2011-2020年南漪湖水质变化特征研究

吴转璋，王欢，唐萍，张付海

（安徽省生态环境监测中心，安徽 合肥 230071）

南漪湖位于安徽宣城市宣州区和郎溪县交界处，属长江一级支流水阳江水系，具有水利调蓄洪、灌溉、生态旅游和渔业养殖等功能，系皖南第一大湖泊，是调节水阳江水量的主要湖泊之一，正常水位时水面面积为1.89万hm2，丰水期水面总面积为2.13万hm2[1]。南漪湖东北受郎川河、飞鲤河、红雨河、长溪河、永丰河、毕桥河、沙河等来水，湖水由西南隅马山埠出口，于新河庄汇入水阳江。2014 年南漪湖被纳入《水质较好湖泊生态环境保护总体规划（2013-2020年》（环发[2014]138号文），实施重点保护，水质目标为Ⅲ类。一直以来，南漪湖水质以Ⅲ类为主，水质状况良好，但常年处于轻度富营养状态，且2017 年开始出现水质波动现象，生态环境较脆弱，水环境安全形势需引起关注[2]。

目前，关于南漪湖水质状况的研究多集中在总体水质状况的分析和治理措施的探讨，而未进行水质特征变化趋势的分析。因此，本文利用统计学方法对南漪湖2011-2020年水质监测数据进行分析，探索水质年际间变化规律，以期为南漪湖综合治理和环境管理提供参考依据。

1 数据与方法

1.1 数据来源

数据来源于南漪湖湖区东湖心和西湖心2 个国控监测断面2011-2020年常规监测数据，监测点位具体位置见表1。根据对原始数据的初步分析，剔除未检出数据较多的项目，选取pH 值、溶解氧（DO）、透明度（SD）、高锰酸盐指数（CODMn）、总氮（TN）、总磷（TP）、叶绿素a（Chl-a）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）和化学需氧量（CODCr）10项指标进行评价。

表1 监测点位具体位置一览表

1.2 评价方法

水质评价采用单因子评价法和综合污染指数法。采用单因子评价法确定水质类别。单因子评价法是用水体各监测因子的监测结果对比该因子的水质质量标准，确定该因子水质类别；在所有因子的水质类别中选取水质类别最差的作为该水体的水质类别[3]。采用综合污染指数法对水体污染程度进行分析，计算公式如下[4]：

式中：P 为综合污染指数；n为水质因子个数；Ci为水质因子i 的实测浓度；Si为《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中水质因子i 对应的Ⅲ类标准值。综合污染指数越低，水质越洁净，若综合污染指数值大于1，表明该水体超过了规定的水质标准限值[5]。

水体营养化状况按照综合营养状态指数（TLI）进行评价，综合营养指数计算及分级标准按照环办[2011]22号文《地表水环境质量评价办法（试行）》来进行。

污染变化趋势采用Spearman 秩相关系数法进行定量分析，秩相关系数计算公式如下：

式中：di为变量Xi与Yi的差值；Xi为按数据大小排列的序号；Yi为按时间排列的序号。将秩相关系数rs的绝对值与秩相关系数统计表中的临界值Wp进行比较，如果rs>Wp则表明变化趋势有显著意义：如果rs为正值，则表明统计量在评价时段内具有上升趋势；如果rs为负值，则表明统计量在评价时段内具有下降趋势[6-8]；当rs≤Wp则表明变化趋势没有显著意义，说明在评价时段内水质变化稳定或平稳。本文时间序列N=10，根据环办[2011]22号文《地表水环境质量评价办法（试行）》附表1，显著水平（单侧检验）0.05 对应的临界值Wp=0.564；显著水平（单侧检验）0.10对应的临界值Wp=0.746。

2 结果与讨论

2.1 水质状况评价

2011-2020年南漪湖各监测点水质类别见表2。

表2 2011-2020年南漪湖各监测点水质类别

由表2可知：10年间南漪湖水质总体处于Ⅲ～Ⅵ类水平，超标因子为总磷（总氮不参与评价）；东湖心2017-2019 年水质为Ⅳ类，其余年份均为Ⅲ类；西湖心除2018 年水质为Ⅳ类外，其余年份均为Ⅲ类；全湖除2018年和2019年水质为Ⅳ类外，其余年份均为Ⅲ类。

用综合污染指数法对南漪湖2011-2020 年各监测点水质进行综合评价，结果见图1（a）。可以看出，东湖心和西湖心综合污染指数在2011-2020 年期间变化趋势基本一致，整体上呈下降趋势；2016-2018 年期间东湖心和西湖心综合污染指数均明显增大，2018-2020年期间均急剧下降。东湖心和西湖心水质总体上差别不明显，2011-2020 年期间综合污染指数均在0.40 到0.60之间，水质状况较清洁。

图1 2011-2020年南漪湖各监测点综合污染指数和综合营养状态指数变化趋势

2.2 营养状况评价

2011-2020 年南漪湖各监测点综合营养状态指数见图1（b），东湖心和西湖心综合营养状态指数在2011-2020 年期间变化趋势基本一致，整体上呈平稳状态。除2014 年各监测点呈中营养状态，其余年份均呈轻度富营养状态。

2.3 主要水质因子年际分布

各监测点溶解氧、高锰酸盐指数、总磷、总氮、化学需氧量和氨氮年均值变化趋势见图2。由图2 可知，东湖心和西湖心各指标变化趋势均一致。溶解氧浓度2011-2015 年大幅上升，2015-2017 年大幅下降，2017-2019 年大幅上升，2020 年有所下降；高锰酸盐指数2011-2014年明显下降，2014-2020年期间小幅震荡，浓度变化不大；总磷浓度2011-2016 年期间变化不大，处于平稳状态，2017年开始迅速增大，2018年和2019年增大到峰值，2020年回落至与2011年基本持平；总氮浓度2011-2013 年变化不大，处于平稳状态，2014 年开始迅速增大，至2016 年达到峰值，2017 年迅速回落，2018-2020 年与 2011 年基本持平；化学需氧量 2011-2017 年期间变化不大，处于平稳状态，2018 年明显增大至峰值，2019 年迅速降至最低点，2020 年与 2019 年基本持平；氨氮2011-2020 年期间呈阶梯性下降，2020 年达到最低点。

图2 主要水质因子浓度年际变化

2.4 变化趋势分析

采用Spearman 秩相关系数法评价南漪湖各监测断面综合污染指数、综合营养状态指数和各水质因子随时间变化的规律，计算结果见表3。

由表3 可知，东湖心、西湖心和全湖均值综合污染指数均呈减小趋势，各断面均无显著意义，说明在评价时段内各断面水质有变好趋势，变化趋势较平稳。东湖心、西湖心和全湖综合营养状态指数均呈减小趋势，但均无显著意义，说明在评价时段内各断面富营养状态有减轻趋势，变化趋势较平稳。各水质因子中仅溶解氧和总磷秩相关系数为正值，其余为负值，表明在评价时段内溶解氧和总磷浓度呈上升趋势，其余均呈下降趋势；东湖心总磷以及各断面氨氮秩相关系数绝对值均大于0.564，说明评价时段内东湖心总磷浓度具有上升趋势，各断面氨氮浓度具有下降趋势，其余指标变化趋势均无显著意义，说明在评价时段内P、CODMn、TN、CODCr变化较为稳定。

表3 各断面Spearman秩相关系数计算结果

3 讨论

磷是湖泊生态系统物质和能量循环的重要组成部分，是湖泊富营养化防治的重要控制性指标[9]。水中磷以元素磷、正磷酸盐、缩合磷酸盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐和有机团结合的磷酸盐等形式存在，其主要来源为生活污水、化肥、有机磷农药及近代洗涤剂所用的磷酸盐增洁剂等。从上述分析可知，总磷是影响南漪湖水质的主导因子，也是南漪湖发生富营养状态的影响因子，且从2011 年以来总体上处于浓度上升趋势，这与“十一五”和“十二五”期间以化学需氧量和氨氮控制为导向的水污染防治政策体系有关，使得总磷控制相对薄弱，总磷指标逐步成为长江流域水体的主要污染指标[10]。

总氮是指所有物质中含有的氮元素，包括氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮与有机氮等。氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。总氮是水体中的营养素，是水体发生富营养化状态的影响因子。氨氮和总氮具有明显的正相关性，对污染较重的水体，总氮中氨氮比例较大，氮化合物以氨氮形态为主；对水质较好的水体，氮化合物以其他形态化合物为主[11]。南漪湖2011-2020年间总氮和氨氮总体上均呈减小趋势，且氨氮浓度下降趋势具有显著意义，说明十年来南漪湖流域水污染治理取得了一定的成效。

化学需氧量和高锰酸盐指数是指在规定的条件下，以不同的氧化剂，即重铬酸钾和高锰酸钾氧化水样中能被氧化的物质所消耗的氧化剂的量，通常被作为直接表示水体中有机物相对含量的指标，化学需氧量和高锰酸盐指数高度相关[12]。南漪湖2011-2020 年间化学需氧量和高锰酸盐指数总体上均呈减小趋势，这也说明了“十一五”和“十二五”期间南漪湖流域化学需氧量总量控制具有一定的作用。

通过调查可知，南漪湖污染主要来源于以下几个方面：一是上游无量溪河和郎川河等流域范围内的宣州区、郎溪县和广德市所辖开发区、工业聚集区中电镀、金属表面处理、印染、造纸和酿造等企业所产生的废水，这些企业排放废水中总磷、总氮指标常年处于较高水平；二是南漪湖流域内的生活污水，流域范围内污水集中处理设施及其配套污水管网仍不完善，污水收集率和处理率不高，乡镇及农村污水处理设施建设进度相对滞后；三是农村面源种植业化肥和农药等污染，流域内含22个镇乡办事处，耕地近13.33 万hm2[1]，长期大范围耕地撒施化肥和农药等，是造成总磷超标及水体富营养化的重要原因之一；四是流域范围内畜禽养殖业污染，2019年南漪湖周边及上游主要河流沿岸1 000 m 范围内共计有276家养殖场（户）[1]，大多治污设施过于简单，措施不到位，污染物直接或间接汇入南漪湖；五是水产养殖污染，2019 年南漪湖区周边有1 万余亩养殖围网，由于缺乏相应的污染防治措施，养殖区残留饵料、生长代谢物、药物等未经有效处理直接进入湖区，给南漪湖水生生态环境带来严重影响。

2019年以来，宣城市、宣州区和郎溪县政府及生态环境管理部门为改善南漪湖生态环境质量，开展了一系列的专项整治行动，如开展污染源大起底大排查，加强农村面源污染防治，积极推进污水处理设施建设，推深做实湖长制，出台了《南漪湖水污染治理工作方案》。从图1和图2可知，2020年南漪湖各监测点水质恢复至Ⅲ类，2019-2020 年综合污染指数、总磷、总氮、氨氮和高锰酸盐指数均呈大幅下降趋势，说明随着各项治理措施的推进，南漪湖水质得到了改善。

4 结论

（1）南漪湖10 年间水质除2018 年和2019 年为Ⅳ类外，其余年份均为Ⅲ类，超标因子为总磷；除2014 年呈中营养状态外，其余年份均呈轻度富营养状态。

（2）南漪湖2011-2020 年间整体水质和营养状态有变好趋势，变化趋势较平稳；各水质因子除溶解氧和总磷浓度呈上升趋势外，其余均呈下降趋势。从变化趋势图可以看出，2016-2018年间各监测点综合污染指数及高锰酸盐指数、总磷、总氮、化学需氧量和氨氮浓度均有显著的上升趋势，2019-2020 年均显著下降；溶解氧正好相反，2015-2017年间显著下降，2017-2019年间显著上升，2019-2020年间稍有下降。

（3）南漪湖综合治理是一项复杂性和艰巨性的系统工程，今后还需继续落实各项污染治理措施，进一步加大污染综合整治力度，以使南漪湖水环境质量稳定达标并持续改善。