敦煌西湖湿地水质评价分析

袁海峰 何虎林肖云飞 陈文业谈嫣蓉 吴 婷陈 旭王斌杰朱 丽邴丹珲刘鸿源

(1 甘肃敦煌西湖国家级自然保护区管护中心，甘肃 敦煌 736200；2 甘肃省林业科学研究院，甘肃 兰州 730020；3 甘肃林研科技工程公司，甘肃 兰州 730020；4 甘肃敦煌西湖湿地生态系统国家定位观测研究站，甘肃 敦煌 736200)

关键字 敦煌西湖；地表水；有机污染综合评价；综合污染指数法

水质评价是水环境保护管理的重要依据，湿地生态系统水质评价是衡量湿地生态系统健康水平的重要指标(孙清展等, 2013)。国内外学者对滨海、湿地、湖泊和河流等水体水质进行了大量研究(甘华阳等, 2012; 姜刘志等, 2012; 韩曦等,2012)。有效的水质评价方法受两方面因素的影响，一是测试数据的正确性，二是评价方法的科学性(于淑玲等, 2013)。现国内外常用的水质评价法主要包括单因子评价法、综合污染指数法、主成分分析法、内梅罗污染指数法、模糊评价法、人工神经网络评价法等。

敦煌西湖湿地是荒漠戈壁重要的湿地保护区，水资源极为宝贵，制约着该区域植被覆盖，关系着当地农业生产、居民生活，也关系到敦煌市经济可持续发展。本文通过有机污染评价法与综合污染指数法对敦煌西湖区域内主要地表水水质进行评价，为区域内湿地资源合理利用保护提供了重要依据。

1 研究区概况

敦煌西湖国家级自然保护区位于甘肃河西走廊最西端，在甘肃、青海、新疆三省交界处，西接库姆塔格沙漠和罗布泊，南邻阿克塞哈萨克族自治县，北连新疆维吾尔自治区哈密市，东离敦煌市区120 km(图1)。地势南高北低、平均海拔为1 138 m。保护区总面积为66.00 万hm2，地貌特征主要为沙漠、戈壁、湿地草丛等，其中湿地面积为9.69万hm2，占总面积的14.7%。属温带大陆性极干旱荒漠气候，冬季严寒，夏季酷暑，气候干燥，降水量少，昼夜温差较大，日照时间长(袁海峰等, 2020)。敦煌西湖自然保护区附近的主要河流有疏勒河和党河，沼泽是汇集党河溢出的水和多处泉水而成，玉门关沼泽、后坑子沼泽位于疏勒河故道，由于地势低，地下水位高，地下水溢出而成。马迷兔、湾腰墩等沼泽为季节性沼泽，春季冻土融化，地下水上升成沼泽。

2 研究方法

2.1 水样的采集

水样采集时间为2021 年3 月底，采集了研究区主要水域的水样(图1)，在水体静止时采集水样，每个水域采集3 次，现场测定水温、pH 值，后将水样倒入干净的棕色玻璃瓶中，加入固定试剂防止样品在运输过程的发生反应，将样品装入移动低温保温箱储存，并在1 d 内运送到实验室进行分析。

图1 研究区湿地资源分布图Fig.1 Distribution of wetland resources in the study area

2.2 水样测试指标和方法

采集的水样分别测定其pH 值、氨氮(NH3-N)、高锰酸盐指数(CODMn)、化学需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、总磷(TP)、总氮(TN)、溶解氧(DO)(表1)。

表1 水质测定方法Table 1 Water quality determination method

2.3 研究方法

2.3.1 有机污染综合评价法 有机污染综合评价法是以评价有机污染为主的一种常见的水质评价方法(毛兴华, 2006)。有机污染综合评价方法在实际水质评价过程指标的选择要视情况而定，可以根据被测地区的地质情况、水流情况以及相关水质评价标准判断当地的水体质量。本文根据水样DO、NH3-N、COD、BOD54 项指标来判断水质。计算公式如下 ：

式中：BODi是水体五日生化需氧量的实测数据；CODi是水体化学需氧量的实测数据；NH3-N 是氨氮实测数据；DOi是溶解氧的实测数据。

A值越大表明水体有机污染越严重，A值越小水体有机污染越轻。一般BOD5、COD、NH3-N 越小，DO值越大，A值越小，水质越好(马虹等, 2002)。本次评价采用《地表水环境质量标准》Ⅱ类水质标准，取BOD0值 为3 mg/L、COD0值 为15 mg/L、DO0值 为6 mg/L、NH3-N0值为0.5 mg/L。

2.3.2 综合污染指数法 综合污染指数评价法是对各单因子指数加入等权重的水质评价方法(毕业亮等, 2021)。其公式为：

式中：PT表示综合污染指数， 表示各指标因子污染指数。PT≤0.5，清洁；0.5 ＜PT≤1.0，较清洁；1.0 ＜PT≤1.5，稍有污染；1.5 ＜PT≤2.0，中度污染；PT＞2.0，重污染。

各指标因子污染指数Pij的计算公式分非溶解氧指标、溶解氧指标、pH 值3 种计算方式(杨旭等, 2014)。

(1)非溶解氧污染指标的公式为：

式中：Pij表示第i 个采样点的第j 项指标因子的污染指数；Cij为第i 采样点第j 项指标的实测浓度；Sij为第i 采样点第j 项指标的标准浓度。

(2)溶解氧的单项污染指数公式为：

式中 ：Pij(DO)为溶解氧的单因子污染指数；CDO为溶解氧的实测浓度；CfDO为饱和溶解氧的浓度 ；S0DO为与水质污染指标对应的溶解氧浓度标准值。

(3)pH 值的单因子指数评价法的公式为：

式中：Pij(PH)表示 pH 值 的污染指数；pHij表示pH 值的实测值；pHsd表示评价中pH 值的标准下限值；pHsu表示评价中pH 值的标准上限值。当Pij＞1 时，该项指标超标，水体污染；当Pij≤1 时，该项指标未超标，水体未污染(LU et al, 2019)。

3 结果与分析

3.1 各指标评价分析

3.1.1 pH 值 pH 值是反映水质酸碱程度的重要指标，水体pH 值的变化会影响水质其他指标的变化。pH 值一般范围在6.5 ～9.5，当pH 值过低时，会有腐蚀性，当pH 值过高的时候，水体会有溶解盐析出。敦煌西湖地表水水质pH 值整体大于8.0，呈现弱碱性和碱性，采样点中后坑水样的pH 值最小为8.05，天桥墩水质pH 值最大为9.29，水样呈现碱性，盐池、盐池湾的水质pH值都大于8.5，没有满足世界饮水标准(世界饮水pH 值范围为7.0 ～8.5之间)(表2)。

3.1.2 NH3-N NH3-N 是水体中的营养素，以铵盐的形式存在于水体之中。根据采集的数据分析，西湖地表水中NH3-N 含量都较低，大多数水体NH3-N 含量低于0.025 mg/L，采集的水样中只有3 个水样NH3-N 含量大于0.025 mg/L，分别为盐池、大马迷兔、小马迷兔，但NH3-N 含量还是相对较小(表2)。

表2 敦煌西湖水质各指标实测数据Table 2 Measured data of water quality indexes of Dunhuang West Lake

3.1.3 CODMnCODMn是反映水体中有机和无机可氧化物质污染的常用指标，反应在同一条件下，氧化水样中有机物与无机还原性物质所用高锰酸钾量进而反应需氧量。根据《水质 CODMn的测定(GB 11892-89)》适用于饮用水、水源水和地面水的测定，CODMn测定范围为0.5 ～4.5 mg/L。西湖水质的CODMn较高，其中盐池、土豁落、小马迷兔、盐池湾的CODMn更高，分别为30.6、14.2、29.22 、13.8 mg/L，说明该水体受有机质污染(表2)。

3.1.4 TP TP 是1 L 水中含磷物质的量，是水样将有磷物质变为正磷酸盐的结果。采集的水样中大多数水样TP 含量都小于最小测试值，土豁落水样的TP 含量最大，为0.15 mg/L(表2)。

3.1.5 TN 水体TN 含量是衡量水质的一个重要指标。其指标主要评价水体污染和自净情况，水体中氮磷超标，大量微生物繁衍，水体出现富营养化。全氮包括NO3-、NO2-和NH4+等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮，以每升水含氮毫克数计算。采集的水体中TN 含量中大多数小于1.0 mg/L，只有湾腰墩、天桥墩、崔木土沟的全氮含量大于1.0 mg/L(表2)。

3.1.6 DO DO 是水质自我净化能力的依据。水体中DO 被消耗，要恢复到初始状态，所需时间短，说明该水体的自净能力强，水体污染不严重。敦煌西湖水体中DO 含量均较大，说明水质较好，自净能力较强，其中马圈湾的DO 最小，为5.9 mg / L(表2)。

3.2 有机污染综合评价法分析

根据水质有机污染综合评价法(表3、表4)，研究区内南大湖、后坑、疏勒河、湾腰墩、天桥墩、崔木土、艾山湖污染级别为0，水质良好；马圈湾、土豁落、大马迷兔污染级别为1，水质较好；盐池湾污染级别为2，水质评价为一般；盐池、小马迷兔污染级别为3，水质评价为轻度污染。研究区水体整体水质较好，只有盐池与小马迷兔A值稍大，对比测试指标发现，盐池与小马迷兔的NH3-N、COD、BOD5相比其他采样点数据偏高。

表3 水质指数分级表Table 3 Classification of water quality index

表4 各采样点的水质类别表Table 4 Water quality categories of each sampling point

3.3 综合污染指数法分析

敦煌西湖地表水通过水质综合污染指数分析表明：敦煌西湖整体水质较好，仅盐池、小马迷兔水质稍有污染 ；其他区域水质均较好，南大湖、马圈湾、后坑、疏勒河、湾腰墩、天桥墩、崔木土沟、艾山湖水质清洁 ；土豁落、大马迷兔、盐池湾水质比较清洁(表5)。

表5 敦煌西湖各采样点水质评价Table 5 Water quality evaluation of each sampling point of Dunhuang West Lake

有机污染综合评价法与综合污染指数法分析的评价结果相同，盐池与小马迷兔稍有污染，这两处水域水质监测中CODMn较大，水质较清洁的为土豁落、盐池湾，该处水质CODMn也较大，说明CODMn能很好地反映水体水质情况，为后期快速了解水质情况提供了依据。

4 结论

水质变化由多种因素共同影响，自然环境、社会环境的变化都会影响水质变化(黎育红等,2014)。本文通过采集敦煌西湖自然保护区主要地表水水样，测试其主要水质指标并采用有机污染评价法和综合污染指数法对研究区水质进行了综合评价分析。盐池、土豁落、小马迷兔、盐池湾4 处水样的CODMn和CODcr都相对较高，说明该区域有机污染比较严重。有机污染评价法和综合污染指数法结果显示，该区域水域主要表现为水量较小，周围野生动物活动较多，水体较为浑浊。敦煌西湖自然保护区水质有机污染主要为天然有机质污染，主要包括腐殖质、微生物分泌物、溶解植物组织、野生动物的废弃物。敦煌西湖自然保护区地表水水质整体较好，有机污染评价法和综合污染指数法的评价结果基本相同，表明研究区内大多水域水质较好，盐池与小马迷兔水质较差，水域稍有污染。两种方法评价土豁落水域较清洁，有机污染评价法表明盐池湾水质一般，综合污染指数法表明盐池湾水质较清洁。