2005-2014年烏梁素海湖泊水質(zhì)變化特征?

田偉東，賈克力??，史小紅，趙勝男，吳 用，宋 爽，馬 軍

（1：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特010018）（2：河套灌區(qū)排水事業(yè)管理局總排干溝紅圪卜排水站，巴彥淖爾014400）

2005-2014年烏梁素海湖泊水質(zhì)變化特征?

田偉東1，賈克力1??，史小紅1，趙勝男1，吳 用1，宋 爽1，馬 軍2

（1：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特010018）（2：河套灌區(qū)排水事業(yè)管理局總排干溝紅圪卜排水站，巴彥淖爾014400）

為了確定烏梁素海湖泊水質(zhì)變化特征，選取烏梁素海2005-2014年6-9月長(zhǎng)序列的水質(zhì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析溶解氧、化學(xué)需氧量、總氮、總磷及氟化物的年際變化特征.采用灰色模式識(shí)別模型對(duì)烏梁素海2005-2014年的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并結(jié)合烏梁素海的實(shí)際狀況，從外源污染、入湖污染物負(fù)荷量及入湖水量3個(gè)方面對(duì)其水質(zhì)變化的影響因素進(jìn)行分析.結(jié)果表明：2005-2014年間，水質(zhì)狀況轉(zhuǎn)好；除總磷外，各污染指標(biāo)濃度均有不同程度的下降；灰色綜合指數(shù)表明烏梁素海水質(zhì)正向良性方向發(fā)展；總磷治理應(yīng)成為烏梁素海污染治理的主要方面；外源污染的削減、入湖污染物負(fù)荷量的降低及入湖水量的增加是烏梁素海水質(zhì)轉(zhuǎn)好的主要影響因素.

烏梁素海；水質(zhì)變化；灰色模式識(shí)別模型；影響因素

湖泊是重要的淡水資源，具有調(diào)蓄洪水、供給水源、水產(chǎn)養(yǎng)殖、航運(yùn)旅游及調(diào)節(jié)局部氣候等多種生態(tài)功能，對(duì)人類社會(huì)的健康可持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用［1］.然而隨著自然環(huán)境的變化以及人類活動(dòng)干擾的不斷加強(qiáng)，湖泊水質(zhì)環(huán)境受到嚴(yán)重威脅，以水體富營(yíng)養(yǎng)化［2-4］、有機(jī)污染［5-6］、沼澤化［7-9］等為代表的問(wèn)題嚴(yán)重制約著湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展.

烏梁素海位于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)灌排系統(tǒng)的末端，是灌區(qū)生活污水、農(nóng)田灌溉排水、退水及工業(yè)廢水的承泄場(chǎng)所，亦是污染物質(zhì)的儲(chǔ)存地，屬于典型的寒旱區(qū)人工控制型湖泊，對(duì)于緩解黃河下游污染、水土保持、流

域環(huán)境改善都有極其重要的作用.目前眾多學(xué)者對(duì)烏梁素海水環(huán)境［10-12］、沉積物［13-15］、冰環(huán)境［16-17］和大氣沉降［18］等方面的研究已取得很大進(jìn)展，但都是基于短時(shí)間序列上的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)研究.近年來(lái)，位于烏梁素海流域的河套灌區(qū)的種植結(jié)構(gòu)已發(fā)生改變，各排干排水量也有較大變化.因此，有必要進(jìn)行烏梁素海長(zhǎng)序列的水質(zhì)變化研究，從而揭示其在長(zhǎng)時(shí)間尺度上的水質(zhì)變化規(guī)律，對(duì)烏梁素海環(huán)境污染控制與治理具有重要意義.

?國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51339002，51269017，51269016）、自治區(qū)級(jí)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和內(nèi)蒙古烏梁素海濕地生態(tài)站項(xiàng)目聯(lián)合資助.2015-09-30收稿；2016-02-06收修改稿.田偉東（1990～），男，碩士研究生；E-mail：tianweidong1122＠163.com.

??通信作者；E-mail：kelijia58＠126.com.

利用烏梁素海2005-2014年實(shí)際觀測(cè)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，本文分析溶解氧、化學(xué)需氧量、總氮、總磷及氟化物的年際變化特征，采用灰色模式識(shí)別模型對(duì)烏梁素海2005-2014年的水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，并結(jié)合烏梁素海的實(shí)際狀況，分析烏梁素海水質(zhì)變化的影響因素，以期更全面的了解烏梁素海水質(zhì)變化規(guī)律及現(xiàn)狀，為烏梁素海水污染治理及環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)概況

烏梁素海（40°36′～41°03′N，108°43′～108°57′E）位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市烏拉特前旗境內(nèi)（圖1），是全球同緯度最大的湖泊，中國(guó)八大淡水湖之一，2002年被國(guó)際濕地公約組織列為國(guó)際重要濕地.烏梁素海所在地區(qū)屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，日照充足，雨水集中，流域多年平均氣溫5.2℃，歷年平均日照時(shí)數(shù)3202 h，流域多年平均降雨量在200～250 mm之間，6-9月為豐水期，降雨占全年降雨量的80%左右.根據(jù)2010年遙感衛(wèi)片解譯，烏梁素海南北長(zhǎng)約35～40 km，東西寬約5～10 km，湖泊面積為366.08 km2，其中僅177 km2為開闊水域，剩余為天然及人工蘆葦區(qū)；根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)2014年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，水深為1.1～2.77 m，平均水深1.78 m.大約每年11月開始結(jié)冰，冰封期為5個(gè)月.

圖1 烏梁素海地理位置及采樣點(diǎn)分布Fig.1 Geographical location and the distribution of sampling sites in Lake Wuliangsuhai

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

水質(zhì)監(jiān)測(cè)及分析數(shù)據(jù)來(lái)源于烏梁素海2005-2014年常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù).烏梁素海全湖共布設(shè)采樣點(diǎn)26個(gè)，其中湖區(qū)采樣點(diǎn)21個(gè)，周邊排干采樣點(diǎn)5個(gè).研究團(tuán)隊(duì)非冰封期取樣時(shí)間為每年的6-9月，烏梁素海作為典型的寒區(qū)湖泊，有著不同于南方湖泊明顯的季節(jié)變化特征，6-9月恰為烏梁素海的非冰封期，也是湖泊污染物治理的關(guān)鍵時(shí)期.因此，本文選取烏梁素海湖區(qū)21個(gè)采樣點(diǎn)（圖1）2005-2014年6-9

月的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.水質(zhì)指標(biāo)選取溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（CODCr）、總氮（TN）、總磷（TP）及氟化物（F-）.烏梁素海流量數(shù)據(jù)來(lái)源于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)排水事業(yè)管理局紅圪卜排水站.

2.2 水質(zhì)分析方法

CODCr使用密封催化消解法（HZ-HJ-SZ-0108）測(cè)定，TN濃度使用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB 11894-1989）測(cè)定，TP濃度使用鉬酸銨分光光度法（GB 11893-1989）測(cè)定，DO濃度使用美國(guó)賽默飛世爾科技公司生產(chǎn)的便攜式多參數(shù)測(cè)量?jī)x（型號(hào)為：520M-01A）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，F(xiàn)-使用美國(guó)賽默飛世爾科技公司生產(chǎn)的離子色譜儀（型號(hào)為：ICS-1100）測(cè)定.

2.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)灰色模式識(shí)別模型

1）設(shè)有待分級(jí)評(píng)價(jià)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)樣本j個(gè)，每個(gè)樣本有i項(xiàng)污染指標(biāo)監(jiān)測(cè)值C（mg／L），根據(jù)水環(huán)境質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的i項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)數(shù)k和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度值S，得到水質(zhì)監(jiān)測(cè)濃度矩陣（公式（1））和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度矩陣（公式（2））：

式中，cmn為水質(zhì)監(jiān)測(cè)濃度矩陣中的某一元素；smt為水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度矩陣中的某一元素.

2）對(duì)數(shù)據(jù)做歸一化處理.由于在實(shí)際問(wèn)題中，各個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的量綱可能不完全相同，因此，不能直接用原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，有必要對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)濃度矩陣和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度矩陣進(jìn)行無(wú)量綱化處理，使它們歸一化為灰色模糊矩陣，使矩陣的每個(gè)元素取值在［0，1］區(qū)間內(nèi)，因此規(guī)定，Ⅰ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度在模糊矩陣中對(duì)應(yīng)的元素為1，k類水（最高類）水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度在模糊矩陣中對(duì)應(yīng)的元素為0.具體方法：

對(duì)于CODCr、TN濃度越大，污染程度越嚴(yán)重的指標(biāo)，可采用公式（3）和公式（4）來(lái)進(jìn)行歸一化：

對(duì)于像DO一樣濃度越大，污染程度越輕的指標(biāo)，可采用公式（5）和公式（6）來(lái)進(jìn)行歸一化：

式中，ssmt為歸一化水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度矩陣；ccmn為歸一化水質(zhì)監(jiān)測(cè)濃度矩陣.

3）計(jì)算關(guān)聯(lián)度及關(guān)聯(lián)離散度.對(duì)于第n個(gè)水體監(jiān)測(cè)樣本以向量cc1n，cc2n，…，ccin（n＝1，2，…，j）作為參考序列（母序列），以k級(jí)水質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)向量ss1t，ss2t，…，ssit（t＝1，2，…，k）組成被比較序列（子序列）進(jìn)行計(jì)算.記，則ccmn和ssmt第m個(gè)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξnt（m）計(jì)算公式為：

式中，ρ為分辨系數(shù)，0＜ρ＜1，通常取ρ＝0.5［19］.將關(guān)聯(lián)系數(shù)用公式（8）加權(quán)集中得到關(guān)聯(lián)度：

式中，rnt表示水體樣本n與第t級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之間的相似程度；λm表示第m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，在實(shí)際處理過(guò)程中，通常認(rèn)為各評(píng)價(jià)指標(biāo)具有相同的權(quán)重.

用關(guān)聯(lián)度確定水質(zhì)類別存在評(píng)價(jià)值趨于均化，分辨率低等不足之處，為此引入關(guān)聯(lián)離散度的概念，使序列間的差異更為突出［20］.

4）隸屬度計(jì)算.隸屬度是樣本從屬于某一分類的度量，從模糊集的角度出發(fā)可定為權(quán)重［21］.水體樣本n

與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)t之間的差異程度可以用隸屬度為權(quán)重的加權(quán)關(guān)聯(lián)離散度來(lái)表示.本文參考陳守煜推導(dǎo)的最優(yōu)分類隸屬度矩陣［21］，即最優(yōu)unt：

5）水質(zhì)灰色識(shí)別模式綜合指數(shù).為了更精確地評(píng)價(jià)水體水質(zhì)狀況，引入水質(zhì)評(píng)價(jià)灰色識(shí)別模式綜合指數(shù)（GC），即將其所屬水質(zhì)類別t與其相應(yīng)的隸屬度unt加權(quán)平均，計(jì)算公式為：

式中，t為水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別，t＝1，2，…，k.

3 結(jié)果與分析

3.1 水質(zhì)指標(biāo)的年際變化

3.1.1 DO濃度的年際變化 DO是衡量湖泊水體環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，是水體自凈能力的重要標(biāo)志，對(duì)于維持水生生態(tài)系統(tǒng)的健康具有重要意義.2005-2014年間，烏梁素海DO平均濃度變化范圍為4.15～8.30 mg／L，平均值為5.72 mg／L，最小值出現(xiàn)在2007年，最大值出現(xiàn)在2014年（圖2a）.烏梁素海DO平均濃度在2005-2014年間呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì).2005-2008年間，DO濃度變化相對(duì)穩(wěn)定在一個(gè)較低的水平，2009年以后，DO濃度逐漸上升.近十年來(lái)，烏梁素海的DO平均濃度由2005年的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)上升到2014年的Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，平均值達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)（GB 3828-2002），水質(zhì)狀況明顯好轉(zhuǎn).

3.1.2 CODCr濃度的年際變化 CODCr濃度的大小常被用來(lái)表征地表水所受到的有機(jī)污染的程度.CODCr濃度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致水體中DO濃度大幅下降，對(duì)水生動(dòng)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響［22］.烏梁素海的CODCr主要來(lái)自于工廠廢水的排放［23］.2005-2014年間CODCr平均濃度變化范圍為23.88～104.93 mg／L，平均值為67.14 mg／L，低于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)的限值，為劣Ⅴ類.2005-2014年烏梁素海CODCr平均濃度由2005年的90.74 mg／L下降到2014年的23.88 mg／L，十年間CODCr濃度下降了70%以上（圖2b），降幅非常明顯，已達(dá)到國(guó)家規(guī)定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn).

3.1.3 TN濃度的年際變化 TN是衡量水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要指標(biāo)之一.作為河套灌區(qū)生活污水的承泄地，烏梁素海每年接納的大量生活污水是其TN的主要來(lái)源［23］.2005-2014年間，烏梁素海TN平均濃度變化范圍為1.62～5.27 mg／L，平均值為3.27 mg／L，最大值出現(xiàn)在2005年，最小值出現(xiàn)在2014年（圖2c）.近十年間，烏梁素海TN平均濃度整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì).水質(zhì)由十年前的劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，上升到2014年接近Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)好趨勢(shì)明顯.

3.1.4 TP濃度的年際變化 TP是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的另一個(gè)重要指標(biāo)，同時(shí)也是導(dǎo)致烏梁素海富營(yíng)養(yǎng)化污染的限制性元素［24］.城鎮(zhèn)生活污水及農(nóng)田殘留的大量磷及其化合物通過(guò)排干進(jìn)入湖泊，是烏梁素海磷元素的主要來(lái)源.其中，城鎮(zhèn)生活污水的貢獻(xiàn)率為25.6%，農(nóng)田排水的貢獻(xiàn)率為23.2%，兩者的貢獻(xiàn)率接近50%［23］.2005-2014年間，烏梁素海TP平均濃度變化范圍為0.09～0.23 mg／L，最大值出現(xiàn)在2007年，最小值出現(xiàn)在2010年（圖2d）.烏梁素海TP濃度呈波動(dòng)性變化，近十年來(lái)沒(méi)有顯著下降，平均值為0.15 mg／L，處于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn).

3.1.5 F-濃度的年際變化 F-在天然水體中廣泛存在，綠色植物吸收F-后，會(huì)使植物的光合作用受到抑制，引起植物缺綠.烏梁素海2005-2014年F-平均濃度變化范圍為0.61～2.25 mg／L（圖2e），2005-2011年間并沒(méi)有顯著變化，2012年后，F(xiàn)-濃度急劇下降，2013年及2014年達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn).近十年間，烏梁素海F-濃度由劣Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)上升到Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，變化十分明顯.

3.2 水質(zhì)綜合分析與評(píng)價(jià)

根據(jù)烏梁素海2005-2014年6、7、8、9月DO、CODCr、TN、TP及F-水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用灰色模式識(shí)別模型對(duì)烏梁素海2005-2014年的水質(zhì)進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià).

1）首先構(gòu)建水質(zhì)監(jiān)測(cè)濃度矩陣和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度矩陣并做歸一化處理：

圖2 2005-2014年烏梁素海各水質(zhì)指標(biāo)的年際變化Fig.2 Water quality index interannual variation of Lake Wuliangsuhai from 2005 to 2014

2）計(jì)算關(guān)聯(lián)度及關(guān)聯(lián)離散度.利用公式（7）算得關(guān)聯(lián)系數(shù)，采用公式（8）將關(guān)聯(lián)系數(shù)加權(quán)得到關(guān)聯(lián)度，最后計(jì)算得到烏梁素海2005-2014年水質(zhì)對(duì)各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)離散度（表1）.

表1 烏梁素海2005-2014年水質(zhì)對(duì)各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)離散度Tab.1 Standards at all levels correlation dispersion of water quality in Lake Wuliangsuhai from 2005 to 2014

3）計(jì)算隸屬度及水質(zhì)灰色識(shí)別模式綜合指數(shù).利用最優(yōu)分類矩陣（公式（10））計(jì)算得到隸屬度矩陣，將

隸屬度矩陣中的元素與對(duì)應(yīng)的水質(zhì)類別加權(quán)平均得到烏梁素海2005-2014年水質(zhì)灰色識(shí)別模式綜合指數(shù).采用綜合指數(shù)對(duì)水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，GC最大值為5，最小值為1.當(dāng)各指標(biāo)均達(dá)到Ⅰ類水要求時(shí)，GC＝1；當(dāng)所有指標(biāo)都超過(guò)或等于Ⅴ類水要求時(shí)，GC＝5.

2005-2011年烏梁素海水質(zhì)并沒(méi)有明顯變化（圖3），水質(zhì)灰色識(shí)別模式綜合指數(shù)分別為4.997、4.999、4.995、4.972、4.970、4.870、4.969，水質(zhì)類別處于較高水平，水體受污染程度嚴(yán)重；2012-2014年，水體水質(zhì)類別逐年下降，灰色識(shí)別模式綜合指數(shù)分別為4.496、4.166和2.832，水體中污染物質(zhì)濃度降低，水質(zhì)狀況明顯改善，水體環(huán)境向良性方向發(fā)展.

圖3 2005-2014年烏梁素海水質(zhì)變化狀況Fig.3 The water quality variation situation of Lake Wuliangsuhai from 2005 to 2014

4 討論

根據(jù)烏梁素海2005-2014年各水質(zhì)指標(biāo)及水質(zhì)變化綜合分析結(jié)果可知，除TP外，各水質(zhì)指標(biāo)狀況均有不同程度的改善，烏梁素海的水質(zhì)類別由2005年的接近Ⅴ類水上升到2014年的Ⅲ類水以上，水質(zhì)狀況明顯好轉(zhuǎn)，結(jié)合烏梁素海的實(shí)際狀況分析，引起水質(zhì)狀況改善的影響因素主要有以下幾個(gè)方面：

1）外源污染的削減.在工業(yè)點(diǎn)源污染方面，針對(duì)烏梁素海不斷加劇的生態(tài)問(wèn)題，2006年以來(lái)，當(dāng)?shù)卣ν七M(jìn)污水處理廠建設(shè)，在4個(gè)工業(yè)園區(qū)和7個(gè)旗縣區(qū)配套建設(shè)污水處理廠，在所有73家重點(diǎn)排水企業(yè)配套建設(shè)污水處理措施，關(guān)停流域內(nèi)排污嚴(yán)重的造紙廠、調(diào)味廠等，通過(guò)這些綜合治理項(xiàng)目的實(shí)施，使工廠污水及城鎮(zhèn)生活廢水中CODCr負(fù)荷量削減17447 t／a，氨氮（NH3-N）負(fù)荷量削減1221.29 t／a，TP負(fù)荷量削減159.14 t／a［25］，使排入烏梁素海的污水得到有效控制.在農(nóng)田面源污染方面，入湖污染主要受農(nóng)業(yè)施肥量的影響，小麥的氮、磷投入量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于玉米、葵花等其他作物［26］.近年來(lái)，河套灌區(qū)的種植結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，由單一小麥種植結(jié)構(gòu)演變成現(xiàn)今小麥、玉米、葵花的多元化種植結(jié)構(gòu)［27］，小麥種植面積的減少，大大降低了氮肥、磷肥的施用量，從而降低了農(nóng)田面源污染的入湖量.

2）入湖污染物負(fù)荷量的降低.河套灌區(qū)的工業(yè)污水、城鎮(zhèn)生活廢水及農(nóng)田退水最終匯入總排干，由總排干排入烏梁素海，而總排干排入烏梁素海的水量占烏梁素海年入湖水量的70%以上.因此，總排干污染物負(fù)荷量的高低對(duì)烏梁素海的水質(zhì)狀況有著重要影響.以2005-2014年總排干TN、CODCr及TP入湖量的年際變化為例（圖4），近十年總排干TN、TP及CODCr入湖量均有不同程度的下降，與2005年相比，2014年總排干TN、TP和CODCr入湖量分別下降了21.4%、23.2%和22.8%.外源污染的削減是導(dǎo)致入湖污染物負(fù)荷量降低的主要原因.但近十年來(lái)湖泊TP濃度并沒(méi)有顯著下降，沉積物中的磷向上覆水體釋放是造成這種情況的主要原因.烏梁素海全湖表層沉積物TP含量的平均值為1067.47 mg／kg［28］，高于太湖的560.47 mg／kg［29］及鄱陽(yáng)湖的689.34 mg／kg［30］，且烏梁素海的pH值為偏堿性，均值介于8～9之間，而湖泊水體pH值在夏、秋季節(jié)尤為高，高pH值會(huì)造成沉積物中的磷向上覆水體的釋放［28］，從而使湖泊水體中TP濃度上升.

圖4 2005-2014年總排干TN、CODCr與TP入湖量的年際變化Fig.4 TN，CODCrand TP interannual variation of total trunk from 2005 to 2014

3）入湖水量的增加.各排干排入烏梁素海的水量是烏梁素海的主要補(bǔ)給來(lái)源之一.當(dāng)?shù)卣畯?005年

起對(duì)烏梁素海實(shí)施生態(tài)補(bǔ)水工程，但由于各種條件限制，生態(tài)補(bǔ)水量并不明顯.2012年以來(lái)，生態(tài)補(bǔ)水進(jìn)程開始加速，生態(tài)補(bǔ)水量大幅增加，這與烏梁素海水質(zhì)狀況變化的時(shí)間相一致.2005-2014年各排干排入烏梁素海的水量分別為3.45×108、4.22×108、5.06×108、6.13×108、4.98×108、5.85×108、5.23×108、7.78×108、6.32×108和8.19×108m3，入湖水量增加明顯.近十年來(lái)烏梁素海的水位穩(wěn)定在1019.5 m上下，明水面積保持在177 km2左右，而降雨量、蒸發(fā)量并未發(fā)生較大變化，從水量平衡的角度分析，入湖水量的大幅增加可以將烏梁素海原有的水體置換排出，而新水體所攜帶的污染物負(fù)荷量比原有水體低，這就使烏梁素海的水質(zhì)得到改善.

5 結(jié)論

1）2005-2014年間，烏梁素海DO、CODCr、TN、TP和F-濃度存在顯著的年際變化.DO濃度大幅增加，CODCr、TN和F-濃度均有不同程度的下降，但TP濃度并無(wú)明顯下降.

2）采用灰色模式識(shí)別模型對(duì)2005-2014年烏梁素海水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，水質(zhì)灰色識(shí)別模式綜合指數(shù)表明：烏梁素海水體環(huán)境正向良性方向發(fā)展，2012年是烏梁素海水質(zhì)變化的拐點(diǎn)，2012年之前，烏梁素海水質(zhì)沒(méi)有明顯變化；2012年之后，水質(zhì)得到明顯改善.

3）TP污染治理應(yīng)作為現(xiàn)階段烏梁素海水體污染治理的主要方面，為徹底改善烏梁素海水體質(zhì)量，不僅要繼續(xù)加強(qiáng)外源污染的削減，更要重視內(nèi)源污染的治理.在外源污染治理方面：控源減污，降低工廠污水及生活廢水的排放量，減少灌區(qū)農(nóng)藥與磷肥的使用量，提高有機(jī)肥的利用效率.在內(nèi)源污染治理方面：通過(guò)環(huán)保疏浚和蘆葦、沉水植物的收割，最大限度的減少內(nèi)源污染.同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水工程，逐步恢復(fù)其水體自凈能力，實(shí)現(xiàn)烏梁素海水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展.

［1］ Li Genbao，Li Lin，Pan Min et al.The degradation cause and pattern characteristics of Lake Dianchi ecosystem and new restoration strategy of ecoregion and step-by-step implementation.J Lake Sci，2014，26（4）：485-496（in Chinese with English abstract）.DOI：10.18307／2014.0401.［李根寶，李林，潘珉等.滇池生態(tài)系統(tǒng)退化成因、格局特征與分區(qū)分步恢復(fù)策略.湖泊科學(xué)，2014，26（4）：485-496.］

［2］ Dodds WK，Bouska WW，Eitzmann JL et al.Eutrophication of US freshwaters：Analysis of potential economic damages. Environmental Science＆Technology，2009，43（1）：12-19.

［3］ Wu Chunfang，Xu Mingde，Li Lu et al.Model study on eutrophication control in Yingze Lake of Taiyuan city.China Environmental Science，2014，34（2）：485-491（in Chinese with English abstract）.［武春芳，徐明德，李璐等.太原市迎澤湖富營(yíng)養(yǎng)化控制的模型研究.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2014，34（2）：485-491.］

［4］ Tsugeki NK，Agusa T，Ueda S et al.Eutrophication of mountain lakes in Japan due to increasing deposition of anthropogenically produced dust.Ecological Research，2012，27（6）：1041-1052.

［5］ Xie Ting，Zhang Shujuan，Yang Ruiqiang.Research progress on the sedimentary records of persistent organic pollutants（POPs）in remote high mountain lakes.Environmental Chemistry，2014，33（11）：1791-1801（in Chinese with English abstract）.［謝婷，張淑娟，楊瑞強(qiáng).偏遠(yuǎn)高山湖泊沉積物中持久性有機(jī)污染物的沉積記錄研究.環(huán)境化學(xué)，2014，33（11）：1791-1801.］

［6］ Gao XY，Shi XR，Cui YB et al.Organic pollutants and ambient severity for the drinking water source of western Taihu Lake.Ecotoxicology，2011，20（5SI）：959-967.

［7］ Lan Shubin，Wu Li，Zhang Delu et al.On the terrestrialization situation and its driving factors in Lake Nansi.J Lake Sci，2011，23（4）：555-560（in Chinese with English abstract）.DOI：10.18037／2011.0410.［蘭書斌，吳麗，張德祿等.南四湖沼澤化現(xiàn)狀及其驅(qū)動(dòng)因素分析.湖泊科學(xué)，2011，23（4）：555-560.］

［8］ Gu Xiaohong，Zhang Shengzhao，Bai Xiuling et al.Evolution of community structure of aquatic macrophytes in East Taihu Lake and its wetlands.Acta Ecologica Sinica，2005，25（7）：1541-1548（in Chinese with English abstract）.［谷孝鴻，張圣照，白秀玲等.東太湖水生植物群落結(jié)構(gòu)的演變及其沼澤化.生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25（7）：1541-1548.］

［9］ Liu Peipei，Bai Junhong，Zhao Qingqing et al.A review on terrestrialization and primary productivity of aquatic vegetations in lake ecosystems.Wetland Science，2013，11（3）：392-397（in Chinese with English abstract）.［劉佩佩，白軍紅，趙

慶慶等.湖泊沼澤化與水生植物初級(jí)生產(chǎn)力研究進(jìn)展.濕地科學(xué)，2013，11（3）：392-397.］

［10］ Li Xing，Yang Qiaomei，Gou Mangmang.Temporal and spatial distribution of water quality in Lake Wuliangsuhai，Inner Mongolia.Ecology and Environmental Sciences，2011，20（8／9）：1301-1306（in Chinese with English abstract）.［李興，楊喬媚，勾芒芒.內(nèi)蒙古烏梁素海水質(zhì)時(shí)空分布特征.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，20（8／9）：1301-1306.］

［11］ Zhang Xiaojing，Li Changyou，Zhang Sheng et al.Distribution analysis of nutrient salt in the sediment of Lake Wulangsuhai with respect to its effects on the environment.Journal of Agro-Environment Science，2010，29（9）：1770-1776（in Chinese with English abstract）.［張曉晶，李暢游，張生等.烏梁素海表層沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特征及環(huán)境意義.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（9）：1770-1776.］

［12］ Liang Xizhen，Li Changyou，Jia Keli et al.Simulation model for lake eutrophication control factor—total phosphorus in lake Wuliangsuhai.Journal of Arid Land Resources and Environment，2010，24（9）：189-191（in Chinese with English abstract）.［梁喜珍，李暢游，賈克力等.烏梁素海富營(yíng)養(yǎng)化主控因子——總磷模擬模型研究.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2010，24（9）：189-191.］

［13］ Li Changyou，Zhao Shengnan，Zhang Sheng et al.Analysis of heavy metals sources and assessment in sediments of Ulansuhai Lake，China.Fresenius Environmental Bulletin，2012，21（12）：1-10.

［14］ Wang Shuang，Li Changyou，Shi Xiaohong et al.Heavy metal speciation and pollution evaluation in the sediments of Lake Wuliangsuhai.Environmental Chemistry，2012，31（10）：1555-1561（in Chinese with English abstract）.［王爽，李暢游，史小紅等.烏梁素海沉積物中重金屬形態(tài)分布特征及污染狀況評(píng)價(jià).環(huán)境化學(xué)，2012，31（10）：1555-1561.］

［15］ Wu Yun，Chao Lunbagen，Li Changyou et al.The spatial distribution characteristics of nutrient elements and heavy metals in surface sediments of Lake Wuliangsuhai.Journal of Arid Land Resources and Environment，2011，25（4）：143-148（in Chinese with English abstract）.［烏云，朝倫巴根，李暢游等.烏梁素海表層沉積物營(yíng)養(yǎng)元素及重金屬空間分布特征.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011，25（4）：143-148.］

［16］ Zhang Yan，Li Changyou，Shi Xiaohong et al.The migration of total dissolved solids during natural freezing process in Ulansuhai Lake.Journal of Arid Land，2012，4（1）：85-94.

［17］ Lü Hongzhou，Li Changyou，Shi Xiaohong et al.Pollutant distribution under different conditions in Lake Ulansuhai ice-water system.J Lake Sci，2015，27（6）：1151-1158（in Chinese with English abstract）.DOI：10.18307／2015.0621.［呂宏洲，李暢游，史小紅等.不同條件下烏梁素海污染物在冰-水體系中分布規(guī)律的模擬.湖泊科學(xué)，2015，27（6）：1151-1158.］

［18］ Yin Linlin，Jia Keli，Shi Xiaohong et al.Atmospheric deposition characteristics and fluxes of heavy metals in Lake Ulansuhai.J Lake Sci，2014，26（6）：931-938（in Chinese with English abstract）.DOI：10.18307／2014.0616.［尹琳琳，賈克力，史小紅等.烏梁素海大氣重金屬沉降入湖通量初步估算.湖泊科學(xué)，2014，26（6）：931-938.］

［19］ Zeng Guangming，Yang Chunping，Zeng Beiwei et al.A grey relational analysis method for overall environmental impact assessment.China Environmental Science，1995，15（4）：247-251（in Chinese with English abstract）.［曾光明，楊春平，曾北危.環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)的灰色關(guān)聯(lián)分析方法.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1995，15（4）：247-251.］

［20］ Zhang Junfang，Chen Miao，Luo Xue.Application research on grey-identification assessment for quality of water environment.Journal of Guizhou University of Technology：Natural Science Edition，2003，32（4）：91-94（in Chinese with English abstract）.［張軍方，陳淼，羅雪.灰色識(shí)別法在水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究.貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，32（4）：91-94.］

［21］ Chen Shouyu ed.Water conservancy fuzzy set analysis of hydrology and water resources and environment.Dalian：Dalian University Press，1987：52（in Chinese）.［陳守煜.水利水文水資源與環(huán)境模糊集分析.大連：大連工學(xué)院出版社，1987：52.］

［22］ Wang Nina，Li Haofei，Deng Baojun et al.Investigation of mutual relations for COD，BOD and DO in Hanjiang River of Hanzhong.Technology and Development of Chemical Industry，2011，40（3）：52-53（in Chinese with English abstract）.［王妮娜，李浩飛，鄧保君等.漢江漢中段水體COD、BOD與DO相互關(guān)系的研究.化工技術(shù)與開發(fā)，2011，40（3）：52-53.］

［23］ He Liansheng，Xi Beidou，Lei Hongjun et al eds.Study on comprehensive treatment planning in Wuliangsuhai.Beijing：China Environmental Science Press，2013（in Chinese）.［何連生，席北斗，雷宏軍等.烏梁素海綜合治理規(guī)劃研究.北京：中國(guó)環(huán)境出版社，2013.］

［24］ Shi Xiaohong，Li Changyou，Jia Keli.Analysis of driving factors and status of pollution in a lake.Environmntal Science and

Technology，2007，30（4）：37-39（in Chinese with English abstract）.［史小紅，李暢游，賈克力.烏梁素海污染現(xiàn)狀及驅(qū)動(dòng)因子分析.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2007，30（4）：37-39.］

［25］ Zhou Yu.The Wuliangsuhai ecological research station building and health evaluation index system［Dissertation］.Baotou：Inner Mongolia University of Science and Technology，2012：27.［周瑜.烏梁素海生態(tài)研究站指標(biāo)體系的構(gòu)建與健康評(píng)價(jià)［學(xué)位論文］.包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2012：27.］

［26］ Liu Zhenying，Li Yawei，Li Junfeng et al.Agricultural non-point source pollution in Wuliangsuhai Valley.Journal of Agro-Environment Science，2007，26（1）：41-44（in Chinese with English abstract）.［劉振英，李亞威，李俊峰等.烏梁素海流域農(nóng)田面源污染研究.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26（1）：41-44.］

［27］ Li Zeming，Wei Zhanmin，Bai Yanying et al.Spatiotemporal evolution of planting area and planting structure in the irrigated areas along the Yellow River in Inner Mongolia.Arid Zone Research，2014，31（2）：348-354（in Chinese with English abstract）.［李澤鳴，魏占民，白燕英等.內(nèi)蒙古引黃灌區(qū)種植面積與種植結(jié)構(gòu)的時(shí)空演變.干旱區(qū)研究，2014，31（2）：348-354.］

［28］ Li Changyou，Shi Xiaohong eds.The study of Lake Wuliangsuhai sediment environmental geochemistry.Beijing：Science Press，2014.［李暢游，史小紅.烏梁素海沉積物環(huán)境地球化學(xué)特征研究.北京：科學(xué)出版社，2014.］

［29］ Yuan Hezhong，Shen Ji，Liu Enfeng et al.Space distribution characteristics and diversity analysis of phosphorus from overlying water and surface sediments in Taihu Lake.Environmental Science，2010，31（4）：954-960（in Chinese with English abstract）.［袁和忠，沈吉，劉恩峰等.太湖水體及表層沉積物磷空間分布特征及差異性分析.環(huán)境科學(xué)，2010，31（4）：954-960.］

［30］ Xiang Sulin，Zhou Wenbin.Phosphorus existing forms and distribution characteristic in Lake Poyang sediments.J Lake Sci，2010，22（5）：649-654（in Chinese with English abstract）.DOI：10.18307／2010.0504.［向速林，周文斌.鄱陽(yáng)湖沉積物中磷的賦存形態(tài)及分布特征.湖泊科學(xué)，2010，22（5）：649-654.］

Water quality variation in Lake Wuliangsuhai，2005-2014

TIAN Weidong1，JIA Keli1??，SHI Xiaohong1，ZHAO Shengnan1，WU Yong1，SONG Shuang1&MA Jun2
（1：Water Conservancy and Civil Engineering College，Inner Mongolia Agricultural University，Huhhot 010018，P.R.China）（2：Honggebo Drainage Station of Hetao Irrigation District Management Bureau of Inner Mongolia，Bayannur 014400，P.R.China）

To identify the water quality variation in the Lake Wulansuhai，the observation data on the water quality during June and September from 2005 to 2014，is analyzed using a Grey Model，based on factors including dissolved oxygen，chemical oxygen demand，total nitrogen，total phosphorus，and fluoride.The driving force analysis on the water quality variation is carried out in terms of exogenous pollution，pollutant loading and the quantity of water input to the lake.The results show that during the period of 2005 to 2014，the water quality of the Lake Wuliangsuhai was getting better.The concentration of each pollution index，except total phosphorus，was decreased with different degrees.The grey comprehensive index shows that the water quality of the Lake Wuliangsuhai was improved and the governance of total phosphorus should be the main manner of pollution controls.The key driving factors of the water quality of the Lake Wuliangsuhai getting better are due to the increasing the quantity of water input to the lake and the reduction quantity of input pollutant quantity as well as the reduction of exogenous pollution.

Lake Wuliangsuhai；water quality variation；Grey Model；influence factor

J.Lake Sci.（湖泊科學(xué)），2016，28（6）：1226-1234

DOI 10.18307／2016.0608

?2016 by Journal of Lake Sciences