1985—2019年洱海總氮時空變化規律分析

張浩霞

(大理白族自治州環境監測站，云南 大理 671000)

0 引言

洱海屬內陸斷陷湖泊，是云南省第二大淡水湖泊[1～2]。湖體南北長，東西窄，外形如耳，故名洱海。洱海海拔1964.3～1966.0m，南北長42.5km，最大湖寬8.4km。最大水深21.3m，平均水深10.6m。當湖面水位1966m時，湖面面積252.91km2，容積27.94億m3。

洱海補給水主要為大氣降水和入湖徑流，徑流區內有河流117條，主要的入湖河流北有彌苴河、羅時江和永安江等，西部有蒼山十八溪，南部有波羅江，東部有玉龍河和鳳尾箐等。洱海出湖口有2個，天然出湖口為西洱河，全長23km，流向瀾滄江[3]。人工出湖口為引洱入賓工程。

洱海是大理市主要飲用水源地，也是蒼山洱海國家自然保護區和蒼山洱海國家級風景名勝區的核心組成部分，具有城市用水、景觀旅游、農灌以及調節氣候等多種功能，是大理市乃至整個流域社會經濟可持續發展的基礎。但是近30多年來，隨著湖區經濟的快速發展和人口的急劇增長，人類對其自然資源的開發不斷加劇，使其生態環境逐漸惡化，水質呈不斷下降的趨勢[3～4]。總氮一直是影響洱海湖體水質的首要污染物，現基于大理州環境監測站1985—2019年洱海水質監測數據，分析了近30年來洱海水質總氮演變趨勢，重點分析2002—2019年洱海總氮質量濃度時空變化規律，以期為今后洱海總氮污染防治提供參考。

1 研究方法

1.1 監測概況

大理州環境監測站對洱海湖體開展總氮等水質例行監測始于20世紀80年代，30多年間洱海水質監測點位、監測頻次不斷變化。2002年以前，監測點位(垂線)為9～12個，監測頻次為枯豐平三水期每期進行兩次監測，每年監測6次；2002年以來，水質監測由北至南共布設4個斷面，每個斷面由東向西布設監測點位3個，共12個測點，每個測點采集分析表層、底層水樣各一個，監測頻次為每月1次全年監測12次；2012年至今按照國家相關要求，洱海水質監測點位由12個調整為11個。

1.2 監測方法及評價標準

總氮監測分析方法采用《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》(GB 11894-89，HJ 636-2012)，依據《GB 3838-2002地表水環境質量標準》《地表水環境質量評價方法(試行)》(環辦[2011]22號)進行評價。

1.3 監測數據統計

采用大理州環境監測站1985—2019年洱海監測數據進行統計，以其算術平均值參與分析計算。

2 結果分析

2.1 洱海湖體總氮年度變化分析

20世紀70年代以前，洱海水量充沛，水質優良，水生生物資源豐富，水生生態系統處于良性循環狀態[4]。80年代，其生物多樣性豐度高，對營養鹽的吸收轉移作用良好，是國內主要湖泊、水庫中營養的代表性湖泊[1]。20世紀八、九十年代洱海湖體水質一直穩定在Ⅱ類，從21世紀初開始，湖體水質受總氮影響惡化為Ⅲ類，總氮一直是決定洱海湖體水質類別的首要污染物，1985—2019年其年均值在0.20 ～ 0.66mg/L，呈波動中上升趨勢。圖2為1985—2019年洱海湖體總氮年均值變化。

1985—2003年，湖體總氮質量濃度呈上升趨勢。自20世紀80年代以來，由于自然與人類活動的影響，洱海生態環境發生了較大的變遷，80年代中期至90年代中期大力發展的洱海網箱養魚[5]，以及旅游業日漸興旺、洱海周圍過度開發，致使生態破壞嚴重，入湖污染負荷不斷增加，洱海水質逐漸惡化，湖體總氮呈較快增長趨勢，1985—2002年，湖體總氮處于Ⅱ類水質，2003年總氮明顯上升，超過Ⅱ類標準限值。1996年和2003年秋季，洱海兩次暴發大面積藍藻水華[1、4、6、7]，特別是2003年7、8、9三個月洱海水質急劇惡化，透明度降為不足1m，總氮月均濃度最大值達到1.16mg/L，水質下降到Ⅳ類；2003年湖體總氮年均質量濃度達0.61mg/L，較1985年的年均值上升52.5%。

2004—2014年，總氮質量濃度呈波動下降趨勢。1996年洱海藍藻水華暴發后，當地政府實施了多種治理措施，包括“雙取消(取消洱海機動漁船動力設施和取消網箱養魚)”“三退三還(退塘還湖、退耕還林、退房還濕地)”“洱海湖濱帶建設”“濕地恢復”“農村面源污染治理”“底泥疏浚”“洱海禁漁”“洱海上游魚類自然保護區建設”等[8]。2004—2014年湖體總氮呈下降趨勢，在2006年反彈上升達到0.66mg/L的極大值，2008年和2014年總氮年均質量濃度回落到Ⅱ類水質。2014年湖體總氮年均質量濃度為0.49mg/L，較2003年下降19.7%。

2015—2019年，總氮質量濃度呈上升趨勢。洱海湖盆較封閉，補給系數較小，換水周期較長，從成因上形成了生態環境脆弱性一面[9]，加上湖體自身老年化等因素，盡管洱海保護治理已投入大量資金，特別是2016年實施搶救性保護行動以來，外源入湖污染負荷控制取得了一定成效，但湖泊水質并沒有得到明顯改善，湖體總氮質量濃度仍然呈現上升趨勢，劉思儒等[10]研究認為洱海水體環境因子變化導致沉積物氮磷釋放通量增加，對洱海水質，特別是對藻類水華發生具有較大影響。2019年洱海湖體總氮年均質量濃度為0.60mg/L，較2014年上升22.4%。

2.2 湖體總氮質量濃度時空變化分析

2.2.1 湖體總氮質量濃度空間變化規律

洱海由北至南分別為桃源—雙廊、喜洲—康朗、龍龕—塔村和小關邑—石房子斷面。圖3(a)(b)(c)(d)為2002—2019年洱海湖體與南北向各斷面總氮質量濃度變化。

2002—2019年，洱海4個斷面總氮質量濃度呈先上升，后波動下降，后又上升趨勢，與全湖總氮質量濃度變化趨勢基本一致。4個斷面總氮年均質量濃度處于0.34 ～ 0.75mg/L，最大值和最小值均出現于桃源—雙廊斷面。北部桃源—雙廊和南部小關邑—石房子兩個斷面總氮質量濃度均高于洱海全湖均值，中部的喜洲—康朗和龍龕—塔村兩個斷面總氮質量濃度較洱海全湖均值略低。

洱海由西向東分為西部、中部和東部，各包含4個測點。圖4(a)(b)(c)為2002—2019年洱海湖體與東西向各斷面總氮質量濃度變化。

2002—2019年，洱海西部、中部和東部總氮質量濃度變化趨勢與洱海湖體基本一致，西部、中部、東部總氮年均質量濃度處于0.40 ～ 0.68mg/L，最大值出現在西部，最小值出現于西部和東部。西部總氮質量濃度明顯高于洱海湖體均值；中部和東部總氮質量濃度基本與湖體持平。

圖5為洱海各點位總氮多年均值分布示意圖，由圖可見，洱海總氮質量濃度在空間上的分布表現為北部濃度較高，其次為南部，中部濃度略低；在同一斷面中，近岸點位濃度較高，湖心點位較低；近岸點位受到流域內生活污水和農業面源的影響較大，人口密度大處點位濃度明顯高于人口密度低處。

其中較為特殊的是小關邑—石房子斷面中的湖心測點，該測點位于斷面中間，但其濃度高于同斷面其余兩個測點，也高于全湖除北部桃源測點外的其余10個測點。這是由于該測點較其它斷面中間點位而言，屬近岸測點，受人類活動影響較大，其次該測點位于波羅江入湖口下游、洱海出湖口上游，波羅江污染嚴重，屬劣Ⅴ類水質，出湖口不開閘放水時容易發生回流。

2.2.2 湖體總氮質量濃度時間變化規律

圖6、圖7為2002—2019年洱海湖體及各湖區總氮多年月均值變化。由圖可見，洱海湖體總氮質量濃度變化呈現比較明顯的季節性規律。年初開始，1—4月總氮質量濃度持續降低，于枯水期的3月和4月達到年內最低值，波谷值平均為0.48mg/L，4月之后濃度逐月升高，在豐水期8月和9月達到年內最大值，波峰值平均為0.62mg/L，之后10—12月持續降低。

洱海流域年內受季風氣候影響，干濕季分明，降雨量主要集中在5—10月，約占年降雨量的85%～90%；11—4月為干季，約占年降雨量的10%～15%；洱海水資源及蓄水主要依靠汛期降水[11]。雨季初期，由于雨水沖刷，形成的地表徑流攜帶了大量含氮污染物進入入湖河流并隨之進入洱海，使總氮質量濃度在豐水期達到年內最大值。雨季中后期隨著地表徑流增大，以及帶入湖區的污染物減少，總氮含量隨之下降，乃至干季總氮質量濃度變化趨于平緩。

由圖7可知，4個斷面總氮多年月均值變化趨勢與洱海湖體基本一致。最大值多出現在豐水期，最小值多出現于枯水期，只是在出現的時間上有所差異。其中龍龕—塔村斷面總氮月均最大值出現于8月，其余3個斷面最大值均出現于9月；總氮月均最小值龍龕—塔村斷面出現于2月，桃源—雙廊、小關邑—石房子斷面出現于3月，喜洲—康朗斷面出現于1月。北部桃源—雙廊斷面和南部小關邑—石房子斷面總氮濃度較洱海全湖略高，中間喜洲—康朗和龍龕—塔村斷面總氮濃度較全湖略低。

2.3 湖體與主要入湖河流總氮對比分析

洱海主要入湖河流有22條，多年平均入湖水量8.25億m3。彌苴河、羅時江、永安江、白石溪、白鶴溪、萬花溪以及波羅江7條河流為主要入湖河流，其水質狀況代表了洱海85%以上的入湖水質，其輸入的總氮量占洱海入湖污染負荷總量的54.1%以上[9,12-13]，對洱海水質影響顯著。

圖8為2002—2019年洱海湖體與主要入湖河流總氮年均值變化。主要入湖河流總氮年均值總體呈先上升后波動下降趨勢，其總氮質量濃度整體明顯高于洱海湖體，多年質量濃度均值高于湖體0.43 ～ 1.73mg/L。

圖9為洱海及主要入湖河流總氮多年均值對比。由圖9可知，洱海流域廣泛多樣的人類活動使注入洱海的主要河流均存在不同程度的污染，7條主要入湖河流多年均值均高于洱海，除白石溪和萬花溪總氮多年均值<1.00mg/L；其它5條河流總氮多年均值均>1.00mg/L，其中白鶴溪、羅時江、永安江和波羅江4條河流的總氮多年均值>1.50mg/L。

3 結論

(1)1985—2019年，洱海總氮年均質量濃度在0.20 ～ 0.66mg/L，總體呈先上升，后波動下降，再上升的趨勢。1985—2003年，總氮呈波動上升趨勢，1985—2002年洱海湖體總氮一直穩定在Ⅱ類，2003年總氮年均質量濃度達0.61mg/L，首次超過Ⅱ類標準限值；2004—2014年，總氮質量濃度呈波動下降趨勢，期間先升后降，于2006年達到0.66mg/L的極大值，繼而在波動中下降；2015—2019年，總氮質量濃度呈現上升趨勢。

(2)2002—2019年，洱海由北至南4個斷面和東西向3個斷面總氮質量濃度變化趨勢與湖體變化趨勢基本一致。洱海總氮質量濃度在空間上的分布表現為北部濃度較高，其次為南部，中部濃度略低；在同一斷面中，近岸點位濃度較高，湖心點位較低。其中較為特殊的是小關邑—石房子斷面中的湖心測點，該測點位于斷面中間，但其濃度高于同斷面其余兩個測點，也高于全湖除北部桃源測點外的其余10個測點。近岸點位受到流域內生活污水和農業面源的影響較大，人口密度大處點位濃度明顯高于人口密度低處。

(3) 洱海湖體總氮多年月均濃度年內呈現比較明顯的季節性規律。于枯水期的3、4月達到年內最小值，在豐水期8、9月達到年內最大值。

(4)洱海來水水質普遍較差，主要入湖河流總氮多年均值均高于洱海湖體，7條主要入湖河流中，流量較大且總氮質量濃度較高的白鶴溪、羅時江、永安江、波羅江和彌苴河5條河流長期處于Ⅳ類狀態，部分入湖河流水質處于劣Ⅴ類狀態，影響洱海水質變化，是洱海流域主要入湖河流總氮治理的重點。