扎龍濕地龍湖水域水環境質量評價

高歌，劉驊峻

扎龍濕地龍湖水域水環境質量評價

高歌，劉驊峻

（黑龍江省扎龍國家級自然保護區管理局，黑龍江 齊齊哈爾 161002）

龍湖水域是扎龍保護區重要的動植物監測區域之一，為了進一步查明進出湖口、湖面深度以及葦塘分布等因素對龍湖水域環境的影響程度，在剖析龍湖水文地質特征的基礎上，于2022年5，9月份分別對龍湖水域依照相關標準進行了共計20個水樣的采集分析，并基于模糊數學的綜合評價方法對龍湖水環境質量以及時空分布特征進行了定量評價．結果顯示，龍湖水質指標季節分布特征為：各水質指標均為Ⅳ～Ⅴ類標準，其中9月份水質總體好于5月份．龍湖水質指標的空間分布特征為：5月份龍湖水質在入湖口、淺水區、深水區多屬Ⅳ類標準，在淺水泡、葦塘區屬Ⅴ類標準；9月份在出入湖口、深水區屬Ⅳ類標準，在葦塘區、淺水泡屬Ⅴ類標準．龍湖水質指標的時空變化與農業活動、旅游推廣、鳥類棲息、植物生長及生態補水等內外源干擾因素密切相關．研究結果對龍湖水域在內的扎龍濕地水資源管理具有一定的理論價值與實際借鑒．

龍湖水域；水質；時空差異性；模糊評價

水質評價作為水體污染治理工作的重要環節，可以為水體的定期監測與評價提供一定的科學依據．由于濕地、河流、湖泊等水環境是較為復雜的動態系統，具有較為顯著的模糊屬性，因此對其進行單一化的水環境定量評價是不可行的，而基于模糊數學的評價方法則可以解決評價指標模糊和監測數據誤差所帶來的評價結果影響[1]．

龍湖水域位于扎龍濕地西部的緩沖區內，是東升水庫通過老馬場東線水源和烏裕爾河西線水源的入流節點．水域監測沿線人為干擾多樣并且強烈，內外源污染物雜疊交錯，使龍湖水質出現時空變化的原因十分復雜．前人對龍湖水域環境的研究相對較少，徐兆玄[2]等對2003—2004年包括龍湖在內的35個點位的水質進行監測，發現龍湖水質富營養化普遍較重，并總結出水質出現污染的主要原因；侯保燈[3]等利用改進熵權的灰色關聯模型對2007—2008年的龍湖水質進行了綜合評價，發現龍湖水域各樣點均污染嚴重；陳婧[4]等對2008—2009年龍湖水質中的總磷、總氮、高錳酸鉀指數以及溶解氧4類主要污染物的空間分布進行了分析，探討了龍湖水域污染的時空分布規律；李苗[5]等利用潛在生態風險指數法對2012年度龍湖水域進行重金屬風險評價分析，得出其潛在生態風險程度達到“強級”水平；尹子龍[6]等在2015年度浮游植物功能群特征的調查基礎上，利用Q指數法對龍湖水質進行了評價，發現龍湖水質富營養化，屬于重度污染．

本文以2022年度龍湖水域水環境為研究對象，在剖析其水文地質特征的基礎上，結合進出湖口、湖面深度及葦塘覆蓋等影響因素，利用基于模糊數學的綜合評價方法對龍湖水域的水質狀況、時空分布等進行定量評估與探討．

1　材料與方法

1.1　研究區概況

龍湖水域位于扎龍濕地西部緩沖區內，是濕地南北水網流通的重要樞紐，地理位置為124°11′～124°13′E，47°9′～47°11′N，平均海拔144 m，南北長2.6 km，東西寬3.3 km，水域總面積8.58 km2，其中湖泊面積5.04 km2，葦塘面積3.23 km2，農田面積0.31 km2，豐水期葦塘水深為1.5～2 m，明水湖面可達3.5 m以上．水資源豐富、植物覆蓋完整、生物多樣性顯著，是扎龍濕地鳥類重要的棲息繁殖地之一，其廣闊明水面對周邊環境小氣候的影響較為顯著[7-8]（見圖1）．作為扎龍濕地水文流通的重要紐帶，其在維護生物多樣性、改善濕地環境、農業活動及旅游度假等方面均發揮著重要作用，成為維護扎龍濕地中部水文連通和生物多樣性的關鍵節點，生態地位非常重要．而龍湖水質的優劣則是影響其周邊生態環境的主要因素，由于龍湖周邊的沙土圍擋等人為因素，影響了其與外界河流、湖泊及葦塘的現實流通，進而改變了其流動湖泊的根本屬性，加之附近高強度的人為干擾，使龍湖水質發生時空變化的原因復雜且多樣．

1.2　樣品采集與預處理

結合遙感衛片與實地調研等手段，在綜合考慮龍湖周邊生態環境的污染點源分布、植被類型及人為活動等影響因子的基礎上，依據進出湖口、葦塘分布及湖面水深等因素，在龍湖水域從進湖口始，沿動植物監測路線設置取樣點10處，并于5月份（10個）、9月份（10個）分季節取樣，采樣點位見圖2．

圖1　扎龍濕地示意圖

圖2　采樣點位置

依據各水質監測區域的生態水環境特點選取浮標法確定水樣點，各采樣點信息見表1．

表1　采樣點信息

在每個水樣點選擇2～3處瞬時水樣進行混合，取水樣前要將試劑瓶洗滌干凈，并用稀鹽酸浸泡12 h，漂洗后自然風干方可使用．取樣以5～8，20～30 cm的深度展開，并實地進行pH、溫度等常規測試，使用濾片進行現場過濾，裝入聚乙烯瓶中低溫保存．水樣取回后測定總氮、總磷、氨氮等指標含量．其中，總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（檢出限0.05 mg/L）；總磷采用鉬酸銨分光光度法（檢出限0.01 mg/L）；氨氮采用納氏試劑分光光度法（檢出限0.025 mg/L）；高錳酸鉀指數用高錳酸鉀滴定法（檢出限0.5 mg/L）．

1.3　研究方法

采用基于模糊數學的綜合評價方法進行龍湖水質定量評價研究，具體步驟為：

（3）建立模糊矩陣．根據因子集合和評價等級可知，測試數值與評價指標均為5項，因此可構建一個5階單因子隸屬度的模糊函數矩陣式．

（4）判定矩陣向量．依據相應的地表水評價等級來判定其矩陣函數式[9]

Ⅰ類水質矩陣函數式

Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ類水質矩陣函數式

Ⅴ類水質矩陣函數式

采用Excel 2010，SPSS22.0，Crystal Ball 7等軟件對水質測試數據進行處理．

2　結果與分析

2.1　季節分布特征

水質指標監測情況見圖3．由圖3可見，5月份與9月份龍湖水體中的總氮、總磷、氨氮、溶解氧等水質指標具有顯著的季節性分布特征．（1）總氮含量多集中分布在2.0～3.0 mg/L之間（占60%以上），最高為2.98 mg/L，最低為1.72 mg/L，且5月份各取樣點總氮含量略高于9月份，水中總氮含量符合Ⅴ類水質標準；（2）總磷含量多集中分布在0.1～0.2 mg/L之間（占70%以上），最高為0.24 mg/L，最低為0.11 mg/L，且5月份各取樣點總磷含量明顯高于9月份，季節差異性分布顯著，水中總磷含量符合Ⅲ～Ⅳ類水質標準；（3）氨氮含量多集中分布在1.5～2.0 mg/L之間（占90%以上），最高為1.87 mg/L，最低為1.22 mg/L，且5月份各取樣點氨氮含量略高于9月份，其中入湖口、葦塘區等點位均接近2.0 mg/L，水中氨氮含量符合Ⅴ類水質標準；（4）溶解氧含量是水生植物生存適宜度的重要評判指標[10]，9月份溶解氧含量（平均為2.6 mg/L）遠高于5月份（平均為1.6 mg/L），但5，9兩月份的單月波動較小，水中溶解氧含量符合Ⅳ～Ⅴ類水質標準；（5）高錳酸鉀指數具有差異顯著的季節變化趨勢，整體在7.79～13.59 mg/L之間，在9月份指數出現最大值，在排水口區域已經達到了19.81 mg/L，而5月份指數分布波動不大，極值出現在淺水區域，為9.01 mg/L，水中高錳酸鉀指數含量符合Ⅳ～Ⅴ類水質標準．綜合5個水體評價指標因子可以發現，龍湖水體不同水質指標甚至同一水質指標的監測數據中，均呈現出一定的季節性差異特征．

圖3　水質指標監測值

2.2　模糊綜合評價分析

表2　5，9月份評價指標權重系數歸一化結果

表3　5，9月份水質模糊綜合評價結果

2.3　空間差異性特征

龍湖水質5，9月份模糊評價結果示意圖見圖4．由圖4可知，龍湖水質等級在5，9月份空間差異性較為顯著，其中5月份水質的模糊評價結果中有6成水樣點位判定為Ⅴ類水質，淺水泡（LH-02）、葦塘區（LH-03，04，06）、淺水區（LH-08）、排水口（LH-05）均是Ⅴ類，其余為Ⅳ類；9月份水質模糊評價結果中有超過一半的水樣點判定為Ⅳ水質，入湖口（LH-01）、淺水泡（LH-02）、排水口（LH-05）、淺水區（LH-08）、深水區（LH-09，10）均是Ⅳ類，其余為Ⅴ類．

圖4　龍湖水質5，9月份模糊評價結果示意圖

3　討論

3.1　季節分布特征分析

龍湖水域各水質指標多集中在地表水Ⅳ～Ⅴ類，且存在顯著季節性差異特征．其中5月份水質指標相對較高，原因為：（1）5月份是該地區蒸發最強烈的時段，水位亦是最低時期，而周邊農業活動已經開始，化肥與農藥中大量的氮、磷、錳等元素成分流入導致水中富營養化程度急劇惡化；（2）以蘆葦、香蒲為代表的挺水植物與杉葉藻、金魚藻為代表的浮游植物尚處于萌芽階段，因此并未大量吸收水體中的營養物質；（3）該地區春季多大風，底泥受到湖浪擾動，致使大量污染源開始懸浮，從而影響監測水質．9月份水質監測中除部分樣點總磷指標相對較低外，水質亦集中在Ⅳ～Ⅴ類，但總體上Ⅳ類水質點位數多于5月份，原因為：（1）9月份的高錳酸鉀指數含量平均值明顯高于5月份，這也說明9月份是旅游旺季，旅游活動頻次的提高致使龍湖水域的污染負荷加劇，進而影響水質；（2）9月份水質指標中的總磷、總氮均值含量分別為0.15，2.14 mg/L，均小于5月份的總磷（0.20 mg/L）、總氮（2.29 mg/L）均值含量，推測9月份是蘆葦等水生植物的生長繁殖階段，因其吸收了水體中大量的營養成分，使得水質得以一定凈化；（3）保護區4月末進行了一次大規模的生態補水活動，在8月末即流經至龍湖水域，水質亦得到了一定的改善，排水口（LH-05）的水質指標在9月份出現顯著降低即為明證；（4）該地區8～9月份為集中降雨時段，且農業活動顯著減少，因此水體的富營養化程度明顯降低．

3.2　空間差異特征分析

通過水樣實測數據可以得出：（1）龍湖水域各水質除部分監測點位的總磷濃度可達到Ⅲ～Ⅳ類水質標準外，其余指標均為Ⅳ或Ⅴ類水質標準．另外，該水域水體中高錳酸鉀指數超標嚴重，甚至遠高于Ⅴ類水質標準．（2）水樣點LH-01，LH-09，LH-10在5，9兩月份均判定為Ⅳ類水質，值得注意的是此3個水樣點溶解氧均值含量較高且高錳酸鉀指數較低，利于水生生物的生長繁殖．而且LH-09，LH-10位于水域核心地帶，人為干擾相對較少，這也使其監測點位水質變化不大；而LH-01位于入湖口位置，水質更新換代較快，因此5，9兩月份水質維持在Ⅳ類標準．（3）LH-05為龍湖排水區域，9月份水質指標中的總氮、總磷、氨氮相比5月份顯著降低，推測與農業活動減弱及生態補水凈化水質有關．（4）LH-03，LH-04在5，9兩月份均為Ⅴ類水質，經實地調研發現該區域毗鄰扎龍度假村，并是野生丹頂鶴筑巢的集中區域，但由于今年豐水期不長致使蘆葦等挺水植物長勢較差，其吸收水體中的營養物質遠不能抵消人為活動與鳥類繁殖所帶來的污染輸入，因此葦塘區水質具較高的監測指標水平．（5）造成龍湖水質較差的根本原因是人為掩土圈壩使其逐漸成為獨立湖泊，水體進出湖口均受到極大限制，加之周邊地勢較為平坦，不利于水體的流動更迭，進而導致龍湖水域常年處在Ⅳ～Ⅴ類水質標準．

4　結語

通過對龍湖水域水質指標的監測可以發現，龍湖各水質指標大多介于Ⅳ～Ⅴ類，并具有顯著的季節差異性特征．其中多數水質指標在5月份較9月份相對要高，這表明5月份水質較差，9月份相對較好．由龍湖水域水質指標空間分布特征可以發現，除部分監測點位的總磷濃度可達到Ⅲ類標準外，其余水質指標均為Ⅳ～Ⅴ類標準．而且除深水區與部分淺水泡水質變化不大外，其余均會受到內外源污染物的擾動而發生水質變化．龍湖水域水質指標的時空變化特征與農業活動、旅游推廣、鳥類棲息、植物生長及生態補水等內外源干擾因素密切相關．

[1] 鄒志紅，孫靖南，任廣平．模糊評價因子的熵權法賦權及其在水質評價中的應用[J]．環境科學學報，2005，25（4）：552-556．

[2] 徐兆玄，趙旭，周志．扎龍濕地水環境分析與可持續利用研究[J]．吉林地質，2004，23（3）：26-29．

[3] 侯保燈，李佳蕾，潘妮，等．基于改進熵權的灰色關聯模型在濕地水質綜合評價中的應用[J]．中國農村水利水電，2008（6）：80-83．

[4] 陳婧，張丹，劉志文．扎龍自然保護區水環境分析與保護措施探索[J]．黑龍江環境通報，2009（2）：33-37．

[5] 李苗，臧淑英，吳彬，等．扎龍濕地龍湖重金屬污染情況及其潛在生態風險評價[J]．環境工程，2012，30（5）：44-48．

[6] 尹子龍，程李芳，于洪賢，等．扎龍濕地夏季浮游植物功能群特征及水質評價[J]．北方農業學報，2016，44（4）：77-82．

[7] 郝樂友，武中強，朱丹．扎龍濕地水環境評價與保護措施[J]．黑龍江大學工程學報，2005，32（1）：82-83．

[8] 曾永，樊引琴，王麗偉，等．水質模糊綜合評價法與單因子指數評價法比較[J]．人民黃河，2007，29（2）：22-26．

[9] 張瑩瑩，張經，吳瑩，等．長江口溶解氧的分布特征及影響因素研究[J]．環境科學，2007，28（8）：1649-1654．

[10] 翟敏婷．河流水質模擬及污染總量控制研究[D]．大連：大連理工大學，2020．

[11] 衛凱平，武慧君，黃莉，等．農業生產系統氮磷環境影響分析：以安徽省為例[J]．農業環境科學學報，2018，37（8）：1802-1810.

Water environment quality assessment of Longhu Lake water area in Zhalong Wetland

GAO Ge，LIU Huajun

（Heilongjiang Province Zhalong National Nature Reserve，Qiqihar 161002，China）

Longhu Lake water area is one of the important animal and plant monitoring areas in Zhalong Nature Reserve．In order to further find out the impact of the entrance and exit of the lake，the depth of the lake surface and the distribution of reed ponds on the environment of Longhu Lake water area，based on the analysis of the hydrogeological characteristics of Longhu Lake，a total of 20 water samples were collected and analyzed in May and September 2022 respectively according to relevant standards，then based on the comprehensive evaluation method of fuzzy mathematics，the water environment quality and the temporal and spatial distribution characteristics of Longhu Lake were quantitatively evaluated．The results show that the seasonal distribution characteristics of water quality indicators of Longhu Lake are that all water quality indicators are of class IV～V standards，and the water quality in September is generally better than that in May．The spatial distribution characteristics of water quality indicators of Longhu Lake are as follows，in May，the water quality of Longhu Lake in the lake inlet，shallow water area and deep water area mostly belongs to class IV standard，and in shallow water bubble and reed pond area belongs to class V standard．In September，it belongs to class IV standard in the entrance and exit of lakes and deep water areas，and class V standard in the reed pond area and shallow water bubbles．The temporal and spatial changes of water quality indicators in Longhu Lake are closely related to internal and external interference factors such as agricultural activities，tourism promotion，bird habitat，plant growth and ecological water supplement．The research results have certain theoretical value and practical reference for water resources management of Zhalong Wetland including Longhu Lake water area．

Longhu Lake water area；water quality；space-time difference；fuzzy evaluation

1007-9831（2022）11-0067-07

Q178.5

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.11.013

2022-05-08

高歌（1994-），男，內蒙古呼倫貝爾人，助理工程師，碩士，從事濕地資源調查與保護研究．E-mail：1271400953@qq.com

劉驊峻（1994-），男，黑龍江齊齊哈爾人，助理工程師，碩士，從事濕地資源調查與保護研究．E-mail：1442886381@qq.com