郭鹏程， 杨司嘉

(1.黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003；2.河南省城市水资源环境工程技术研究中心，河南 郑州 450003)

1 研究区概况

岱海位于内蒙古自治区乌兰察布市境内，是内蒙古自治区三大内陆湖之一，是国家级重要湿地，同时也是自治区级湖泊湿地自然保护区。近年来，岱海湖面急剧萎缩，水质持续恶化，流域生态系统已处于崩溃边缘，拯救岱海迫在眉睫[1-2]。为此，文中从水质监测数据中挖掘有用信息，识别岱海水质空间分布特征和变化规律，并对其成因进行分析，以便为决策者制定合理有效的水环境管理方案提供依据[3-7]。

2 技术方法

岱海共有5个水质监测站点，分别为三苏木站、苜花站、石门站、白庙子站、五苏木站，具体分布情况如图1所示。水质评价采用单因子评价法，并利用SPSS软件进行了岱海水质-水量相关性分析。

图1 岱海监测站点分布图

3 结果与讨论

3.1 单因子分析评价

根据1974—2018年共45 a的岱海水质监测资料(部分年份监测指标数据缺失)，结合岱海水环境质量影响因素(主要考虑工业活动、生活排污的人为因素)，选取高锰酸盐指数(CODMn)、溶解氧(DO)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)、5 d 生化需氧量(BOD5)及氟化物等8项指标作为代表性指标，采用5个监测站3个月(监测时间段基本为每年的5、7、9月份)这8个指标监测数据的平均值作为其年均值，参照《地表水环境质量标准》(GB 8978—2002)，评价岱海这45 a的水质变化情况，结果如图2所示。

图2 1974—2018年岱海代表性水质指标变化趋势

由图2可以看出：自1997年起，高锰酸盐指数(CODMn)值呈现稳定增长趋势，2004年小幅回落后继续呈增长趋势，至2016年回落后趋于稳定，此时岱海水质优于Ⅴ类水标准；DO指标较好，大部分时段远远优于Ⅳ类水标准；NH3-N指标较好，远远优于Ⅳ类水标准，其质量浓度变化幅度不大，多数时段能达到地表水Ⅱ类标准(0.5 mg/L)；TN指标除2018年为劣Ⅴ类水标准外，其余年份变化不大，均优于地表水Ⅴ类标准；TP指标前期监测值较低，都优于地表水Ⅲ类标准，2005年以后，TP的质量浓度明显增高，呈现先小幅回落—大幅升高—降低的趋势；COD指标数值一直较高，远远劣于Ⅴ类水标准，2014年其质量浓度达到最高值，2015年后有所回落，但仍远劣于Ⅴ类水标准；BOD5指标在2012年之前均优于地表水Ⅲ类标准，2013年的BOD5的质量浓度大幅增高，为劣Ⅴ类水标准，2014年后，其质量浓度逐渐趋于稳定，且优于地表水Ⅴ类标准；从变化趋势来看，在2011年之前，除个别年份外，氟化物指标总体变化趋势不大，在Ⅳ类和Ⅴ类水标准间浮动，但自2012年起，其质量浓度呈现上升趋势，为劣Ⅴ类水标准。

3.2 异常监测指标处理

由图2分析可知，2013年的BOD5监测值、2014年的TP和COD监测值，均较上一年度有较大上涨幅度，但下一年度又回归到正常水平。据调研，这些年份并无重大污染事故发生，也未开展应急治理措施，若发生重大污染事件，仅通过湖泊自净很难使水质恢复到之前水平。由此推断，上述指标的监测数据有误，需进行原因分析并剔除这些异常数据。

岱海共有5个水质监测站，通过2012—2015年各站点月监测数据(监测的时间段基本为每年的5、7、9月)变化趋势分析，找出导致数据异常的原因并剔除异常数据，分析结果如图3所示。

图3 异常指标质量浓度变化情况

3.2.1 2013年的BOD5监测值处理

将2012年与2014年的BOD5监测值与2013年的做对比，可以明显看出：2013年9月，5个站点的BOD5监测值较其他时段均有大幅度的增加，尤其是白庙子监测站的监测值为32.6 mg/L，较2013年7月份的高出近3倍，较2012年9月的高出近5倍，较2014年9月的高出近4倍。根据收集到的资料，2013年，凉城县污水处理厂正式投入运营，污水处理能力为2万t/d，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中一级B标准，尾水经茉莉沟排放至岱海。该污水处理厂的投入使用避免了一部分城镇生活污水直排对岱海的污染，但由于该污水处理厂处理能力有限，不能处理所有排入岱海的城镇污水，所以，不能使岱海水质迅速变好。经了解，2013年未采取特别有效的应急处理措施，如此高质量浓度的BOD5仅通过湖泊自净很难快速降至2014年的水平，说明该指标的监测值存在异常。经分析，白庙子监测点距离岱海电厂排污口较近，五苏木监测点距离岱海旅游区较近，存在水样采集时，附近新排放污染物未完全扩散的情况，2013年9月的BOD5监测数据在后续分析中不予采用。

3.2.2 2014年的TP和COD监测值处理

将2013年和2015年的TP监测数据与2014年的对比分析可看出：TP监测值在2014年5月较高，主要是三苏木、石门和五苏木3个站点的监测值居高，但该时段不存在造成TP监测值大幅增加的原因，说明该监测数据异常，剔除2014年的TP监测数据，后续分析中不被采用；2014年5、7、9月份的COD监测值都非常高，最高达到600 mg/L以上，而2013年和2015年的监测值均在200 mg/L左右，且2014年不存在导致该指标值升高的原因，数据存在异常，剔除2014年的COD监测数据。

3.3 污染物浓度平面分布情况

岱海水质在2008年以后为劣Ⅴ类，其中COD污染物质量浓度超标最严重，污染物质量浓度的平面分布情况采用COD作为代表指标，将自2008年以来，岱海5个监测站点(三苏木、苜花、石门、白庙子、五苏木)的COD监测数据在平面空间上插值，得到岱海的COD质量浓度平面分布情况，如图4所示。

图4 2008—2017年岱海COD质量浓度平面分布情况

由图4可以看出，2008年5月—2015年5月，岱海的COD质量浓度分布不均匀，各站点监测值相差较大(褐色代表质量浓度较高，蓝色代表质量浓度较低)。其中最明显的是2013年7月，苜花站点和白庙子站点的COD监测值分别为239 mg/L和136 mg/L，质量浓度差达到103 mg/L。从图4中COD的质量浓度分布的变化趋势来看，各站点COD质量浓度分布并不存在明显的规律性，每个站点COD质量浓度变化范围都很大。原因是：岱海的污染物质量浓度受支流汇入水水质的影响较大，各区域由降雨带来的支流入湖水量和污染物量均不同；湖体为封闭性湖泊，与外界水量交换较少，水动力不足，自净能力有限，难以快速稀释和消纳大量入湖污染物，在污染物未完全扩散之前进行水质监测，会得到污染物空间分布极不均匀的结果。说明2015年5月之前，岱海湖区污染物分布受支流汇入污染物的影响较大。随着岱海保护工作不断得到重视，截污减排工程逐步建成，大量污染物直排现象得到缓解，在降雨和风场的扰动下，岱海水体逐渐混合均匀；且在2015年7月之后，流域规划的节水减排措施逐步实施，由支流带入岱海的污染物总量减少，各站点污染物浓度质量监测值差值变小，岱海水质也较前期有所好转。

3.4 整体水质评价

3.4.1 水质类别评价

剔除异常数据后，对岱海1974—2018年水质类别进行总体评价，结果如图5所示。从图5中看出：岱海水质总体波动较大，基本在Ⅱ类至劣Ⅴ类之间变化，统计的这45 a监测数据中，水质类别为Ⅱ类的有2个年份，分别为1990年和1994年；水质类别为Ⅲ类的有2个年份，分别为1982年和1989年；水质类别为Ⅳ类的有18个年份，分别为1974年、1976年、1978—1981年、1984年、1986—1988年、1991—1993年、1995—1998年、2003—2004年；水质类别为Ⅴ类的有5个年份，分别为2000—2002年、2005—2006年；其余年份的水质类别均为劣Ⅴ类，共18个年份。

图5 岱海水质变化趋势

3.4.2 水质变化原因分析

由图5可以看出：1999年和2008年出现岱海水质变化的2个重要转折点，1999年之前，多数年份水质能够达到Ⅳ类标准；1999—2007年，水质多为Ⅴ类标准；自2008年起，岱海水质持续为劣Ⅴ类标准，且超标项增多。

岱海是内陆型封闭性湖泊，其水质变差的原因来自两个方面：一是流域内污染负荷的增加，导致入湖污染物增多；二是湖区水量不断减少导致污染物浓度升高。其中，第二个方面是一个逐渐变化的过程，短时间内不会引起突变[8-9]。

通过资料梳理发现，引起岱海水质产生较大波动的环境事件如图6所示。

图6 水环境大事件节点分析图

3.5 水质与水量相关性分析

水质的变化一方面与入湖污染物总量有关，另一方面与湖区蓄水量有关。本文选取2001—2018年的监测指标年均值和湖区蓄水量系列资料，采用SPSS软件进行了相关性分析，选取指标有CODMn、TN、TP、BOD5和DO，分析结果见表1。表1中的结果显示：总蓄水量和CODMn、TP、BOD5显著负相关，和DO显著正相关，和TN无明显相关关系。

表1 蓄水量与水质监测指标相关性分析

4 结论

岱海水质变化与外来污染物的输入量、湖区蓄水量显著相关，岱海水环境改善主要还是需要从削减污染物入湖量和生态补水两个方面着手进行。削减污染物入湖量可明显改善岱海水质空间分布差异性，而生态补水可增加岱海水环境容量，并提高岱海抗污染物冲击能力。