2003—2018年异龙湖水质状况及变化趋势分析

2003—2018年异龙湖水质状况及变化趋势分析

陈金梦

云南省水文水资源局红河分局， 云南 红河 661100

【摘要】本文应用单因子评价法和指数法对异龙湖进行水质评价和营养化状态评价，在比较分析水质类别和营养化程度变化的基础上应用季节性肯达尔Kendall法进一步分析主要水质项目COD_Mn、NH₃-N、TP和TN各年度均值随时间的浓度变化趋势。结果表明：2003-2018年异龙湖水质类别在Ⅳ～劣Ⅴ类之间，COD_Mn和TN均超Ⅲ类水标准，受COD_Mn和TN的影响最严重，2013年水质污染物浓度达到最高；营养化状态均为轻度富营养-中度富营养，最高值出现在2013年；2003—2018年异龙湖坝心和湖心的COD_Mn和TP均呈高度显著上升趋势；湖心的NH₃-N呈显著上升趋势；湖心TN呈无明显升降趋势，坝心NH₃-N和TN呈无明显升降趋势。并对其水质状况及趋势变化情况的成因进行了初步的分析。

【关键词】异龙湖；水质评价；营养化；季节性肯达尔；趋势分析

1区域概况及研究方法

1.1异龙湖概况

异龙湖位于云南省红河哈尼族彝族自治州石屏县境内，属于云南省九大高原湖泊之一，县城异龙镇东南3km处。异龙湖地理坐标为东经102°28′～102°38′，北纬23°28′～23°42′。现湖面面积31km²，流域面积360.4km²，蓄水约1亿m³，平均水深2.75m，最大水深6.55m。

1.2评价标准及方法

异龙湖所在水功能区的水质目标是Ⅲ类，依据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），异龙湖水质评价以水质标准中的Ⅲ类作为标准。水质评价方法按《地表水资源质量评价技术规程》（SL395）规定的单因子评价方法，即水质类别取参评项目中水质最差项目的类别。营养状态评价方法是采用指数法对异龙湖营养状态进行评价，先用线性插值法将水质项目浓度值转换为赋分值，再计算营养状态指数EI， ，根据营养状态分级，0≤EI≤20为贫营养，20

1.3水质变化趋势分析方法

水质变化趋势分析采样季节性肯达尔法，肯达尔检验计量t定义为：t＝S/m，由此在双尾趋势检验中，如果|Z|≤Zα/2，则接受零假设。这里FN(Zα/2)＝α/2，FN为标准正态分布函数，即：

α为趋势检验的显著水平，α值为

取显著性水平α为0.1和0.01，即当α≤0.01时，说明检验具有高度显著性水平，当0.01＜α≤0.1时，说明检验是显著的，当a计算结果满足上述二条件情况下，当t为正时，则说明具有显著（或高度显著性）上升趋势，当t为负时，则说明具有显著（或高度显著性）下降趋势，当t为零时，则无趋势。

线性趋势分析的季节性肯达尔斜率估计，采用水质系列中所有被比较的两数的差值除以两数间相差的年数的商的中值作为趋势的斜率估值。

1.4监测项目及数据来源

水质评价项目包括《地表水环境质量标准》（GB3838）基本项目标准限值表1中除水温、粪大肠菌群以外的22个项目。营养状态评价项目包括总磷（TP）、总氮（TN）、高锰酸盐指数（COD_Mn）、叶绿素α（Chla）和透明度（SD）。根据所掌控的水质监测资料，在确定趋势分析参数时，选择对异龙湖水质影响较大的高锰酸盐指数、氨氮（NH₃-N）、总氮和总磷的4个指标进行异龙湖水质趋势分析。本文选取异龙湖湖心及坝心两个断面2003—2018年共16年的水质监测数据对异龙湖进行水质状况及变化趋势分析。

2结果及分析

2.1水质评价结果

用单因子法进行水质评价时，以《地表水环境质量标准》Ⅲ类为基准，异龙湖湖心和坝心2003—2018年近16年来的水质类别均在Ⅳ～劣Ⅴ类之间；COD_Mn和TN指标水质类别均为Ⅳ～劣Ⅴ类，异龙湖湖泊受COD_Mn和TN的影响最严重，水质状况呈有机化污染。具体见表1。

表1异龙湖2003-2018年水质污染类别

为了探究异龙湖水质污染项目的变化，绘制了图1，2003-2018年各污染物的年均值变化及与Ⅲ类水标准之间的关系图，由图1可以看出COD_Mn和TN均超Ⅲ类水标准，NH₃-N在Ⅲ类水标准上下波动，TP在2009—2015年超Ⅲ类水标准；异龙湖两个监测断面湖心和坝心的污染物变化趋势基本一致，2003—2013年污染物浓度在波动中呈上升趋势，2014—2018年呈下降趋势，2013年异龙湖水质污染物浓度达到最高，2014年COD_Mn、TN和总磷等各项指标浓度都有明显的下降。

图1水质污染物水质变化及与Ⅲ类水标准关系图

2.2营养状态评价结果

通过计算异龙湖营养状态评价项目TP的赋分值在31～67之间，TN赋分值在62～79之间，COD_Mn赋分值在54～86之间，Chla赋分值在32～68之间，透明度赋分值在46～96之间，其中TN和COD_Mn的赋分值最高均在50以上，属于富营养状态。所以异龙湖营养化指数EI的值在52～80之间波动，可以看出异龙湖2003—2018年的营养化状态均为轻度富营养-中度富营养，其中2013年的营养化指数值最高，富营养化严重。详见表2。

表2异龙湖营养化状态评

2.3水质变化趋势成果

线性趋势分析结果见图2，异龙湖坝心CODMn、NH₃-N、TN和TP的线性斜率估计值分别为0.1、0.038、0.015、0.004，异龙湖湖心CODMn、NH₃-N、TN和TP的线性斜率估计值分别为0.1、0.009、0.08、0.002也均大于零，异龙湖整体呈上升的趋势，这个斜率估值只说明未来水质浓度变化的年平均情况。

图2异龙湖2003-2018年污染物浓度变化趋势

显著性检验结果见表3，异龙湖坝心和湖心CODMn和TP的检验值α≤0.01，具有高度显著水平；湖心NH₃-N的检验值0.01＜α≤0.1，具有显著水平。

所以采用季节性肯达尔检验法对2003—2018年异龙湖水质变化趋势进行分析检验，结果表明，2003—2018年异龙湖坝心和湖心的CODMn和TP均呈高度显著上升趋势；湖心的NH₃-N呈显著上升趋势；湖心TN呈无明显升降趋势，坝心NH₃-N和TN呈无明显升降趋势。

表3异龙湖水质趋势分析单位：mg/l

注：年均值单位为mg/L；“↑”显著上升趋势；“↑↑”高度显著上升趋势；“↓”显著下降趋势；“↓↓”高度显著下降趋势；“－”无明显升降趋势

2.4原因分析

根据水质状况及趋势变化情况推其原因：

（1）2013年异龙湖各项指标浓度达到最高，原因是2009—2013年，受连续干旱影响，异龙湖水位迅速下降，2013年6月底降至最低，蓄水量仅为1573万m³。2013年以来，异龙湖始终处于低水位状态，未形成出流，接近干涸，造成了大面积湖底淤泥尽现，产生很深的龟裂。异龙湖土著鱼虾绝种，原生水生植物绝灭，整个生态链遭到彻底破坏^[3]。

（2）2014年和2015年异龙湖各项指标浓度均有明显的降低，自2014年以来实施了一系列的治理改善对策，如稳步推进退耕退塘还湖，从根本上解决了围湖、占湖的问题，减少了对湖水的污染；实施封山育林和造林绿化生态恢复工程；实施湖区面源、内源治理；调节补水工程建设；加大异龙湖污染治理力度，逐步建立“控制-修复-监控-管理”四位一体的水污染防治体系，异龙湖水质有所改善^[3]。2015年利用“水体置换+水质净化”湖泊水体污染综合治理方法，根据异龙湖水体污染的问题制定了水体污染综合治理方案项目，该项目的实施使得异龙湖水质发生了明显的改善

^[4]。

（3）2017年因《异龙湖流域水环境保护治理“十三五”规划(2016—2020年)》的投资规划，异龙湖水质得到较大的改善^[1]。

3结论

（1）2003-2018年异龙湖的水质类别均在Ⅳ~劣Ⅴ类之间，受TN和COD_Mn影响大，污染物浓度均为Ⅳ～劣Ⅴ类；异龙湖TN和COD_Mn均超过Ⅲ类水标准，2003—2013年污染物浓度在波动中呈上升趋势，2014—2018年呈下降趋势，2013年水质污染物浓度达到最高；异龙湖2003—2018年的营养化状态均为轻度富营养-中度富营养，2013年的营养化指数值最高，富营养化严重。

2. 2003—2018年异龙湖水质变化趋势结果表明，2003—2018年异龙湖坝心和湖心的COD_Mn和TP均呈高度显著上升趋势；湖心的NH₃-N呈显著上升趋势；湖心TN呈无明显升降趋势，坝心NH₃-N和TN呈无明显升降趋势。水质变化趋势为异龙湖水质预测提供依据。

3. 在连续干旱4年的情况下，2013年异龙湖各项指标的浓度达最高点，2014年和2015年以后进行了一系列的治理改善，各指标浓度明显下降。水质状况好转时间点与干旱结束和治理措施具有较高的吻合度。

参考文献

[1]杨爱英,李杰,张志明,李波.云南红河异龙湖水质污染防治策略[J].环境科学导刊,2018,37(06):19-21.

[2]彭文启,张祥伟.现代水环境质量评价理论与方法[M].北京：化学工业出版社,2005:151-159.

[3]严锦屏.石屏县异龙湖水资源现状探析[J].红河探索,2013(03).

[4]李雄杰,黄琳琳,张学森.“水体置换+水质净化”综合治理方法的研究和应用——以异龙湖水体污染治理为例[C].云南省水利学会2018年度学术交流会论文集，2018-11.

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