雷宏军，王 刚，温随群，张列宇，潘红卫

(1.华北水利水电学院，河南郑州 450011;2.中国环境科学研究院水环境系统工程研究室，北京 100012)

乌梁素海湖泊水质演变特征及富营养化评价

雷宏军1，2，王 刚1，2，温随群1，张列宇2，潘红卫2

(1.华北水利水电学院，河南郑州 450011;2.中国环境科学研究院水环境系统工程研究室，北京 100012)

利用乌梁素海近6年的水质监测资料，分析了乌梁素海水体的主要营养盐在不同湖区的时空变化规律.结果显示，出湖河口营养盐含量较低，各湖区营养盐含量较高;受河套灌区灌溉退水水量及水质条件的影响，湖区内氨氮，TN，TP等营养盐浓度丰水期＞枯水期＞平水期.年际之间，湖泊氨氮，TN，TP水质呈现波动变化趋势，COD浓度呈明显下降趋势但其浓度一直高于Ⅳ类水质标准.最后，采用综合营养状态指数法对2011年湖泊营养化水平进行了评价，乌梁素海处于中度富营养水平.

乌梁素海;水质;演变特征;富营养化

湖泊富营养化是指湖泊水体在自然因素和(或)人类活动的影响下，大量营养盐输入湖泊水体，使湖泊逐步由生产力较低的贫营养状态向生产力水平较高的富营养状态变化的一种现象［1］.它不仅表现为湖泊中藻类和大型水生生物的过度生长，同时还伴随着一系列的水质变化，如pH值升高，深层水缺氧(伴随鱼类的死亡)，水中氮磷等营养元素的含量增高，水体产生水华、黄苔等，导致水质恶化，影响供水、渔业、旅游等多种功能.因此，湖泊水质调查是研究湖泊营养化问题，评价湖泊营养状态，制定湖泊富营养化防治对策必不可少的基础工作［2］.

目前，对湖泊的富营养化评价的方法很多，王兆群等用营养状态指数法对洪泽湖进行了评价［3］;陈静等利用卡尔森营养状态指数法对微山湖进行了评价［4］;包艳飞基于MATLAB神经网络和我国湖库富营养化评价标准，运用人工神经网络模式识别理论和方法对我国湖泊富营养化状况进行了评价［5］;另外，模糊元模型、基于水质标识指数法等方法在湖泊富营养评价中也得到了应用［6－7］.这些评价主要是对南方地区湖泊进行的，对于北方干旱地区的湖泊来说，富营养化评价相对较为缺乏.为了能准确地对北方干旱地区湖泊的富营养化进行科学的评价，笔者利用比较成熟的综合营养状态指数法对北方干旱地区的典型湖泊乌梁素海的富营养化进行了评价.

1 研究区概况

乌梁素海位于巴彦淖尔市乌拉特前旗境内，呼和浩特、包头、鄂尔多斯三角地带的边缘，是全国八大淡水湖之一，素有“塞外明珠”之美誉.它是全球范围内干旱草原及荒漠地区极为少见的大型多功能湖泊，也是地球同一纬度最大的湿地.

乌梁素海的水质呈现出逐年加重恶化的趋势.根据《巴彦淖尔市2008年水资源公报》数据，乌梁素海在2004—2007年监测的水质均为劣Ⅴ类，主要污染因子为:TN，TP，DO，COD，BOD5，氨氮，高锰酸盐等.现根据2008—2011年湖水监测数据，分析乌梁素海水质主要营养盐指标在不同湖区和不同时间的变化特征，并对乌梁素海富营养化进行评价.

根据乌梁素海地形特点及近年浓度梯度分布，在湖区布设7个调查采样点，具体位置如图1所示.

2 试验方法与评价标准

2.1 试验方法

监测频次为2006—2010年，每年监测3次(丰水期、平水期、枯水期)，2011年监测7次，3—10月每隔20 d采样、监测一次.水质监测项目包括水温、水深、透明度、pH值、电导率、溶解氧、化学需氧量、总氮、总磷、硝酸盐氮、氨氮等.监测方法均按国标法进行.水质标准采用《地表水环境质量标准》(GB3828—2002).

图1 采样监测点分布图

2.2 评价标准

采用中国环境监测总站制定的《湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定》中推荐的综合营养状态指数法来评价乌梁素海的富营养化.营养状态指数计算公式为

式中:TLI(∑)为综合营养状态指数;Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重;TLI(j)为第j种参数的营养状态指数;指标单位均为mg/L.

采用0～100的一系列连续数字对湖泊营养状态进行分级，具体分级标准见表1.在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越重.

表1 湖泊营养化分级标准

3 结果分析

3.1 主要营养盐沿程变化

根据2011年水质监测数据和进入乌梁素海湖区水流路径得到主要营养盐沿程变化如图2所示.

图2 2011年乌梁素海沿程主要营养盐浓度

由图2可以看出，各种营养盐浓度在入湖口较高，出湖口较低，且沿程污染物总体呈降低的趋势，体现了乌梁素海对湖泊污染物具有较好的降解作用，从而保证了进入黄河的水质.

3.2 主要营养盐年内变化趋势

图3给出了乌梁素海2011年主要富营养化控制指标的监测数据.

图3 乌梁素海主要营养盐随日期变化

按水期进行统计分析，可得出乌梁素海营养盐具有以下年内变化特征:①氨氮，TN，TP等营养盐浓度在各湖区平水期低于枯水期和丰水期，且丰水期高于枯水期;②COD各湖区监测值较高，但湖区不同位置的浓度差异较小.主要原因是:乌梁素海湖区营养物质浓度受入湖水量和入湖水质共同影响;丰水期入湖水量大，且主要来自于农田退水，此时营养盐浓度较高，入湖的营养负荷大，整体上湖区营养盐浓度处于较高水平;枯水期退水量小，入湖营养盐负荷小，故湖区营养盐浓度处于较低水平;COD浓度受入湖水量和入湖水质的影响较小，因此湖区内COD浓度年内变化不大.

3.3 主要营养盐年际变化趋势

根据2006—2011年水质监测资料统计，选取有代表性的入湖(西大滩)、湖心(大北口)和出湖(河口)三点来分析乌梁素海主要营养盐变化趋势，并与Ⅳ类水进行对比，监测结果如图4所示.

图4 乌梁素海2006—2011年主要营养盐变化

图4(a)表明，乌梁素海COD水质指标各年均未达到Ⅳ类水的水质标准.入湖COD从2006年到2008年有了明显降低，但之后有加重趋势;湖心和出湖的COD变化趋势基本一致，其浓度均在2009年达到最低值，之后几年略有上升.从近几年的总体数据来看，湖区COD浓度呈现降低趋势.湖心和出湖水质好于入湖水质.

图4(b)给出了2006—2011年入湖、湖心和出湖的NH3－N浓度变化趋势.入湖的NH3－N浓度在2007和2008年出现低值，之后呈现上升趋势，到2010年出现峰值，2011年又得到明显下降.湖心和出湖NH3－N变化趋势基本一致，且浓度保持在较低水平，基本达到了Ⅳ类水的水质标准.

图4(c)给出了2006—2011年入湖、湖心和出湖的TN变化趋势.入湖TN浓度年际之间呈现波动变化，在2006—2008年呈现好转趋势，之后浓度升高，在2010年浓度出现最大峰值，2011年出现最低值;湖心和出湖的TN浓度变化趋势基本一致，且维持在较低水平，在Ⅳ类水质标准偏上波动.

图4(d)给出了2006—2011年入湖TP变化趋势与湖心和出湖趋势.入湖浓度变化较大，且一直较高，2008年较低，之后又回升，2011年呈现最低值;从湖心和出湖上看，TP浓度基本维持在较低的浓度水平，除2010外，近年的年平均浓度均高于Ⅳ类水的水质标准.

从整体看，入湖口TN，氨氮，TP浓度表现出相同趋势，在2006—2008年呈现下降趋势，2008—2010年呈现上升趋势，在2010年达到峰值，受环境治理的影响，2011年明显下降，COD浓度多年高于Ⅳ类水质，TN，氨氮，TP浓度除入湖口外，其他湖区均在Ⅳ类水质标准上下波动.出湖口各项指标浓度均低于入湖口，说明乌梁素海具有良好的自净化作用.

3.4 湖区水体富营养化评价

根据乌梁素海2011年监测数据，对比综合营养状态指数法的评价标准，各监测点及全湖的富营养化评价见表2.

由表2可以看出，卜洞、河口等湖区处于轻度富营养状态，但其综合指数也已接近中度富营养状态，其他大部分湖区均为中度富营养状态.总体上看，乌梁素海全湖的水质为中度富营养状态.

表2 2011年乌梁素海营养化评价结果

4 结语

以上分析表明，基于《地表水环境质量标准》(GB3828—2002)和用综合营养状态指数法的评价标准得出的结果有很大不同.水质标准是针对单指标而论的，同一水域有的指标可能很差，有的指标会好一些，这样就出现了同一水域不同水质级别的现象;而综合营养状态指数法是综合几种有代表性的营养盐进行加权后综合评分，并对照其评价标准进行富营养化评价，此法能较准确地反映出湖区的营养状态，因此建议使用.基于乌梁素海水质监测资料，分析了其时空、年内及年际变化情况，得出以下结论.

1)从入湖口到出湖口营养盐浓度呈现降低的趋势.

2)不同水期营养盐的变化规律为:氨氮，TN，TP等营养盐浓度丰水期＞枯水期＞平水期.

3)从2006—2011年营养盐的变化趋势看，COD浓度逐年下降，但浓度一直高于Ⅳ类水的水质标准;氨氮，TN，TP浓度呈现波动变化趋势.

4)利用综合营养状态指数法对湖区的水质进行了评价，评价结果表明乌梁素海的水质呈中度富营养化.

［1］王明翠，刘雪芹，张建辉.湖泊富营养化评价方法及分级标准［J］.中国环境监测，2002，10:47 －49.

［2］姜波，杨士建，赵秀兰.骆马湖水质变化特征及其富营养化评价［J］.干旱环境监测，2005，12:224 －228.

［3］王兆群，张宁红，张勇，等.洪泽湖水质富营养化评价［J］.环境监控与预警，2010，2(6):31 －35.

［4］陈静，蒋万祥，王洪凯.微山湖典型水域营养盐分布及富营养化评价［J］.中国农学通报，2011，27(3):421－424.

［5］包艳飞，崔东文.MATLAB神经网络在湖库富营养化程度评价中的应用［J］.华北水利水电学院学报，2011，32(6):155－160.

［6］和吉，胡西林，邱林，等.模糊物元模型在湖泊水质评价中的应用［J］.华北水利水电学院学报，2007，28(2):97－100.

［7］陈娟，刘凌，王建中.支持向量分类机在湖泊富营养化评价中的应用［J］.人民长江，2008，39(2):55 －57.

Assessment on the Evolution Characteristics and Eutrophication of Water Quality in Wuliangsuhai Lake

LEI Hong-jun1，2，WANG Gang1，2，WEN Sui-qun1，ZHANG Lie-yu2，PAN Hong-wei2
(1.North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou 450011，China;2.Water Environment System Engineering Laboratory，Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China)

The spatial and temporal variation law of the essential nutrients in Wuliangsuhai Lake in different lake sites was analyzed in the paper by using the passed six years’water quality monitoring data.Results showed that the nutrient salt content was lower in the lake outlet while higher in the body of the lake.Influenced by the return water yield and the water quality of Hetao irrigation district，the nutrients concentrations of NH3-N，TN and TP in the wet season were than that in the low water season，while lowest in the normal water season.It also showed a downward trend of the COD concentration over the recent years，but the concentration was still higher than the VI level of lake water quality standard，while the NH3-N，TN and TP concentrations showed the trend of fluctuation during recent years.Finally，by use of aggregative nutrition status index method，the Wuliangsuhai Lake eutrophication assessment result was judged as the middle level in 2011.

Wuliangsuhai Lake;water quality;evolution characteristics;eutrophication

1002－5634(2012)02－0130－04

2012－02－08

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07106－001－ 006;2009ZX07106－03－01).

雷宏军(1975—)，男，湖北大冶人，副教授，博士，主要从事区域水资源高效利用方面的研究.

(责任编辑:蔡洪涛)