阳澄西湖入湖河道水质时空变化特征

孙瑞瑞，吕 文，顾林森，杨金艳，杨 惠，杨文晶

(江苏省水文水资源勘测局苏州分局，江苏 苏州 215042)

阳澄湖是太湖平原第三大淡水湖，位于苏南经济发达地区，是苏州市重要的饮用水源地。由于社会和经济的快速发展，富含氮磷等营养物质的工农业废水和生活污水的排入加剧了湖泊的富营养化[1]。阳澄湖的氮磷污染及富营养化问题已越来越受到学者们的关注，如陈丽娜等[2]构建了基于二维非稳态水动力-水质模型的湖泊水环境容量模型，计算了阳澄湖水环境容量；周静等[3]对2015—2016年阳澄湖水质变化原因的分析表明，湖体总氮(TN)浓度升高可能与入湖断面的总氮浓度升高有关，总磷(TP)浓度升高可能与河道内源和降水等因素有关；金文龙等[4-5]分析了阳澄湖的氮磷营养盐的时空变化特征，结果表明湖体总氮浓度的变化与周边入湖河道水质密切相关，其中阳澄西湖主要受湖体西线入湖河道影响；顾炉华等[6]开展了七浦塘引水对阳澄湖河网水环境影响的模拟研究，表明七浦塘引水对北线河道的影响最为显著，阳澄湖西湖水质有所改善；何捷等[7]基于2016—2017年监测数据对阳澄西湖及其入湖港口水质的分析表明，氮磷营养盐是湖区水质主要的污染因子，外源营养盐输入对阳澄西湖的水质具有决定性作用；杨惠等[8]基于2010—2014年的数据对阳澄湖入湖河道水质变化及污染物通量分析表明，河道水质较2010年前有了很大改善，阳澄西湖的主要入湖河道中，污染物通量主要来自蠡塘河。

前人对阳澄湖的研究主要集中在湖体水质和营养状态的变化，采用的监测数据时间序列相对较短，针对阳澄湖入湖河道水质的分析研究较少。已有研究表明，入湖河道水质对阳澄湖湖体水质有一定程度的影响[3]，且外源营养盐输入对阳澄西湖的水质具有决定性作用[7]。阳澄湖入湖河流主要分布在西部和西北部[9]，阳澄西湖入湖河道是阳澄湖入湖河道的主体，因此对阳澄西湖入湖河道的水质变化进行分析具有重要意义。本文基于2007—2019年的水质数据进行较长时间序列水质变化分析，探讨阳澄湖西湖入湖河道水质时空变化特征，以期为阳澄西湖入湖河道的治理和阳澄湖水环境的保护提供参考。

1 研究区概况

阳澄湖地处苏州市相城区、工业园区和昆山市，是苏州市重要饮用水源地和战略备用水源地[10]。湖中2个东北—西南走向的狭长半岛把阳澄湖分为东湖、中湖和西湖3个部分，水域总面积为 117.4 km2，其中阳澄西湖约占总面积的26.9%，平均水深约2.9 m。阳澄西湖入湖河道主要包括白荡、蠡塘河、济民塘、北河泾、永昌泾、石益塘、中泾港、渭泾塘和界泾。入湖河道情况见表1。

表1 阳澄西湖主要入湖河道概况

阳澄西湖年平均气温15～17 ℃，自北向南递增。根据湘城水位站多年实测水文资料，多年(1953—2019年)平均降水量为1 072.3 mm，其中60%的降水集中在5—9月。降水年内年际变化较大，最大与最小年降水量的比值为2.88。多年平均水位变幅为0.62 m，多年平均水位为2.98 m(1951—2019年)，历年最高水位为4.31 m(1954年7月24日)，历年最低水位为2.22 m(1956年2月28日)。

2 采样与分析

入湖河道从南向北共布设9个监测点(图1)，采样时间为2007年1月至2019年12月，每月采样1次。

图1 阳澄西湖主要入湖河道采样点分布

水样采集依据HJ/T 91—2002《地表水和污水监测技术规范》，溶解氧(DO)采用美国哈希HQ40D多参数数字测定仪测定，总氮、总磷、氨氮(NH3-N)、高锰酸盐指数(CODMn)等水质指标测定方法参照《水和废水监测分析方法》[11]。水质评价标准参考GB 3838—2002《地表水环境质量标准》。

时间变化特征分析采用了2007—2019年较长序列的数据资料，空间变化特征分析强调河道之间的现状水质差异，采用2017—2019年的现状数据资料。

空间分布差异采用距平系数表征，计算公式为

(1)

式中:η为距平系数；xi为2017—2019年河道i某水质指标的平均值；x为所有河道某水质指标的平均值。由于溶解氧是值越大水质越好，为便于比较，对于溶解氧的距平系数计算公式改为

(2)

3 结果与分析

3.1 时间变化特征

3.1.1年内变化

根据多年(2007—2019年，下同)阳澄西湖主要入湖河道逐月水质监测数据，对各项水质指标质量浓度进行逐月均值计算，结果见图2。由图2可见，氨氮质量浓度逐月变化趋势与总氮基本一致，呈现3月为峰值、3—10月逐渐下降、10—12月略有回升的变化趋势。其中氨氮、总氮质量浓度峰值与谷值的比值分别为2.1和1.9，多年月均质量浓度相对标准偏差分别为25.9%和23.5%，差异较大。总磷多年月均质量浓度范围为0.193～0.296 mg/L，3月出现峰值，与氨氮、总氮一致；但总磷质量浓度6月、7月再次呈峰值状态，之后逐渐下降。许梅等[12]对太湖入湖河道水质监测的结果表明，冬春季节氮含量高于夏秋季；施陈江[13]对阳澄西湖入湖河道的监测结果表明，2009年12月至2010年2月平均总氮质量浓度较高，可见太湖和阳澄西湖入湖河道监测结果与本文计算结果基本一致。据张新华等[14]分析，相城区主要入阳澄湖河道污染物中，农业面源污染的入河量占总入河量的68%，污染物排放量主要来源于农业污染[15]。春季是农业活动繁忙时节，大量化肥的使用加剧了农业面源污染[16-17]。因此阳澄西湖河道氮磷营养盐春季含量较大，但总磷在6月、7月再次呈峰值状态，可能与河道底泥释放有关，温度升高，有利于磷的释放[18-19]。

图2 阳澄西湖入湖河道水质指标年内变化

高锰酸盐指数多年月均质量浓度范围为5.2～5.7 mg/L，相对标准偏差为3.04%，年内变化整体较平稳，均符合Ⅲ类水质标准。溶解氧多年月均质量浓度为5.4 mg/L，符合Ⅲ类水质标准，峰值 8.09 mg/L 出现在2月，随着温度不断升高，逐渐下降至9月的谷值3.56 mg/L，9—12月不断上升。

3.1.2年际变化

图3为阳澄西湖入湖河道各项水质指标质量浓度年际变化计算结果。氨氮、总氮和高锰酸盐指数质量浓度整体呈下降趋势。氨氮、总氮及高锰酸盐指数的多年平均质量浓度分别为1.32 mg/L、3.5 mg/L和5.4 mg/L，年均值从2007年的峰值波动下降至2019年的谷值，分别下降78.7%、47.9%和34.8%，改善明显；总磷质量浓度2015年后有较大幅度下降，2007—2014年与2015—2019年波动较平稳，两个时段平均质量浓度分别为0.298 mg/L和 0.163 mg/L，2015—2019年均值比2007—2014年均值下降45.3%。溶解氧质量浓度年际变化整体呈上升趋势，从2007年的2.65 mg/L波动上升至2019年的7.00 mg/L，多年平均质量浓度为5.4 mg/L，相对标准偏差为22.0%，整体改善效果明显。2007—2019年阳澄西湖入湖河道氨氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数及溶解氧整体呈现持续向好的状态，特别是2016—2019年水质指标维持在Ⅱ、Ⅲ类水质标准。

图3 阳澄西湖入湖河道水质指标年际变化

近年来苏州市采取了一系列整治措施，如：①关闭和淘汰污染严重的企业，优化产业结构；②实施工业企业清洁生产审核，严控点源污染；③新建扩建污水处理厂，提升污水处理能力；④畜禽养殖、水产、船餐整治，削减面源污染；⑤对主要入湖河道、河网进行排查整治，推进河网水体有序流动；⑥通过退渔还湿和生态岸线整治，促进生态修复；⑦统筹规划监测站点，强化预警监测及区域生态补偿制度建设等，这些措施显著改善了阳澄西湖入湖河道水质。

3.2 空间变化特征

2017—2019年阳澄西湖主要入湖河道白荡、蠡塘河、济民塘、北河泾、永昌泾、石益塘、中泾港、渭泾塘和界泾总监测次数中入湖次数的占比分别为75.0%、94.4%、41.7%、16.7%、30.6%、13.9%、50.0%、5.6%和80.6%，考虑到2017—2019年北河泾、石益塘、渭泾塘3条河道入湖次数的占比较低，因此选取入湖次数占比较高的主要河道进行空间变化特征分析。

白荡、蠡塘河、济民塘、永昌泾、中泾港和界泾6条河道的各项水质指标的距平系数计算结果见表2。位于阳澄西湖南部的白荡和蠡塘河多项水质指标距平系数为正数，特别是氨氮距平系数高达52.8%和58.7%；中泾港和界泾多项指标距平系数为负数，范围为-55.9%～-1.3%，因此，6条入湖河道中，白荡、蠡塘河的水质最差，主要污染因子为氨氮、总磷和总氮；中泾港和界泾水质最好。杨惠等[8]基于2010—2014年数据分析得出蠡塘河水质较差，入阳澄湖河道中污染物主要来自蠡塘河；周静等[20]基于2015—2016年阳澄湖主要入湖河流水质数据，发现相比其他河道蠡塘河的水质最差；何捷等[7]基于2016—2017年的阳澄西湖河口监测数据，分析得出南部水质较差与外源营养负荷较大有关，与本文分析得到的结论基本一致。

表2 2017—2019年阳澄西湖主要入湖河道水质指标距平系数

白荡、蠡塘河的主要上游河道分别为元和塘及黄埭塘。根据2017—2019年的监测数据，元和塘总磷质量浓度为0.206 mg/L(Ⅳ类)，高于白荡总磷质量浓度0.156 mg/L(Ⅲ类)；黄埭塘总磷质量浓度为0.220 mg/L(Ⅳ类)，高于蠡塘河总磷质量浓度0.175 mg/L(Ⅲ类)，氨氮、总氮则相差不大，因此上游来水可能是白荡、蠡塘河部分水质指标偏高的原因之一。另外蠡塘河、白荡周围农田与村庄较多，并存在畜禽养殖点，因此农业面源污染可能是白荡、蠡塘河水质较差的主要影响因素。

4 结 论

a.阳澄西湖入湖河道氨氮、总氮及总磷质量浓度均在3月出现全年峰值，可能是因为春季大量化肥的使用加剧了农业面源污染。

b.2007—2019年氨氮、总氮和高锰酸盐指数年均质量浓度整体呈下降趋势，2019年比2007年分别下降78.7%、47.9%和34.8%；总磷质量浓度在2015年后有较大幅度下降，2015—2019年质量浓度均值比2007—2014年下降45.3%；2016—2019年多项水质指标均保持在Ⅱ、Ⅲ类。由此可见，阳澄湖近年实施的各种整治方案对阳澄西湖入湖河道的水质改善有显著效果。

c.阳澄西湖主要入湖河道中，水质较差的是白荡及蠡塘河，主要污染因子为氨氮、总磷及总氮。上游来水和农业污染面源可能是其水质较差的主要影响因素。