泸沽湖水体溶解氧达标评价研究

方金鑫　黄钰铃　王泽平　冯顺新　李尚林

摘要：泸沽湖水质优良，但水体溶解氧常在冬末初春异常超标，引起多方关注。通过数据收集与统计分析，结合文献调研，探讨了泸沽湖水体溶解氧达标评价问题，并揭示了部分时段溶解氧超标原因。结果表明：① 1999～2019年泸沽湖水体溶解氧浓度变化范围为5.2～9.5 mg/L，与水温因子呈显著负相关;根据海拔和实测水温计算的氧饱和率有一定年际差异，2018年均值最高，2012年均值最低;1999，2008年和2016年的氧饱和率误差线范围最小，2012，2014年和2015年的误差线范围较大;夏季7～8月氧饱和率较高，冬季2月氧饱和率最低，与水温变化规律较为一致。② 根据GB 3838-2002《地表水环境质量标准》，以氧饱和率≥90%或溶解氧含量≥7.5 mg/L作为Ⅰ类标准限值，评价泸沽湖水体溶解氧达标情况，发现1999～2019年泸沽湖溶解氧达标率为88.5%，不达标主要集中于2009年和2019年，年内不达标主要集中于1～2月。③ 秋末冬初因水温分层而缺氧的下层水体在来年早春季节随水柱垂向混合而上升，是表层水体溶解氧在1～2月不达标的主要原因。

关键词：溶解氧; 饱和率; 达标评价; 泸沽湖

中图法分类号： X824

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.11.007

0引 言

地表水体中溶解氧（Dissolved oxygen，DO）在生物化学循环过程中起着关键作用，是水生态系统生化条件改变的敏感指标[1]。充足的溶解氧是鱼类生存的必要条件，当水体溶解氧浓度低于6.5 mg/L时，鱼类生理学过程受到影响[2];水体进入厌氧状态时，有机物厌氧分解，水生生物死亡[3]，沉积物释放还原性污染物如氨氮、铁、锰、硫化物等[4-6]，使水质恶化。

泸沽湖是云南省九大高原湖泊之一。作为省级自然保护区，其水质应符合GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅰ类要求。自2018年开始，泸沽湖湖体水质优良，但溶解氧在冬末春初出现超标现象[7-8]。2019年7月和12月对泸沽湖水体溶解氧的监测结果[9]显示，湖区水体溶解氧含量分别在6.97～7.70 mg/L和7.30～8.30 mg/L范围内，仅有16.7%～22.2%的点位溶解氧浓度满足Ⅰ类标准限值（≥7.5 mg/L）。2021年1～2月的云南省《九大高原湖泊水质监测状况月报》显示，泸沽湖水质类别为Ⅱ类，主要超标因子为溶解氧[10]。因此，亟需开展泸沽湖水体溶解氧达标评价研究，其结果可为完善云南省“一湖一策”的区域水环境管理体系，为全面推行河长制，落实绿色发展理念，推进生态文明建设，保障区域水安全提供重要支撑。

1研究区概况

泸沽湖位于云南省宁蒗彝族自治县和四川省盐源县交界（E100°44′40″～102°50′06″、N27°39′50″～27°44′56″），地处雅砻江理塘河三级支流海门河上游，距宁蒗县城61 km。流域属低纬高原季风气候区，具有暖温带山地季风气候特点。光照充足，冬暖夏凉，降水适中。常年平均气温12.8 ℃，极端最高气温30.0 ℃，极端最低气温-8.0 ℃。泸沽湖水域面积50.1 km2，平均水深40.3 m，最大水深93.5 m[11];湖长9.4 km，宽5.2 km[12]，汇水面积187 km2，补给系数3.54，湖泊唯一的出口草海位于东岸。湖泊换水周期达18.5 a，属半封闭湖泊[13]。

本文收集了1999～2019年泸沽湖3个常规点位（见图1）湖心、里格和落水实测的表层水体水温、pH值、电导率、氯化物及溶解氧含量等指标数据。

2水体溶解氧影响因子分析

2.1溶解氧及相关指标描述统计分析

天然水体中溶解氧的含量除与水体中有机物含量及生物群落有关外，还与大气中的氧分压、水温、水层、水面状态、水体流动方式等因素有关[14-16]。一般來说，温度越高，溶解的盐分越多，水中的溶解氧越少;气压越低，水中的溶解氧越少[17-18]。1999～2019年泸沽湖水温、pH值、电导率、氯化物及溶解氧含量等指标的描述统计结果如表1所列。由表1可见：21 a间，泸沽湖水体水温变化范围为7.0～27.1 ℃;气压在73.3 kPa左右;pH偏碱性;电导率平均值约为208.8 μS/cm;氯化物含量较低，变化范围为7.0～11.8 mg/L;溶解氧浓度平均值约为7.2 mg/L，变化范围为5.2～9.5 mg/L。

2.2溶解氧及其他指标的相关分析

泸沽湖21 a间溶解氧与各指标的相关分析结果如表2所列。从表2可知，水体溶解氧与水温呈显著负相关，与其他环境指标的相关性不显著。长江口的研究[19-20]也发现海水中溶解氧受温度的调控作用显著，冬季水温低、溶解氧含量高，夏季水温高、溶解氧浓度低。泸沽湖水体1 a内多数时间存在水温分层现象，由此导致溶解氧也呈垂向分层[21-22]，故而水体溶解氧受水温的调控作用明显，两者相关性显著。

3水体溶解氧达标评价

3.1水体氧饱和率计算结果

水中溶解氧含量有3种表达形式，即氧分压、氧浓度和氧饱和率。氧饱和率以实测溶解氧浓度占该温度下溶解氧饱和浓度的百分比表示，该方法涵盖了水温和海拔因素的影响，评价更科学[23]。不同温度和海拔高度下水中饱和溶解氧浓度可参考相关文献[24-25]。

计算1999～2019年泸沽湖实测水温下的饱和溶解氧浓度及饱和率，饱和率的年际差异及年内变化过程如图2所示。图2（a）为氧饱和率年际差异误差线图，由图2（a）可知：21 a中，氧饱和率有一定的差异，2018年的均值最高，2012年的均值最低;1999，2008年和2016年的氧饱和率误差线范围最小，表明该年度溶解氧测值离散程度较低;相较之，2012，2014年和2015年的误差线范围较大，表明这些年度内的溶解氧测值离散程度较高，即年内变化较大。

据文献[26]，不同季节水体氧饱和率有一定差异，平原河流氧饱和率冬季为59%～100%，春季為46%～89%，夏季为12%～80%，秋季为23～87%;高原地区尼洋河气温较高的丰水期氧饱和率最低，气温较低的枯水期最高，超过95%，平水期介于两者之间[27]。图2（b）为泸沽湖氧饱和率年内变化误差线图，由图2（b）可知：一年之内夏季7～8月氧饱和率较高，冬季2月氧饱和率最低，且7月、9月和2月的误差线范围较大，表明21 a间该时段中泸沽湖3个常规监测点位的测值离散程度较高;相较之，4月的溶解氧误差线范围最小，即测值较为均匀。

3.2水体溶解氧达标评价

中国GB 3838-2002《地表水环境质量标准》依据水体中溶解氧对水生生物的影响程度，对水体溶解氧含量的分级进行了多次修订，Ⅰ类标准值可以按氧饱和率90%计（以保持数据的连续性和可比性），也可以按实测浓度7.5 mg/L计。基于此，对1999～2019年泸沽湖水体溶解氧进行达标评价。虽然许多测次溶解氧实测值低于7.5 mg/L，但根据海拔及实测水温折算后的氧饱和率超过90%，故判定为满足Ⅰ类要求;而实测值达到或超过7.5 mg/L、氧饱和率达到或超过90%的测次均判定为满足Ⅰ类要求。当实测溶解氧含量<7.5 mg/L且氧饱和率<90%时，可判定该测次未达到Ⅰ类要求。

1999～2019年共593次监测结果中，溶解氧实测值、氧饱和率及最终的达标与否判定结果如表3所列，21 a间，泸沽湖溶解氧达标率为88.5%，未达标率为11.5%。针对不达标的测次进行详细分析，由表4～5可以看出：不达标主要集中于2009年和2019年，频率分别达16.2%和10.3%;年内不达标主要集中于1～2月，频率分别高达23.5%和64.7%。

3.3水体溶解氧未达标原因分析

2012年12月至2013年10月对泸沽湖北部湖区中心附近（27° 42′36.37″ N，100° 46′28.96″E，水深77 m）的监测结果[21]表明，泸沽湖水体春、夏、秋季水温分层明显，冬季则呈混合状态。热力结构作用下溶解氧垂向分布，如图3所示。春季水温逐渐分层，溶解氧呈上高下低的分布;夏季水温分层稳定，温跃层在水下10～30 m，温跃层以上溶解氧垂向分布均匀，温跃层内溶解氧波形峰至20 m处出现峰值，温跃层以下溶解氧随水深逐渐降低;秋季温跃层移动至水下30～40 m，溶解氧波形峰也下沉至该温跃层内，温跃层以下溶解氧随水深逐渐降低;12月水温弱分层，水下40 m处有拐点，溶解氧自上层的均匀一致迅速降低，至水下50 m处缓慢下降直至最低;2月水温垂向均匀一致，溶解氧含量也呈垂向一致。至此，前期（12月）下层溶解氧浓度较低的水体通过对流扩散作用运移至上层，最终形成2月份溶解氧浓度较低、氧饱和率较小且上下均匀的水柱。因此，在早春特别是2月份监测泸沽湖表层水体溶解氧不达标测次较多。

4结 论

（1） 1999～2019年间，泸沽湖水体水温变化范围为7.0～27.1 ℃，气压在73.3 kPa左右，pH偏碱性，电导率平均值约208.8 μS/cm，氯化物含量较低，溶解氧浓度变化范围为5.2～9.5 mg/L。水体溶解氧与水温显著负相关，与其他环境指标的相关性不显著。

（2） 根据GB 3838-2002《地表水环境质量标准》的Ⅰ类标准限值进行评价，1999～2019年间泸沽湖溶解氧达标率为88.5%，未达标率为11.5%;不达标主要集中于2009年和2019年，年内不达标主要集中于1～2月。

（3） 泸沽湖水体秋末冬初水温分层，下层水体溶解氧匮乏;来年初春时水体垂向完全混合，下层水体因对流扩散作用上升，导致表层水体溶解氧在1～2月较低而超标。

当前泸沽湖水质优良，未来应继续坚持做好泸沽湖流域污染控制，杜绝任何点、面源污染负荷入湖，防控水体富营养化发生，从而降低生物因素及有机物分解等对水体溶解氧的影响。同时，由于泸沽湖位于高原地区，较低的气压导致其水体溶解氧含量显著低于平原湖库。当实测值与氧饱和率两者综合评价泸沽湖溶解氧超标时，一方面可要求采用自然背景值;另一方面可结合湖区及入湖河流同步监测的其他水环境指标，来综合评价泸沽湖水体是否达标。

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（编辑：刘 媛）

Abstract：The water quality of Lugu Lake is excellent，but the dissolved oxygen in the waters often drops below the surface water quality standard in late winter and early spring，which results in many concerns.Through data collection and statistical analysis，combining with literature investigation，we discussed the compliance rate of dissolved oxygen in Lugu Lake，and revealed the reasons for the exceeding the standard concentration of dissolved oxygen in some periods.The results showed that： ① the concentration of dissolved oxygen varied from 5.2 to 9.5 mg/L in 1999 to 2019，with significant negative correlation with water temperature.The oxygen saturation percent calculated according to the altitude and water temperature had demonstrated a little interannual variation feature in recent 20 years，with the largest mean value in 2018，and the smallest in 2012.The varied ranges of error bars of the oxygen saturation percent were smaller in 1999，2008 and 2016，and relatively larger in 2012，2014 and 2015.The oxygen saturation percent values were higher in July and August in summer，and the least was in February in winter，which were consistent with the variation of water temperature.② According to the Surface Water Environmental Quality Standard in China（GB 3838-2002），when the oxygen saturation percent was greater than or equal to 90%，or the concentration of dissolved oxygen was greater than or equal to 7.5mg/L，the surface water body would be classified into the first class I in the view of water quality.The standard was used to evaluate the dissolved oxygen condition in the plateaued Lugu Lake.The results showed that the compliance rate of the dissolved oxygen was 88.5% in the recent 20 years.The un-attainment times mainly appeared in 2009 and 2019，and usually in January and February within the year.③ The upwelling and mixing of the anoxia water in the water column due to water stratification during the last late autumn and early winter，was supposed to be the main reason leading to the low content of oxygen in the surface water in January and February in those years.

Key words：dissolved oxygen;oxygen saturation percent;assessment of compliance rate;Lugu Lake