长江中游浅水湖泊水环境质量评价与分析*

焦亚亚，方 珂，周 云，林敏敏，郑永琪，汤 民，郝汉舟，徐新创

(湖北科技学院资源环境科学与工程学院，湖北 咸宁 437100)

湖泊是我国重要的生态资源，是自然生态系统的重要组成部分，具有提供水源、调节河川径流、改善区域生态环境、维持地球生态平衡等多种功能。但随着社会经济的快速发展，大量未经处理或处理不达标的工农业废水和生活污水直接排入湖泊，使湖泊污染负荷加重。当湖泊的污染负荷超过水体的自净能力，就会导致水环境质量下降、水体生态功能退化[1-2]。因此，研究湖泊水环境质量现状及其污染情况，对保护湖泊流域生态环境安全具有重要的指导意义。

西凉湖是咸宁市最大、湖北省第五大湖泊，为典型的长江中游浅水湖泊。流域周边为平原和低丘，盛产竹木、茶叶、柑橘等。湖区土壤肥沃，湖面宽阔，是优良的农、渔产地。因此西凉湖的水环境和水资源保护已成为农业、水利、环保等部门普遍关注的问题。为此，本文以西凉湖为研究对象，分析其水环境质量现状，采用不同的评价方法对水质进行评价，以期为制定其水体恢复和保护措施提供科学的理论依据。

1 实 验

1.1 研究区域概况

西凉湖(29°51′～30°1′N，114°00′～114°10′E)地处鄂东南咸宁市境内，跨嘉鱼、赤壁、咸安三县市区，是湖北省第五大湖泊，现有水域面积8000 hm2。西凉湖由东西凉湖、西西凉湖、伯凉湖、马师湖等湖区及若干湖汊组成，属长江中游浅水草型湖泊，湖水平均深度2.11 m，最大深度可达8 m。湖盆平坦、底泥肥沃、水深较浅，兼具调蓄、灌溉、气候调节、渔业养殖、生活供水、旅游开发等多种功能[3]。西凉湖地处亚热带北缘，属亚热带湿热季风气候，四季交替明显；年平均气温17 ℃，极端最高气温与极端最低气温分别是37.6 ℃和-6.1 ℃，年无霜期天数254 d，多年平均降雨量为1220～1370 mm[4-5]。

图1 西凉湖采样点分布

1.2 水样采集与水质监测

根据西凉湖的水面分布及周边环境特征，采样点布设考虑在入水口、出水口和水域内具有代表性的地方，选定11个监测点进行连续监测，1～6号监测点为西凉湖入湖主要河道，分别为汀泗河、泉口河、牛头山、宋家河、北庄海和思姑台；7、8号监测点为西西凉湖湖心；9、10监测点为东西凉湖湖心；西凉湖湖水汇聚到嘉鱼渡普望东庙出湖口经余码河(11号监测点)，最后通过余码大闸排入长江。

于2017年4月～2017年10月在西凉湖每月采集水样2次。测试水质指标为透明度(SD)、叶绿素a(Chl.a)、高锰酸盐指数(CODMn)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)，测定方法分别为：SD，塞氏盘法；chla，分光光度法；CODMn，酸性高锰酸钾法；TN，碱性过硫酸钾-紫外分光光度法；TP，钼酸铵分光光度法；NH3-N，纳氏试剂分光光度法。

1.3 水质评价方法

采用单因子指数法、综合污染指数法和综合营养状态指数法对西凉湖水环境质量进行评价[6-7]。

1.3.1 单因子指数法

单因子指数法是以《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)[8]规定的水质类别为标准，从单项水质指标入手，算出其超标倍数，计算公式为：

Pi=Ci/Si

(1)

式(1)中：Pi为第i种水质指标的单因子指数；Ci为第i种水质指标的实测浓度；Si为第i种水质指标的评价标准值。

该方法概念明确、计算简单，通过水质监测数据可以直观体现出水质指标污染程度，然后计算单个污染因子的超标指数，并将计算结果中最差的指标评价级别作为整体水质的评价等级[9]。单因子指数法应用于水质评价时一定程度上不能反映出水体的整体水质，因此一般与其它方法结合使用才能发挥其效益。

1.3.2 综合污染指数法

综合污染指数是评价水环境质量的一种重要方法[10]，计算公式为：

(2)

式(2)中：Pj为综合污染指数均值；n为评价指标数量；Pi为第i种水质指标的单因子指数。

当Pj≤0.2，水质判定为清洁；0.22.0，水质为严重污染。

1.3.3 综合营养状态指数法

综合营养状态指数法是根据中国环境监测总站制定的《湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定》[11]，对湖泊富营养化状态进行综合评价的方法。选取SD、Chl.a、CODMn、TN、TP 这5个与湖泊富营养状态变化最为密切的参数，其计算公式为：

(3)

(4)

式(3)和(4)中：TLI为综合营养状态指数；Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重；TLI(j)为第j种参数的营养状态指数；rij为第j种参数与基准参数的相关系数。

各参数的富营养状态指数计算如公式(5)～(9)所示：

TLI(ChI.a)=10×(2.5+1.086InChI.a)

(5)

TLI(SD)=10×(5.118-1.94InSD)

(6)

TLI(TN)=10×(5.453+1.694InTN)

(7)

TLI(TP)=10×(9.436+1.624InTP)

(8)

TLI(CODMn)=10×(0.109+2.661InCODMn)

(9)

采用0～100的一系列连续数字对营养状态进行分级，其中TLI(∑)<30为贫营养，30≤TLI(∑)≤50为中营养，5070为重度富营养。同一营养状态下，综合营养状态指数值越大，水体富营养化程度越重。

2 结果与讨论

2.1 单因子指数法评价

根据《湖泊富营养化调查规范(第二版)》[12]，选择TN、TP、CODMn、NH3-N进行水质评价。咸宁市环境监测中心将余码河控制断面(西凉湖出湖口)水质规划为《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅲ类水体，因此以Ⅲ类水体的水质标准作为评价标准，评价结果见表1。

表1 单因子指数法评价结果

由表1可知，总氮、总磷的浓度范围分别为1.1～1.9 mg/L、0.06～0.105 mg/L，均已超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅲ类水体的标准值；总氮的超标倍数为1.1～1.9，总磷的超标倍数为1.2～2.1。总氮、总磷的最大超标倍数分别为1.9和2.1，均出现在3号采样点，可能与牛头山附近的养殖业较为发达有关，同时该区域大量农业生产、生活废水排入湖中，导致氮、磷等营养物质随之进入水体[13]。CODMn在1号和3号采样点超标，浓度分别为6.6、7.8 mg/L，其余都达到Ⅲ类水质标准；NH3-N的含量均在Ⅲ类水质标准范围内，因此西凉湖的主要污染物为氮和磷。

2.2 综合污染指数法评价

西凉湖水质的综合污染指数评价结果见表2，其变化范围为0.80～1.55，最高值(1.55)出现在3号采样点，其次是2号、1号、6号、4号和5号采样点，综合污染指数分别为1.30、1.28、1.20、1.18和1.13；均属重污染，主要是因为这些区域沿湖乡镇污水排放系统不完善、生活污水直排入河，还有上游地区农业面源污染物的输入[5]。其余监测点数值较小，均小于1.0。评价结果反映了西凉湖水质整体呈中、重污染状况。

表2 综合污染指数法评价结果

2.3 综合营养状态指数法评价

为了解西凉湖水体富营养化状况，采用综合营养状态指数法对其水质进行评价，评价结果见表3。

表3 综合营养状态指数法评价结果

评价结果表明，西凉湖绝大部分水域营养程度为轻度富营养，其中只有3号采样点为中度富营养，可能是由于牛头山附近人口较密集，城镇生活污水的不达标、甚至直接排放，还有农业生产过程中大量施用化肥[14]。湖泊水体富营养化的主要原因是过多含氮、磷物质的排入[15]。近年来，随着西凉湖周边及上游地区经济的快速发展，各种生活污水、工农业废水等污染负荷不断加剧；此外，西凉湖流域农作物种植过程中化肥和农药的大量施用，只有少部分被农作物吸收，大部分则在地表径流作用下进入湖泊，对西凉湖水环境产生不利影响。

湖泊水质污染会导致水域生物群落多样性下降，湖泊的生态环境承载力严重削弱[16]。因此，西凉湖污染防治要以入湖污染物总量控制为原则。控制污染物排放要做好三个方面的工作：①强化西凉湖流域农业面源污染管控，拆除关停沿湖周边污染企业；②西凉湖沿岸的居民生活污水统一收集，要集中处理达标后再进行排放；③坚决禁止湖水养鱼，杜绝因养鱼而污染水体。另外，还要拟定具有针对性的分阶段污染预防治理方案，逐步实现西凉湖水质的持续好转。

3 结 论

(1)单因子指数法评价结果表明，西凉湖的主要污染物为总氮和总磷，其含量均已超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅲ类标准值；综合污染指数评价结果表明西凉湖湖心和出湖口水质呈中污染状况，入湖主要河道水质呈重污染状况，其中牛头山水域的污染指数最高；综合营养状态指数评价结果表明，西凉湖水质整体处于轻度富营养水平，只有牛头山水域营养程度为中度富营养。

(2)综合3种水质评价方法的评价结果，西凉湖区周边及上游区域农业生产、生活污水的排入，造成湖泊水中氮、磷等营养物质超标，水质受到污染。