娜仁格日乐，王慧杰

（1.新疆巴音郭楞蒙古自治州博斯腾湖研究所，新疆 巴音郭楞 841000；2. 新疆巴音郭楞蒙古自治州环境保护局，新疆 巴音郭楞 841000）

湖泊作为一种重要的自然资源，具有蓄水、供水、养殖和旅游等多项生态功能［1-2］，对人类生存和城市发展起着重要作用［3-4］。然而，随着我国经济社会的快速发展，我国七大水系总体呈现不同程度的污染，湖泊富营养化问题突出［5-6］。湖泊水质的情况受到政府和学术界的广泛重视，2010年以来政府先后实行了湖泊“十二五”和“十三五”生态环境保护项目，学术界也对我国重点湖泊做了大量研究［7-10］。

博斯腾湖位于新疆巴音郭楞蒙古自治州焉耆盆地东南，是我国第一大内陆淡水湖［11］，属于国家控制重点湖泊。近几年，研究学者为改善博斯腾湖水质做了大量研究［12-15］，但很少报道2010年实行湖泊生态环境保护项目以来博斯腾湖的水质动态变化特征和空间分布。本研究以博斯腾湖大湖区为研究对象，对2000—2017年水质的动态变化特征进行分析，并采用普通克里金插值和Pearson相关性检验探讨博斯腾湖8种水质指标的空间分布特征及相关性，以期为该区水环境污染控制规划及制定改善措施提供重要的理论依据，供相关研究者参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

博斯腾湖位于新疆天山山脉中段南麓，焉耆盆地最低处博斯腾湖区（41°46′～42°08′N，86°19′～87°28′E）（图1），属于温带大陆性干旱气候，平均海拔1 048 m，年平均降水量64.7 mm，年蒸发量1 881.2 mm。博斯腾湖分为大湖区和小湖区，大湖区东西长55 km，南北平均宽20 km，在海拔高程为1 048.75 m时，水面面积为1 002.4 km2，容积为8.8×109m3，平均水深为7.38 m，小湖区面积约300 km2。

图1 博斯腾湖地理位置

1.2 研究方法

采用克里金插值（Kriging），也称为空间局部插值法，是以变异函数理论和结构分析为基础，在有限区域内对区域化变量进行无偏最优估计的一种方法［16］。由于具有地统计学的统计特征，运用克里金插值方法，不仅可以得到预测结果，还可以得到预测误差，有利于评估预测结果的不确定性。

1.3 数据来源

博斯腾湖17个固定监测点（图2）2000—2017年的监测数据来源于巴州环境监测站，每年5～10月各监测采样1次，博斯腾湖年度动态变化的分析数据为各项指标17个采样点的平均值。

数据统计、计算及绘图采用Excel 2003、Arcgis 10.2和SPSS 22.0系统软件。

图2 博斯腾湖水样采样点分布

2 结果与分析

2.1 博斯腾湖水质指标年度动态变化

博斯腾湖2000—2017年的各项水质指标分析结果（图3）显示：博斯腾湖水体中溶解氧含量（DO）呈先升高后降低再升高的波动趋势，在2005年达到最高、为9.2 mg/L，随后逐渐降低至2012年的6.5 mg/L，再逐渐升高；生化需氧量（BOD5）、总磷（TP）含量均呈先升高再逐渐下降的单峰模式，分别在2005、2006年达到峰顶；氨氮（NH3-N）含量呈先迅速下降再逐渐上升的趋势；高锰酸盐指数（CODMn）和化学需氧量（CODcr）变化趋势基本一致，均呈先下降后升高再下降的趋势；总氮（TN）含量基本保持不变，在0.68～1.00 mg/L之间浮动；矿化度（TDS）则呈先逐渐上升（2000—2012年）后逐渐下降（2013—2017年）的趋势。总体来看，2010年后博斯腾湖各项水质指标有所下降，可见博斯腾湖水质在2010年后有所好转。

对博斯腾湖进行8项监测指标、总体水质测定及水质标准评价可知，博斯腾湖2017年生化需氧量、总磷、溶解氧达到Ⅰ类标准，氨氮达到Ⅱ类标准，高锰酸盐指数、总氮达到Ⅲ类标水。根据水质单因子评价结果可知，博斯腾湖水质2000—2017年均为IV类水质，超标因子为化学需氧量。

2.2 博斯腾湖水质指标相关性分析

为研究博斯腾湖8种水质指标的相关密切程度，从而寻求改善博斯腾湖水质的方法，本研究对博斯腾湖8种水质进行Pearson相关性分析，结果（表1）表明：总磷与总氮含量的相关系数最高，达极显著负相关；其次是五日生化需氧量与化学需氧量，也达到极显著负相关；氨氮含量与矿化度的相关系数最低，R=0.019。溶解氧与高锰酸盐指数、氨氮含量均呈极显著正相关，与五日生化需氧量呈极显著负相关；高锰酸盐指数与化学需氧量、氨氮含量均呈极显著正相关，与五日生化需氧量呈极显著负相关；化学需氧量与氨氮、矿化度均呈极显著正相关，与总氮呈显著正相关；五日生化需氧量与氨氮、矿化度均呈极显著负相关；氨氮与总氮含量呈极显著正相关，与总磷呈极显著负相关；总氮与总磷含量呈极显著负相关，总磷含量与矿化度呈极显著正相关。

2.3 博斯腾湖水质指标空间分布

为更直观地了解博斯腾湖水质空间分布状况，利用普通克里金插值对8项水质指标进行插值估计。结果（图4，封二）显示：8项水质指标空间分布不同，其中溶解氧含量以西北部黄水沟区域最低，随后向东南部湖心区域逐渐升高；高锰酸盐指数、化学需氧量、总氮、矿化度4项指标含量在湖西南部开都河区域最低，由湖心向西北部和东南部呈逐渐升高的趋势；化学需氧量在西北部黄水沟区域含量最高，由湖北部向南部逐渐减少，呈阶梯状降低；氨氮含量在湖西北部和西南部含量较高，环绕着该区域的氨氮含量逐渐降低；总磷含量在湖区域内变化不大，呈现由湖心向着西南部逐渐降低的趋势。

图3 博斯腾湖水质指标年际变化状况

3 结论与讨论

本研究基于博斯腾湖大湖区内17个固定采样点2000—2017年监测数据，分析了近18年博斯腾湖水质的动态变化特征，结果表明2010年实行湖泊生态环境保护项目以来博斯腾湖的水质有所改善，但仍存在空间分布不均的问题。

湖泊水环境对整个生态系统起关键性作用，开展湖泊水质评价及污染物空间分布特征研究是保护该类生态系统的重要前提［17］。从博斯腾湖2000—2017年8项水质监测数据可知，博斯腾湖水质变化可划分为两个阶段：2000—2010年各项水质指标均呈逐步升高的趋势，2010—2017年各项水质指标呈逐渐下降的趋势，其中总磷含量由Ⅲ类变成Ⅰ类水质，五日生化需氧量由V类变为I类水质。以往研究认为湖泊的水质指标与水位呈正相关［18］，然而根据调查2000—2017年博斯腾湖水位整体呈下降趋势（图5）。

表1 博斯腾湖水质Pearson 相关系数

图5 博斯腾湖水位变化

水质指标是评价湖泊水质等级的重要因素，本研究通过对2000—2017年博斯腾湖8项水质指标的监测数据进行Pearson相关性分析可知，各项水质指标存在不同程度的相关性。其中博斯腾湖溶解氧与生化需氧量呈极显著负相关，化学需氧量与氨氮、矿化度均呈极显著正相关，矿化度与高锰酸盐指数、化学需氧量呈极显著正相关，这与以往学者的研究结果一致［19-20］。

化学需氧量和生化需氧量均是用定量的数值来间接地、相对地表示水样中有机物质数量的重要水质指标［21］。以往学者的研究认为，通过计算生化需氧量/化学需氧量的比值可大致判断水体的生物可降解性，一般认为BOD5/CODCr＞0.58为完全可生物降解污水，BOD5/CODCr=0.45～0.58为生物降解性良好，BOD5/CODCr=0.30～0.45为可生物降解污水，BOD5/CODCr＜0.30为难生物降解污水。利用博斯腾湖2003—2016年生化需氧量和化学需氧量的均值，可计算博斯腾湖BOD5/CODCr=0.064，远小于0.3，表明博斯腾湖为难生物降解的污水。针对此问题，后续研究将对博斯腾湖难降解物质进行检测，从目前国内外对难降解有机物废水的处理方法中选择适合博斯腾湖的处理方法，提出科学有效的改善博斯腾湖水质措施。

通过普通克里金差值研究博斯腾湖的空间分布可知，目前博斯腾湖水质存在空间分布极为不均的情况，博斯腾湖西北部和东南部各项水质指标含量较高，湖中心区和西南部水质指标含量较低。本研究结果表明，博斯腾湖水质空间分布不均，其原因在于湖泊地表水补给输出现状。目前，博斯腾湖地表水补给主要来源于位于湖泊西南侧的开都河东支，年均径流量约为17亿m3；地表水输出唯一出口是位于湖泊西南角的扬水站，年均取用水量约为8亿m3。地表径流入口与出口距离过近，导致湖泊中部、东部等大部分区域无法实现有效的水文循环，仅依靠风力实现水力交换。整体导致湖泊水体内循环动力不足，继而引起水质空间分布不均，污染物降解也受到一定影响。建议改变博斯腾湖地表径流入口与出口的位置，从而促进水质循环。

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