環(huán)洱海主要入湖河流水質(zhì)特征及入湖污染負(fù)荷估算

摘要：為了揭示洱海主要入湖河流的污染特征，2014年1月至2016年12月期間，以總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH3-N）、化學(xué)需氧量（CODcr）為污染物指標(biāo)，對27條主要入湖河流進行水質(zhì)、水量監(jiān)測以及沿程追蹤調(diào)查。同時結(jié)合同期降水?dāng)?shù)據(jù)和湖區(qū)水質(zhì)監(jiān)測資料分析，闡述了洱海主要入湖河流水量水質(zhì)特征，估算了入湖污染負(fù)荷，并評估了入湖污染負(fù)荷對湖區(qū)水質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明：① 2014～2016年27條主要河流入湖總水量在2.87億～4.74 億m3，汛期入湖水量分別占全年入湖水量的79.17%，74.90%和61.96%，入湖水量與流域降水量呈正相關(guān)關(guān)系;② 在時間尺度上，污染物濃度年內(nèi)整體呈現(xiàn)先升高后降低的波動趨勢，雨季水質(zhì)總體較好，污染物濃度空間上的差異不如時間尺度上的明顯，污染物濃度與流域降雨量呈顯著負(fù)相關(guān);③ 洱海入湖污染負(fù)荷年內(nèi)呈先降后升再降的趨勢，入湖負(fù)荷主要受水量控制，污染負(fù)荷貢獻率順序為北岸>西岸>東-南岸，入湖河流總氮輸入量與湖區(qū)總氮濃度、總磷輸入量與湖區(qū)總磷濃度均呈極顯著正相關(guān)，是洱海氮磷的重要來源。

關(guān) 鍵 詞：入湖河流; 水量水質(zhì); 污染負(fù)荷; 洱海

中圖法分類號： X824 ? 文獻標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.01.010

0 引 言

洱海湖面高程為1 966 m時，湖泊南北長度42.5 km，東西最大寬處約8.4 km，平均寬度為6.3 km;洱海最大水深21.3 m，平均水深10.6 m，湖面面積252.91 km2，島嶼度0.31%，蓄水量達27.94億m3。湖盆形態(tài)特征為0.10，湖泊岸線發(fā)展系數(shù)為2.07，湖岸線長127.85 km，湖泊補給系數(shù)為10.43，是生態(tài)環(huán)境部定義的新三湖之一[1-2]。入湖河流，是指一定區(qū)域內(nèi)在地表水和地下水補給作用下，經(jīng)?；蜷g歇地沿著狹長凹地流動最終進入湖泊的水流[3]。入湖河流是洱海重要水資源的補給渠道，是洱海水量和水質(zhì)的基本保障[4-5]。土地利用作為人類活動的產(chǎn)物，通過改變流域的水文循環(huán)、水土流失、養(yǎng)分遷移轉(zhuǎn)化等生態(tài)過程，進而對河流生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生空間尺度和時間變化影響[6-7]。洱海流域境內(nèi)有大小入湖河溪117條，總徑流面積2 565 km2，入湖水量年均值為8.17億m3。其中，主要入湖河流27條，占總?cè)牒恿魉康?0.98%[8]。環(huán)洱海主要入湖河流分別是：西岸的蒼山十八溪和棕樹河共19條，北岸的羅時江、西閘河、彌苴河和永安江4條，東-南岸的鳳尾箐、玉龍河、白塔河和波羅江4條。

項頌等[9]研究了2014年入湖河流水質(zhì)對洱海水質(zhì)的影響及土地利用驅(qū)動下水質(zhì)的變化特征，研究結(jié)果表明，入湖水質(zhì)存在時空差異，整體水質(zhì)雨季較差。嚴(yán)春麗等[10]基于2016～2018年洱海北三江及北湖湖區(qū)水質(zhì)數(shù)據(jù)展開了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，北三江表現(xiàn)出典型的農(nóng)業(yè)面源污染特征且首要污染物為總氮。馬根連[11]分別于2009年6，8，11月對蒼山十八溪箐口及入湖口進行水質(zhì)監(jiān)測并給予了評價。陶汝頌等[12]通過2004～2009年蒼山十八溪巡測資料計算了水量變化情況。為改善洱海主要入湖河流水環(huán)境質(zhì)量，及時掌握洱海及主要入湖河流水質(zhì)狀況，加大對洱海及其主要入湖河流水質(zhì)的監(jiān)測評價，大理州洱海保護治理領(lǐng)導(dǎo)組辦公室編制了《洱海及其主要入湖河流水質(zhì)監(jiān)測評價工作方案》。本研究正是基于洱海入湖河流監(jiān)測方案中2014～2016年環(huán)洱海27條主要入湖河流入湖口污染物（總氮、總磷、氨氮、化學(xué)需氧量）濃度數(shù)據(jù)，結(jié)合同期入湖水量、流域降水和湖區(qū)水質(zhì)數(shù)據(jù)分析研究，以期探明入湖污染物濃度在不同水期的變化規(guī)律，進而估算入湖污染負(fù)荷，評估入湖污染負(fù)荷量對湖區(qū)水質(zhì)的影響，為洱海保護治理及入湖河道生態(tài)修復(fù)提供參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究方法

根據(jù)《洱海及其主要入湖河流水質(zhì)監(jiān)測評價工作方案》，在洱海湖區(qū)設(shè)置11個監(jiān)測點位，環(huán)洱海主要入湖河流入湖口布設(shè)27個監(jiān)測點位（見圖1）。每月10日左右采集湖區(qū)及入湖口水樣，測定總氮（堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法）、氨氮（納氏試劑分光光度法）、總磷（鉬酸銨分光光度法）、化學(xué)需氧量（USEPA消解比色法）4個污染物濃度，收集同期入湖水量及流域降水?dāng)?shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SPSS和EXCEL軟件進行。

2 結(jié)果分析

2.1 環(huán)洱海主要入湖河流水量特征

環(huán)洱海主要入湖河流的水資源特征主要受大氣降水影響，其次與河道截取用水情況密切相關(guān)。沿岸水資源利用形式主要有人畜飲用水、企事業(yè)單位用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水3種。2014～2016年，27條主要河流入湖總水量分別為3.66億、2.87億m3和4.74億m3，同期流域降水量為627～884 mm。2014～2016年月度入湖水量及降水量分析結(jié)果顯示（見圖2），年內(nèi)入湖水量和降水量均呈單峰趨勢，主要集中在汛期（6～10月）。2014～2016年汛期入湖水量分別占全年入湖水量的79.17%、74.90%和61.96%，汛期降水量分別占全年降水量的90.43%、83.40%和77.15%，說明該時段降水量較大程度地決定了年降水量。入湖水量最小值出現(xiàn)在2～5月，該時期也是河道斷流高發(fā)期;入湖水量峰值出現(xiàn)在7～9月，與流域內(nèi)最大降水量月份完全重合，入湖水量與流域降水量呈正相關(guān)關(guān)系。2014～2016年，洱海年入湖水量最大的4條河流是彌苴河、永安江、羅時江和西閘河，入湖水量年均值分別為13 556萬、4 413萬、3 658萬m3和2 794萬m3。

2.2 環(huán)洱海主要入湖河流水質(zhì)特征

在時間尺度上，污染物濃度年內(nèi)整體呈現(xiàn)先升高后降低的波動趨勢（見圖3）。在初期降雨的沖刷作用下，旱季累積的大量污染物被帶入水體隨地表徑流進入河流，因而入湖河流污染物濃度在進入汛期時（6月）較高，而進入汛期后（7～10月），經(jīng)初期雨水的沖刷后，河岸周邊的污染負(fù)荷降低，入湖河流的污染物濃度也大幅降低處于低濃度狀態(tài)，雨季水質(zhì)總體較好[13-14]。2014～2016年，化學(xué)需氧量濃度均值分別為（13.7±4.3） mg/L，（15.9±5.7） mg/L和（11.9±2.9 mg/L）;2014，2015年峰值出現(xiàn)在6月，2016年最大值出現(xiàn)在5月。2014～2016年氨氮濃度均值分別為（0.434±0.114） mg/L，（0.636±0.283） mg/L和（0.458±0.142） mg/L;2014年峰值出現(xiàn)在5月，2015，2016年最大值出現(xiàn)在4月。2014～2016年總磷濃度均值分別為（0.163±0.038） mg/L，（0.199±0.093） mg/L和（0.138±0.031） mg/L;2014年峰值出現(xiàn)在6月，2015年最大值出現(xiàn)在4月，2016年峰值出現(xiàn)在5月。2014～2016年總氮濃度均值分別為（2.212±0.277） mg/L，（2.412±0.553） mg/L和（2.425±0.557） mg/L;2014，2016年峰值出現(xiàn)在12月，2015年最大值出現(xiàn)在4月。

在空間尺度上，污染物濃度整體呈現(xiàn)南北高中部低的“V”型波動趨勢（見圖4）。西岸南部河流污染物濃度較高，尤其是五溪（莫殘溪、清碧溪、黑龍溪、白鶴溪、中和溪），其子流域人口密度大且為蔬菜種植區(qū);西岸中-北部河流（雙鴛溪→棕樹河）濃度較低，其子流域人口密度小且基本為農(nóng)田;北岸及東-南岸河流（羅時江→波羅江）濃度升高，尤其是化學(xué)需氧量濃度處于高位，“北三江”子流域人口密度居中且為大蒜種植區(qū)（12.36萬畝）和奶牛養(yǎng)殖區(qū)（6.46萬頭）。污染物濃度空間上的差異不如時間尺度上的明顯。

2.3 環(huán)洱海主要入湖河流入湖負(fù)荷估算

入湖污染負(fù)荷由污染物濃度和水量兩個因子決定，洱海入湖污染負(fù)荷年內(nèi)呈先降后升再降的趨勢（見圖5），入湖負(fù)荷主要受水量控制[15-16]。2014～2016年環(huán)洱海27條入湖河流總氮輸入在861.46 t，525.07 t和831.29 t，汛期輸入量占年度輸入總量的52.95%，60.45%和49.92%;2014～2016年環(huán)洱海27條入湖河流總磷輸入在58.97，30.66 t和51.76 t，汛期輸入量占年度輸入總量的58.89%，67.70%和61.59%;2014～2016年環(huán)洱海27條入湖河流氨氮輸入在178.13，96.54 t和130.81 t，汛期輸入量占年度輸入總量的58.36%，60.77%和53.25%;2014～2016年環(huán)洱海27條入湖河流化學(xué)需氧量輸入在5 681.02，4 195.69 t和5 857.73 t，汛期輸入量占年度輸入總量的59.56%，75.11%和62.74%。

在空間尺度上，洱海27條主要入湖河流水量順序為北岸>西岸>東-南岸，污染負(fù)荷貢獻與水量貢獻順序一致，二者貢獻率占比大致相當(dāng)（見表1）。2014～2016年洱海北岸4條河流入湖水量分別占總?cè)牒康?5.70%，56.35%和57.68%，總氮輸入負(fù)荷占比為64.3%，60.0%和58.9%，總磷輸入負(fù)荷占比為57.7%，59.1%和61.4%，氨氮輸入負(fù)荷占比為72.0%，55.5%和51.3%，化學(xué)需氧量輸入負(fù)荷占比為75.7%，68.6%和71.5%?！氨比笔嵌：^(qū)污染物的主要輸入通路，是入湖河道水污染控制和綜合修復(fù)的首要對象，北部入湖河流污染負(fù)荷主要來自于河流子流域內(nèi)以大蒜為主的農(nóng)業(yè)面源和以奶牛養(yǎng)殖為主的畜牧業(yè)點源污染。

3 討 論

研究發(fā)現(xiàn)，洱海27條主要入湖河流污染物濃度與流域降雨量密切相關(guān)，對污染物濃度與對應(yīng)降雨量進行Pearson相關(guān)分析，結(jié)果如表2所列。入湖河流總氮、氨氮濃度與降雨量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01），相關(guān)系數(shù)為-0.338和-0.330，表明總氮濃度和氨氮濃度受降雨量影響程度較大;而總磷、化學(xué)需氧量濃度與降雨量呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），相關(guān)系數(shù)為-0.213和-0.162，總磷濃度和化學(xué)需氧量濃度受降雨量影響程度較小[17]。

洱海水功能區(qū)目標(biāo)為Ⅱ類水體;2014年洱海有7個月為Ⅱ類水體，全年平均水質(zhì)為Ⅱ類;2015，2016年洱海分別有6個月、5個月為Ⅱ類水體，年度水質(zhì)類別均為Ⅲ類。2014～2016年期間未發(fā)生規(guī)模化藍藻水華，水體始終保持在中營養(yǎng)水平，氮、磷成為洱海富營養(yǎng)化的主要貢獻因子。進一步研究了洱海27條主要入湖河流入湖污染負(fù)荷量與洱海湖區(qū)水質(zhì)指標(biāo)、藻類生物量的關(guān)系，試圖找出水體已經(jīng)處于中營養(yǎng)狀態(tài)下哪些營養(yǎng)鹽能顯著增加藻類生物量，以及評估入湖河流直接輸入污染負(fù)荷對湖區(qū)水質(zhì)的影響。通過對同期湖區(qū)總氮、總磷、化學(xué)需氧量以及葉綠素a月均值濃度與主要入湖河流入湖污染負(fù)荷量進行正態(tài)分布檢驗和相關(guān)性分析（見表3），發(fā)現(xiàn)入湖河流總氮輸入量與湖區(qū)總氮濃度、總磷輸入量與湖區(qū)總磷濃度均呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），相關(guān)系數(shù)為0.565和0.477，表明入湖河流總氮、總磷輸入量直接影響湖區(qū)總氮、總磷濃度，是洱海氮磷的重要來源。入湖河流氨氮輸入量與湖區(qū)氨氮濃度、化學(xué)需氧量輸入量與湖區(qū)化學(xué)需氧量濃度不顯著相關(guān)，說明入湖河流氨氮、化學(xué)需氧量輸入量對湖區(qū)氨氮、化學(xué)需氧量濃度影響較小。湖區(qū)葉綠素a濃度與入湖河流總氮、總磷、氨氮、化學(xué)需氧量負(fù)荷輸入量不顯著相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)同為正值，說明氮、磷和有機污染物的輸入可能增加洱海藻類生物量。

4 結(jié)論及建議

（1） 2014～2016年，27條主要河流入湖總水量分別為3.66億、2.87億m3和4.74億m3，汛期入湖水量分別占全年入湖水量的79.17%、74.90%和61.96%，入湖水量與流域降水量呈正相關(guān)關(guān)系。

（2） 在時間尺度上，污染物濃度年內(nèi)整體呈現(xiàn)先升高后降低的波動趨勢;在空間尺度上，污染物濃度整體呈現(xiàn)南北高中部低的“V”型波動趨勢。

（3） 洱海入湖污染負(fù)荷年內(nèi)呈先降后升再降的趨勢，入湖負(fù)荷主要受水量控制，污染負(fù)荷貢獻率順序為北岸>西岸>東-南岸。

（4） 洱海主要入湖河流污染物濃度與流域降雨量呈顯著負(fù)相關(guān)，入湖河流總氮輸入量與湖區(qū)總氮濃度、總磷輸入量與湖區(qū)總磷濃度均呈極顯著正相關(guān)，是洱海氮磷的重要來源。

根據(jù)洱海主要入湖河流的監(jiān)測結(jié)果分析，入湖河流水環(huán)境問題主要表現(xiàn)為：枯水期河流水體污染嚴(yán)重且水量嚴(yán)重不足，半數(shù)河流出現(xiàn)斷流，污染物濃度規(guī)律符合豐水期低于枯水期，枯水期流量較小而蒸發(fā)量大濃度迅速升高，初期雨水帶來的沖擊性污染負(fù)荷以及農(nóng)田退水的營養(yǎng)鹽致使雨季初期濃度較高;入湖河流水質(zhì)類別的限制性因素為總氮、總磷，沿岸人口密度大，土地利用以菜地、水田為主，農(nóng)業(yè)面源污染突出;河流生態(tài)退化，植被覆蓋率低，緩沖區(qū)寬度窄，兩面光硬質(zhì)堤岸，河濱帶功能脆弱。結(jié)合河道沿岸土地利用現(xiàn)狀，堅持水量、水質(zhì)與水生態(tài)協(xié)調(diào)統(tǒng)一原則，提出如下建議。

（1） 調(diào)控水量。洱海入湖河流年內(nèi)水量呈雨季多旱季少且兩極分化嚴(yán)重，建議在河道上游采取合理工程措施，在豐水期控制入湖水量從而達到枯水期補水。

（2） 改善水質(zhì)。河道污染負(fù)荷主要源于農(nóng)業(yè)面源，需調(diào)整沿岸種植業(yè)結(jié)構(gòu)，科學(xué)合理施肥，嚴(yán)格管控農(nóng)田退水。

（3） 恢復(fù)水生態(tài)。每條河流選擇適合的河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)，“一河一策”因地制宜地進行修復(fù)。

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（編輯：劉 媛）