內蒙古地區水環境監測點時空分布特征分析

耿 桐

(赤峰市水文水資源分中心，內蒙古 赤峰 024000)

水環境是人類生存中的重要環境組成部分，水環境的狀態直接決定生物的健康狀態[1-2]。隨著工業化發展，各個地區的水環境污染加劇，出現了嚴重的生態問題，因此，急需研究水環境的時空分布特征，判斷當地水環境的污染狀態，為后續的水環境生態維護提供基礎[3]。水環境監測是判斷地區水環境狀態的重要方法，可以將地區水環境作為研究對象，使用各種類型的分析方法進行全面分析，進一步得出水環境的變化狀態，因此水環境監測是水環境治理的基礎[4-5]。

在水環境監測過程中，需要根據研究地區的狀態，布設恰當的監測點，增加監測效果，保證監測的有效性[6-7]。因此在進行水環境監測前，需要制定水環境監測方案，首先需要收集監測區域的材料，進行資料準備，其次確定水環境監測要點，劃分監測具體范圍。布設合理的水環境監測點，使其能準確采集水環境的時空分布特征，最后保存監測過程中產生的水環境樣本，并對其進行分析，從而進一步得到當地水環境信息，完成水環境時空分布特征的分析[8-9]。因此本文研究了內蒙古地區的水環境監測點時空分布特征，為后續的水環境保護提供依據。

1 研究區概況

選取內蒙古地區X湖泊進行水環境監測點時空分布特征分析，該湖泊是一種集蓄水、保水等功能為一身的多功能湖泊，隨著近幾年的環境污染，該地區的水質逐漸下降，嚴重限制了湖泊的使用功能。該湖泊的流域面積廣闊，可達5.41萬km2，全長超過1400 km，該湖泊主要屬于溫帶大陸季風氣候，年均氣溫約為6.54 ℃，年均降水較少，冬季持續的時間長，最高降雨量為15 mm，湖泊周邊暴露基性巖。

2 研究方法

根據上述研究地區的概況，可以制定相應的研究方案，即首先使用網格交點法布設了水環境監測點，其次使用影響系數法提出樣本中的特異質，最后使用函數擬合法分析監測點的水環境時空分布特征。根據上述的研究方案，可以進行空間監測點選取，受內蒙古水環境限制，在監測點布置過程中出現了空間異常參數，可以使用kriging進行數據處理，進一步布設水環境監測點，監測點的數據從湖泊沿岸采集，根據湖泊的占地面積設計了8個監測點，各個監測點的水質標識指數如表1所示。

表1 監測點水質標識指數

由表1可知，設計監測點的檢測指標普遍偏高，可以結合2018—2019年該湖泊的評價指數，設計水質標識指數優化計算見式(1)。

I=X1X2X3

(1)

式中：X1為水質種類；X2為監測限值變化；X3為水質類別比值。使用該公式可以有效地進行監測指標劃分，此時優化后的監測點水質標識指數如表2所示。

表2 優化的監測點水質標識指數

根據表2的水質標識指數，可以進一步進行數據統計分析，首先排除監測點中的異常數據，然后進行KS檢驗，判斷此時的漸進概率，使用Mann-Whitney U處理相關參數，接下來進行水質營養評價，使用公式(2)計算各個監測點的水質營養指標TLI如下。

(2)

式中：Wj為營養狀態權重；TLIj為營養狀態指數。此時可以計算各個監測點的水質營養指標，已知，水質營養指標<30證明此時處于貧營養狀態，水質營養指標在30～50證明此時處于中營養狀態，水質營養指標在50～60證明此時處于重度富營養狀態，此時計算的8個監測點的水質營養指標如表3所示。

表3 水質營養指標

由表3可知，研究區域的水質營養指標普遍在30～50之間，證明研究地區大多處于中營養狀態，且研究地區的初始水質營養指標普遍低于轉化水質營養指標，結合Chla關系需求可以設置實際空間分布參數，分別為0.7153、0.7566、0.7365、0.7156、0.7019、0.7745、0.7134、0.7023，參數設計完畢后，即可進行后續的時空分布特征分析。

3 結果與分析

首先分析內蒙古X湖泊的總氮、磷時空分布特征，結合上述的水質營養指標，可以繪制時空分布變化走勢圖，如圖1所示。

圖1 時空分布變化走勢圖

由圖1可知，研究區域的氮磷時空分布走勢相似，空間變化也相似，其中總氮的分布參數為1.412、1.433、1.455、1.438、1.424、1.452、1.447、1.403，總磷的分布參數為1.365、1.334、1.328、1.349、1.352、1.386、1.365、1.367，兩者的分布參數相差較小，且兩者均由北向南變化，在水質營養指標較高的5、6、7、8監測點氮磷的分布含量也較高，容易出現氮磷富集現象，記錄2019年5月—2020年各個監測點的氮、磷分布值，分別為1.15 mg/L、1.36 mg/L、1.38 mg/L、1.10 mg/L、3.97 mg/L、1.32 mg/L、0.99 mg/L、1.24 mg/L、1.20 mg/L、0.98 mg/L、1.22 mg/L、1.28 mg/L和0.95 mg/L、0.99 mg/L、0.91 mg/L、0.63 mg/L、2.94 mg/L、1.13 mg/L、1.15 mg/L、1.24 mg/L、1.36 mg/L、1.39 mg/L、0.95 mg/L、1.03 mg/L。由此可知，氮磷的含量呈波動線性變化，且研究的氮濃度和磷濃度都已經遠超標準值，隨著季節變化，水體的驅動力也在逐漸發生變化，氮磷釋放速度也在不斷轉變。

根據《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)可以分析氮磷的質量濃度變化，結合氮磷平均數值進一步分析氮磷的時空分布特征，水生植物的生長期往往會降低其對氮磷的吸收總量，因此水體中的氮磷量在五月份較高，除此之外，溫度的回升也增加了水體交換頻率，增加了水體的氮磷釋放總量，從而進一步增加了水體中的氮磷含量。7月屬于水體植物的生殖期，因此植物對氮磷的需求量增大，因此會導致氮磷濃度下降，但平均濃度仍然超過了標準GB 3838—2002的要求，這也證明植物對氮磷污染物的吸收有限，進入冬季冰凍期，湖水的補給量下降，導致總氮濃度明顯增加，因此水體的動力條件變化對氮磷濃度有直接影響。

分析X湖泊葉綠素水環境變化特征，由于葉綠素與藻類的光合作用相關，而水體中的藻類含量變化趨勢不明顯，因此葉綠素季節性空間分布作用也不太明顯，分析該地區2019年5月至2020年各個監測點的葉綠素平均濃度為53.41 mg/m3、66.38 mg/m3、37.58 mg/m3、65.41 mg/m3、53.46 mg/m3、55.14 mg/m3、60.23 mg/m3、63.41 mg/m3、66.54 mg/m3、51.32 mg/m3、55.49 mg/m3、60.23 mg/m3，由此可知，葉綠素含量與實際氮磷鹽有一定的分布關系，但與季節無明顯關系，水生植物增多，葉綠素質量濃度就會增加，反之葉綠素的質量濃度會降低。

分析X湖泊化學需氧量時空分布特征，化學需氧量(COD)與實際有機物氧化轉換效率有重要聯系，因此采集2019年5月至2020年各個監測點的COD平均含量，如表4所示。

由表4可知，各個監測點的COD平均含量逐漸增加，這與內蒙古X湖泊的分布特點相關，X湖泊由南向北植被密度依次增加，隨著季節變暖，水生植物的光合作用逐漸加強，因此也加強了水體中的溶解氧(COD)濃度，隨著溶解氧濃度的提高，水中的還原物質降低，COD無法參與正常的光合作用，會由現有的高含量逐漸轉化為低含量。水生植物的生長高峰季光合作用會逐漸減弱，氧含量逐漸下降，隨著污染物的排放量增加，COD的含量也會進一步增加，因此研究地區的COD濃度也遠遠超過COD標準濃度要求。

表4 COD平均含量 mg·L-1

接下來分析X湖泊電導率的時空分布特征，電導率的大小主要由水中離子的含量決定，除此之外，還與水體中的離子類型密切相關，因此可以根據研究地區水體的礦化狀態監測研究區域的電導率數值，采集2019年5月至2020年各個監測點的電導率平均數值：3.94 ms/cm、3.92 ms/cm、3.95 ms/cm、4.10 ms/cm、4.13 ms/cm、3.84 ms/cm、4.01 ms/cm、3.95 ms/cm、4.12 ms/cm、4.10 ms/cm、3.95 ms/cm、3.97 ms/cm，與研究地區的礦化度呈正向擬合，且電導率在5月、11月具有時空分布特征，由研究地南部向研究地北部逐漸增加，湖口位置是電導率最高區域，受湖泊蒸發作用影響，會導致湖口鹽分富集，從而出現蒸發損失，提高水體中的鹽分濃度，增加電導率。冬季受水體結冰影響，降低了水體的流動速度，增加了水體的排放壓力，因此進一步導致湖泊中的含鹽量增加，出現鹽化污染效應。

根據上述研究的水環境監測數據，可以進一步得出水環境的時空分布特征，依據水環境的時空分布特征可以及時對研究區域的湖泊進行污染降解處理，及時修復湖泊中的污染部分，為水體環境保護提供一定的時空分布信息。

4 結 論

內蒙古地區水環境中的氮磷分布因素、葉綠素含量因素、化學需氧量因素、電導率因素與水環境時空分布規律息息相關，呈線性分布，除此之外，內蒙古地區水環境中的影響因素會受到季節影響出現時空分布變化，也進一步證明當地的水環境具有明顯的時空分布特征。研究內蒙古地區的水環境時空分布特征可以進一步確定當地的水環境狀態，判斷是否存在水環境污染，對后續的生態維護及環境保護有重要意義，可以作為后續水環境分析保護的參考。