皆呈顯著負(fù)相關(guān)（ Plt;0.05） ，表明瀛湖水體在雨熱同期（4-10月）透明度降低。 COD_Mn 和 NH₃-N 皆與前兩個(gè)月的降水、氣溫呈顯著正相關(guān)（ Plt;0.05 ，且與上2個(gè)月的相關(guān)程度更為明顯。 COD_Mn 濃度變化與泥沙密切相關(guān)，前期降水偏多、平均氣溫偏高的氣象條件下，泥沙中有機(jī)質(zhì)的釋放及農(nóng)藥、化肥隨徑流過(guò)程進(jìn)入瀛湖，引起 COD_Mn 濃度升高。綜合來(lái)看，氣象條件對(duì)瀛湖水體水質(zhì)指標(biāo)的影響具有較強(qiáng)的復(fù)雜性、區(qū)域性以及時(shí)滯性。

3結(jié)論

通過(guò)分析2017年-2023年安康市瀛湖水質(zhì)和氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)瀛湖庫(kù)區(qū)6項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)年均值呈現(xiàn)波動(dòng)變化，其中 COD_Mn 、TN和 SD 皆呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，TP和 NH₃-N 整體上呈增加趨勢(shì)，且月、季節(jié)、雨、旱季變化具有顯著差異性。同時(shí)，瀛湖年均綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)先減后增，整體處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，主要受TP、Chl-a和SD 影響。季節(jié)平均 TLI呈現(xiàn)出秋季（46.04） gt; 夏季 （45.45）gt; 冬季（44.01）gt; 春季，雨季（43.42）略高于旱季（43.62）的趨勢(shì)。瀛湖庫(kù)區(qū) Chl-a，TPΩ，COD_Mn 和 NH₃-N 皆與前期降水、氣溫呈正相關(guān)，SD、TN與前期降水、氣溫呈負(fù)相關(guān)，這表明氣象條件對(duì)瀛湖水質(zhì)指標(biāo)的影響具有較強(qiáng)的復(fù)雜性以及時(shí)滯性。因此，未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)瀛湖區(qū)域氣象條件的監(jiān)測(cè)和預(yù)警，同時(shí)加強(qiáng)污染源控制，以實(shí)現(xiàn)瀛湖水質(zhì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定和持續(xù)改善。

參考文獻(xiàn)：

[1]安國(guó)英，郭兆成，葉佩.云南大理地區(qū)1989年-2019

年期間氣候變化及對(duì)洱海水質(zhì)的影響[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2022，36

[2]高習(xí)，韋英英，關(guān)哲忠.氣象條件對(duì)山美水庫(kù)水質(zhì)的影響分析[J].農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究，2023，13（9）：148-150.

[3]何瑩，祁云寬.星云湖水質(zhì)季節(jié)性變化及成因分析[J].四川環(huán)境，2023，42（6）：61-67.

[4]王思汗，李元來(lái)，劉茜，等.峽谷型水源水庫(kù)蓄水過(guò)程水質(zhì)變化特征及其影響要素[J].環(huán)境科學(xué)研究，2024，37（3）：563-571.

[5]周繼術(shù)，馮鵬，于海波，等.安康水庫(kù)水環(huán)境現(xiàn)狀研究[J].水生態(tài)學(xué)雜志，2019，40（1）：9-14.

[6]葛光環(huán)，王秋利，寇坤，等.陜西瀛湖水中高pH值原因分析及防控對(duì)策研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2022，47（10）：89-93.

[7]豆艷霞，何云勇，馮莎.瀛湖水質(zhì)變化特征及富營(yíng)養(yǎng)化控制研究[J].四川環(huán)境，2023，42（4）：150-155.

[8]環(huán)境保護(hù)部辦公廳.地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法（試行）[R].北京：環(huán)境保護(hù)部，2011.

[9]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）[S].2002.

[10]中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站.湖泊（水庫(kù)）富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)及分級(jí)技術(shù)規(guī)定[R].北京：中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，2001.