程海水环境现状研究

2015-05-25肖高林严谷芬杨广萍

环境科学导刊 2015年5期

关键词：水华透明度浊度

肖高林，严谷芬，杨广萍

（云南省环境科学研究院，云南昆明650034）

程海水环境现状研究

肖高林，严谷芬，杨广萍

（云南省环境科学研究院，云南昆明650034）

应用程海2009年10月—2010年9月的水质监测资料，分析了程海的水质现状及运动变化趋势，结果显示，除1＃采样点为Ⅳ水质外，2＃～9＃采样点都为Ⅲ类水质。1＃采样点水质较劣的原因是该点处于程海常年主导风向的下风向。

水质监测；水质现状；变化趋势；污染源；程海

1 流域概况

程海湖盆地地处青藏高原与云贵高原的衔接部位，云南省丽江市永胜县中部，世界自然遗产“三江并流”金沙江中段，地理坐标东经100°38′～100°41′，北纬26°27′～26°38′。距丽江市古城约102km，距永胜县城45km。程海湖东、西、北三面环山，南面地势平坦。东面为碎屑岩组成的高山地形，最高海拔2603.7m，坡度较缓；西面为玄武岩组成的连绵不断的陡峭高山，最高海拔2647.3m，坡陡谷深；北面为碳酸盐岩组成的中山地形，最高海拔2437.2m；南面坡谷地发育，是主要的农业耕作区。

程海湖形狭长，呈南北向，北深南浅。湖区位于金沙江河谷地带，属中亚热带高原季风气候，盛行南风，年平均气温19.1℃，最冷月平均8～11℃。湖区光照充足，日照时数2500～2750h。

程海是一个封闭性的内陆构造湖泊，水量补给主要是湖面降水、陆面径流和仙人河隧洞工程雨季补水。2000年后仙人河未向程海补水，降雨为流域水资源的主要来源。

2 水环境研究现状

2.1 样点设置

在程海湖湖北、湖中、湖南设置3个断面，每个断面左、中、右3个采样站，一共9个采样站。

2.2 采样时间

2009年10月—2010年9月，每月15日采样1次。其中，水华发生期间加密采样，合计采样15次。

2.3 实验室分析方法

采用国家或行业标准方法，有关操作和质量控制按《HJ／T91-2002地表水和污水监测技术规范》、《水或废水监测分析方法》第四版中的A类方法进行。

3 主要污染物调查分析

3.1 水温

2009年10月—2010年9月项目实施期间，程海水温动态图如图1所示。

项目实施期间，湖水水温测值9.0～28.0℃，年内变动有一个波峰一个波谷。月平均最高水温25.3℃，在2010年9月出现，此时是水温的波峰；月平均最低水温为12.1℃，出现于2010年2月，此时为年内水温变动的波谷。

研究期间，程海水温垂直分布情况见图2。

图2中显示：水温垂直分层上，湖表层年平均水温最高，湖最底层水温最低，但由表层到底层，水温并不是逐步降低，出现一个由10.0m水深处到15.0m水深处水温反而升高的现象，5.0m水深处水温比15.0m水深处年平均水温偏低5.1%。由于程海无水温垂直观测的系列数据，本研究只是测定采样时水温瞬时值，现在还无法解释出现这一现象的原因，很可能是测定值仅仅是采样时水温的瞬时值，统计结果与自然存在的现象出现了较大的误差。像程海这样平均水深超过25m的深水湖泊，采用先进技术进行高密度长周期的水温观测研究，了解与掌握水温的垂直分层十分重要，这是认识湖水运动、水动力条件，建立以湖泊水动力学为基础，迭加营养盐、浮游藻类、透明度、悬浮物质、水质现状、富营养化状况、水华爆发预测模拟、工程评估等大型的水环境管理模型的基础，只有这样，才能促使湖泊科学研究与湖泊保护的现实需求互相适应，使科学技术研究能够具体地指导人们的社会经济实践，促进人与自然和谐发展。

3.2 透明度（SD）

2009年10月—2010年9月项目实施期间，程海水体透明度测值范围1.0～4.0m，年平均2.8m。周年中，湖水透明度12月最好，而且，1月、2月、3月、4月、6月、9月共7个月水体平均透明度都超过3.0 m，证明程海水的洁净程度还处于良好状态。但是，不容乐观的是：程海水体平均透明度最低时只有1.25m，全年中水体平均透明度低于

2.0 m的有2个月，而且都出现在蓝藻水华分解时期或水生高等植物衰亡分解时期，此时，水体中的胶体物质、悬浮物质、浮游植物、微生物等含量较高，悬浮于水体影响透明度。

透明度水平分布情况很直观地代表各个采样点水质好坏程度。图4中显示：程海水体透明度以5＃采样点和7＃采样点最好，9＃采样点最差，湖中心5＃采样点透明度并未明显偏好。

3.3 浊度

项目实施期间，程海湖水浊度2.4～69.7mg／L，年平均6.4 mg／L，最低值和最高值都出现在1＃采样点。最低值出现在冬季2009年12月（同期水体透明度达到年内最高）；最高值出现于春季2010年5月的水样中，此时，春季水华形成，藻类叶绿素含量高达368.91 mg／L，过量的浮游藻类生长，使水体浊度达到最高值。

图5中显示：程海水体浊度有3次高峰出现，其中，春季5月水华暴发期间，水体浊度出现年内最高峰，高于年平均值190.6%；第二高峰值出现于夏末的8月，高于年平均值71.9%；第三高峰值出现于夏季的7月，高于年平均值34.4%。这些高峰的出现均与浮游植物生物量大小的关系十分密切，因此，可以得出结论：影响程海浊度的第一因素是浮游植物的生物量大小，其次才是水中所含有的泥沙、粘土、有机物和无机物等悬浮物质。

浊度在各个采样点的水平分布状况从另一侧面表征了湖泊水质清澈程度和沉水植物对光能的可获得程度，图6中可清楚看到浊度的水平分布状况：程海浊度也是在湖西北部的1＃采样点最高，9＃采样点次高，2＃和3＃采样点相对较高，8＃采样点最低。如前面的分析，程海的浊度与水体浮游生物密切相关，8＃采样点刚好处于程海常年主导风的上风向位置，所以，年度浊度的平均情况为全湖最低；而1＃采样点刚好处于程海常年主导风的下风向位置，风力运动的结果，使浮游藻类堆积于1＃采样点，特别是春季水华暴发季节，1＃采样点的浊度是全湖平均值的3.7倍。浊度在程海湖中的垂直分布状况见图7。浊度在程海水柱中，除底层采样点明显偏高外，表层水中略高，其他层差异不大。底层浊度偏高大多是由于采样时对水底有搅动，引起水底沉积物悬浮，而非藻类较多。

3.4 三氧（DO、BOD5、CODMn）

水中三氧（DO、BOD5、CODMn）是研究湖泊水环境最基本的参数。DO代表水中分子态氧，对所有需氧水生生物的新陈代谢有着非常重要的环境意义，同时还影响着营养物质的溶解度和生物可利用性，控制着整个水生生态的生产力水平。BOD5是水中有机物的基本估量指标，是指在规定条件（20℃±1℃）下，微生物分解水中某些可氧化的有机物，在其进行生物化学过程中所消耗的溶解氧的量，它间接表示水中有机物的含量。CODMn作为有机物相对含量的综合指标之一，它的测定能反映水中还原性物质（包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等）和一部分有机物质的含量。同时研究DO、BOD5、CODMn含量及其动态分布，对于理解水生生物的分布、生长、行为、代谢强度以及非生物区化学反应动态平衡等非常重要。

图8、图9、图10分别给出程海湖水体中DO、BOD5、CODMn含量周年变动曲线、水平分布状况、垂直分布情况。

程海湖DO含量范围4.67～12.19mg／L，年平均7.41mg／L，最低值出现于2009年11月5＃采样站底层采样点，最高值出现在2010年8月9＃采样点。DO受大气补充量及浮游植物和大型水生植物光合作用强度的输入影响，又受到化学与生物氧化消耗之间平衡的控制，年内有一定程度波动，其中8月出现最高峰（图8），低谷出现在11月。水平分布在1＃采样点、2＃采样点含量稍高，而湖中心7＃采样点和5＃采样点含量稍低，这是因水运动、湖泊充氧和浮游生物活动而异。但9个采样点的差异不大，其差异在6.0%以内。垂直分布由水表至水的深处略有下降，底层的含量相当于水表层含量的96.6%，差异也不大。实际上，像程海这样浮游植物生物量大的富营养湖泊，DO昼夜变化幅度甚至比年变动幅度大，白天是增氧过程，水体中DO含量高，会出现DO过饱和现象，夜间是耗氧过程，水体中DO含量下降，如耗氧性物质增多，水中微生物活动剧烈，甚至会出现大气中的O2来不及补充水中的O2，使DO趋于零，但在程海中未见DO为零的报道。程海水体中DO昼夜变化、垂直变化的范围和程度，有待后续研究中关注。

程海BOD5含量在0.11～11.55mg／L，平均2.07mg／L。年内低谷出现在冬季12月—1月，高峰出现在5月，与浮游植物水华爆发与分解关系密切。水平分布1＃采样点最高，7＃采样点最低，二者相差1.00mg／L，折成百分率相差62.1%。水平分布的规律：水体中单位含量由湖北部—湖中部—湖南部逐渐降低，由湖西部—湖中部—湖东部也逐渐降低，湖西北部最高，湖东南部最低。垂直分布由表层至20.0m水层逐渐降低，降低幅度为17.5%，但底层处突然升高，较20.0m水层处升高的幅度达29.8%。

程海CODMn浓度在2.66～11.70mg／L，平均5.15mg／L，最低值出现在2009年10月的湖中心5＃采样点，最高值出现在2010年5月春季水华暴发时的1＃采样点。CODMn年变动与BOD5的年变动十分相似，冬季12月时出现低谷，春季5月时形成高峰。水平分布在1＃采样点最高，4＃采样点和8＃采样点最低，二者相差0.44mg／L，折成百分率相差9.1%，规律是：CODMn含量由湖北部—湖中部—湖南部递减，湖东部高于湖西部和湖中部，而湖西部与湖中部含量相当。垂直分布由表层至20.0m水层逐渐降低，不过，降低幅度只有4.4%，差别不大，到湖底层又比20.0m水层处有所升高，升高的幅度只有3.3%，差别也较小，即CODMn含量由水表层至水底层的水柱中虽略有变化，但总体上来说差别较小。

3.5 二氧化碳（CO2）

CO2是湖水中重要的溶解性气体，主要来源于水生动植物呼吸作用、微生物活动、有机物分解和空气的吸收，是判别水体是否在近期内受到有机污染的重要指标。项目研究了程海湖水中的游离二氧化碳和侵蚀性二氧化碳，研究结果为2项目全部未检出，表明程海水体有机污染并非新近突然增加，而是日积月累的结果。

4 水环境现状评价

为了更直观清晰地了解程海湖水环境现状，项目组依据程海湖水环境保护目标— “程海水质除pH和F离子外，其余指标应达到国家地表水水环境质量标准Ⅲ类水质标准”，对照《GB3838-2002地表水环境质量标准》中Ⅲ类标准限值对研究期间程海水质进行评价。其中，非离子氨由于影响因素众多，计算上的繁杂，国家在2002版本的修订中取消了该项目，本研究参照上一版国家标准《GB3838-1999地面水环境质量标准》中Ⅲ类水质标准限值（≤0.02mg／L），仅对其超标率进行评价，不作水质类型的评价与评述。

4.1 各个月份水质评价

2009年10月—2010年9月，程海水质现状及其评价结果见表1。

由表1中可以看出：2009年10月—2010年9月，程海水质综合评价为Ⅲ类水质，超标项目有非离子氨、TP、CODMn、TN、DO。尽管项目实施期间年度水质评价达到Ⅲ类水质，但其中有6个月（1月、4月、5月、8月、9月、12月）水质类别为Ⅳ类（主要因TP、TN超标），另外几个月虽然水质保持Ⅲ类，但TP、TN的含量已经十分逼近Ⅲ类标准限值。

需要说明的是：我国幅员辽阔，水环境类型十分复杂多样，国家在水质标准制定过程中，考虑到我国主要大江大河和湖泊水库TN、TP等物质含量本底值都较高的现状，制定国家标准时基本上都放宽了标准限值，特别是对湖泊富营养化有重要影响的氨氮、总氮和总磷。对照国际上公认的湖泊富营养化发生浓度：TN 0.20mg／L，TP 0.02mg／L，这两个值刚好是我国《GB3838-2002地表水环境质量标准》中Ⅰ类标准限值。又例如：氨氮仅仅是氮的一种存在形态，而在《GB3838-2002地表水环境质量标准》中5个类别评价标准，就有4个类别氨氮与总氮的评价标准是一样的。即现行的评价标准中个别指标存在明显的不合理性。另一方面，我国现行水环境质量评价标准没有基于流域水生态系统与社会经济发展的特点考虑，也没有考虑湖泊富营养化引起的水质水生态安全，缺乏水环境基准的研究工作，也没有将人群健康考虑到水环境质量标准体系之内。因此，国家现行的水环境质量标准（包括污染物排放标准）应用于个性特征十分鲜明的程海湖，存在标准的科学性、可靠性和反映实际情况的准确性等诸多问题。由此，项目组认为：虽然程海湖水质现状评价的结果能基本达到水质类别要求，但并不乐观。

4.2 各采样点水质评价

程海各采样点水质现状与评价结果见表2。

利用项目实施期间（2009年10月—2010年9月）研究结果对程海9个采样点的水质进行评价，其结果是：除1＃采样点为Ⅳ水质外，2＃～9＃采样点都为Ⅲ类水质。1＃采样点水质较劣的原因是该点处于程海常年主导风向的下风向，蓝藻水华发生后，藻体被吹于1＃采样点附近堆积，藻细胞腐烂分解，释放营养盐造成该采样点水质恶化，是一种内源污染现象。

Study on W ater Quality Status of Chenghai Lake

XIAO Gao-lin，YAN Gu-fen，YANG Guang-ping
（Yunnan Institute of Environmental Science，Kunming Yunnan 650034，China）

Thewater quality status of Chenghai Lakewas analyzed aswell as its trend based on thewatermonitoring data from the October of2009 to the September of2010.The results showed that thewater quality from the site two till site nine reached the third class of nationalwater quality standard except that the site one was the fourth class. The reason for theworsewater quality in the site onewas that its location was in the downwind direction of the lake.

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