大通湖總磷濃度變化的影響因素分析

摘要：大通湖是洞庭湖被堤垸肢解而形成的內(nèi)湖，是維系南洞庭湖生態(tài)安全的天然屏障，但總磷超標(biāo)問題突出。收集近年來大通湖流域水質(zhì)、水文、氣象和外源污染物輸入等數(shù)據(jù)，分析不同水環(huán)境影響因子的相關(guān)性，明確季節(jié)變化、外源污染物輸入和水位變化對(duì)水體總磷濃度的影響。結(jié)果表明，大通湖總磷濃度受水溫、水位、濁度、水華和種養(yǎng)尾水排放等因素的影響。為推進(jìn)大通湖水質(zhì)穩(wěn)中向好發(fā)展，保護(hù)湖區(qū)生態(tài)環(huán)境，要加強(qiáng)對(duì)周邊種養(yǎng)尾水等農(nóng)業(yè)面源污染的治理，減少入湖污染物，同時(shí)加強(qiáng)水系連通，增強(qiáng)河湖水體流動(dòng)性，凈化內(nèi)源污染物，形成可調(diào)可控、脈絡(luò)相通的水網(wǎng)體系。

關(guān)鍵詞：總磷；濃度變化；影響因素；水質(zhì)；大通湖

中圖分類號(hào)：X524 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）06-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.069

Analysis of influencing factors on changes in total phosphorus concentration in Datong Lake

ZHOU Yunchenchen

（Datonghu Branch， Yiyang Municipal Ecology and Environment Bureau， Yiyang 413000， China）

Abstract： Datong lake is an inner lake formed by the dismemberment of embankments in Dongting lake， it is a natural barrier to maintain the ecological security of south Dongting lake， but the problem of excessive total phosphorus is prominent. The data is collected on water quality， hydrology， meteorology， and external pollutant inputs in the Datong lake basin in recent years， and the correlation between different water environmental impact factors is analyzed， and the effects of seasonal changes， external pollutant inputs， and water level changes on the total phosphorus concentration are clarified in the water body. The results indicate that the total phosphorus concentration in Datong lake is influenced by factors such as water temperature， water level， turbidity， algal blooms， and the discharge of aquaculture wastewater. In order to promote the stable and positive development of water quality in Datong lake and protect the ecological environment of the lake area， it is necessary to strengthen the treatment of agricultural non-point source pollution such as tail water from surrounding planting and breeding， reduce pollutants entering the lake， strengthen water system connectivity， enhance the fluidity of rivers and lakes， purify endogenous pollutants， and form an adjustable， controllable， and interconnected water network system.

Keywords： total phosphorus; concentration changes; influencing factors; water quality; Datong lake

洞庭湖位于長(zhǎng)江中游荊江南岸，地跨湖南省和湖北省，是長(zhǎng)江流域重要的調(diào)蓄湖泊，具有強(qiáng)大的蓄洪能力。受水陸互換影響，洞庭湖分為外湖和內(nèi)湖。外湖在堤防之外，自然通江，包括東洞庭湖、南洞庭湖和西洞庭湖。同時(shí)，很多湖域尾汊被堤垸肢解成內(nèi)湖，而大通湖是其典型代表。大通湖是洞庭湖的重要組成部分，是維系南洞庭湖生態(tài)安全的重要水體。大通湖面積約為82.7 km2，總蓄水量達(dá)2.32億m3，素有“洞庭之心”美稱。隨著大通湖流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和洞庭湖降磷目標(biāo)的提升，大通湖水體的總磷管控要求越來越高，導(dǎo)致環(huán)境壓力越來越大。為加強(qiáng)洞庭湖生態(tài)環(huán)境保護(hù)，控制和削減總磷污染，2022年6月，湖南省人民政府辦公廳印發(fā)《洞庭湖總磷污染控制與削減攻堅(jiān)行動(dòng)計(jì)劃（2022—2025年）》[1]。隨著各項(xiàng)措施的逐步落地，洞庭湖總磷濃度不斷降低。結(jié)合大通湖總磷污染現(xiàn)狀，分析水體總磷濃度超標(biāo)的原因，明確變化趨勢(shì)，從而為大通湖水環(huán)境質(zhì)量改善和污染控制提供科學(xué)參考。

1 大通湖總磷污染現(xiàn)狀

選取大通湖水體國(guó)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)位作為監(jiān)測(cè)斷面，開展水質(zhì)監(jiān)測(cè)。2023年3月至2024年2月，大通湖水質(zhì)的單因子評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示。主要水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)有溶解氧、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)（Chemical Oxygen Demand，CODMn）和總磷。

大通湖水體總磷濃度隨時(shí)間的變化如圖1所示，月均濃度均超過地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（0.05 mg/L）[2]。大通湖總磷月均濃度起伏變化，主要原因是風(fēng)浪擾動(dòng)會(huì)促進(jìn)湖泊沉積物釋放總磷[3]?？傮w來看，大通湖總磷濃度略微下降，除8月最高達(dá)到0.185 mg/L外，其他月份均介于0.06～0.10 mg/L。

2 總磷超標(biāo)的原因分析

收集并整理2021年1月至2024年2月的大通湖國(guó)控自動(dòng)監(jiān)測(cè)站逐日水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)和大通湖周邊氣象站逐日氣象數(shù)據(jù)，通過皮爾遜相關(guān)系數(shù)（r）分析水溫、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、CODMn、氨氮、總磷、總氮和風(fēng)速等水環(huán)境影響因子的關(guān)系，結(jié)果如表2所示。數(shù)據(jù)顯示，2021年以來，大通湖總磷濃度和CODMn、濁度、總氮濃度均顯著正相關(guān)（r≥0.65），相關(guān)性強(qiáng)；總磷濃度和水溫正相關(guān)（r=0.41），但相關(guān)性明顯弱于上述3項(xiàng)環(huán)境影響因子。風(fēng)速與濁度、總磷濃度、CODMn均正相關(guān)，其與濁度的相關(guān)性最顯著（r=0.48）。低溫期是指10月至次年5月，水溫小于30 ℃，重點(diǎn)分析2021年至2024年2月低溫期各環(huán)境影響因子的相關(guān)性。結(jié)果表明，與全年相比，低溫期濁度對(duì)總磷濃度的影響更加顯著（r=0.72）。

經(jīng)初步分析，大通湖總磷濃度和CODMn、濁度、總氮濃度顯著相關(guān)。大通湖屬于典型的淺水湖泊，水位較淺，風(fēng)浪作用下，沉積物再懸浮直接導(dǎo)致濁度升高，同時(shí)沉積物中氮磷和有機(jī)質(zhì)再釋放導(dǎo)致氮磷和CODMn同步升高。另外，大通湖水體氮磷濃度較高，近幾年長(zhǎng)期處于輕度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，溫度和光照適宜時(shí)容易發(fā)生水華。水華過程中，藻類的間歇性生長(zhǎng)消亡會(huì)向水體釋放大量的氮磷及有機(jī)質(zhì)，導(dǎo)致氮磷濃度和CODMn同步升高。

2.1 季節(jié)變化

大通湖總磷濃度受濁度和水溫變化影響較大，單獨(dú)分析2021年1月至2024年2月總磷濃度、濁度和水溫的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明，大通湖總磷濃度存在明顯的季節(jié)性變化。每年7月中旬到9月中旬，總磷濃度顯著升高，尤其是每年水溫在30 ℃附近的時(shí)間段，總磷濃度與濁度出現(xiàn)較大的偏離。總體來看，大通湖總磷濃度主要受濁度和水溫的影響，呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化規(guī)律。10月至次年5月，總磷濃度受濁度影響最明顯，風(fēng)浪擾動(dòng)作用下的沉積物氮磷釋放起主導(dǎo)作用。6—9月，隨著水溫升高，藻類大量繁殖，易發(fā)生水華，水華過程中藻類消亡釋放疊加藻類生長(zhǎng)對(duì)沉積物氮磷的虹吸作用是水體總磷濃度升高的主要原因。

2.2 外源污染物輸入

收集并整理2021年1月至2024年2月大通湖流域30個(gè)入湖河渠小微自動(dòng)監(jiān)測(cè)站總磷數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示，每年5—6月，大通湖流域內(nèi)各河渠的總磷濃度顯著升高。經(jīng)分析，主要影響因素是種養(yǎng)模式。目前，大通湖流域內(nèi)種養(yǎng)模式以稻田養(yǎng)蝦為主，稻蝦共生、稻蝦輪作和一稻三蝦等模式并存，各模式均需要在5—6月集中排放養(yǎng)殖尾水，整田種植水稻。經(jīng)檢測(cè)，稻田養(yǎng)殖尾水總磷濃度約為0.5 mg/L，明顯高于河流及湖泊。因此，5—6月種養(yǎng)尾水的集中排放是入湖河渠總磷濃度顯著升高的主要原因。結(jié)合歷年降水?dāng)?shù)據(jù)，粗略估算各月流域總磷入湖負(fù)荷。結(jié)果表明，每年6月，大通湖流域總磷入湖負(fù)荷最高，約占全年入湖負(fù)荷的22.67%，其次是7—9月。經(jīng)估算，大通湖流域內(nèi)，每年5—9月總磷入湖負(fù)荷約占全年入湖負(fù)荷的70%。

2.3 水位變化

收集并整理2021年1月至2024年2月大通湖水位和濁度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示，5月中下旬到7月底大通湖水位明顯升高。與2021年和2022年同期相比，2023年6月以來，大通湖水位明顯偏低。2021—2023年，大通湖平均水位逐年下降，下降幅度為0.98 m。

大通湖水體濁度逐年升高，濁度大于80 NTU的天數(shù)由2021年的29.12%升高至2023年的47.40%，濁度大于60 NTU的天數(shù)由2021年的48.90%升高至2023年的85.71%，上升幅度明顯。低水位導(dǎo)致沉積物更易受風(fēng)力擾動(dòng)[4-5]，造成濁度上升。

3 結(jié)論

大通湖水溫較高（月均30 ℃）時(shí)，湖區(qū)水位較低，有利于沉積物中氮磷和有機(jī)質(zhì)的釋放，溫度、光照和水體富營(yíng)養(yǎng)化等條件均利于湖區(qū)藻類繁殖，形成水華，水華過程中藻類消亡釋放疊加低水位條件下藻類生長(zhǎng)對(duì)沉積物氮磷的虹吸作用導(dǎo)致總磷濃度升高。另外，外源輸入也是造成總磷超標(biāo)的主要原因。水溫、水位、濁度、水華以及種養(yǎng)尾水排放等因素疊加作用，大通湖總磷濃度不斷變化。為推進(jìn)大通湖水環(huán)境穩(wěn)中向好發(fā)展，保護(hù)湖區(qū)生態(tài)環(huán)境，要加強(qiáng)對(duì)周邊種養(yǎng)尾水等農(nóng)業(yè)面源污染的治理，嚴(yán)格執(zhí)行尾水排放標(biāo)準(zhǔn)，減少入湖污染物，同時(shí)加強(qiáng)水系連通，增強(qiáng)河湖水體流動(dòng)性，凈化內(nèi)源污染物，形成可調(diào)可控、脈絡(luò)相通的水網(wǎng)體系。

參考文獻(xiàn)

1 湖南省人民政府辦公廳.洞庭湖總磷污染控制與削減攻堅(jiān)行動(dòng)計(jì)劃（2022—2025年）[EB/OL].（2022-06-01）[2024-03-26].http：//www.hunan.gov.cn/hnszf/xxgk/wjk/szfbgt/202206/t20220622_26399400.html.

2 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GB 3838—2002[S].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

3 STAHLBERG C，Bastviken D，Svensson B H，et al.Mineralisation of organic matter in coastal sediments at different frequency and duration of resuspension[J].Estuarine Coastal amp; Shelf Science，2006（1）：317-325.

4 ACHMAN D R，BROWNAWELL B J，ZHANG L C.Exchange of polychlorinated biphenyls between sediment and water in the Hudson River estuary[J].Estuaries，1996（4）：950-965.

5 Schneider A R，Porter E T，Baker J E.Polychlorinated biphenyl release from resuspended Hudson River sediment[J].Environmental Science amp; Technology，2007（4）：1097-1103.

作者簡(jiǎn)介：周蕓陳?。?991—），女，湖南益陽(yáng)人，工程師。研究方向：水生態(tài)環(huán)境。