西藏拉鲁湿地水质综合状况时空变化特征及污染源分析

李梁婷 邵蓓 卓玛曲西 姜贞贞 郑琴 德珍 次巴拉松 邱豪

摘要 依據2019年1月（枯水期）、5月（平水期）和7月（丰水期）西藏拉鲁湿地的采样点数据，利用改进后的内梅罗污染指数评价方法，研究不同时期拉鲁湿地水质综合状况时空变化特点，分析大致的污染物来源。结果表明，湿地不同水体环境指标浓度均表现为降低趋势，其NH3-N、TP、COD和TN的平均值处于随时间推移呈现降低的趋势，而水体pH和DO的平均值表现为随时间变化先升高再降低的趋势;湿地在平水期和丰水期的水质情况比枯水期表现更为良好。枯水期，东北部表现为Ⅱ类水质，其余地区皆为Ⅰ类水质，其水质综合状况区域分布特点为由东北部向西部逐渐变好;平水期和丰水期，整体水质表现为Ⅰ类水质。枯水期，TN与NH3-N存在极显著正相关（P<0.01）;平水期，TP与NH3-N存在显著正相关（P<0.05），TN与NH3-N存在极显著正相关（P<0.01）;丰水期，TN与NH3-N存在极显著正相关（P<0.01）。从枯水期到丰水期，西藏拉鲁湿地水体中DO、NH3-N、TP、COD和TN质量浓度分别降低了61.05%、54.55%、50.00%、2.41%和50.00%，并且其水质综合状况由枯水期到丰水期逐渐变好。拉鲁湿地东北部北入水口水体质量治理和附近的污染防治是下一步西藏拉鲁湿地水体质量治理和管控的重点。

关键词 水质综合状况;污染等级;内梅罗污染指数;时空变化;污染源;西藏拉鲁湿地

中图分类号 X 52  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）12-0067-08

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.12.018

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Analysis of Spatial-temporal Variation Characteristics and Pollution Source of Water Quality Comprehensive Conditions in Lalu Wetland， Tibet

LI Liang-ting，SHAO Bei，Zhuomaquxi et al

（Central Laboratory of Geology and Mineral Exploration and Development Bureau of Tibet Autonomous Region， Lhasa， Tibet 850000）

Abstract According to the sampling data of Lalu Wetland in January 2019 （dry season）， May 2019 （normal season） and July 2019 （wet season）， the improved Nemerow pollution index evaluation method was used to study the temporal and spatial variation characteristics of the comprehensive water quality of Lalu wetland in different periods， and to analyze the approximate sources of pollutants. The results showed that the concentrations of environmental indicators in different water bodies of wetland showed a decreasing trend， and the average values of NH3-N， TP， COD and TN showed a decreasing trend with time， while the average values of pH and DO in water bodies showed a trend of increasing first and then decreasing with time. The water quality of wetlands in normal and wet periods was better than that in dry periods. During the dry season， the northeast showed Class II water quality， while the rest areas were Class I water quality， and the regional distribution characteristics of its comprehensive water quality were gradually getting better from northeast to west. During the normal season and wet season， the overall water quality was class I.During the dry season， there was a significant positive correlation between TN and NH3-N （P < 0.01）. During the normal season，there was a significant positive correlation between TP and NH3-N （P < 0.05），and there was a very significant positive correlation between TN and NH3-N （P < 0.01）. During the wet season，there was a significant positive correlation between TN and NH3-N during the wet season （P < 0.01）. From dry season to wet season， the mass concentrations of DO， NH3-N， TP， COD and TN decreased by 61.05%， 54.55%， 50.00%， 2.41% and 50.00%， respectively. Moreover， the comprehensive situation of its water quality gradually improved from dry season to wet season. Water quality control and pollution prevention in the north inlet of northeast Lalu Wetland are the key points of water quality control and control in Lalu Wetland of Tibet in the next step.

Key words Comprehensive conditions of water quality;Pollution level;Nemerow pollution index;Spatio-temporal variation;Pollution source;Lalu Wetland in Tibet

湿地是水陆相互作用形成的独特的生态系统[1]，不但具有丰富的资源，还具有巨大的环境调节功能和生态、社会、经濟效益[2]。近年来，随着经济社会的快速发展和城镇化进程的加快，导致湿地面临着区域生态环境破坏、水体功能弱化、面积不断减少等问题，从而制约了湿地的进一步保护、开发和利用[3]。因此，许多学者将湿地的水质综合状况分析与评价列为重点研究课题，陈瑞红等[4]对会仙岩溶湿地水质进行了综合状况监测与分析，王佐霖等[5]对深圳坝光湿地水资源环境综合状况及其污染程度进行了分析与评价，杨海江等[6]利用贝叶斯评价法对星海湖湿地水质综合状况进行分析与评价。由此可见，对湿地开展水质综合状况分析与评价也成为水资源环境研究热点。针对湿地地表水常用的评价方法有单因子评价法[7]、综合污染指数法[8]、模糊数学综合评价法[9]和内梅罗指数法[10]等。其中成熟的内梅罗指数法是目前国内应用较为广泛的水污染评价方法，该方法是一种统筹了极值或者突出最大值的计权型多因子环境质量指数[11]，但因为该指数法过于注重最大污染因子对水体质量的影响[12]，进而忽视了其他污染因子对于水体质量的贡献，而改进后的内梅罗指数法将污染因子的相关权重重新计入，以此来权衡不同水质因子对整体水体质量的影响，同时统筹考虑了不同评价指标相互间的差异性与相对重要性[13]，以此使研究结果更具有客观性。

西藏拉鲁湿地国家级自然保护区是世界上海拔最高、面积最大的城市天然湿地。与拉鲁湿地相关的河流主要有拉萨河、流沙河和堆龙河，相关的渠系主要包括从拉萨河引水的北干渠、中干渠和南干渠[14]。拉鲁湿地在增加拉萨市空气中氧气含量和相对湿度，调蓄流沙河洪水和湿地区域地下水，维持拉萨市生态平衡等方面发挥巨大作用，同时具有科研教育等功能[15]。但随着拉萨市高原开放型城镇化发展不断推进，由于拉鲁湿地地处拉萨市城区，人口的增加、农业和生活污水的排放，致使该湿地水环境质量不容乐观，并且路飞等[16]的研究也表明其面积日渐萎缩，可能对拉鲁湿地的生态环境进一步造成影响。由此许多学者从不同角度对拉鲁湿地开展了水体质量研究，如张文驹等[17]采用标准指数法对拉鲁湿地水体环境质量情况进行了分析与评价;白永飞等[18]测定了拉鲁湿地水体环境中不同重金属含量并对其分布和来源进行了分析;巴桑等[19]采用Pantle和Buck污生指数法对拉鲁湿地水体环境质量情况进行了综合评价。然而，以往的研究主要关注拉鲁湿地某几种指标的水体环境状况，从时空变化角度对拉鲁湿地不同水体环境指标开展综合评价的研究鲜见报道。笔者对2019年1月、5月和7月拉鲁湿地水体pH、溶解氧（DO）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、化学需氧量（COD）和总氮（TN）这6个指标进行分析，采用改进后的内梅罗指数法对拉鲁湿地水质综合状况进行评价，研究其时空变化趋势，并对污染源进行分析，以期为拉鲁湿地管理制定综合保护和防治措施提供科学依据，同时将对西藏地区乃至整个青藏高原的湿地水体环境保护具有良好的示范作用。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

西藏拉鲁湿地国家级自然保护区（91°03′41″～91°06′48″E，29°39′25″～29°42′08″N）位于拉萨市区西北角，呈东西带状分布，海拔3 650 m，年降水主要集中在6—9月。湿地北面为高山;东北面与发源于拉萨市西北部山区的夺底和娘热2条山沟支流汇合而成的流沙河相接;东面与拉萨市城关区拉鲁乡拉鲁村居民生活区接壤;南面紧邻拉萨市区，以中干渠和当热路为界;西面以北京西路与北面高山交接处的顺通建材城为终点。同时拉鲁湿地被通往西藏自治区党校的鲁定北路分为东西两片湿地[18]，两片湿地之间通过涵洞相连。拉鲁湿地水源补给主要由中干渠与流沙河提供。中干渠补给水引自献多水电站尾水[20]，引用流量为55.44 m3/s。流沙河补给水具有典型的山区河流特点，其流量变化存在明显的枯平丰季现象，冬季基本无流量处于枯水期，春末处于平水期，夏季进入汛期，降水较多处于丰水期，由此可见，流沙河是一条典型的季节性河流。综上所述，拉鲁湿地受季节性河流影响，其存在明显的枯水期、平水期和丰水期。

1.2 数据来源及处理

结合拉鲁湿地地形及水流流向特征，于2019年1月（枯水期）、5月（平水期）和7月（丰水期）在拉鲁湿地北入水口（1号采样点）、中干渠拉鲁湿地进水口（2号采样点）、拉鲁湿地观景台区域（3号采样点）、拉鲁湿地鲁定北路出水口（4号采样点）、拉鲁湿地西区出水口（5号采样点）、拉鲁湿地西北门（6号采样点）和拉鲁湿地鲁定北路西门（7号采样点）共设置7个采样点进行水质采样（图1）。利用采水器于各采样点采集5～15 cm处水质样品1 L，现场测定pH，所有采样点都取3组平行样，并放置于聚乙烯瓶中带回实验室，用于测定DO、NH3-N、TP、COD和TN。采用玻璃电极法测定水样pH;采用典量法测定DO;采用纳氏试剂比色法测定NH3-N;采用钼酸铵分光光度法测定TP;采用重铬酸盐法测定COD;采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定TN。同时利用Excel 2007和SPSS 24对1月、5月和7月的水质指标进行Pearson相关系数分析并用ArcGIS 10.7中克里金插值分析法（空间局部插值法）对不同单项水质指标和水质综合状况评价结果进行空间分析。

1.3 评价方法

改进后的内梅罗指数法是基于传统内梅罗指数法上统筹考虑最大污染因子、不同因子平均指数与污染因子权重，使其水质评价结果能够将最大污染因子与权重相对较大的污染因子对于水质的影响更好地反映出来。因此该研究采用改进后的内梅罗污染指数法对拉鲁湿地不同污染因子（DO、NH3-N、TP、COD和TN）的权重进行计算，同时综合考虑不同评价指标之间的差异性。

1.3.1 单项污染指数确定。

单项污染指数的计算公式如下[21]：

Fi=CiSi（1）

式（1）中，Fi表示第i项水质指标的单项污染指数;Ci表示第i项水质指标的实测值;Si表示第i项水质指标的标准值，按照西藏拉鲁湿地整体水域功能定位要求，结合其为国家级自然保护区，此次以《地表水质量标准》（GB 3838—2002）Ⅰ类为计算标准。

1.3.2 污染因子權重计算。

按照不同水质标准[22]，计算不同污染因子权重，此次选取Ⅰ类水环境为标准，计算方法如下[11，21]：

Wi=SmaxSini=1SmaxSi（2）

式（2）中，Wi表示第i个污染因子权重;n表示污染因子个数;Si表示第i个污染因子计算标准值;Smax表示n个污染因子计算标准值最大值。

1.3.3 改进后的内梅罗污染指数确定。改进后的内梅罗污染指数计算方法如下[21]：

P*=Fi，max+Fw22+（i）22（3）

式（3）中，P*表示第i个水质样品改进后的内梅罗污染指数;Fi，max表示单项污染指数最大值;i表示单项污染指数平均值;Fw表示权重Wi最大的污染因子的F值。

2 结果与分析

2.1 拉鲁湿地枯水期、平水期和丰水期区域水体监测指标变化特征

从拉鲁湿地枯水期、平水期和丰水期的水体pH、DO、NH3-N、TP、COD和TN的变化特征（表1）可以看出，该湿地从枯水期到丰水期不同监测指标间变化较大，主要表现为pH平均值由8.27降低至8.24，DO平均值由6.11 mg/L降低至2.38 mg/L，NH3-N平均值由0.22 mg/L降低至0.10 mg/L，TP平均值由0.02 mg/L降低至0.01 mg/L，COD平均值由4.97 mg/L降低至4.85 mg/L，TN平均值由0.26 mg/L 降低至0.13 mg/L。总体而言，在枯水期到丰水期，拉鲁湿地不同水体环境指标浓度均表现为降低趋势，其NH3-N、TP、COD和TN的平均值处于随时间推移呈现降低的趋势，其缘由为丰水期湿地整体水位上升，水体本身稀释功能得到增强，故而致使污染物浓度降低，同时由于水生植物本身对水质具有净化能力，在丰水期水生植物处于大量繁殖阶段，通过水生植物除去污染物的作用得到加强，也使丰水期污染物浓度低于枯水期，这与李红海等[23]的研究结果基本一致;而水体pH和DO的平均值表现为随时间变化先升高再降低的趋势，其中DO降低幅度达到61.05%，DO降低幅度较大的原因为丰水期湿地中的水生动植物处于大量繁殖阶段，需要损耗较多氧气，同时由于7月和8月拉萨市处于主汛期，天气状况不是很好，多为阴雨天，水生植物光合作用较少导致产生氧气不足，致使水体DO浓度降低，该研究结果与陈瑞红等[4]的研究结果类似，即丰水期湿地中水生动植物处于繁殖阶段，需要损耗大量氧气，同时由于夏季阴雨天较多，水生植物光合作用较少，致使水体DO浓度降低。

根据图2～7可以得出，枯水期湿地东北部水体pH较大，平水期湿地东北部、南部中段和西部水体pH较大，丰水期湿地东南部和北部中段水体pH较大。枯水期和平水期湿地除西部DO浓度处于较低水平外，其余DO浓度处于较高水平;丰水期湿地东北部、北部中段DO浓度较高。枯水期湿地东北部和西南部NH3-N浓度较高，平水期湿地东北部NH3-N浓度较高，丰水期湿地西南部NH3-N浓度较高。枯水期湿地西南部TP浓度较高，平水期和丰水期湿地东北部TP浓度较高。枯水期、平水期和丰水期湿地西部COD浓度都处于较高水平。枯水期湿地东北部和西南部TN浓度较高，平水期湿地东北部TN浓度较高，丰水期湿地西南部TN浓度较高。整体而言，枯水期湿地污染主要集中在东北部和西南部，污染原因可能由于东北部靠近城市居民生活区，该区域为流沙河入口、西南部靠近道路交通十字路口且水位处于较低水平。平水期和丰水期湿地较高浓度污染所占面积较小且分散分布在东部和中部，其缘由为丰水期湿地整体水位上升，水体本身稀释功能得到增强，故而致使污染物浓度降低，该研究结果与曾凯等[24]的研究结果类似。从枯水期到丰水期拉鲁湿地不同水体环境指标浓度均表现为降低趋势。

2.2 拉鲁湿地不同时期区域水质综合状况变化特征

西藏拉鲁湿地水体质量按照 Ⅰ 类水环境为标准不同污染因子权重见表2，可以得出污染因子TP的权重最高，由此可以判定TP污染贡献率最大。

按照改进的内梅罗污染指数法进行计算，参照李苏等[25]和关云鹏[26]对各类别污染等级的表达，可以得出西藏拉鲁湿地不同水质类别临界值的划分关系：Ⅰ类水质标准，P*≤3.961 3;Ⅱ类水质标准，3.961 3

15.582 4。

根据改进的内梅罗污染指数法对每个采样点进行评价，结果发现，枯水期，1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号采样

点的P*分别为3.983、1.563、0.927、0.931、1.431、0.627、0.935;平水期，1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号采样点的P*分别

为1.613、1.211、0.837、0.646、0.843、0.661、1.226;丰水期，1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号采样点的P*分别

为0.805、0.728、0.573、0.431、0.781、0.707、0.629。根据不同水质类别临界值的划分关系可以得出，枯水期，除1号采样点位Ⅱ类水质标准外，其余采样点皆为Ⅰ类水质标准;平水期，所有采样点皆为Ⅰ类水质标准;丰水期，所有采样点皆为Ⅰ类水质标准。

根据图8可以得到，枯水期，西藏拉鲁湿地除东北部表现为Ⅱ类水质外，其余地区皆为Ⅰ类水质，可见在枯水期拉鲁湿地水质综合状况区域分布特点为由东北部向西部逐渐变好;在平水期和丰水期，西藏拉鲁湿地整体水质表现为Ⅰ类水质。由此可见，西藏拉鲁湿地在平水期和丰水期的水质情况比枯水期更为良好，这进一步表明湿地水体质量的改变趋向与水位紧密相连。王玮[27]通过开展水生植物对污水中的污染物去除净化能力进行研究，发现水生植物对N、P的吸收率皆达到70%以上，表明水生植物能有效去除净化污水中的N、P和有机物等污染物;萨茹拉[28]通过对妫水河水生植物群落修复其受损生境研究，结果表明水生植物对湿地水体质量与生态环境具有明显的净化效果。因此，拉鲁湿地在丰水期水生植物处于大量繁殖阶段，通过水生植物除去污染物的作用得到加强，使得丰水期污染物浓度低于枯水期，同时丰水期湿地整体水位上升，水体本身稀释功能得到增强[29]，故而进一步使污染物浓度降低，使其水体质量好于枯水期。

2.3 拉鲁湿地不同时期水体监测指标间相关性分析

利用Pearson相关系数[30]分析各个监测指标之间是否具有同源性是学术研究中经常用到的相关性分析方法，不同监测指标之间相关系数越高则表明其具有相近的污染源或者移动特点。从西藏拉鲁湿地不同时期各个因子之间的相关系数（表3）可以看出，枯水期，TN与NH3-N存在极显著正相关（P<0.01），其余监测指标之间均无明显的相关性，可以推断出在枯水期TN和NH3-N这2个指标间可能具有相同污染源;平水期，TP与NH3-N存在显著正相关（P<0.05），TN与NH3-N存在极显著正相关（P<0.01），其余监测指标之间均无明显的相关性，可以推断出在平水期TP、TN和NH3-N这3个指标之间可能具有相似的污染源或存在相互转移变化的作用;丰水期，TN与NH3-N存在极显著正相关（P<0.01），其余监测指标之间均无明显的相关性，可以推断出在丰水期TN和NH3-N也许有着相同的污染源或存在相互移动变化的作用。同时从表3可以得到，NH3-N与TN从枯水期到丰水期均存在极显著正相关，表明湿地水体中TN主要以NH3-N的形态存在，该结果与文泽伟[31]的研究结果一致。并且从表3也可以得出，西藏拉鲁湿地不同时期各个因子之间的相关性主要随着湿地的整体水位和季节性水量的变化而变化，这与马广文等[29]的研究结果基本相似。

2.4 拉鲁湿地水质综合状况变化与污染源分析

从枯水期到丰水期，西藏拉鲁湿地水体中DO、NH3-N、TP、COD和TN质量浓度分别降低了61.05%、54.55%、50.00%、2.41%和50.00%（表1），并且其水質综合状况由枯水期到丰水期逐渐变好。西藏拉鲁湿地东北部（1号采样点）在枯水期表现为Ⅱ类水质，而在平水期和丰水期则表现为Ⅰ类水质，其原因可能与东北部紧邻城乡居民生活区易产生生活污水，并且由于枯水期拉鲁湿地水位处于较低水平，导致其污染物浓度增加，而在平水期和丰水期水位相比于枯水期处于较高水平，通过水体DO的增加和水量稀释作用的增强进而提高水质综合状况。这与吴青梅等[32]的研究结果一致。因此，拉鲁湿地北入水口水体质量治理和附近的污染防治是下一步西藏拉鲁湿地水体质量治理和管控的重点。同时随着拉萨市高原开放型城镇化发展不断推进，由于拉鲁湿地地处拉萨市城区，人口的增加、农业和生活污水的排放，以及高原旅游业加速推进带来的人类活动越来越频繁等原因，也给拉鲁湿地水环境质量带来更大挑战。

3 结论

（1）西藏拉鲁湿地从枯水期到丰水期不同监测指标间变化较大，主要表现为pH平均值由8.27降低至8.24，DO平均值由6.11 mg/L降低至2.38 mg/L，NH3-N平均值由0.22 mg/L降低至0.10 mg/L，TP平均值由0.02 mg/L降低至0.01 mg/L，COD平均值由4.97 mg/L降低至4.85 mg/L，TN平均值由0.26 mg/L降低至0.13 mg/L。总体而言，西藏拉鲁湿地不同水体环境指标浓度均表现为降低趋势，其NH3-N、TP、COD和TN的平均值处于随时间推移呈现降低的趋势，而水体pH和DO的平均值表现为随时间变化先升高再降低的趋势。

（2）枯水期，西藏拉鲁湿地除东北部表现为Ⅱ类水质外，其余地区皆为Ⅰ类水质，其水质综合状况区域分布特点为由东北部向西部逐渐变好。平水期和丰水期，西藏拉鲁湿地整体水质表现为Ⅰ类水质。由此可见，西藏拉鲁湿地在平水期和丰水期的水质情况比枯水期表现更为良好。

（3）枯水期，西藏拉鲁湿地TN与NH3-N存在极显著正相关（P<0.01）。平水期，TP与NH3-N存在显著正相关（P<0.05），TN与NH3-N存在极显著正相关（P<0.01）。丰水期，TN与NH3-N存在极显著正相关（P<0.01）。湿地水体中TN主要以NH3-N的形态存在。综合来看，西藏拉鲁湿地不同时期各个因子之间的相关性主要随着湿地的整体水位和季节性水量的变化而变化。

（4）从枯水期到丰水期，西藏拉鲁湿地水体中DO、NH3-N、TP、COD和TN质量浓度分别降低了61.05%、54.55%、50.00%、2.41%和50.00%，并且其水质综合状况由枯水期到丰水期逐渐变好。但是拉鲁湿地东北部北入水口水体质量治理和附近的污染防治是下一步西藏拉鲁湿地水体质量治理和管控的重点。

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