内蒙古地区水环境监测点时空分布特征分析

耿 桐

(赤峰市水文水资源分中心，内蒙古 赤峰 024000)

水环境是人类生存中的重要环境组成部分，水环境的状态直接决定生物的健康状态[1-2]。随着工业化发展，各个地区的水环境污染加剧，出现了严重的生态问题，因此，急需研究水环境的时空分布特征，判断当地水环境的污染状态，为后续的水环境生态维护提供基础[3]。水环境监测是判断地区水环境状态的重要方法，可以将地区水环境作为研究对象，使用各种类型的分析方法进行全面分析，进一步得出水环境的变化状态，因此水环境监测是水环境治理的基础[4-5]。

在水环境监测过程中，需要根据研究地区的状态，布设恰当的监测点，增加监测效果，保证监测的有效性[6-7]。因此在进行水环境监测前，需要制定水环境监测方案，首先需要收集监测区域的材料，进行资料准备，其次确定水环境监测要点，划分监测具体范围。布设合理的水环境监测点，使其能准确采集水环境的时空分布特征，最后保存监测过程中产生的水环境样本，并对其进行分析，从而进一步得到当地水环境信息，完成水环境时空分布特征的分析[8-9]。因此本文研究了内蒙古地区的水环境监测点时空分布特征，为后续的水环境保护提供依据。

1 研究区概况

选取内蒙古地区X湖泊进行水环境监测点时空分布特征分析，该湖泊是一种集蓄水、保水等功能为一身的多功能湖泊，随着近几年的环境污染，该地区的水质逐渐下降，严重限制了湖泊的使用功能。该湖泊的流域面积广阔，可达5.41万km2，全长超过1400 km，该湖泊主要属于温带大陆季风气候，年均气温约为6.54 ℃，年均降水较少，冬季持续的时间长，最高降雨量为15 mm，湖泊周边暴露基性岩。

2 研究方法

根据上述研究地区的概况，可以制定相应的研究方案，即首先使用网格交点法布设了水环境监测点，其次使用影响系数法提出样本中的特异质，最后使用函数拟合法分析监测点的水环境时空分布特征。根据上述的研究方案，可以进行空间监测点选取，受内蒙古水环境限制，在监测点布置过程中出现了空间异常参数，可以使用kriging进行数据处理，进一步布设水环境监测点，监测点的数据从湖泊沿岸采集，根据湖泊的占地面积设计了8个监测点，各个监测点的水质标识指数如表1所示。

表1 监测点水质标识指数

由表1可知，设计监测点的检测指标普遍偏高，可以结合2018—2019年该湖泊的评价指数，设计水质标识指数优化计算见式(1)。

I=X1X2X3

(1)

式中：X1为水质种类；X2为监测限值变化；X3为水质类别比值。使用该公式可以有效地进行监测指标划分，此时优化后的监测点水质标识指数如表2所示。

表2 优化的监测点水质标识指数

根据表2的水质标识指数，可以进一步进行数据统计分析，首先排除监测点中的异常数据，然后进行KS检验，判断此时的渐进概率，使用Mann-Whitney U处理相关参数，接下来进行水质营养评价，使用公式(2)计算各个监测点的水质营养指标TLI如下。

(2)

式中：Wj为营养状态权重；TLIj为营养状态指数。此时可以计算各个监测点的水质营养指标，已知，水质营养指标<30证明此时处于贫营养状态，水质营养指标在30～50证明此时处于中营养状态，水质营养指标在50～60证明此时处于重度富营养状态，此时计算的8个监测点的水质营养指标如表3所示。

表3 水质营养指标

由表3可知，研究区域的水质营养指标普遍在30～50之间，证明研究地区大多处于中营养状态，且研究地区的初始水质营养指标普遍低于转化水质营养指标，结合Chla关系需求可以设置实际空间分布参数，分别为0.7153、0.7566、0.7365、0.7156、0.7019、0.7745、0.7134、0.7023，参数设计完毕后，即可进行后续的时空分布特征分析。

3 结果与分析

首先分析内蒙古X湖泊的总氮、磷时空分布特征，结合上述的水质营养指标，可以绘制时空分布变化走势图，如图1所示。

图1 时空分布变化走势图

由图1可知，研究区域的氮磷时空分布走势相似，空间变化也相似，其中总氮的分布参数为1.412、1.433、1.455、1.438、1.424、1.452、1.447、1.403，总磷的分布参数为1.365、1.334、1.328、1.349、1.352、1.386、1.365、1.367，两者的分布参数相差较小，且两者均由北向南变化，在水质营养指标较高的5、6、7、8监测点氮磷的分布含量也较高，容易出现氮磷富集现象，记录2019年5月—2020年各个监测点的氮、磷分布值，分别为1.15 mg/L、1.36 mg/L、1.38 mg/L、1.10 mg/L、3.97 mg/L、1.32 mg/L、0.99 mg/L、1.24 mg/L、1.20 mg/L、0.98 mg/L、1.22 mg/L、1.28 mg/L和0.95 mg/L、0.99 mg/L、0.91 mg/L、0.63 mg/L、2.94 mg/L、1.13 mg/L、1.15 mg/L、1.24 mg/L、1.36 mg/L、1.39 mg/L、0.95 mg/L、1.03 mg/L。由此可知，氮磷的含量呈波动线性变化，且研究的氮浓度和磷浓度都已经远超标准值，随着季节变化，水体的驱动力也在逐渐发生变化，氮磷释放速度也在不断转变。

根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)可以分析氮磷的质量浓度变化，结合氮磷平均数值进一步分析氮磷的时空分布特征，水生植物的生长期往往会降低其对氮磷的吸收总量，因此水体中的氮磷量在五月份较高，除此之外，温度的回升也增加了水体交换频率，增加了水体的氮磷释放总量，从而进一步增加了水体中的氮磷含量。7月属于水体植物的生殖期，因此植物对氮磷的需求量增大，因此会导致氮磷浓度下降，但平均浓度仍然超过了标准GB 3838—2002的要求，这也证明植物对氮磷污染物的吸收有限，进入冬季冰冻期，湖水的补给量下降，导致总氮浓度明显增加，因此水体的动力条件变化对氮磷浓度有直接影响。

分析X湖泊叶绿素水环境变化特征，由于叶绿素与藻类的光合作用相关，而水体中的藻类含量变化趋势不明显，因此叶绿素季节性空间分布作用也不太明显，分析该地区2019年5月至2020年各个监测点的叶绿素平均浓度为53.41 mg/m3、66.38 mg/m3、37.58 mg/m3、65.41 mg/m3、53.46 mg/m3、55.14 mg/m3、60.23 mg/m3、63.41 mg/m3、66.54 mg/m3、51.32 mg/m3、55.49 mg/m3、60.23 mg/m3，由此可知，叶绿素含量与实际氮磷盐有一定的分布关系，但与季节无明显关系，水生植物增多，叶绿素质量浓度就会增加，反之叶绿素的质量浓度会降低。

分析X湖泊化学需氧量时空分布特征，化学需氧量(COD)与实际有机物氧化转换效率有重要联系，因此采集2019年5月至2020年各个监测点的COD平均含量，如表4所示。

由表4可知，各个监测点的COD平均含量逐渐增加，这与内蒙古X湖泊的分布特点相关，X湖泊由南向北植被密度依次增加，随着季节变暖，水生植物的光合作用逐渐加强，因此也加强了水体中的溶解氧(COD)浓度，随着溶解氧浓度的提高，水中的还原物质降低，COD无法参与正常的光合作用，会由现有的高含量逐渐转化为低含量。水生植物的生长高峰季光合作用会逐渐减弱，氧含量逐渐下降，随着污染物的排放量增加，COD的含量也会进一步增加，因此研究地区的COD浓度也远远超过COD标准浓度要求。

表4 COD平均含量 mg·L-1

接下来分析X湖泊电导率的时空分布特征，电导率的大小主要由水中离子的含量决定，除此之外，还与水体中的离子类型密切相关，因此可以根据研究地区水体的矿化状态监测研究区域的电导率数值，采集2019年5月至2020年各个监测点的电导率平均数值：3.94 ms/cm、3.92 ms/cm、3.95 ms/cm、4.10 ms/cm、4.13 ms/cm、3.84 ms/cm、4.01 ms/cm、3.95 ms/cm、4.12 ms/cm、4.10 ms/cm、3.95 ms/cm、3.97 ms/cm，与研究地区的矿化度呈正向拟合，且电导率在5月、11月具有时空分布特征，由研究地南部向研究地北部逐渐增加，湖口位置是电导率最高区域，受湖泊蒸发作用影响，会导致湖口盐分富集，从而出现蒸发损失，提高水体中的盐分浓度，增加电导率。冬季受水体结冰影响，降低了水体的流动速度，增加了水体的排放压力，因此进一步导致湖泊中的含盐量增加，出现盐化污染效应。

根据上述研究的水环境监测数据，可以进一步得出水环境的时空分布特征，依据水环境的时空分布特征可以及时对研究区域的湖泊进行污染降解处理，及时修复湖泊中的污染部分，为水体环境保护提供一定的时空分布信息。

4 结 论

内蒙古地区水环境中的氮磷分布因素、叶绿素含量因素、化学需氧量因素、电导率因素与水环境时空分布规律息息相关，呈线性分布，除此之外，内蒙古地区水环境中的影响因素会受到季节影响出现时空分布变化，也进一步证明当地的水环境具有明显的时空分布特征。研究内蒙古地区的水环境时空分布特征可以进一步确定当地的水环境状态，判断是否存在水环境污染，对后续的生态维护及环境保护有重要意义，可以作为后续水环境分析保护的参考。