云南高原湖泊溶解氧达标考核要求探讨

黄钰铃，方金鑫，王泽平，关梦南，冯顺新

（1．中国水利水电科学研究院，北京 100038；2．云南省水文水资源局丽江分局，云南 丽江 674100）

1 研究背景

我国在制定（修改）地表水环境质量标准时把溶解氧列为水质的主要评价因子之一。溶解氧作为水体感官及保护水生生物生存的表征指标，以水中溶解的分子态氧计，较高的溶解氧反映了水生态系统的健康程度较高[1-2]。正确评价水体中的溶解氧成为水质达标考核的重要环节。云南省高原湖泊如泸沽湖、抚仙湖、洱海等，其水质优良，水生态系统健康状况较好，但在 “湖长制”达标考核中，常因海拔较高、气压较低，溶解氧含量明显低于同纬度平原地区的湖库[3-4]、河口[5]、近海[6-7]等，造成溶解氧超标现象导致考核不达标[8]。一方面，溶解氧超标固然与水中溶解氧的含量较低密不可分；另一方面，在水质优良、其他指标达标的情况下，溶解氧仍然超标，不难质疑考核所采用的标准适宜性。面对 “绿水青山就是金山银山”，地方政府在经济发展与环境保护中面临艰难取舍，担心过严的标准限制地方发展，也担心标准过于宽泛、缺少针对性而破坏高原湖泊水环境质量。因此，探讨高原湖泊溶解氧特征及其达标考核要求，对高原湖泊生态环境保护及支撑区域经济发展具有重要意义。

本文以云南省泸沽湖、抚仙湖、洱海及程海为例，分析高原湖泊长系列表层水体溶解氧浓度及氧饱和率数据，结合其他地区高原湖泊溶解氧特征，探寻云南省高原湖泊水体溶解氧达标考核中评估标准的调整空间，为高原湖泊 “湖长制”考核管理中的变通做法提供支撑，同时为国内外高原地区湖泊、水库及河流水环境管理提供参考。

2 研究概况

2．1 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，地处雅砻江理塘河三级支流海门河上游，距宁蒗县城61 km。泸沽湖呈北西走向，南北长22．3 km，东西宽（最宽处）7．6 km[9]。2020年 《丽江市泸沽湖保护条例》规定泸沽湖最高蓄水位为2691．8 m，最低运行水位为2691．0 m（85高程）。

抚仙湖地跨云南省澄江市、江川县、华宁县三县，属珠江流域南盘江水系。湖面积212 km2，最大水深157．3 m，平均水深87 m，湖面高程1719．6 m[10]。洱海地处云南省大理白族自治州境内，位于澜沧江、金沙江和元江三大水系分水岭地带。洱海南北长42．5 km，平均宽度6．3 km，平均水深10．8 m。最高运行水位 1966．0 m时（85高程），湖面面积 252 km2，湖容 29．2亿m3，调节湖容 4．27亿m3[11]。程海位于云南省丽江市永胜县，属金沙江水系，水面面积75．8 km2，南北长19．15 km，东西平均宽度4．3 km。蓄水量 19．8亿m3，平均水深 25．7 m[12]。水面最大高程 1501 m，湖底最低高程 1465 m。

根据 《云南省水功能区划》（2014年修订）要求，泸沽湖、抚仙湖水质类别为满足 《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）I类，洱海和程海的水质类别分别满足Ⅱ和Ⅲ类。

2．2 监测点位及方法溶解氧含量有三种表达形式，即氧分压、氧浓度和氧饱和率，研究中常以氧浓度及氧饱和率计。氧饱和率考虑温度和海拔因素的影响，以实测氧浓度占该温度下饱和溶解氧浓度的百分比来表示，比氧浓度指标更科学[13]。

本文收集了泸沽湖1999—2019年三个点位共593次、抚仙湖2015—2019年五个点位共298次、洱海2010—2016年六个点位共299次以及程海1999—2019年四个点位共534次实测氧浓度值，监测方法及仪器根据云南省水文水资源局统一要求。参考文献[14]，根据对应海拔计算了相应温度下各点位各测次的氧饱和率。

2．3 历史数据来源在长系列监测资料分析基础上，收集了中国科学院水生生物研究所于1957年7—10月对云南抚仙湖、阳宗海、滇池、星云湖、异龙湖、杞麓湖、大屯海、洱海等高原湖泊进行的水质调查及分析结果[15]。

3 结果与分析

3．1 云南高原湖泊溶解氧特征

3．1．1 长系列监测资料分析 泸沽湖、抚仙湖、洱海及程海长系列监测氧浓度及相应温度下氧饱和率分别见表1—表4所示。由表1可知，泸沽湖的氧浓度值≥7．5 mg/L时，氧饱和率超过90%的频次为178次；氧浓度值为6～7．5 mg/L（取区间下限值6，不含上限值7．5，余同）时，氧饱和率超过90%的频次为345次，80%～90%的频次为60次；有5次氧浓度值为5～6 mg/L，而氧饱和率超过90%的频次为1次，其余4次的氧饱和率为60%～70%。

表1 泸沽湖1999—2019年溶解氧实测值及氧饱和率的频数分布

表2 抚仙湖2015—2019年溶解氧实测值及氧饱和率的频数分布

表3 洱海2010—2016年溶解氧实测值及氧饱和率的频数分布

表4 程海1999—2019年溶解氧实测值及氧饱和率的频数分布

由表2可知，抚仙湖的氧浓度值≥7．5 mg/L时，氧饱和率超过90%的频次为228次；氧浓度值为6～7．5 mg/L时，氧饱和率超过90%的频次为42次，80%～90%的频次为16次；有2次氧浓度值为5～6 mg/L，而氧饱和率为80%～90%；氧浓度值最低为4．0 mg/L，氧饱和率为55．7%，频次为1。

由表3可知，洱海的氧浓度值≥7．5 mg/L时，氧饱和率超过90%的频次为259次；氧浓度值为6～7．5 mg/L时，氧饱和率超过90%的频次为30次，80%～90%的频次为4次；有 3次氧浓度值为 5～6 mg/L，而氧饱和率为70%～80%；氧浓度值为3～5 mg/L的测值有2次，分别为3．9mg/L和4．3 mg/L，对应氧饱和率为53．4%和61．4%。

由表4可知，程海的氧浓度值≥7．5 mg/L时，氧饱和率超过90%的频次为328次；氧浓度值为6～7．5 mg/L时，氧饱和率超过90%的频次为75次，80%～90%的频次为58次；氧浓度值为5～6 mg/L时，氧饱和率为70%～80%的频次为9次，为60%～70%的频次为15次。

3．1．2 历史监测结果 根据中国科学院水生生物研究所于1957年7—10月对云南抚仙湖、阳宗海、滇池、星云湖、异龙湖、杞麓湖、大屯海、洱海等11个主要高原湖泊的调查结果（表5），云南湖泊中的表层水中溶解氧含量较高，平均水深15 m以内8个湖泊的23个测站中，氧饱和率超过100%的有6个，90%～99．1%的占11个，80%～89%的4个，80%以下的2个。其中面积较大的洱海，表层水中氧饱和率高达118．0%，滇池外海测定的三站都在99．1%以上。平均水深20 m以上的抚仙湖及阳宗海12个测站中，表层水溶解氧饱和率在100%以上的占一半，89%～98%的占一半。

表5 云南湖泊水质理化指标测定表[15]

该次大范围调查表明，云南高原湖泊中，以洱海为代表的、水深15 m以内的湖泊表层水体溶解氧饱和率超过80%的占比为91．3%，以抚仙湖为代表的、水深20m以上的湖泊表层水体溶解氧饱和率超过80%的比例为100%。因此，高原湖泊表层水氧饱和率一般超过80%，水质通常良好。

3．2 云南高原湖泊溶解氧评价

3．2．1 溶解氧评价 我国 《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）对Ⅰ类水质的溶解氧标准以氧饱和率和氧浓度定，即氧饱和率≥90%或氧浓度≥7．5 mg/L，Ⅱ类—Ⅴ类标准均以氧浓度定，分别为≥6 mg/L、≥5 mg/L、≥3 mg/L及≥2 mg/L。

统计泸沽湖、抚仙湖、洱海及程海四个高原湖泊溶解氧及氧饱和率频率区间分布，结果见表6和图1。四个高原湖泊中，当实测氧浓度≥7．5 mg/L时，对应温度下的氧饱和率超过90%的频率分别为99．4%、99．1%、100%和95．1%，超过80%的频率分别为 100%、100%、100%及99．4%；当实测氧浓度为6～7．5 mg/L时，对应温度下的氧饱和率超过80%的频率分别为99．0%、89．2%、97．1%和82．1%，超过70%的频率分别为100%、100%、100%及99．4%；当实测氧浓度为5～6 mg/L时，对应温度下的氧饱和率超过70%的频率分别为20%、100%、100%和37．0%，超过60%的频率分别为100%、100%、100%及92．6%；当实测氧浓度为3～5 mg/L时，抚仙湖和洱海对应温度下的氧饱和率超过60%的频率分别为0%和50%，超过50%的频率分别为100%和100%。虽然程海水体矿化度较高，但溶解氧统计结果仍符合上述规律。

表6 各湖溶解氧实测值及氧饱和率的频率 （单位：%）

图1 各湖溶解氧实测值及氧饱和率的频率区间分布

总的来说，高原湖泊中实测溶解氧浓度满足Ⅰ类标准限值，在7．5 mg/L以上时，饱和率至少在80%以上；实测值在6～7．5 mg/L之间，即满足Ⅱ类标准限值时，饱和率至少在70%以上；实测溶解氧浓度在5～6 mg/L之间，即满足Ⅲ类标准限值时，氧饱和率至少为60%以上；实测溶解氧浓度在3～5 mg/L之间，即满足Ⅳ类标准限值时，氧饱和率至少为50%以上。对照 《云南省水功能区划》（2014年修订）要求，泸沽湖、抚仙湖及洱海的达标率均为100%，程海达标率为92．6%。

3．2．2 溶解氧影响因素 影响水体溶解氧的因素包括海拔、气压、温度、盐度、风力、水动力条件等非生物因素，以及高等水生植物及浮游植物等生物群落[16]。温度直接关系到水体氧含量大小，一般来说，温度越高、盐度越大，水中溶解氧越低[17]。深水湖库常因水温分层导致溶解氧出现分层[18]，且表层氧含量因浮游植物光合作用而较高[19]、底层则出现缺氧现象[20]。

高原湖泊因其海拔较高、气压较低，表层水体溶解氧明显低于平原地区湖泊，但氧饱和率均较高。青藏高原的咸水、半咸水湖泊如鄂陵湖水体中氧含量平均为7．1 mg/L，氧饱和率为80%左右[21]；纳木错表层水处于过饱和状态，氧饱和率达105%，底层水虽为未饱和状态，氧饱和率也高达80%左右[22]；玛旁雍错57个测次中，氧饱和率均超过90%[23]；青海湖12个测次中，实测氧浓度均超过6 mg/L，氧饱和率均超过90%[24]；蒙新高原的天山天池表层水体5个测次中，氧饱和率均超过90%[25]。

因此，这类受人类活动干扰较少的高原湖泊，一般为自然保护区，水功能区划要求的水质目标为保持自然状态；其水环境质量较好，氧含量背景值有别于平原地区，氧饱和率至少超过80%，常在90%以上。

不独高原湖泊，高原地区河流溶解氧水平也低于同纬度平原区河流，如雅江支流尼洋河在丰水期和平水期时河源区测点溶解氧含量分别低至 6．49 mg/L、6．51 mg/L，对应的氧饱和率分别为 81．87%和84．07%，其海拔为4677 m[26]。林芝地区福清河海拔为2900 m，6个断面实测溶解氧浓度为7．18～8．45 mg/L，相应氧饱和率为 80．1%～94．1%[27]。

3．3 云南高原湖泊溶解氧达标考核要求建议

3．3．1 国内外溶解氧标准 欧盟的质量标准[28]中，RO：GD161要求环境水质中Ⅰ类水溶解氧≥9 mg/L，饱和率则为湖上层90%～110%，均温层90%～70%，混合水体90%～70%；ICPDR要求Ⅰ类水溶解氧≥7 mg/L；ECE要求Ⅰ类水溶解氧≥7 mg/L，饱和率要求与 RO：GD161相同，为湖上层90%～110%，均温层90%～70%，混合水体90%～70%。EU75/440/EEC对A1类地表饮用水要求溶解氧饱和率＞70%；MA卫生规范 Nr．06．6．3．23（1997）要求Ⅰ类水溶解氧标准为≥4 mg/L。推荐的质量标准中，对Ⅰ类水溶解氧要求≥7 mg/L或采用自然背景值。

由于我国幅员辽阔，南北方地理环境、气候情况差异很大，溶解氧浓度受到温度、气压的影响，在高原地带、饱和水中的氧浓度可能很低，故其标准限值为饱和率≥90%或浓度≥7．5 mg/L，即Ⅰ类标准值可以按饱和率90%计（以保持数据的连续性和可比性），也可以按浓度7．5 mg/L计。为保证鱼类产卵、繁殖，Ⅱ类水域溶解氧标准限值为6 mg/L；为保证大多数经济鱼类的良好生存，Ⅲ类水域溶解氧标准限值为5 mg/L；为保证鱼类正常生存的最低浓度，Ⅳ类水域溶解氧标准限值为3 mg/L；为维护鱼类不发生急性死亡，Ⅴ类水域溶解氧标准限值为2 mg/L。

3．3．2 高原湖泊溶解氧达标考核要求建议 结合长系列监测结果、历史及文献资料可知，云南高原湖泊水体实测溶解氧浓度满足Ⅰ类标准限值，在7．5 mg/L以上时，饱和率至少在80%以上；实测值≥6 mg/L，即满足Ⅱ类标准限值时，饱和率至少在70%以上；实测溶解氧浓度≥5 mg/L，即满足Ⅲ类标准限值时，氧饱和率至少为60%以上；实测溶解氧浓度≥3 mg/L，即满足Ⅳ类标准限值时，氧饱和率至少为50%以上。因此，建议在对这些高原湖泊溶解氧的达标考核过程中灵活变通[29]，根据水功能区划要求，对氧浓度进行考核；若氧浓度未达到标准限值，则根据温度和海拔计算氧饱和率，以氧饱和率进行考核，若达标即可判定为溶解氧达标。在实际管理过程中，这一变通做法无疑既如实展现了高原湖泊水质状态，不挫伤环境保护的积极性，同时又极大地支撑了区域经济发展，为实现 “绿水青山”与 “金山银山”两手抓的目标助力护航。

4 结论

针对云南高原湖泊，在溶解氧的达标考核过程中，可根据水功能区划要求，对氧浓度进行考核；若氧浓度未达到标准限值，则根据温度和海拔计算氧饱和率并进行考核，满足标准即可判定为溶解氧达标。达标考核中，Ⅰ类标准限值可取氧浓度≥7．5 mg/L或氧饱和率≥80%；Ⅱ类标准限值可取氧浓度≥6 mg/L或氧饱和率≥70%；Ⅲ类标准限值可取氧浓度≥5 mg/L或氧饱和率≥60%；Ⅳ类标准限值可取氧浓度≥3 mg/L或氧饱和率≥50%。

下一步工作中将针对高原湖泊水体溶解氧与生物因素之间的相互作用开展深入研究，探索不同溶解氧管理策略对生物生命周期的影响，量化生物因素特别是初级生产者绿色植物及高级消费者鱼类对溶解氧含量及时空分布的反馈调节，深刻揭示高原湖泊水体溶解氧演变机理，为高原湖泊溶解氧管理策略优化提供充足的理论依据。此外，根据高原湖泊水温分层的自然特性，研究提出适宜的溶解氧分类、分期管理策略，可为全面落实 “一湖一策”的河（湖）长制管理提供依据，为推动国标GB 3838—2002未来在全国实行分区管理提供参考。

致 谢感谢云南省水文水资源局玉溪分局和大理分局在数据收集中提供的帮助。