东平湖水环境质量综合评价

师吉华，李秀启，董贯仓，客涵，刘超，高云芳

(山东省淡水渔业研究院，山东济南250013)

东平湖地处山东省东平县西部，位于北纬35°30'～36°20'、东经 116°00'～116°30'，由老湖和新湖两部分组成，新湖区属淮河流域，老湖区属黄河流域，东平湖为黄河和淮河两大流域的分水岭。全湖总面积为627 km2，其中老湖面积为209 km2，相应蓄水能力为11．94×108m3;新湖面积为418 km2，相应蓄水能力为27．85×108m3。全湖总容水量达40×108m3，是调蓄黄河洪水的大型水库，也是山东省第二大淡水湖泊和中国东部地区典型的浅水型湖泊，在供水、防洪、养殖、旅游、维持生态平衡和环境保护等方面发挥着重要作用。东平湖湖水主要来源于天然降水所形成的地表径流、黄河和大汶河。在黄河未滞洪的情况下，大汶河是东平湖的主要水源，所以大汶河的水文特征及水质状况可直接影响东平湖库区的水量及水质。近年来，由于城市建设、工业发展、农作物大量施用化肥和植被被破坏造成的水土流失冲刷入湖等，营养盐和有机物等的输入迅速增大，湖泊湿地生态功能遭到严重破坏，水环境质量明显下降，导致湖泊富营养化现象日趋严重［1-6］。而水体的富营养化会破坏水生态系统的平衡，从而使原有生态系统发生结构改变及功能退化［7］。作为南水北调东线工程的主要调节湖和山东省西水东送的水源地，东平湖在国家水资源配置战略中地位凸显，它一方面直接决定南水北调调水和生态廊道、清水廊道建设的成败，另一方面也是山东省胶东调水工程的渠首。东平湖的水质状况不仅仅是一个湖泊的生态环境问题，更直接关系到调水工程受水区的水质安全问题［8］。本研究中，对东平湖的水环境质量进行了综合评价，分析和研究了东平湖水环境要素的时空变化特征及其原因，旨在为东平湖水资源保护提供参考。

1 研究区域和研究方法

1.1 调查区域和调查项目

依据东平湖的地理方位、汇入河流情况和湖泊综合利用情况，在东平湖内设立8个采样点:大汶河入湖口 (1#)、大安山旅游区 (2#)、八里湾泵站入湖口 (3#)、湖心区 (4#)、湖东南网围养殖区 (5#)、老湖镇网箱养殖区 (6#)、陈山闸出湖口 (7#)和刘长河输水干渠 (8#)，这8个点基本涵盖了主要湖区类型及不同利用方式区域 (图1)。分别于2013年3、5、8、11月对这8个站位进行水环境质量监测，各站位均取距水体表面0．5 m深的水样，并按照《水质湖泊和水库采样技术指导》(GB/Y14581—1993)的要求进行采集和保存。监测指标包括现场测定的温度、pH、溶解氧(DO)、盐度、总溶解固体 (TDS)、透明度(SD)、电导率等，以及在现场固定后运回实验室监测的总氮 (TN)、总磷 (TP)、高锰酸钾指数(CODMn)、无机氮 (DIN)、活性磷酸盐 (PO3-4-P)、石油类、叶绿素a(Chl-a)等。

图1 东平湖调查站点位置分布Fig.1 Sampling sites and distribution in Dongping Lake

1.2 分析方法

各监测指标的分析测定参照《中国环境保护标准汇编水质分析方法》及水利部1998年9月发布的《水环境监测规范》 (SL219-98)和《湖泊富营养化调查规范》中的方法执行。

1.3 评价标准

评价方法参照地表水环境质量标准(GB3838—2002)Ⅲ类标准进行单因子分析、内梅罗污染指数法 (表1)和《湖泊 (水库)富营养化评价方法及分级技术规程》中的TLI综合营养状态指数法 (表2)。

表1 内梅罗指数污染等级划分Tab.1 Pollution classification by Nemero index method

2 结果与分析

2.1 水质指标

由表3可知:各站点水体pH值含量接近，均呈弱碱性;DO含量较高，符合《地表水环境质量标准》Ⅱ类水质标准 (仅7#站位5月为Ⅲ类)，5月DO平均含量显著低于3月、8月和11月 (P＜0．05);TN 年平均含量为 3．24 mg/L，范围为0．75～7．55 mg/L(3 月的 1#站位较为特殊，含量为15．17 mg/L，此站点是大汶河入湖口 (1#)，有养殖户圈养鸭子，所以营养盐含量极高)，全年只有11月的湖心区 (4#)及陈山闸出湖口 (7#)符合地表水环境质量中的Ⅲ类标准，其余全部超标，超标率达92．86%，且有57%的水质为劣Ⅴ类;TP年平均含量0．077 mg/L，范围为0．023～0．360 mg/L，从平均值看，超过地表水Ⅲ类水质评价标准(湖、库≤0．05 mg/L)，接近Ⅳ类水，超标率为50．00%，其中8月全部符合地表水Ⅲ类标准，而11月全部超标;CODMn年平均含量5．57 mg/L，范围为3．40～16．90 mg/L，最大值出现在8月的陈山闸出湖口 (7#)，最小值为5月湖东南网围养殖区(5#)，3月只有大汶河入湖口 (1#)为Ⅳ类水，5月全部符合地表水Ⅲ类标准，8月的大安山旅游区(2#)、老湖镇网箱养殖区 (6#)和陈山闸出湖口(7#)3个站点超标，11月的大汶河入湖口 (1#)、湖心区 (4#)和老湖镇网箱养殖区 (6#)超标，其余全部符合地表水Ⅲ类标准;Chl-a平均含量为11．60 μg/L，其中 8 月的 2#、3#、6#为Ⅳ类，8 月的7#、11月的8#为Ⅴ类，其余都符合地表水Ⅲ类标准。除DO外，上述指标季节性差异均不显著(P＞0．05)。透明度 (SD)变化区间为 0．38～1．10 m，从SD评分分析，东平湖水质全部属于轻度富营养及中度富营养，说明水体藻类及悬浮颗粒较多;石油类含量为0．07～0．35 mg/L，全部超过地表水Ⅲ类标准，介于Ⅲ类及Ⅳ类之间，超标率为100%。由单项指标评分值确定南四湖主要污染物为氮污染，其次为CODMn。从全湖监测结果看，水质相对较好的是八里湾泵站入湖区及湖心区。

表2 淡水湖泊 (水库)营养状态分级Tab.2 Classification standard of lake(reservoir)trophic level

表3 2013年东平湖调查水体各指标平均值及内梅罗指数评价结果Tab.3 Average of various indicators，and Nemero indices in the water in Dongping Lake in 2013

2.2 多因子综合分析

通过相关加权综合营养状态指数进行评价，结果见表4。由表4可见:(1)东平湖8个站点中，3月大汶河入湖口 (1#)为轻度富营养，其余都为中度营养;5月除湖心区 (4#)为轻度富营养外，其余全部为中度营养;8月全部为中度富营养;11月大汶河入湖口 (1#)、八里湾泵站入湖口 (3#)和湖心区 (4#)为中度营养，湖东南网围养殖区(5#)、陈山闸出湖口 (7#)为轻度富营养，刘长河输水干渠 (8#)为中度富营养，其余为轻度富营养。总体评价:各站点3月和5月为中度营养，8月为中度富营养，11月为轻度富营养，全年评价为轻度富营养。从综合营养指数分析，水环境质量由好到差依次为3月＞5月＞11月＞8月;全年水质最好的站点为湖东南网围养殖区 (5#)，无论是从季节还是全年的综合营养评价指数都较低;11月的刘长河输水干渠 (8#)水质最差，此点是南四湖水被引入东平湖的入湖干渠，因南四湖水环境质量比东平湖差［9］，所以导致此点水质相对较差。在28组数据中，9组为中度富营养化，4组为轻度富营养化，15组为中度营养水平，贫营养和重度富营养水没有，说明东平湖水域虽存在污染但不严重。纵观全年，富营养化程度最高的是1#、5#和6#，1#为大汶河入湖口，工业废水及生活污水入湖导致此点污染较重，5#和6#为网箱和网围养殖区，养殖生物的排泄物使水体氮、磷含量增加。从表3可以看出，总氮、总磷对湖水污染的贡献最大。

表4 东平湖调查水体营养状态分级Tab.4 Trophic classification in the water in Dongping Lake

2.3 内梅罗指数法分析

内梅罗指数评价结果 (表3)表明，东平湖水环境质量受到污染，周年污染等级为Ⅲ类，5月、8月和3月污染等级为Ⅳ级，属重度污染，11月为Ⅱ级，属轻微污染，平均污染指数依次为5月＞8月＞3月＞11月，石油类和总氮污染严重，周年污染指数分别为3．47和3．24，周年超标率为100%和92．86%;其次为Chl-a，周年污染指数为1．16，超标率为46．43%;重金属含量都远低于标准值。-N和TP均存在不同程度的超标现象，但I值均较低。3月污染严重的是1#和6#站位，污染等级为Ⅴ、Ⅳ级，其余各点都为Ⅱ级;5月总体污染等级高于3月，污染最轻的是2#，其次为4#，其余各点都在Ⅵ级以上;8月平均污染指数虽然低于5月，但各点污染等级都在Ⅲ级与Ⅵ之间，个别点的污染等级高于5月;11月水质最好，污染等级全部为Ⅱ级 (只有1#、8#污染等级分别为Ⅳ、Ⅲ级)。全年1#污染最严重，I平均值为6．14，属恶性污染，其次为6#和5#，I值分别为3．32和3．23，属重度污染，其余各点I值都在3以下，污染程度较轻。综合营养指数及内梅罗指数分析结果一致。

周年污染等级结果显示，非养殖区及湖心区水质较好，如2#水质最好，属Ⅱ类轻度污染，但8月Chl-a含量为全年最高;3#八里湾泵站入湖口和4#湖心区、7#陈山闸出湖口和8#刘长河输水干渠污染等级为Ⅲ类;5#湖东南网围养殖区和6#老湖镇网箱养殖区污染等级为Ⅳ类，主要污染因子为TN和石油类;污染最严重的为1#大汶河入湖口，周年污染指数均值高达6．14，3月最高为10．93，污染等级为Ⅴ类，TN和CODMn严重超标。

3 讨论

3.1 东平湖水域水环境的时空变化

3．1．1 20世纪80年代初至90年代末东平湖水环境质量 王育锋等［10］于20世纪80年代初调查发现:该湖DO丰富，最低值为7．81 mg/L，最高值为10．98 mg/L，饱和度达92%～105%，为地表水环境质量Ⅰ类标准;无机氮含量在7个站点中均较低，-N含量全年在28个站点只有7个点检出且含量极低，为地表水Ⅰ类标准;N含量的平均值分别为0．009、0．099 mg/L，总氮在Ⅱ类标准以内;磷酸盐及CODMn平均值分别为0．024、3．12 mg/L，含量均较低，属Ⅱ类水质。毛伟兵等［11］于20世纪90年代 (1990—1998)对东平湖调查表明，尽管丰水期的水质好于枯水期，但是各项水质指标明显呈现逐年上升的趋势，1994—1998年对东平湖部分断面水质综合评价结果表明，除了1994年的两个站点为Ⅳ类水质外，其余的都为Ⅴ类水质，总氮平均值为3．00 mg/L，为劣Ⅴ类，CODMn平均值为8．47 mg/L，为Ⅳ类水。监测结果表明，20世纪90年代水污染状况较80年代加剧，湖心区及非养殖区水质明显好于入湖口及养殖区，这与本调查结果相一致。

3．1．2 2000—2013年东平湖水环境质量 据许光辉等［12］2000—2008年连续8年的调查结果，东平湖水质在考虑总氮及总磷的情况下，2000—2002年为Ⅴ类，2003—2008年因总氮含量小幅上升，污染加重为劣Ⅴ类水质，主要污染指标为COD、TN和TP，属有机污染。姜东生等［13］调查发现:入湖口水质为全湖最差，COD和TN含量均超过地表水环境Ⅴ类水质标准，氨氮、石油类超过地表水环境Ⅳ类水质标准;湖心及出湖口水质COD超过Ⅳ类水质标准，CODMn、TN和TP超过Ⅲ类水质标准。

2006—2013年山东省淡水渔业研究院连续7年监测 (表5)表明:总氮全部超过地表水Ⅲ类标准，超标100%，Ⅳ类超标71%，Ⅴ类超标29%;2013年总氮监测值最高，平均值达3．24 mg/L;-N最低含量都比20世纪80年代高近80倍，2010年监测含量最低，其余年份变化不大;而硝酸盐监测结果正相反，2010年的监测值仅低于2013年，比其余年份都高，-N含量比20世纪80年代高21倍;亚硝酸盐含量由2008年的0．019 mg/L增加到2013年的 0．084 mg/L，增幅较大;TP总体呈下降趋势，虽然中间有波动，但均低于2006年;CODMn的年平均值高于4．50 mg/L，接近地表水环境质量Ⅳ类标准，2006—2008年呈持续增长趋势，2009年下降，2010年及2011年又呈增长趋势，且增幅较大，2013年又有所下降。

表5 东平湖富营养化程度的年际比较Tab.5 Comparison of eutrophication degree in Dongping Lake in different years

从营养状态分级看，2006年综合营养指数年最高为59．26，以后逐年降低，2010年又升高到56．76。2013年的综合营养指数低于2006年，但明显高于2008年和2011年。2013年东平湖水环境综合营养状态指数分析结果表明，水环境质量依次为3月＞5月＞11月＞8月，表明东平湖水域水环境质量有一定的季节分布特征，这与许光辉等［12］2008年的研究结果相一致。加权综合营养状态指数评价结果表明:3#八里湾泵站、4#湖心区、5#湖东南网围养殖区水质基本处于同一水质等级，为中度营养，陈山闸出湖口 (7#)为中度富营养，其余都为轻度富营养 (表4);这与姜东生等［13］的研究结果相一致。许光辉等［12］2004—2008年的监测结果表明，只有2008年为轻度富营养，其余都为中度营养，且指数值相差不大。2013年3月至11月对东平湖的4次水质状况调查表明，东平湖污染系数最高的是石油类，其次是 TN、TP和 COD。TP所占的污染负荷指数最大，平均污染指数达48．36%，所检测的总磷浓度最低值为0．09 mg/L，接近Ⅳ级水质的标准，而最高值达0．20 mg/L，已经达到Ⅴ类水质标准。与20世纪80—90年代比较，水环境质量总体呈下降态势，虽然中间有波动，但总体形势不容乐观。

3．1．3 湖泊水生生物现状

(1)浮游植物。本次调查中共检出浮游植物8门76属种，其中绿藻门种类最多，为32种，占总种类数的42．11%;硅藻门14种，占18．42%;蓝藻门13种，占17．11%;裸藻门7种，占9．21%;隐藻门和甲藻门各3种，均占3．95%;黄藻门和金藻门各2种，均占2．86%。

5月浮游植物平均丰度为1．37×106ind．/L，平均生物量为1．09 mg/L，从生物量来看，甲藻门生物量占总量的30．61%，是第一优势种群，金藻门占总量的35．56%，为第二优势种群;8月浮游植物平均丰度为 1．48×107ind．/L，平均生物量为4．37 mg/L，蓝藻门平均生物量为 1．19 mg/L，占总量的28．76%，为第一优势种群，硅藻门生物量占21．91%，为第二优势种群。

(2)浮游动物。本次调查共检出浮游动物32种，其中轮虫18种，占56．25%;原生动物8种，占25．00%;桡足类2种，占6．25%;枝角类4种，占12．50%。

东平湖浮游动物平均丰度为3470．352 ind．/L，平均生物量为5．03 mg/L，枝角类生物量占总量的58．53%，为第一优势种群，桡足类生物量占总量的34．06%，为第二优势种群。

东平湖水生维管束植物39种，分别隶属于2门17科30属39种 (图2)。根据陈洪达［14］的研究方法，以断面法对东平湖的水生植物的生物量进行分析，以8月为例，生物量为 1．23～5．41 kg/m2，平均为 2．13 kg/m2。

图2 2013年东平湖水生植被生态系列图Fig.2 Diagram of aquatic vegetation in Dongping Lake in 2013

由表6可见:东平湖春季水生植物以菹草为主，占水生植物总量的85%左右;8月总生物量中以轮叶黑藻所占比例最大，达40．75%，其次为眼子菜、狐尾藻。值得注意的是，轮叶黑藻、眼子菜、狐尾藻、金鱼藻等沉水植物是草食性鱼类优良的食料，同时又是构成草上产卵鱼类产卵场的重要植物，他们的生物量占总生物量的69．39%，数量可观。另外，菱、芡、莲等经济作物占生物总量的17．77%，其余植物的生物量较少。

3.2 富营养化原因分析

富营养化是径流对地表冲刷和淋溶及排放废污水携带营养物质的大量汇集，使水体N、P等营养元素严重超标，高浓度营养盐导致浮游植物大量繁殖［15-17］，进而导致水体溶解氧降低，水质恶化，鱼类及其他生物死亡。富营养化发生在河流湖泊中为水华，发生在海洋中为赤潮。在内陆水体中，太湖、滇池和巢湖每年都有水华发生。2007年5月江苏无锡太湖蓝藻事件，导致市区水资源极大破坏。2009年9月安徽省合肥市巢湖湖区暴发局部性蓝藻水华，西半湖湖区蓝藻面积约为140 km2，水中DO急剧降低，生物链被大量毒素所破坏，浮游生物数量及其物种多样性降低，对渔业资源、生态系统、人类健康和旅游业都产生了巨大危害［18］。

表6 2013年8月东平湖水生植物生物量比较Tab.6 Biomass of aquatic plants in August，2013

对比历史数据和查阅相关文献可以发现，大汶河、陆源排污和地表径流带来的大量营养物，是东平湖水域综合营养状态指数增加及污染加重的主要原因。在黄河未滞洪的情况下，大汶河作为东平湖唯一的入湖河流，其水文特征及水质状况可直接影响东平湖库区的水量及水质。大汶河在汇集了流域内地表径流的同时，也运载了沿途排放的各类工业废水和生活污水，成为影响东平湖水质的重要污染源［13］。东平湖 TN、TP、CODMn、Chl-a等指标的峰值多出现在8月，其原因可能与东平湖流域在汛期非点源污染负荷增大有关，汛期在增加入湖水量的同时，地表径流也带来大量的企业废水及城镇生活污水;再者8月之前，气温、水温均呈上升阶段，导致浮游植物快速繁殖、生长，细胞密度增大，使Chl-a含量增加;另外，开春至7月之前，菹草(俗称麦黄草)遍布湖区，死亡后这些水生植物枯竭腐烂，也导致8月氮、磷等营养物质含量增加，使得8月水环境质量最差，富营养化值最高。

4 结论与建议

自20世纪80年代开始，东平湖水环境质量总体呈下降态势，虽然中间有波动，但水环境质量总体在变差。主要表现:溶解氧含量降低，营养盐及COD含量增高，且增幅较大，透明度降低;综合营养状态指数评价结果为轻度富营养;内梅罗评价污染等级为Ⅲ级，属中度污染;污染因子前三位为TN(年超标率 92．86%)、TP(50．00%)和 CODMn(25．00%)，依据渔业水质标准，石油类超标100%，东平湖水环境质量存在明显的时空差异。为此，对东平湖需采取以下措施:

(1)消减污染源排放，加强对入湖河流流域的污染治理。在黄河未滞洪的情况下，大汶河是东平湖的主要水源，大汶河流域污水排放量占整个东平湖污水排放量的82．2%，大汶河流域污水的治理，对改善东平湖的水质起着非常重要的作用［11］。此外湖区养殖业导致的内源性污染应引起足够重视。

(2)恢复和建立东平湖天然湿地净化生态系统。湖泊湿地是流域流量的调节器，高效的湿地过滤作用能降解污染、净化水质，湿地具有生态调节、水文调节、环境控制等多种功能，湿地生态系统的建立，作为湖泊保护的补救措施意义重大。

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