敦煌西湖濕地水質評價分析

袁海峰 何虎林肖云飛 陳文業談嫣蓉 吳 婷陳 旭王斌杰朱 麗邴丹琿劉鴻源

(1 甘肅敦煌西湖國家級自然保護區管護中心，甘肅 敦煌 736200；2 甘肅省林業科學研究院，甘肅 蘭州 730020；3 甘肅林研科技工程公司，甘肅 蘭州 730020；4 甘肅敦煌西湖濕地生態系統國家定位觀測研究站，甘肅 敦煌 736200)

關鍵字 敦煌西湖；地表水；有機污染綜合評價；綜合污染指數法

水質評價是水環境保護管理的重要依據，濕地生態系統水質評價是衡量濕地生態系統健康水平的重要指標(孫清展等, 2013)。國內外學者對濱海、濕地、湖泊和河流等水體水質進行了大量研究(甘華陽等, 2012; 姜劉志等, 2012; 韓曦等,2012)。有效的水質評價方法受兩方面因素的影響，一是測試數據的正確性，二是評價方法的科學性(于淑玲等, 2013)?，F國內外常用的水質評價法主要包括單因子評價法、綜合污染指數法、主成分分析法、內梅羅污染指數法、模糊評價法、人工神經網絡評價法等。

敦煌西湖濕地是荒漠戈壁重要的濕地保護區，水資源極為寶貴，制約著該區域植被覆蓋，關系著當地農業生產、居民生活，也關系到敦煌市經濟可持續發展。本文通過有機污染評價法與綜合污染指數法對敦煌西湖區域內主要地表水水質進行評價，為區域內濕地資源合理利用保護提供了重要依據。

1 研究區概況

敦煌西湖國家級自然保護區位于甘肅河西走廊最西端，在甘肅、青海、新疆三省交界處，西接庫姆塔格沙漠和羅布泊，南鄰阿克塞哈薩克族自治縣，北連新疆維吾爾自治區哈密市，東離敦煌市區120 km(圖1)。地勢南高北低、平均海拔為1 138 m。保護區總面積為66.00 萬hm2，地貌特征主要為沙漠、戈壁、濕地草叢等，其中濕地面積為9.69萬hm2，占總面積的14.7%。屬溫帶大陸性極干旱荒漠氣候，冬季嚴寒，夏季酷暑，氣候干燥，降水量少，晝夜溫差較大，日照時間長(袁海峰等, 2020)。敦煌西湖自然保護區附近的主要河流有疏勒河和黨河，沼澤是匯集黨河溢出的水和多處泉水而成，玉門關沼澤、后坑子沼澤位于疏勒河故道，由于地勢低，地下水位高，地下水溢出而成。馬迷兔、灣腰墩等沼澤為季節性沼澤，春季凍土融化，地下水上升成沼澤。

2 研究方法

2.1 水樣的采集

水樣采集時間為2021 年3 月底，采集了研究區主要水域的水樣(圖1)，在水體靜止時采集水樣，每個水域采集3 次，現場測定水溫、pH 值，后將水樣倒入干凈的棕色玻璃瓶中，加入固定試劑防止樣品在運輸過程的發生反應，將樣品裝入移動低溫保溫箱儲存，并在1 d 內運送到實驗室進行分析。

圖1 研究區濕地資源分布圖Fig.1 Distribution of wetland resources in the study area

2.2 水樣測試指標和方法

采集的水樣分別測定其pH 值、氨氮(NH3-N)、高錳酸鹽指數(CODMn)、化學需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、總磷(TP)、總氮(TN)、溶解氧(DO)(表1)。

表1 水質測定方法Table 1 Water quality determination method

2.3 研究方法

2.3.1 有機污染綜合評價法 有機污染綜合評價法是以評價有機污染為主的一種常見的水質評價方法(毛興華, 2006)。有機污染綜合評價方法在實際水質評價過程指標的選擇要視情況而定，可以根據被測地區的地質情況、水流情況以及相關水質評價標準判斷當地的水體質量。本文根據水樣DO、NH3-N、COD、BOD54 項指標來判斷水質。計算公式如下 ：

式中：BODi是水體五日生化需氧量的實測數據；CODi是水體化學需氧量的實測數據；NH3-N 是氨氮實測數據；DOi是溶解氧的實測數據。

A值越大表明水體有機污染越嚴重，A值越小水體有機污染越輕。一般BOD5、COD、NH3-N 越小，DO值越大，A值越小，水質越好(馬虹等, 2002)。本次評價采用《地表水環境質量標準》Ⅱ類水質標準，取BOD0值 為3 mg/L、COD0值 為15 mg/L、DO0值 為6 mg/L、NH3-N0值為0.5 mg/L。

2.3.2 綜合污染指數法 綜合污染指數評價法是對各單因子指數加入等權重的水質評價方法(畢業亮等, 2021)。其公式為：

式中：PT表示綜合污染指數， 表示各指標因子污染指數。PT≤0.5，清潔；0.5 ＜PT≤1.0，較清潔；1.0 ＜PT≤1.5，稍有污染；1.5 ＜PT≤2.0，中度污染；PT＞2.0，重污染。

各指標因子污染指數Pij的計算公式分非溶解氧指標、溶解氧指標、pH 值3 種計算方式(楊旭等, 2014)。

(1)非溶解氧污染指標的公式為：

式中：Pij表示第i 個采樣點的第j 項指標因子的污染指數；Cij為第i 采樣點第j 項指標的實測濃度；Sij為第i 采樣點第j 項指標的標準濃度。

(2)溶解氧的單項污染指數公式為：

式中 ：Pij(DO)為溶解氧的單因子污染指數；CDO為溶解氧的實測濃度；CfDO為飽和溶解氧的濃度 ；S0DO為與水質污染指標對應的溶解氧濃度標準值。

(3)pH 值的單因子指數評價法的公式為：

式中：Pij(PH)表示 pH 值 的污染指數；pHij表示pH 值的實測值；pHsd表示評價中pH 值的標準下限值；pHsu表示評價中pH 值的標準上限值。當Pij＞1 時，該項指標超標，水體污染；當Pij≤1 時，該項指標未超標，水體未污染(LU et al, 2019)。

3 結果與分析

3.1 各指標評價分析

3.1.1 pH 值 pH 值是反映水質酸堿程度的重要指標，水體pH 值的變化會影響水質其他指標的變化。pH 值一般范圍在6.5 ～9.5，當pH 值過低時，會有腐蝕性，當pH 值過高的時候，水體會有溶解鹽析出。敦煌西湖地表水水質pH 值整體大于8.0，呈現弱堿性和堿性，采樣點中后坑水樣的pH 值最小為8.05，天橋墩水質pH 值最大為9.29，水樣呈現堿性，鹽池、鹽池灣的水質pH值都大于8.5，沒有滿足世界飲水標準(世界飲水pH 值范圍為7.0 ～8.5之間)(表2)。

3.1.2 NH3-N NH3-N 是水體中的營養素，以銨鹽的形式存在于水體之中。根據采集的數據分析，西湖地表水中NH3-N 含量都較低，大多數水體NH3-N 含量低于0.025 mg/L，采集的水樣中只有3 個水樣NH3-N 含量大于0.025 mg/L，分別為鹽池、大馬迷兔、小馬迷兔，但NH3-N 含量還是相對較小(表2)。

表2 敦煌西湖水質各指標實測數據Table 2 Measured data of water quality indexes of Dunhuang West Lake

3.1.3 CODMnCODMn是反映水體中有機和無機可氧化物質污染的常用指標，反應在同一條件下，氧化水樣中有機物與無機還原性物質所用高錳酸鉀量進而反應需氧量。根據《水質 CODMn的測定(GB 11892-89)》適用于飲用水、水源水和地面水的測定，CODMn測定范圍為0.5 ～4.5 mg/L。西湖水質的CODMn較高，其中鹽池、土豁落、小馬迷兔、鹽池灣的CODMn更高，分別為30.6、14.2、29.22 、13.8 mg/L，說明該水體受有機質污染(表2)。

3.1.4 TP TP 是1 L 水中含磷物質的量，是水樣將有磷物質變為正磷酸鹽的結果。采集的水樣中大多數水樣TP 含量都小于最小測試值，土豁落水樣的TP 含量最大，為0.15 mg/L(表2)。

3.1.5 TN 水體TN 含量是衡量水質的一個重要指標。其指標主要評價水體污染和自凈情況，水體中氮磷超標，大量微生物繁衍，水體出現富營養化。全氮包括NO3-、NO2-和NH4+等無機氮和蛋白質、氨基酸和有機胺等有機氮，以每升水含氮毫克數計算。采集的水體中TN 含量中大多數小于1.0 mg/L，只有灣腰墩、天橋墩、崔木土溝的全氮含量大于1.0 mg/L(表2)。

3.1.6 DO DO 是水質自我凈化能力的依據。水體中DO 被消耗，要恢復到初始狀態，所需時間短，說明該水體的自凈能力強，水體污染不嚴重。敦煌西湖水體中DO 含量均較大，說明水質較好，自凈能力較強，其中馬圈灣的DO 最小，為5.9 mg / L(表2)。

3.2 有機污染綜合評價法分析

根據水質有機污染綜合評價法(表3、表4)，研究區內南大湖、后坑、疏勒河、灣腰墩、天橋墩、崔木土、艾山湖污染級別為0，水質良好；馬圈灣、土豁落、大馬迷兔污染級別為1，水質較好；鹽池灣污染級別為2，水質評價為一般；鹽池、小馬迷兔污染級別為3，水質評價為輕度污染。研究區水體整體水質較好，只有鹽池與小馬迷兔A值稍大，對比測試指標發現，鹽池與小馬迷兔的NH3-N、COD、BOD5相比其他采樣點數據偏高。

表3 水質指數分級表Table 3 Classification of water quality index

表4 各采樣點的水質類別表Table 4 Water quality categories of each sampling point

3.3 綜合污染指數法分析

敦煌西湖地表水通過水質綜合污染指數分析表明：敦煌西湖整體水質較好，僅鹽池、小馬迷兔水質稍有污染 ；其他區域水質均較好，南大湖、馬圈灣、后坑、疏勒河、灣腰墩、天橋墩、崔木土溝、艾山湖水質清潔 ；土豁落、大馬迷兔、鹽池灣水質比較清潔(表5)。

表5 敦煌西湖各采樣點水質評價Table 5 Water quality evaluation of each sampling point of Dunhuang West Lake

有機污染綜合評價法與綜合污染指數法分析的評價結果相同，鹽池與小馬迷兔稍有污染，這兩處水域水質監測中CODMn較大，水質較清潔的為土豁落、鹽池灣，該處水質CODMn也較大，說明CODMn能很好地反映水體水質情況，為后期快速了解水質情況提供了依據。

4 結論

水質變化由多種因素共同影響，自然環境、社會環境的變化都會影響水質變化(黎育紅等,2014)。本文通過采集敦煌西湖自然保護區主要地表水水樣，測試其主要水質指標并采用有機污染評價法和綜合污染指數法對研究區水質進行了綜合評價分析。鹽池、土豁落、小馬迷兔、鹽池灣4 處水樣的CODMn和CODcr都相對較高，說明該區域有機污染比較嚴重。有機污染評價法和綜合污染指數法結果顯示，該區域水域主要表現為水量較小，周圍野生動物活動較多，水體較為渾濁。敦煌西湖自然保護區水質有機污染主要為天然有機質污染，主要包括腐殖質、微生物分泌物、溶解植物組織、野生動物的廢棄物。敦煌西湖自然保護區地表水水質整體較好，有機污染評價法和綜合污染指數法的評價結果基本相同，表明研究區內大多水域水質較好，鹽池與小馬迷兔水質較差，水域稍有污染。兩種方法評價土豁落水域較清潔，有機污染評價法表明鹽池灣水質一般，綜合污染指數法表明鹽池灣水質較清潔。