鄱阳湖入江水道总磷时空分布规律及采砂影响简析

张书滨 ，周涵杰 ，谢千辰 ，唐 明

（1.江西省鄱阳湖水利枢纽建设办公室，江西 南昌，330009；2.南昌工程学院 水利与生态工程学院，江西 南昌，330099；3.江西省水文水资源与水环境重点实验室，江西 南昌，330099）

0 前言

鄱阳湖是中国最大的淡水湖泊，北通长江，南接赣江、抚河、修水、信江、饶河，区间亦有部分直接入湖的中小河流，是典型的季节性、过水性和吞吐型湖泊[1]。鄱阳湖流域内，人类生产活动频繁，在各个支流，不同程度地存在点、面源污染，总磷是鄱阳湖的主要污染物之一[2-4]。鄱阳湖的总磷浓度变化，主要受自然变化和人类活动共同作用[5]；有专家分析得出丰水期总磷浓度要低于枯水期和平水期总磷浓度[6，7]的结论；亦有学者认为鄱阳湖中的采砂作业，对水体中的总磷浓度有着直接贡献[8]。目前，大多数文献都是对总磷时空分布规律的总结，针对上游来水、沿线排污、采砂作业等人为影响因素的分析做得不够，没有区分水文自然节律以及不同人为影响的主次关系。

鄱阳湖入江水道将鄱阳湖主湖区与长江干流连接起来，区间汇入河流的流域面积较小，河道外的影响因素相对清晰，主要污染源来自沿线居民生产生活废水；河道内主要污染源则是由上游来水，以及采砂作业、砂石转运、内河航运等人为活动带来的底泥扰动造成的。

本文以老爷庙监测断面为上游控制端，蛤蟆石监测断面为下游控制端，综合考虑上游来水水质、沿线排污、区间采砂与运砂作业，结合入江水道中总磷的时空分布规律，分析不同影响因素对总磷浓度变化的贡献大小，从而区分它们的主次关系。

1 数据来源与分析

1.1 数据来源

本文数据则来自水利、水文、环保、采砂管理等相关部门的统计与监测数据，收集整理了2020年的入河（湖）排污口调查数据（九江市）；2014-2019年的水位流量数据；2014-2019年的老爷庙、星子和蛤蟆石共3个监测断面总磷月际监测数据；2014-2019的年度采砂记录。

1.2 时程分布规律

图1显示，老爷庙、星子和蛤蟆石等3个断面的总磷指标呈现一定的周期性波动规律。大多数年份10月或11月，总磷浓度都会出现明显的升高现象；到了每年的4月或5月份，总磷浓度又会出现较为明显的下降现象。这样的波动规律与文献[6]得出的“丰水期总磷浓度要低于枯水期和平水期”的结论相吻合。总磷浓度3月滑动平均值过程线可以更加明显的看出这种变化趋势（图2）。

图1 各断面总磷指标月际变化

图2 各断面3月滑动平均值过程线

1.2.1 年际分布规律

图3为各断面2014-2020总磷监测值的年际分布箱型图，其中，入江水道综合数据为老爷庙、星子和蛤蟆石3个断面总磷监测数据的平均值，从整体上反映入江水道总磷的变化趋势。年度均值的多项式拟合结果显示，3个断面年际变化规律的一致性较好，与入江水道综合数据亦保持一致，总体呈现先增加后降低的趋势。

图3 各断面总磷年际分布及均值多项式拟合

3个断面的年度监测数据较前一年变化趋势也基本一致；但是，值得注意的是，在部分年份，老爷庙断面的变化与其它2个断面存在差异，如2016年，老爷庙断面总磷浓度较2015年增加，但星子、蛤蟆石均较前一年度减小；2018年，老爷庙较前一年的变化也与其它2个断面不一致。

通过查阅采砂记录，可以发现，2016年，老爷庙上游采砂区的作业较为频繁，对老爷庙断面水质影响较大；但是，诸多研究文献表明，泥沙吸附与沉淀作用，是水体净化能力之一[9-11]，底泥扰动带来的总磷浓度升高，伴随着泥沙吸附与沉淀过程，得到沿程缓解；最终，对相距不远的星子断面影响较小。

相关水文监测数据显示，2018年，鄱阳湖流域水文情势偏枯，星子站年平均水位11.91m，年最低水位7.74m；河水归槽持续时间长，入江水道的水体纳污能力、自净能力均较其它年份更差，而区间的影响因素并没有相应减少，导致2018年断面总磷浓度较其它年份更高。

1.2.2 年内分布规律

图4为2014-2019年断面总磷浓度的各月统计情况，各月均值的多项式拟合结果显示，3个断面年内变化规律基本一致，总体呈现汛期水质优于枯水期的趋势；其中，老爷庙断面月平均总磷浓度从1月的72.81μg/L下降到8月的47.57μg/L，而后又从9月的60.43μg/L 上升到 12月的 66.14μg/L；星子、蛤蟆石，以及入江水道总磷综合浓度呈现相同的年内变化规律。

图4 各断面总磷年内分布及均值多项式拟合

这主要是由于鄱阳湖丰水期的五河来水量加大，水体纳污能力增加；同时，入江水道水位升高，漫滩行洪，水体自净能力变强；枯水期，五河来水减少，入江水道水位降低，河水归槽，水体自净能力变差；且枯水期是采砂、运砂作业时段，也是导致枯水期总磷浓度上升的因素之一。

另外，值得注意的是，蛤蟆石断面的丰、枯水期总磷浓度变化小于另外2个断面，但总体水平要高于上游2个断面；说明在星子-蛤蟆石段（以下简称下段）纳入的内、外源污染物较老爷庙-星子段（以下简称上段）更多。

1.3 空间分布规律

鄱阳湖采砂作业时间主要集中在每年的7月至次年的3月（4～6月为禁采期）。

2014-2020年老爷庙-星子-蛤蟆石总磷浓度空间变化如图5。由图5可知，上段年度总磷浓度呈现下降趋势；下段年度总磷浓度呈增加趋势。说明上段水体的自然净化作用较各种污染源带来的影响更大，星子断面总磷浓度比老爷庙断面低；下段水体的自然净化作用未能抵消各种污染源带来的影响，蛤蟆石断面总磷浓度比星子断面高。

图5 总磷浓度空间变化（2014-2020）

鉴于相邻断面的水质监测数据具有关联性，按照“配对样本t检验”对其进行显著性分析。可以看出：在采砂期，下段水质发生了显著性变化（图5中相邻两断面的字母不同，则表示两断面存在显著性差异，下同），检测统计量的概率值为0.035，小于给定的显著性水平（α=0.05）。虽然其它情况下的时段均值差异不具备统计学意义上的显著性，但7年监测数据的特征值可以作为水质变化分析的参考。采砂期，上下段总磷浓度变化规律与年度情况一致。但是，上段总磷浓度下降率为6.2%，幅度比年度均值的4.8%更大，区间水质优化效果明显；下段总磷浓度上升率为17.6%，幅度也比年度均值的12.1%大，区间水质劣化效果更加明显。说明采砂作业对断面水质存在优化与劣化的双重可能。

影响入江水道水质的因素可以分为三类；第一类是年内波动较小的常年影响因素，诸如沿线的工业生产、群众生活废水排放，过境船只航运影响等；第二类是年内波动较大的季节性影响，比如通过地表径流汇入的农业面源污染、采砂作业污染；第三类是影响区域相对固定的污染源，比如砂石转驳市场。入江水道区间地表汇流源短量小，流域面积不大，分布较均匀，农业面源污染沿程差异不大；在上游来水与过境船只影响相似的情况下，断面水质波动主要来自沿线的工业生产、群众生活废水排放、采砂作业污染、砂石转驳市场等。

入江水道中，上段沿线居民生产生活废水排口较下段更少，相关采砂作业显示，统计时段内该段的采砂作业强度亦较小，所以星子断面年均总磷浓度较老爷庙更低，不同分位数的特征值也更接近，波动性较小。而下段生产生活废水排口更为密集，区间年均采砂量也较多，加上砂石转驳市场附近航运繁忙，枯水期对底泥扰动较强，导致蛤蟆石断面总磷浓度较同期星子断面增加较多，而且不同分位数的特征值相差较多，波动性较大。

2 讨论

2.1 总磷时程变化规律的主要影响因素

鄱阳湖入江水道的总磷浓度的年际、年内及空间分布规律与其水位变化有着密切的联系。图6是鄱阳湖星子站各月水位及总磷浓度的对照图，可以看出总磷浓度与水位呈负相关关系（相关系数为-0.909，超过相关系数检验的临界值0.576，n=12，α=0.05）。这种明显的负相关性也揭示了入江水道总磷浓度随时程的周期性变化规律，主要是由入湖水量变化导致的湖泊水体自净能力与纳污能力波动引起的。

图6 星子站总磷浓度及水位年内变化趋势（2014-2019）

从鄱阳湖监测站点的年均水位统计（表1）可以看出，2018年属于鄱阳湖的枯水年份，各站点年平均水位均比其它年份低了1m以上，使得鄱阳湖及入江水道漫滩时间短，水体净化能力变弱，导致3个断面的2018年度总磷浓度较其它年份更高。

表1 各站点年均水位m

2.2 采砂对水质影响的程度与特点

采砂作业对底泥的扰动和洗砂废水是造成水体污染的原因之一；同时，泥砂的吸附与沉淀又使水体得到一定程度的净化。

图7为2014-2019年各断面采砂期和非采砂期逐月总磷浓度统计情况，并按照“配对样本t检验”对相邻断面的水质变化进行显著性分析。可以看出，无论是在采砂期还是禁采期，下段的总磷浓度都发生了显著性上升；采砂期，检测统计量的概率值为0.002（α=0.05），禁采期，检测统计量的概率值为0.048（α=0.05）。禁采期，上段总磷浓度平均下降率为10.5%，幅度比采砂期的6.2%大；下段总磷浓度平均上升率为17.06%，幅度也比采砂期的17.6%略小，说明采砂作业对断面水质存在一定的影响。

图7 采砂期与禁采期的总磷浓度空间变化（2014-2020）

由于采砂及相关作业是间歇性的，加上它们的影响会沿程得到缓解，各监测断面在采砂期的水质受其上游采砂作业的影响，存在一定的不确定性；当监测断面处在采砂作业带来的影响范围之内，水质指标会劣化；当监测断面处在采砂作业带来的影响范围之外，水质指标不会受到影响，甚至有一定程度的优化。

因此，在船舶自身污染得到有效控制情况下，采砂作业、砂石转运等扰动底泥带来的内源性污染转移是限定在一定范围之内的；但是，如何量化不同水文条件下的采砂作业带来的影响范围，还需要进一步研究。

3 结语

鄱阳湖入江水道的断面水质不仅受上游来水的影响，还与沿线排入的居民生产生活废水，以及采砂作业、砂石转运与内河航运等人为活动带来的底泥扰动影响有关。综合分析结果如下：

（1）从时程上来看，鄱阳湖入江水道主要断面的总磷指标存在“丰水期优于枯水期”的周期性波动规律；总磷浓度与水位呈明显负相关性。这种时程规律主要是由入湖水量变化导致的湖泊水体自净能力与纳污能力波动引起的。

（2）从空间上看，上段总磷浓度均呈优化现象，采砂期的总磷浓度下降幅度较年度均值更高；下段总磷浓度呈劣化现象，采砂期的总磷浓度上升幅度较年度均值亦略高。说明采砂作业对断面水质影响存在优化与劣化的双重可能。在上游来水与过境船只影响相似的情况下，下段区间沿线生产生活废水排放、采砂作业和砂石转驳等影响较上段更大。

（3）鄱阳湖采砂作业与砂石转运对断面水质存在一定的影响，但其本质是底泥扰动带来的内源性污染迁移，其影响较入湖排污带来的外源性污染要小。采砂及其相关作业带来的总磷浓度升高，会随着泥砂沉淀得到沿程缓解；当监测断面处在采砂或转运作业带来的影响范围之内，水质指标会劣化；反之亦然。