鄱陽湖水質(zhì)時空相關性及其因素分析

李艷紅，成靜清，郭春晶

（江西省水利科學研究院，江西 南昌 330029）

鄱陽湖是我國第一大淡水湖，也是一個典型的過水型、吞吐型、季節(jié)型的湖泊。由于“五河”及長江來水對湖區(qū)水位的雙重影響，導致湖泊面積擴大或萎縮，使得鄱陽湖區(qū)洪水和干旱現(xiàn)象交替出現(xiàn)[12]，同時鄱陽湖水位常年變化而導致水文的巨大差異也給水環(huán)境帶來一定的影響。本文根據(jù)地統(tǒng)計學原理，以相關性代替變異函數(shù)，分析了不同方向上的空間異質(zhì)性；通過分析鄱陽湖水質(zhì)時空相關性，研究了鄱陽湖水質(zhì)隨時間、距離、橫斷面上的時空變化規(guī)律，以期為水質(zhì)預測工作提供基礎研究的方向，這對于有效地為鄱陽湖的綜合整治和科學管理提供科學依據(jù)，為強化鄱陽湖水環(huán)境管理與規(guī)劃具有重大的意義。

1 材料方法與實驗

1.1 采樣布點

根據(jù)湖區(qū)出入湖河流污染物的來源類型，對鄱陽湖區(qū)主干流表層水進行了現(xiàn)場調(diào)查以及系統(tǒng)樣品采集，采樣位置見圖1。水樣采集后置于低溫下避光保存，采樣結(jié)束后，立即對樣品進行處理。對部分需測定總氮、總磷等原水樣經(jīng)現(xiàn)場用0.45μm的Millipore 濾膜進行過濾，并加H2SO4酸化保存，運回實驗室后立刻進行化學分析，分析項目包括pH、Eh、溫度、電導率、溶解氧、chl-a、總氮、總磷、硝酸鹽氮、氨氮、CODMn、BOD5等水質(zhì)參數(shù)。

采樣現(xiàn)場立即用HACH 便攜式現(xiàn)場分析儀進行測定pH、Eh、溫度、電導率、溶解氧等參數(shù)，在現(xiàn)場必需將測定的數(shù)據(jù)包括水體的表觀性質(zhì)以及天氣狀況、采樣時間、采樣地名，同時還用GPS 測出采樣點的地理坐標。

1.2 樣品測定

TP、TN、NH3-N、NO3-N、CODMn、濁度、懸 浮物SS、BOD5等指標都按國家標準方法測定。分別為：鉬酸銨分光光度法，堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，納氏試劑比色、紫外分光光度法，高錳酸鹽指數(shù)的測定，硫酸肼分光光度法，重量法，碘量法。

2 結(jié)果與討論

2.1 數(shù)據(jù)計算

監(jiān)測指標共13個，分別包括包括水溫（T）、pH、懸浮物SS、濁度SD、DO、CODMn、BOD5、TN、TP、氨氮（NH3-N）、硝酸鹽氮（NO3-N）、Chl-a、電導率Eh。這13個水質(zhì)參數(shù)形成了2011年各月的水質(zhì)數(shù)據(jù)矩陣。再以監(jiān)測點為對象，對各月水質(zhì)數(shù)據(jù)矩陣求取相關系數(shù)矩陣（以表1為例），可得到各月監(jiān)測點——監(jiān)測點的相關系數(shù)矩陣。在此基礎上，對各月的相關系數(shù)矩陣進行如下統(tǒng)計分析：

式中，Rinj表示第i月相關系數(shù)矩陣中，第n個監(jiān)測點與第j個監(jiān)測點的相關系數(shù)，j=1，2，…，8。

圖1 鄱陽湖采樣點位置示意圖

令Rs=Rin，稱Rs為空間相關性。Rs 越大，水質(zhì)的空間分布就越均勻，差異性越?。籖s 越小，水質(zhì)的空間差異就越大。

式中：PRm表示第m 監(jiān)測點各月Rs 值的均值；Rmi表示第i月第m 監(jiān)測點的Rs 值；TRi表示第i月各監(jiān)測點Rs 值的均值。

PR 和TR 都是基于監(jiān)測點的相關性分析得出的時空相關性指標，稱PR為監(jiān)測點的空間相關性，TR為時間相關性。PR 值越大，表明各個監(jiān)測點的相關性越大，反映水質(zhì)在空間上分布就越均衡，差異性越??；TR 值越大，則表明空間分異性的時間變化就越小。不同季節(jié)鄱陽湖RS的時空分布及S 值見表2。

2.2 鄱陽湖水質(zhì)時空相關性分析

2.2.1 TR 值的季節(jié)變化規(guī)律

根據(jù)鄱陽湖水文特征情況將鄱陽湖按季節(jié)分為豐水期（5月、7月）；平水期（3月、10月）；枯水期（1月、12月）。從表2、圖2 中可以看出鄱陽湖各監(jiān)測點不同月份和季節(jié)性的TR 值變化差異均較明顯，水位變化對鄱陽湖污染物質(zhì)空間相關性起到?jīng)Q定作用?？傮w上枯水期監(jiān)測點間TR 值差異較大，又以1月份鄱陽湖水質(zhì)的空間分異性最大，TP 值為0.7108，而平水期、豐水期各測點TR 值變化規(guī)律一致，變化范圍為0.8545～0.8785，空間分異性小且不明顯。

造成枯水期鄱陽湖湖水質(zhì)的空間分異性較大，而平水期、豐水期的空間分異性小的原因與鄱陽湖特殊的水文特征有關。鄱陽湖屬季節(jié)性、吞吐性湖泊，具有“豐水一片，枯水一線”的水文特征，全年中湖區(qū)水資源量變化巨大，導致一年中水體空間分異性呈現(xiàn)明顯變化規(guī)律。豐水期間由于湖區(qū)水量巨大，整個鄱陽湖連成一片，湖水中污染物質(zhì)可得到充分的交換，各監(jiān)測點間互相影響較大，因此導致空間分異性較小；而枯水期間湖泊水被河道分割，湖水無法得到交換，監(jiān)測點之間影響較小空間差異較大，隨著水位的升高，空間差異性逐漸增大；平水期和豐水期水位相近，均較高，各地區(qū)水質(zhì)影響較密切導致空間差異性也較小。10月份TR 值較7月份來說減少原因與9月上中旬長江上游處于汛期，水位較高，而鄱陽湖已脫離主汛期，水位較低，長江水倒灌進鄱陽湖引起湖水污染物交換有關。

表1 鄱陽湖水質(zhì)監(jiān)測點相關系數(shù)矩陣（2011年7月）

表2 鄱陽湖水質(zhì)Rs的時空分布

圖2 TR 值時間變化特征

2.2.2 PR 值的空間分布

PR 值反映了鄱陽湖2011年不同監(jiān)測點水體污染物的空間分異性規(guī)律（如圖3），規(guī)定沿水流方向上湖口到吳城為北湖區(qū)、都昌到西源為南湖區(qū)。由圖3、表2 可知鄱陽湖南北湖區(qū)空間分異性規(guī)律明顯，總體上看各地區(qū)PR 值從主湖區(qū)L5 都昌處沿遠離都昌方向分別向北湖區(qū)、南湖區(qū)逐漸減少，在北湖區(qū)L1 湖口地區(qū)PR 值較小，為0.8275，而南湖區(qū)L7 周溪地區(qū)PR 值出現(xiàn)最小值，為0.7169，時間差異性均較大。

鄱陽湖PR 值分布規(guī)律與鄱陽湖地理特征和入湖河流污染物輸入有關（如圖1）。在湖口、星子地區(qū)工業(yè)廢水排放和采砂情況嚴重，對水體污染物貢獻率較大，從而導致水質(zhì)空間分異性較大。南湖區(qū)監(jiān)測點之間空間分異性較大，主要與受人類各種活動的污染影響程度不一樣有關。L7 周溪地區(qū)PR 值（0.7169）非常小，與其他點空間差異較大，原因與周溪地區(qū)處于鄱陽湖珍珠蚌類水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域，受養(yǎng)殖戶投餌料和飼料等人類活動較大，從而導致空間差異性較大有關。

圖3 PR 值空間變化特征

3 結(jié)論

（1）鄱陽湖水質(zhì)存在時空相關性，枯水期與平水期、豐水期相比空間分異性較大，以1月份TR 值最大為0.7108，水位變化對鄱陽湖水質(zhì)時空相關性影響較大。

（2）鄱陽湖南北湖區(qū)空間分異性規(guī)律明顯，水質(zhì)空間差異性從主湖區(qū)都昌處沿遠離都昌方向分別向北部、南部地區(qū)隨著距離的增大而逐漸減少，其中監(jiān)測點L7的PR 值最小，為0.7169，這主要受到周溪地區(qū)珍珠蚌類水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響。

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