2018年滇池水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究

祝 艷1, 韓林沛, 劉麗君, 邱在容, 王永肖, 劉雨雪, 何 依, 王 涵

(1.昆明市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，云南 昆明 650000；2.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，云南 昆明 650000)

滇池又名昆明湖，古稱(chēng)滇南澤，為普渡河干流上的湖泊。位于云南省昆明市城區(qū)西南部，為云南省面積最大的高原淡水湖泊。地質(zhì)上屬構(gòu)造斷陷湖泊，湖泊集水面積2920km2。滇池形狀似胃，東南呈弓形，水面 309.5km2，容積15.6 億 m3。南北向長(zhǎng)40km，東西向平均寬7km，湖岸線長(zhǎng)163.2km，平均深度5.3m，最大深度11.2m[1，2]。滇池是昆明市沿湖地區(qū)唯一的納污水體。自 20 世紀(jì)30年代末期，工業(yè)廢水開(kāi)始排入滇池河道及滇池水域，到80 年代水質(zhì)污染加重，90年代迅速惡化，主要污染類(lèi)型為嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化。滇池屬?lài)?guó)家重點(diǎn)環(huán)境治理的“三湖三河”之一，對(duì)滇池進(jìn)行近期水質(zhì)狀況綜合評(píng)價(jià)及變化趨勢(shì)分析，可為滇池污染綜合治理和監(jiān)督管理提供技術(shù)支撐[1]。

1 研究區(qū)域概況

滇池流域在普渡河上游，屬長(zhǎng)江流域金沙江水系， 流域面積約為 2 920km2。橫亙東西的海埂湖堤將滇池分割為南北兩水域，北面為草海，水域面積約為 11km2，占滇池總面積的 3.6% ；南面為滇池外海，水域面積約為 298km2，占滇池總面積的 96.4% 。滇池流域地處低緯度、高海拔地區(qū)，屬中熱帶高原季風(fēng)氣候，日溫差較大。冬、春季節(jié)受西方干暖氣團(tuán)的控制，天氣晴朗少雨; 夏、秋季節(jié)主要受西南暖濕氣流和東南暖濕氣流控制，濕潤(rùn)多雨。流域內(nèi)多年平均氣溫約為 14.7℃， 多年平均日照時(shí)數(shù)約為 2448.7h。多年平均降雨量約為 931.8mm，其中 5 月中旬到 10 月上旬的降水量占全年總降水量的 70% ～ 75% 。流域內(nèi)水系眾多，有30余條河流呈向心狀注入滇池，其中徑流面積>100km2的河流有盤(pán)龍江、寶象河、洛龍河、撈魚(yú)河、大河、 柴河、東大河[2]。

在滇池草海和外海區(qū)域設(shè)置草海中心、斷橋、草海大壩、東風(fēng)壩、暉灣中、羅家營(yíng)、觀音山、?？?、滇池南、白魚(yú)口、古渡大碼頭共11個(gè)站點(diǎn)。采樣時(shí)，用有機(jī)玻璃采樣器在水面下0.5 m 處采集水樣，加入保存劑，迅速帶回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。

2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)和分析方法

2.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)

本項(xiàng)目根據(jù)滇池水域不同區(qū)域污染狀況劃分了18個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(點(diǎn)位分布見(jiàn)圖1)。對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，都做了水溫、pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總氮、總磷、銅、鋅、氟化物、電導(dǎo)率等常規(guī)項(xiàng)目的檢測(cè)。在滇池的草海部分設(shè)有草海中心和斷橋兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；在東風(fēng)壩進(jìn)水口、出水口、東風(fēng)壩導(dǎo)流帶入西苑隧道口分別設(shè)置了一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；在暉灣中、羅家營(yíng)、海口西、白魚(yú)口、滇池南、以及觀音山東、中、西，滇海古渡大碼頭近岸區(qū)東、西、北，滇海古渡大碼頭邊界東、西、北等地分別設(shè)了監(jiān)測(cè)點(diǎn)。每月監(jiān)測(cè)1次，對(duì)2018年全年滇池水質(zhì)進(jìn)行了較為全面的監(jiān)測(cè)。

圖1 滇池水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分布

2.2 分析方法

依據(jù)《GB13195-91水溫的測(cè)定溫度計(jì)或顛倒溫度計(jì)測(cè)定法》，利用顛倒溫度計(jì)對(duì)水體中水溫進(jìn)行測(cè)定；利用便攜式pH計(jì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的pH進(jìn)行測(cè)定；利用便攜式溶解氧儀對(duì)水體溶解氧進(jìn)行測(cè)定；依據(jù)《GB1892-89高錳酸鹽指數(shù)的測(cè)定》，利用酸性法對(duì)水體中的高錳酸鹽指數(shù)進(jìn)行測(cè)定；依據(jù)《HJ/T399-2007化學(xué)需氧量的測(cè)定快速消解分光光度法》，利用分光光度法對(duì)水體中的化學(xué)需氧量進(jìn)行測(cè)定；依據(jù)《GB7488-87五日生化需氧量(BOD5)的測(cè)定稀釋與接種法》，利用稀釋與接種法對(duì)水體中的五日生化需氧量進(jìn)行測(cè)定；依據(jù)《HJ535-2009納氏試劑分光光度法》中的方法，利用紫外分光光度法對(duì)水體中氨氮含量進(jìn)行測(cè)定；依據(jù)《GB11894-89堿性過(guò)硫酸鉀紫外分光光度法》，利用紫外分光光度法對(duì)水體中總氮含量進(jìn)行測(cè)定；依據(jù)《GB11893-89鉬酸銨分光光度法》，利用紫外分光光度法對(duì)水體中總磷含量進(jìn)行測(cè)定；利用便攜式電導(dǎo)率儀對(duì)水體的電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)定[3]。

2.2.1 現(xiàn)狀水質(zhì)評(píng)價(jià)

水質(zhì)現(xiàn)狀類(lèi)別采用單因子標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比評(píng)價(jià)法確定，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)用《GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。根據(jù)滇池中存在的主要污染物，選用高猛酸鹽指數(shù)(IMn)、化學(xué)需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮、總氮、總磷、銅、汞等作為水質(zhì)評(píng)價(jià)的參數(shù)，以我國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4]。

凡水質(zhì)類(lèi)別劣于Ⅳ類(lèi)的項(xiàng)目為超標(biāo)項(xiàng)目，并以Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算超標(biāo)倍數(shù)。超標(biāo)倍數(shù)按下式計(jì)算：

Bi=(Ci/Si)-1

式中：Bi為某水質(zhì)項(xiàng)目超標(biāo)倍數(shù)；Ci為某水質(zhì)項(xiàng)目濃度，mg/L；Si為某水質(zhì)項(xiàng)目的Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)限值，mg/L。

2.2.2 營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)

采用指數(shù)法進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的評(píng)價(jià)，選取總氮、總磷、高猛酸鹽指數(shù)、透明度、葉綠素作為評(píng)價(jià)項(xiàng)目，并根據(jù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范確定營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)：

EI=ΣEn/N

式中：EI為營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；En為評(píng)價(jià)項(xiàng)目賦分值；N為評(píng)價(jià)項(xiàng)目個(gè)數(shù)。

表1 地表水Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值 (mg/L)

3 分析結(jié)果

3.1 主要污染物濃度時(shí)空變化

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，pH值范圍7.01～9.74，全年變化不大。這可能是因?yàn)樘烊缓磿?huì)存在碳酸氫鹽等緩沖系統(tǒng)，使水體的pH值不會(huì)發(fā)生較大程度的變化。滇池草海的pH在7.01～8.99，外海的pH較草海普遍偏高，可能是由于草海中有較多的藻類(lèi)存在。最高在觀音山中下監(jiān)測(cè)點(diǎn)達(dá)到9.74，平均值為8.71，大部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)的pH在8.5左右，呈偏堿性。東風(fēng)壩進(jìn)水口的pH呈中性，羅家營(yíng)、觀音山、滇池南等部分區(qū)域的pH>9。

溶解氧值是研究水體自?xún)裟芰Φ囊罁?jù)之一，滇池各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溶解氧在1.2～14.6mg/L，平均值為7.45mg/L。斷橋和東風(fēng)壩進(jìn)水口處的溶解氧值較低，說(shuō)明水質(zhì)較差。溶解氧值在1—4月呈下降趨勢(shì)，4—7月開(kāi)始上升，7月后又開(kāi)始下降(圖2)。在4—7月，滇池所處地區(qū)的氣候較為干燥，溫度開(kāi)始下降，這些都是可能導(dǎo)致溶解氧值上升的因素。大部分地區(qū)的溶解氧值在7左右，6—8月份溶解氧較高。從這方面來(lái)看，水質(zhì)達(dá)到Ⅰ類(lèi)，符合要求。

氨氮的變化幅度比較大，草海中心、觀音山和暉灣中區(qū)域的較低，平均值為3.1mg/L，最低為0.03mg/L；受到生活污水、工業(yè)廢水等排放的影響，東風(fēng)壩進(jìn)、出水口的氨氮普遍偏高，最高在9月份達(dá)到8.55mg/L，超標(biāo)3.28倍。大部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)位在9月份均表現(xiàn)出較高的氨氮含量。全年的數(shù)據(jù)總體來(lái)說(shuō)呈下降趨勢(shì)(圖3)，表明水體中含氮有機(jī)物被氧化，水質(zhì)正在逐漸恢復(fù)。

高猛酸鹽指數(shù)(IMn)的范圍是0.6～12.9mg/L，平均值為5.2mg/L。在?？谖鬟_(dá)到最低，水體受污染程度較低。在暉灣中和觀音山中處，高猛酸鹽指數(shù)較高，水體污染比較嚴(yán)重。除東風(fēng)壩出水口和觀音山東上監(jiān)測(cè)點(diǎn)位在4月份出現(xiàn)最大的IMn，其余地區(qū)均在6—8月份才出現(xiàn)較高的IMn。全年的IMn呈緩慢下降趨勢(shì)(圖4)，說(shuō)明對(duì)水體的治理取得一定的效果，水質(zhì)得到一些改善。

化學(xué)需氧量(COD)為8～69mg/L，在滇池外海索道距岸100m處的水體中達(dá)到最大，此處受有機(jī)污染最為嚴(yán)重。斷橋和草海中心的COD較小，平均值為18.1mg/L。在4—6月，COD值普遍偏大，部分COD值超標(biāo)，超標(biāo)倍數(shù)為0.37～1.3倍。COD在每個(gè)月份都表現(xiàn)出較大的變化幅度，其中2—4月、7—8月差異顯著(圖5)，可能是由于氣溫的變化影響了生物化學(xué)反應(yīng)，也與有機(jī)污染物的排放時(shí)間有關(guān)。

五日生化需氧量(BOD5)可以間接反映該地區(qū)受有機(jī)污染的程度，范圍是0.5～25mg/L，在東風(fēng)壩區(qū)域的數(shù)據(jù)偏高，最高到25mg/L，超標(biāo)1.5倍，平均值為8.88mg/L。滇池南8月份的BOD5異常高，受有機(jī)物污染嚴(yán)重。其他區(qū)域的BOD5比較正常，大多在4月、6月、8月表現(xiàn)出較高的數(shù)值(圖6)，總體在Ⅳ類(lèi)水的范圍內(nèi)。

總氮為0.2～15.2mg/L，進(jìn)水口區(qū)段由于受到排污的影響，總氮含量偏高，最大超標(biāo)6.6倍，觀音山地區(qū)的總氮含量較低。總體來(lái)說(shuō)，在1—3月迅速上升，3—9月呈下降趨勢(shì)，10月之前又有一次大幅度的上升，之后緩慢下降(圖7)。

總磷和總氮在滇池的分布情況類(lèi)似?？偭诪?.03～0.869mg/L，在東風(fēng)壩進(jìn)水口處達(dá)到最大，超標(biāo)3.34倍，滇海古渡大碼頭東區(qū)次之。除進(jìn)水段外，其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的總氮數(shù)值在全年的變化不太大(圖8)，數(shù)據(jù)分布較為均勻，水質(zhì)比較理想?？偭缀涂偟瑸楦粻I(yíng)養(yǎng)化的主導(dǎo)物質(zhì)，在4—5月這個(gè)時(shí)間段，由于氣候干燥，滇池水位下降，容易發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化，可以通過(guò)觀察藻類(lèi)的生長(zhǎng)狀況來(lái)判斷富營(yíng)養(yǎng)化程度。

有毒有害物質(zhì)如氟化物(最高0.67mg/L)、氰化物(0.004mg/L)、硫化物(0.005mg/L)、硒(0.0004mg/L)、砷(最高0.0083mg/L)、汞(0.00004mg/L)、鎘(0.0001mg/L)、鉻(六價(jià)，0.004mg/L)、揮發(fā)酚(0.0039mg/L)等的含量均符合地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值。氯化物以及一些有機(jī)污染物在各個(gè)水域中均未檢測(cè)出。水體中有毒有害物質(zhì)的含量在可接受的范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成大的危害[6]。

3.2 富營(yíng)養(yǎng)化狀況

富營(yíng)養(yǎng)化是一種氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量過(guò)多引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象。研究區(qū)分為草海、斷橋、暉灣等10個(gè)區(qū)域，以2018年各月份為時(shí)間線展開(kāi)研究。

研究區(qū)(10個(gè)監(jiān)測(cè)斷面)2018年平均富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)整體呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。由折線圖得知，各監(jiān)測(cè)斷面富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)表現(xiàn)為草海中心、斷橋呈顯著減小的趨勢(shì)。羅家營(yíng)、觀音山東、滇池南呈不顯著增加趨勢(shì)[8]。

富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)全年內(nèi)變化表現(xiàn)為在波動(dòng)中呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。其中7—9月富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)較高，這是因?yàn)?—9月入湖河流大多處于豐水期[11]，大多河流沖刷農(nóng)耕土地，由于農(nóng)藥、化肥在土壤中殘留，其中氮、磷含量過(guò)高，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化[12]。

草海中心和暉灣中監(jiān)測(cè)點(diǎn)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)高于其他站點(diǎn)，這可能是由于草海中心和暉灣中鄰近官渡經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，由于人們?cè)谌粘Ｉ钪挟a(chǎn)生了大量的生活污水(生活污水量超過(guò)工業(yè)廢水排放量)，其中富含的氮、磷有機(jī)物進(jìn)入水體，成為水體富營(yíng)養(yǎng)化的最大污染源[13]。

3.3 浮游植物變化趨勢(shì)

由于浮游植物需進(jìn)行光和作用來(lái)獲取生存必須的養(yǎng)料，因此，葉綠素就成為了浮游植物所必須的構(gòu)成。本文中用葉綠素含量來(lái)代替浮游植物豐度。

浮游植物豐度年內(nèi)變化特征與富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)變化趨勢(shì)基本一致，呈在波動(dòng)中增長(zhǎng)的趨勢(shì)[14]。在9—10月浮游植物豐度較大，其他月份較小，但暉灣中、羅家營(yíng)、白魚(yú)口在5月份也表現(xiàn)出較高的浮游植物豐度。這是因?yàn)?—10月屬于豐水期，且天氣氣候多為晴天，溫度較高，入湖徑流中適宜浮游植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)多，進(jìn)而導(dǎo)致浮游植物大量繁殖；其他月份屬于枯水期與平水期，可能造成入湖徑流斷流，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足，使得浮游植物豐度下降[15]。

4 結(jié)論

利用2018年12個(gè)月份滇池10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析主要污染物、富營(yíng)氧化指數(shù)和浮游植物豐度時(shí)空變化特征，得出以下結(jié)論：

(1)主要污染物濃度時(shí)間上呈先減小又增加再減小的趨勢(shì)，6—9月較高?？臻g上滇池的草海及鄰近區(qū)域大于外海部分，有毒有害物質(zhì)均未超標(biāo)，總體上水質(zhì)有所改善。

(2)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)年尺度上表現(xiàn)為增大的趨勢(shì)，年內(nèi)變化表現(xiàn)為7—9月富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)較高，空間上表現(xiàn)為草海中心和暉灣中監(jiān)測(cè)點(diǎn)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)高于其他站點(diǎn)。

(3)浮游植物豐度年尺度上總體表現(xiàn)為增大的趨勢(shì)，年內(nèi)多數(shù)地區(qū)的變化表現(xiàn)為9—10月浮游植物豐度較大，其他月份較小。