程海水化學基本特征研究

嚴谷芬，路　萍，李　俊，楊廣萍，潘　宇

(云南省環(huán)境科學研究院，云南 昆明 650034)

程海水化學基本特征研究

嚴谷芬，路萍，李俊，楊廣萍，潘宇

(云南省環(huán)境科學研究院，云南 昆明 650034)

摘要：通過試驗研究，對程海的水化學特征從礦化度、主要離子及其水型、pH、總硬度、總堿度、電導率等指標進行了詳細研究，結(jié)果顯示程海水化學基本特征為：酸堿度高、中等硬度水質(zhì)、總堿度高、礦化度高、氟離子含量高、離子總量水平高、水型為重碳酸納組第Ⅰ 型水，即CNaⅠ 型(俗稱蘇打水)。

關(guān)鍵詞：水化學特征；高原湖泊；重碳酸鈉組Ⅰ 型；程海

湖水與自然界其他類型水體一樣，是一種十分復雜的溶液，常溶有一定數(shù)量的化學離子、溶解性氣體、溶解性鹽類、生物營養(yǎng)元素和微量元素。湖泊水化學基本特性由礦化度、主要離子和水型決定，pH、總硬度、總堿度、電導率等指標則從不同的角度反映水化學的基本特征。本項目對上述因素進行了研究，以全面了解程海水化學背景。

1研究方法

1.1樣點設(shè)置

在程海湖湖北、湖中、湖南設(shè)置3個斷面，每個斷面左、中、右3個采樣站，一共9個采樣站，詳見圖1。其中，湖中斷面的中心位置5#采樣站分層采樣，分別于水表下0.5m、5.0m、10.0m、15.0m、20.0m和離湖底0.5m處采集，共采集6層水樣，每次采樣合計14個采樣點。

1.2采樣時間

每季度采樣1次，分別于2009年10月，2010年1月、4月、7月采樣，代表春、夏、秋、冬四季情況。

1.3水樣的野外采集

到達固定采樣站后，首先對采樣站進行定位，測定水深、水溫、透明度、pH等指標，觀察水環(huán)境狀況，并做好現(xiàn)場記錄。用有機玻璃采水器采集指定水層水樣，放入事先準備好的采樣桶中，帶回實驗室分析。

1.4實驗室分析方法

采用國家或行業(yè)標準方法，有關(guān)操作和質(zhì)量控制按《HJ/T91-2002 地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[1]《水和廢水監(jiān)測分析方法》第四版中的A類方法進行[2]。

1.5質(zhì)量控制

野外工作質(zhì)量控制：按照有關(guān)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)操作規(guī)范和標準執(zhí)行。

實驗室分析質(zhì)量控制：實行專人負責，進行平行樣、加標回收樣、密碼樣控制。

2結(jié)果與分析

2.1pH

湖水pH值影響水體金屬鹽和碳酸鹽的形態(tài)和沉淀，是水化學研究中最重要的指標之一。程海湖水pH變動在9.10～9.42(無量綱，以下同)，年平均9.28，高于《GB3838-2002 地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的Ⅰ～Ⅴ類水標準6～9的范圍。項目實施期間，程海湖水中pH最小值出現(xiàn)于2010年1月湖中心5#樣點5～10m水層處，最大值出現(xiàn)于2009年10月湖中心5#樣點0.5～5m水層處和離湖底0.5m水層處。從各個季節(jié)來看，春季pH 9.23，夏季pH 9.30，秋季pH 9.30，冬季pH 9.30，程海春季pH相對較低，其余季節(jié)pH值十分一致，其原因可能是2010年春季水草萌發(fā)較晚,浮游植物生長處于相對低谷期，生物活動微弱的緣故。依據(jù)湖區(qū)旱雨季分明的特點來分析pH的差異(程海湖區(qū)旱雨季的劃分：旱季11月至翌年5月中；雨季5月中至10月)：旱季pH 9.27，雨季pH 9.30，兩者相差0.03，旱季pH略微偏低也是與生物活動相對較弱有關(guān)。水平分布來看：1#樣點年平均pH 9.29、2#pH 9.30、3#pH 9.30、4#pH 9.29、5#pH 9.29、6#pH 9.27、7#pH 9.27、8#pH 9.27、9#pH 9.26，其規(guī)律是：湖北部略偏高，湖南部略偏低，全湖水平分布差異不大。垂直分布來看：水表下0.5m 處pH 9.30、5.0m處9.27、10.0m處9.28、15.0m處9.28、20.0m處9.27、離湖底0.5m處pH 9.28，除表層pH明顯偏高外，其余水層幾乎沒有差異。總體上，程海pH相對穩(wěn)定，時空差異不大，影響pH時空差異的原因主要是生物的活動。

2.2總硬度

水中硬度的主要天然來源是沉積巖、地下滲流及土壤沖刷中的溶解性多價態(tài)金屬離子，主要為鈣、鎂、鋇、鐵、錳，鍶、鋅等金屬離子。程海湖水總硬度較高，含量范圍為272.60～288.95mg/L，平均281.4mg/L，如按1德度等于17.847mg/L換算，程海湖水的硬度范圍是15.3～16.2德度，平均15.8德度。以水質(zhì)硬度評價標準(1～4德度為強軟水；4～8德度軟水；9～12德度適度硬水；13～18德度中度硬水；19～30德度硬水)衡量，程海湖水為中度硬水。

從季節(jié)分布來看，程海湖春季湖水總硬度284.4mg/L，夏季286.8mg/L，秋季274.0mg/L，冬季280.4mg/L，夏季高秋季低，兩者相差4.5%。按旱雨季來看：旱季湖水總硬度282.4mg/L，雨季280.4mg/L，相差不大。從水平分布上看：1#樣點年平均總硬度280.6mg/L、2#樣點281.1mg/L、3#樣點280.3 mg/L、4#樣點280.1mg/L、5#樣點28 0.9mg/L、6#樣點282.1mg/L、7#樣點282.9mg/L、8#樣點282.4mg/L、9#樣點282.4 mg/L，湖中北部略低，湖南部略高，全湖水平分布差異不大。從垂直分布看：水表下0.5m處總硬度280.9mg/L、5.0m處282.1mg/L、10.0m處281.9mg/L、15.0m處282.6mg/L、20.0m處281.9mg/L、離湖底0.5m處282.6mg/L，湖表層略低，湖底層略高，整個水層差異也不明顯。

2.3總堿度

總堿度是用來評價水體的緩沖能力的重要指標，從中可推測金屬物質(zhì)的溶解性和毒性，又是確定水體是否適宜農(nóng)用的重要依據(jù)。程海湖水總堿度含量范圍為645.1～729.5 mg/L，平均673.6mg/L，最小值出現(xiàn)于2009年10月湖中心5#樣點表層，最大值出現(xiàn)于2010年7月湖中心5#樣點底層。從四季分布來看，程海湖春季湖水總堿度671.3mg/L，夏季715.2mg/L，秋季651.7mg/L，冬季655.9mg/L，夏季高秋季低，兩者相差9.7%。按旱雨季來看：旱季湖水總堿度683.9mg/L，雨季663.6mg/L，旱季僅比雨季高3.1%。從水平分布上看：1#樣點年平均總堿度670.9mg/L、2#樣點671.3mg/L、3#樣點673.4mg/L、4#樣點675.5mg/L、5#樣點672.4mg/L、6#樣點672.0mg/L、7#樣點677.3mg/L、8#樣點676.5mg/L、9#樣點672.6mg/L，湖西南部略高，湖西北部略低，全湖水平分布差異甚微。從垂直分布來看：水表下0.5m處總堿度672.4mg/L、5.0m處672.0mg/L、10.0m處668.2mg/L、15.0m處671.8mg/L、20.0m處675.7mg/L、離湖底0.5m處671.3mg/L，湖表層略低，20.0 m水層處略高，總堿度在程海垂直水柱中差異也甚微，不到1.5%。

2.4電導率

電導率是湖水傳導電流能力的指標，程海湖水電導率變動在100.9～176.7μS/cm，年平均118.2μS/cm，最小值出現(xiàn)于2010年4月湖南部采樣點，最大值出現(xiàn)于2010年9月湖中心5#樣點。從各個季節(jié)來看，春季電導率118.0μS/cm，夏季電導率113.8μS/cm，秋季電導率124.0μS/cm，冬季電導率115.9μS/cm，程海秋季電導率高于其它季節(jié)，平均偏高6.9%。按湖區(qū)旱雨季的劃分來看(旱季11月至翌年5月中；雨季5月中至10月)：旱季電導率116μS/cm，雨季電導率112μS/cm，兩者相差僅4μS/cm，按百分率算差異在3.5%以內(nèi)。根據(jù)本次研究測定結(jié)果，結(jié)合對照麗江市多年的監(jiān)測資料，分析認為程海湖水緩沖能力強，粒子水平穩(wěn)定，電導率年度之間的變化、年內(nèi)水平分布和垂直分布差異都不大。

2.5礦化度

湖水礦化度直接反映湖泊的化學類型及其鹽類物質(zhì)在湖泊中積累或稀釋的環(huán)境條件，涉及到湖泊的物理、化學和生物過程，是表示湖水化學性質(zhì)的綜合指標。程海水體礦化度702～914mg/L，年平均806mg/L，按照天然水礦化度分類標準，低于1000mg/L為淡水，1000～24000mg/L為微咸水，程海目前尚屬于淡水湖。研究期間，程海礦化度最小值出現(xiàn)于2010年2月5#采樣站水下20～30m水層處，最大值出現(xiàn)于2010年8月湖南岸7#采樣點。從季節(jié)分布來看，春季湖水礦化度767mg/L，夏季842mg/L，秋季875mg/L，冬季748mg/L，秋季礦化度平均含量最高而冬季最低，兩者相差15.65%，程海礦化度季節(jié)分布特征是夏秋季高于冬春季。按旱雨季來看：旱季湖水礦化度780mg/L，雨季湖水礦化度843mg/L，雨季礦化度比旱季平均偏高8.1%，雨季礦化度偏高與該季節(jié)陸源污染物集中入湖相關(guān)。從水平分布來看：1#采樣點年平均礦化度821mg/L、2#采樣點800mg/L、3#采樣點790mg/L、4#采樣點809mg/L、5#采樣點804mg/L、6#采樣點816mg/L、7#采樣點820mg/L、8#采樣點795mg/L、9#采樣點792mg/L，其規(guī)律是：湖東部、湖南部、湖北部和湖中部差異都不大，但湖西部礦化度偏高。從垂直分布來看：水表下0.5m處礦化度791mg/L、5.0m處801mg/L、10.0m處788mg/L、15.0m處776 mg/L、20.0 m處781mg/L、離湖底0.5m處822mg/L，礦化度湖底層最高，水深5.0m處次高，其次的表層處，水深10.0m—15.0m—20.0 m處相對較低，最高與最低相差僅有5.9%。

本次研究結(jié)果再次驗證了程海礦化度雖然明顯高于云南其他湖泊(<0.33 mg/L)，但低于咸水湖的最低標準(1000mg/L)，程海仍然屬于淡水湖泊。這與云南省環(huán)境科學研究院《程海流域環(huán)境保護規(guī)劃》、《程海pH和氟化物高背景值研究》等研究結(jié)果相同，而與胡文英報道的不一致[3]。其原因可能是程海自1690年水位開始下降，至研究期(1984年4月—1985年1月)的294年間，水位已經(jīng)連續(xù)下降40余m，長期以來強烈的面積萎縮和蒸發(fā)濃縮作用，造成湖水礦化度處于階段最高值，也可能由于分析研究方法不同或研究人員的操作誤差導致研究成果比真值偏高，還有一個重要因素是：近20a來，程海水位上漲后略有下降，但下降幅度并不劇烈，湖水的礦化過程得到較有效的緩解。

2.6主要離子及其水型

(1)K+

程海湖水中含量為4.98～24.33mg/L，平均15.17mg/L。從季節(jié)分布來看：春、夏、秋、冬四季湖水中K+平均含量分別是：16.51 mg/L、17.72mg/L、12.0mg/L和11.11mg/L，夏季最高，冬季最低，兩者相差22.9%；春夏季高于秋冬季，偏高48.1%。按照程海湖區(qū)旱雨季分明的特點劃分，旱季和雨季程海湖水中K+平均含量分別是15.60mg/L和14.75mg/L，兩者相差0.85mg/L，約5.8%。從K+在各個采樣點的分布情況來看：1#采樣點年平均17.49mg/L、2#采樣點15.42mg/L、3#采樣點15.49mg/L、4#采樣點15.75mg/L、5#采樣點15.47mg/L、6#采樣點17.88mg/L、7#采樣點13.67mg/L、8#采樣點12.67mg/L、9#采樣點12.75mg/L，其規(guī)律是：湖東部>湖西部>湖中部，湖中部>湖北部>湖南部，湖東部比湖中部偏高7.4%，湖中部比湖南部偏高22.0%，湖南部K+平均含量13.03mg/L，低于全湖平均值14.1%。其原因是南部為水草集中分布區(qū)，水生植物生長過程中大量吸收K+并固定于體內(nèi)，造成該區(qū)域水體中K+低于其他區(qū)域。湖中心5#采樣站垂直分布上，水表下0.5m處15.47mg/L、5.0m處16.14mg/L、10.0m處17.96mg/L、15.0m處14.42mg/L、20.0m處12.16mg/L、離湖底0.5m處12.01mg/L，垂直分布以10.0m水層最高而湖底層最低，10m以上水層含量明顯高于20m以下的深層水中含量。

(2)Na+

Na+為植物光合作用、重碳酸鹽傳輸、細胞內(nèi)pH調(diào)節(jié)、氮固定和還原、磷的吸收等所需要。程海湖中含量為180.0～298.58mg/L，平均273.3mg/L。從季節(jié)分布看：春季湖水中Na+平均含量240.5mg/L，夏季251.5mg/L，秋季185.4mg/L，冬季271.8mg/L，水體中Na+含量冬季最高而秋季最低，與水生生物的活動密切相關(guān)，冬季水生生物吸收量處于低谷，水體中Na+含量處于高峰；秋季大量Na+被儲存于生物體，水體中Na+含量處于低谷。以旱季和雨季來看：旱季水體中Na+平均含量256.2mg/L，雨季218.5mg/L，也反映水體中Na+含量水平與生物活動密切相關(guān)，生物量大的雨季水體中Na+含量低，生物量低的旱季，水體中Na+含量高。從Na+含量在各個采樣點的水平分布情況看：1#采樣點年平均231.94mg/L、2#采樣點228.51mg/L、3#采樣點237.83mg/L、4#采樣點239.33mg/L、5#采樣點231.92mg/L、6#采樣點243.45mg/L、7#采樣點242.44mg/L、8#采樣點239.53mg/L、9#采樣點240.91mg/L，6#采樣點平均含量最高而2#采樣點最低，二者年平均含量相差6.5%，即Na+含量在全湖水平分布相差不大，其大體規(guī)律是：湖東部>湖西部；湖南部>湖北部，而且各個區(qū)域與湖中部的差別都不大，全湖最高區(qū)域湖東南部與最低區(qū)域湖北部年平均含量僅相差3.5%。垂直分布上，水表下0.5m處231.92mg/L、5.0m處256.99mg/L、10.0m處235.21mg/L、15.0m處238.76mg/L、20.0 m處237.56mg/L、離湖底0.5m處240.22mg/L，水表層含量最低而5.0m水層處最高，垂直分布上也是比較均勻，湖上部僅比湖底部偏高2.3%。盡管在地殼平均組成中，鉀和鈉的豐度很接近，而且鉀鹽的溶解度普通高于鈉鹽，但膠體吸附K+的能力大于Na+，加之低等植物和高等植物普遍吸收K+合成有機質(zhì)：所以，程海水中鈉的含量高于鉀的含量18倍之多。

(3)Ca2+

程海湖水中含量為5.78～20.75mg/L，平均9.27mg/L。從季節(jié)分布來看：春、夏、秋、冬四季湖水中Ca2+平均含量分別是：6.58mg/L、6.80mg/L、10.50mg/L和11.73mg/L，冬季最高，春季最低，兩者相差78.3%，季節(jié)波動十分明顯。從旱季和雨季來看：旱季水體中Ca2+平均含量9.99mg/L，雨季8.54mg/L，兩者相差17.0%，差異也比較明顯。從Ca2+在各個采樣點的分布情況來看：1#采樣點年平均8.93mg/L、2#采樣點9.78mg/L、3#采樣點8.45mg/L、4#采樣點11.73mg/L、5#采樣點8.29mg/L、6#采樣點8.11mg/L、7#采樣點0.43mg/L、8#采樣點9.79mg/L、9#采樣點8.90mg/L，4#采樣點平均含量最高而6#采樣點最低，二者年平均含量相差達44.6%，即Ca2+含量在全湖水平分布差異也明顯，其規(guī)律大體是：湖西部>湖中部>湖東部，湖中部>湖南部>湖北部，湖西部比湖中部偏高16.1%，湖中部比湖北部偏高1.3%。垂直分布上，水表下0.5m處8.29mg/L、5.0m處8.11mg/L、10.0m處8.36mg/L、15.0m處8.18mg/L、20.0m處9.51mg/L、離湖底0.5m處8.38mg/L，5.0m水層處含量最低而20.0m水層處含量最高，二者相差17.3%，也存在比較明顯的差異。程海中Ca2+時空分布差異的形成及其與生物地球化學循環(huán)的關(guān)系有待深入研究。

(4)Mg2+

Mg元素為水草、藻類、真菌、細菌普遍需要的微量元素，程海湖水中含量為57.60～86.40mg/L，平均68.16mg/L。從季節(jié)分布看：春季湖水中Mg2+平均含量62.75mg/L，夏季59.14mg/L，秋季84.19mg/L，冬季66.57mg/L，秋季>>冬季>春季>夏季，秋季與夏季相差達42.4%。從旱雨季來看：旱季水體中Mg2+平均含量64.66mg/L，雨季71.67mg/I，兩者相差10.8%，也存在一定的差異。從Mg2+在各個采樣點的分布情況來看：1#采樣點年平均57.60mg/L、2#采樣點59.83mg/L、3#采樣點59.68mg/L、4#采樣點57.83mg/L、5#采樣點59.30mg/L、6#采樣點61.48mg/L、7#采樣點58.38mg/L、8#采樣點58.28mg/L、9#采樣點59.95mg/L，6#采樣點平均含量最高而1#采樣點最低，二者年平均含量相差6.7%，顯示Mg2+含量在程海湖水平分布相差不大，全湖比較均一。垂直分布上，Mg2+年均含量在水表下0.5m處67.23mg/L、5.0m處67.94mg/L、10.0m處66.51mg/L、15.0m處66.95mg/L、20.0 m處68.91mg/L、湖底0.5m處67.48mg/L。10.0m水層處含量略低而20.0m水層處含量略高，二者相差3.6%，大體規(guī)律是湖底部略高，湖上部次之，而湖中部略低。Mg2+在程海湖各個水層中的分布差異也不大，Mg2+在水平分布和垂直分布上其化合物溶解度都相對較低，而且在pH<10時，一般不會發(fā)生有效沉淀。

(5)HCO3-

在程海水體中含量范圍為394.4～511.8mg/L，平均470mg/L。最小值出現(xiàn)于2009年10月湖東北部3#采樣點，最大值出現(xiàn)在2010年4月湖東南部9#樣點。從季節(jié)分布看：春、夏、秋、冬四季湖水中HCO3-平均含量分別是 499.5mg/L、475.5mg/L、440.8mg/L和451.5mg/L，秋冬季節(jié)HCO3-含量水平低而春季和夏季較高，最高含量水平(春季)與最低季節(jié)(秋季)的含量水平相差13.3%，差異相對明顯。從旱季和雨季的劃分來看：旱季平均含量475.5mg/L，雨季平均含量458.2mg/L，兩者相差17.3mg/L，按百分率折算為3.8%，旱雨季差異總體不大。從HCO3-在各個采樣點的分布情況來看：1#采樣點年平均含量480.4mg/L、2#采樣點478.5mg/L、3#采樣點460.3mg/L、4#采樣點471.9mg/L、5#采樣點462.4mg/L、6#采樣點458.4mg/L、7#采樣點469.9mg/L、8#采樣點459.2mg/L、9#采樣點460.5mg/L，湖西北部1#采樣點年平均含量最高而湖東部6#采樣點最低。不過，HCO3-年平均含量在最高采樣點與最低采樣點相差僅4.8%，差異并不明顯。水平分布的大體規(guī)律是：湖北部至湖南部逐漸減低，但其相差幅度不大。垂直分布上，水表下0.5m處462.4mg/L、5.0m處461.5mg/L、10.0m處459.6mg/L、15.0m處472.0mg/L、20.0 m處472.3mg/L、離湖底0.5m處454.4mg/L，HCO3-含量在20.0 m水層處略高而湖底層最低，即水表層—20.0m水層的水柱中HCO3-含量漸次升高，水深超過20.0m后，水柱中的HCO3-含量有所下降?？傊琀CO3-含量在程海垂直水柱中差異也不大，最高水層處含量與最低處水層含量相差不到4.0%。

(6)CO32-

程海水體中CO32-含量范圍為79.4～131.6mg/L，平均103.5mg/L。最小值出現(xiàn)于2010年春季湖西北部1#采樣點，最大值出現(xiàn)在2010年夏季湖東南部9#樣點。從季節(jié)分布來看：春季湖水中CO32-離子平均含量85.9mg/L，夏季120.5mg/L，秋季105.6mg/L，冬季102.2mg/L。春季水生生物復蘇，水體中CO32-含量明顯比其它季節(jié)偏低，夏季水體中CO32-含量卻最高，秋冬季節(jié)基本一致，春季與夏季程海水體中CO32-平均含量差異達到40.3%，十分明顯。從旱雨季CO32-平均含量來看：旱季94.1mg/L，雨季113.0mg/L，旱季比雨季偏低20.1%，差異也較顯著。水體中CO32-是生物生長所必需碳源的主要來源，程海中CO32-含量季節(jié)差異的形成與水生動植物的生命活動過程關(guān)系密切，春季生物復蘇，光合作用強烈，CaCO3析出，沉淀量大，因而造成水體中的CO32-含量水平低，其季節(jié)分布特點與Ca2+季節(jié)分布特點一致。從各個采樣點的水平分布情況來看：1#采樣點年平均95.5mg/L、2#采樣點96.6mg/L、3#采樣點106.7mg/L、4#采樣點102.0mg/L、5#采樣點105.2mg/L、6#采樣點106.9mg/L、7#采樣點103.9mg/L、8#采樣點108.8mg/L、9#采樣點106.3mg/L，湖西北部1#采樣點年平均含量最低而湖南部中間8#采樣點最高，CO32-年平均含量在最高采樣點與最低采樣點相差13.9%，差異較明顯。水平分布規(guī)律為：湖東部和湖南部含量較其它區(qū)域高，相對高出6.5%，實際上差異并不明顯。從湖中心1#采樣點垂直分布上來看，水表下0.5m處105.2mg/L、5.0m處105.4mg/L、10.0m處105.3mg/L、15.0m處100.0mg/L、20.0 m處101.9mg/L、離湖底0.5m處108.6mg/L，CO32-在水底層相對最高而15.0m水層處相對最低，最高與最低含量相差僅8.6%，實際上差異也不明顯。由以上分析可以看出：程海中CO32-與HCO3-時空分布規(guī)律相似，季節(jié)分布差異明顯而水平分布和垂直分布差異甚微。

(7)SO42-

程海湖水中的含量為0.74～30.33mg/L，平均6.38 mg/L。從季節(jié)分布來看：春、夏、秋、冬四季湖水中SO42-平均含量分別是：4.96mg/L、5.44mg/L、7.38mg/L和7.76mg/L，秋冬季高而春夏季偏低，最高值冬季平均含量與最低值春季平均含量相差達56.5%。從雨季與旱季的差別來看：旱季湖水中SO42-平均含量5.20mg/L，雨季7.57 mg/L，雨季平均含量也高于旱季45.6%。從SO42-在各個采樣點的分布情況來看：1#采樣點年平均9.46mg/L、2#采樣點6.29mg/L、3#采樣點6.45mg/L、4#采樣點5.38mg/L、5#采樣點7.19mg/L、6#采樣點7.98mg/L、7#采樣點8.11mg/L、8#采樣點3.43mg/L、9#采樣點3.17mg/L，其大體規(guī)律是：湖西部>湖北部>湖中部>湖東部>湖北部，最高區(qū)域湖東部與最低區(qū)域湖南部相差56.1%，差異明顯。垂直分布上，水表下0.5m處8.69mg/L、5.0m處8.39mg/L、10.0m處8.28mg/L、15.0m處5.31mg/L、20.0 m處9.30mg/L、離湖底0.5m處9.13mg/L，SO42-在水柱中以15.0m水層處最低而20.0m水層處最高，湖底層>湖表層>湖中層，湖底層與湖中層相差達71.9%。程海中SO42-時空分布差異的形成可能與湖泊中細菌活動有關(guān)，特別是硫細菌的生命活動周期，SO42-時空分布差異的形成及其與生物地球化學循環(huán)的關(guān)系也有待下一步深入研究。

(8)Cl-

程海湖水中的含量為20.56～25.36mg/L，平均22.52mg/L。從季節(jié)分布來看：春季湖水中Cl-平均含量21.52mg/L，夏季24.61mg/L，秋季21.29mg/L，冬季22.64mg/L，夏季明顯高于另外三季，平均偏高12.8%。旱季Cl-平均含量22.08mg/L，雨季22.95mg/L，差別微小。從Cl-在各個采樣點的分布情況來看：1#采樣點年平均22.66mg/L、2#采樣點22.05mg/L、3#采樣點22.41mg/L、4#采樣點22.92mg/L、5#采樣點22.28mg/L、6#采樣點22.60mg/L、7#采樣點22.58mg/L、8#采樣點22.25mg/L、9#采樣點22.92mg/L，Cl-在程海湖水平分布比較均一，差別不到4%。垂直分布上，水表下0.5m處22.28mg/L、5.0m處22.65mg/L、10.0m處22.39mg/L、15.0m處22.75mg/L、20.0m處22.79mg/L、離湖底0.5m處22.43mg/L，Cl-在程海各個水層中的垂直分布也比較均勻，其時空分布特征與程海湖水對流相關(guān)明顯。

(9)其他

湖泊水體中除八大離子外，還有一些溶解性氣體、溶解性鹽類、生源要素、重金屬稀有金屬、鹵素和放射性元素等微量元素。水中溶解性氣體有O2、CO2、N2，特殊條件下也有H2S、CH4等；溶解性鹽類有碳酸鹽、氯化物、硫酸鹽、硅酸鹽和鋁硅酸鹽等；生源要素有N、C、P等；還有Fe、Mn、Cu、F、Ni、P、I等重金屬、稀有金屬、鹵素和放射性元素等微量元素。其中，程海中F-比較特殊，湖水F-變動在1.42～2.19mg/L，平均1.87mg/L。從季節(jié)分布來看：春季湖水中F-平均含量1.65mg/L，夏季2.06mg/L，秋季1.74mg/L，冬季2.01mg/L，夏季最高，冬季次之，春季最低，夏季F-平均含量比春季高24.8%。按旱季和雨季的劃分來看：雨季1.91mg/L，旱季1.83mg/L，旱季平均比雨季低4.4%。根據(jù)2005年《程海pH和氟化物高背景值研究》成果，程海湖水中F-在水平分布和垂直分布上比較一致，無顯著差異。

(10)水型

無論哪種天然水，八大離子的含量都占溶解質(zhì)總量的95%～99%以上，因此，天然水的基本化學特征由八大離子決定。

依據(jù)表1可看出，程海水體八大離子含量928mg/L，占水體離子總含量的99%以上，離子含量水平夏季最高，秋季最低，旱季比雨季高3.3%。湖泊水體離子含量年內(nèi)變動情況，體現(xiàn)出強烈的蒸發(fā)作用濃縮的水體化學物質(zhì)。

程海水體八大離子中，K+、Na+、Ca2+、Mg2+4大陽離子和HCO3-CO3-、SO42-、Cl-4大陰離子組成如圖2所示。

表1　程海主要離子及其季節(jié)分布　mg/L

由圖2可知, 程海水體中，陽離子含量由高至低的順序為: Na+>> Mg2+> K+> Ca2+，陰離子含量由高至低的順序為: HCO3->> CO32-> Cl->> SO4-。陽離子組成中，Na+占72.2%，Mg2+占20.7%，K+占4.4%，Ca2+占2.7%；陰離子中，HCO3-占77.9%，CO32-占17.3%，Cl-占3.7% ，SO4-占1.1%。

按照(前蘇聯(lián))阿列金提出的水化學分類系統(tǒng)，首先將占優(yōu)勢的陰離子按天然水分為三類：重碳酸鹽類(C)、硫酸鹽類(S)、氯化物類(Cl)。其次，對每一類天然水按占多數(shù)的陽離子分為鈣質(zhì)(Ca)、鎂質(zhì)(Mg)、鈉質(zhì)(Na)三組。然后，在每一組內(nèi)又按各種離子摩爾的比例關(guān)系，分為四個水型：

Ⅰ型：[HCO3-]>[Ca2++Mg2+]。Ⅰ型水是低礦化水，系由火成巖溶濾或離子交換作用形成的。

Ⅱ型：[HCO3-]<[Ca2++Mg2+]<[HCO3-+SO42-]。Ⅱ型水是低礦化和中等礦化水，多由火成巖、沉積巖的風化物與水相互作用形成。河水、湖水、地下水大多屬于這一類型。

Ⅲ型：[HCO3-+SO42-]<[Ca2++Mg2+]或[Cl-]>[Na+]。Ⅲ型水包括高礦化度的地下水、湖水和海水。

Ⅳ型：[HCO3-]=0。Ⅳ型水是酸性水，pH<4.5時，水中游離的CO2和H2CO3、CO3-的濃度為零。例如，沼澤水、硫化礦床水和煤田礦坑水。

按照這個分類系統(tǒng)，共劃分出27個天然水類型，如圖3所示。

因此，按照O.A.阿列金分類法，程海為重碳酸納組第Ⅰ型水，即CNaⅠ型,本次程海水化學特征研究結(jié)果與胡文英、單振光等研究結(jié)果一致[3，4]。

3結(jié)論

程海水化學基本特征是：酸堿度高、中等硬度水質(zhì)、總堿度高、礦化度高、氟離子含量高、離子總量水平高，水型為重碳酸納組第Ⅰ型水，即CNaⅠ型(俗稱蘇打水)。水化學特性主要受地理位置、氣候條件、區(qū)域地質(zhì)地貌、地球化學背景、湖泊形態(tài)特征、封閉狀況等因素綜合控制。此外，成分復雜的入湖污染物，在湖中頻繁發(fā)生的藍藻水華及與之相伴的各種化學過程和生物學過程，在很大程度上可以改變湖水的成分，但我們對程海湖中所發(fā)生的化學過程和生物學過程知之甚少。

程海中反映水化學特征的幾項指標分析和研究結(jié)果顯示，電導率、總堿度、總硬度、礦化度、Na+、Mg2+、F-、Cl-8項指標在程海湖中分布十分均勻，基本無時空差異，說明程海具有特殊的水動力。湖流、波浪、定振波等湖水運動促使湖水混合均勻，但我們對這些運動特點和運動方式不清楚，還不能對上述研究結(jié)果作出科學解釋。 pH、K+、NO3-、NO2+、NH4+、PO42-、HCO3-、CO32-等8項指標在程海湖中的時空分布有一定差異，這些差異的形成可能主要是因為湖中水生動植物活動引起。另2項指標Ca2+、SO42-則有比較大的時空差異，項目組認為其差異形成背景要復雜得多，與水生動植物活動、生物地球化學循環(huán)、水動力、微生物新陳代謝等物理、化學、生物因素相關(guān)，其時空差異特征及其形成機理是很值得更深入研究的課題。

參考文獻：

[1]HJ/T91-2002 地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

[2]本書編輯委員會.水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)[M].北京：中國環(huán)境科學出版社， 2002.

[3] 胡文英,季江,潘紅璽.程海水質(zhì)狀況及堿化趨勢[J].湖泊科學，1992,4(2):60-66.

[4]單振光. 程海1992年水化學研究[J]. 云南師范大學學報，1996,16(2):21-28.

Research on the Hydrochemistry Properties of Chenghai Lake

YAN Gu-fen, LU Ping, LI Jun, YANG Guang-ping, PAN Yu

(Yunnan Institute of Environmental Science, Kunming Yunnan 650034 China)

Abstract：The hydrochemistry properties of Chenghai Lake were experimented. The indexes covering degree of mineralization, irons, pH, total hardness, total alkalinity, and conductivity were tested. The results showed that the water was of high alkalinity and high total hardness and high content of iron and fluorine. The water phase belonged to the heavy sodium carbonateⅠtype, which was CNaⅠ.It is also called soda water.

Key words：Chenghai Lake; hydrochemistry properties; plateau lakes; heavy sodium carbonateⅠtype

中圖分類號：X52

文獻標志碼：A

文章編號：1673-9655(2015)04-0001-08

收稿日期：2015-01-23