扎龙湿地龙湖水域水环境质量评价

高歌，刘骅峻

扎龙湿地龙湖水域水环境质量评价

高歌，刘骅峻

（黑龙江省扎龙国家级自然保护区管理局，黑龙江 齐齐哈尔 161002）

龙湖水域是扎龙保护区重要的动植物监测区域之一，为了进一步查明进出湖口、湖面深度以及苇塘分布等因素对龙湖水域环境的影响程度，在剖析龙湖水文地质特征的基础上，于2022年5，9月份分别对龙湖水域依照相关标准进行了共计20个水样的采集分析，并基于模糊数学的综合评价方法对龙湖水环境质量以及时空分布特征进行了定量评价．结果显示，龙湖水质指标季节分布特征为：各水质指标均为Ⅳ～Ⅴ类标准，其中9月份水质总体好于5月份．龙湖水质指标的空间分布特征为：5月份龙湖水质在入湖口、浅水区、深水区多属Ⅳ类标准，在浅水泡、苇塘区属Ⅴ类标准；9月份在出入湖口、深水区属Ⅳ类标准，在苇塘区、浅水泡属Ⅴ类标准．龙湖水质指标的时空变化与农业活动、旅游推广、鸟类栖息、植物生长及生态补水等内外源干扰因素密切相关．研究结果对龙湖水域在内的扎龙湿地水资源管理具有一定的理论价值与实际借鉴．

龙湖水域；水质；时空差异性；模糊评价

水质评价作为水体污染治理工作的重要环节，可以为水体的定期监测与评价提供一定的科学依据．由于湿地、河流、湖泊等水环境是较为复杂的动态系统，具有较为显著的模糊属性，因此对其进行单一化的水环境定量评价是不可行的，而基于模糊数学的评价方法则可以解决评价指标模糊和监测数据误差所带来的评价结果影响[1]．

龙湖水域位于扎龙湿地西部的缓冲区内，是东升水库通过老马场东线水源和乌裕尔河西线水源的入流节点．水域监测沿线人为干扰多样并且强烈，内外源污染物杂叠交错，使龙湖水质出现时空变化的原因十分复杂．前人对龙湖水域环境的研究相对较少，徐兆玄[2]等对2003—2004年包括龙湖在内的35个点位的水质进行监测，发现龙湖水质富营养化普遍较重，并总结出水质出现污染的主要原因；侯保灯[3]等利用改进熵权的灰色关联模型对2007—2008年的龙湖水质进行了综合评价，发现龙湖水域各样点均污染严重；陈婧[4]等对2008—2009年龙湖水质中的总磷、总氮、高锰酸钾指数以及溶解氧4类主要污染物的空间分布进行了分析，探讨了龙湖水域污染的时空分布规律；李苗[5]等利用潜在生态风险指数法对2012年度龙湖水域进行重金属风险评价分析，得出其潜在生态风险程度达到“强级”水平；尹子龙[6]等在2015年度浮游植物功能群特征的调查基础上，利用Q指数法对龙湖水质进行了评价，发现龙湖水质富营养化，属于重度污染．

本文以2022年度龙湖水域水环境为研究对象，在剖析其水文地质特征的基础上，结合进出湖口、湖面深度及苇塘覆盖等影响因素，利用基于模糊数学的综合评价方法对龙湖水域的水质状况、时空分布等进行定量评估与探讨．

1　材料与方法

1.1　研究区概况

龙湖水域位于扎龙湿地西部缓冲区内，是湿地南北水网流通的重要枢纽，地理位置为124°11′～124°13′E，47°9′～47°11′N，平均海拔144 m，南北长2.6 km，东西宽3.3 km，水域总面积8.58 km2，其中湖泊面积5.04 km2，苇塘面积3.23 km2，农田面积0.31 km2，丰水期苇塘水深为1.5～2 m，明水湖面可达3.5 m以上．水资源丰富、植物覆盖完整、生物多样性显著，是扎龙湿地鸟类重要的栖息繁殖地之一，其广阔明水面对周边环境小气候的影响较为显著[7-8]（见图1）．作为扎龙湿地水文流通的重要纽带，其在维护生物多样性、改善湿地环境、农业活动及旅游度假等方面均发挥着重要作用，成为维护扎龙湿地中部水文连通和生物多样性的关键节点，生态地位非常重要．而龙湖水质的优劣则是影响其周边生态环境的主要因素，由于龙湖周边的沙土围挡等人为因素，影响了其与外界河流、湖泊及苇塘的现实流通，进而改变了其流动湖泊的根本属性，加之附近高强度的人为干扰，使龙湖水质发生时空变化的原因复杂且多样．

1.2　样品采集与预处理

结合遥感卫片与实地调研等手段，在综合考虑龙湖周边生态环境的污染点源分布、植被类型及人为活动等影响因子的基础上，依据进出湖口、苇塘分布及湖面水深等因素，在龙湖水域从进湖口始，沿动植物监测路线设置取样点10处，并于5月份（10个）、9月份（10个）分季节取样，采样点位见图2．

图1　扎龙湿地示意图

图2　采样点位置

依据各水质监测区域的生态水环境特点选取浮标法确定水样点，各采样点信息见表1．

表1　采样点信息

在每个水样点选择2～3处瞬时水样进行混合，取水样前要将试剂瓶洗涤干净，并用稀盐酸浸泡12 h，漂洗后自然风干方可使用．取样以5～8，20～30 cm的深度展开，并实地进行pH、温度等常规测试，使用滤片进行现场过滤，装入聚乙烯瓶中低温保存．水样取回后测定总氮、总磷、氨氮等指标含量．其中，总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（检出限0.05 mg/L）；总磷采用钼酸铵分光光度法（检出限0.01 mg/L）；氨氮采用纳氏试剂分光光度法（检出限0.025 mg/L）；高锰酸钾指数用高锰酸钾滴定法（检出限0.5 mg/L）．

1.3　研究方法

采用基于模糊数学的综合评价方法进行龙湖水质定量评价研究，具体步骤为：

（3）建立模糊矩阵．根据因子集合和评价等级可知，测试数值与评价指标均为5项，因此可构建一个5阶单因子隶属度的模糊函数矩阵式．

（4）判定矩阵向量．依据相应的地表水评价等级来判定其矩阵函数式[9]

Ⅰ类水质矩阵函数式

Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ类水质矩阵函数式

Ⅴ类水质矩阵函数式

采用Excel 2010，SPSS22.0，Crystal Ball 7等软件对水质测试数据进行处理．

2　结果与分析

2.1　季节分布特征

水质指标监测情况见图3．由图3可见，5月份与9月份龙湖水体中的总氮、总磷、氨氮、溶解氧等水质指标具有显著的季节性分布特征．（1）总氮含量多集中分布在2.0～3.0 mg/L之间（占60%以上），最高为2.98 mg/L，最低为1.72 mg/L，且5月份各取样点总氮含量略高于9月份，水中总氮含量符合Ⅴ类水质标准；（2）总磷含量多集中分布在0.1～0.2 mg/L之间（占70%以上），最高为0.24 mg/L，最低为0.11 mg/L，且5月份各取样点总磷含量明显高于9月份，季节差异性分布显著，水中总磷含量符合Ⅲ～Ⅳ类水质标准；（3）氨氮含量多集中分布在1.5～2.0 mg/L之间（占90%以上），最高为1.87 mg/L，最低为1.22 mg/L，且5月份各取样点氨氮含量略高于9月份，其中入湖口、苇塘区等点位均接近2.0 mg/L，水中氨氮含量符合Ⅴ类水质标准；（4）溶解氧含量是水生植物生存适宜度的重要评判指标[10]，9月份溶解氧含量（平均为2.6 mg/L）远高于5月份（平均为1.6 mg/L），但5，9两月份的单月波动较小，水中溶解氧含量符合Ⅳ～Ⅴ类水质标准；（5）高锰酸钾指数具有差异显著的季节变化趋势，整体在7.79～13.59 mg/L之间，在9月份指数出现最大值，在排水口区域已经达到了19.81 mg/L，而5月份指数分布波动不大，极值出现在浅水区域，为9.01 mg/L，水中高锰酸钾指数含量符合Ⅳ～Ⅴ类水质标准．综合5个水体评价指标因子可以发现，龙湖水体不同水质指标甚至同一水质指标的监测数据中，均呈现出一定的季节性差异特征．

图3　水质指标监测值

2.2　模糊综合评价分析

表2　5，9月份评价指标权重系数归一化结果

表3　5，9月份水质模糊综合评价结果

2.3　空间差异性特征

龙湖水质5，9月份模糊评价结果示意图见图4．由图4可知，龙湖水质等级在5，9月份空间差异性较为显著，其中5月份水质的模糊评价结果中有6成水样点位判定为Ⅴ类水质，浅水泡（LH-02）、苇塘区（LH-03，04，06）、浅水区（LH-08）、排水口（LH-05）均是Ⅴ类，其余为Ⅳ类；9月份水质模糊评价结果中有超过一半的水样点判定为Ⅳ水质，入湖口（LH-01）、浅水泡（LH-02）、排水口（LH-05）、浅水区（LH-08）、深水区（LH-09，10）均是Ⅳ类，其余为Ⅴ类．

图4　龙湖水质5，9月份模糊评价结果示意图

3　讨论

3.1　季节分布特征分析

龙湖水域各水质指标多集中在地表水Ⅳ～Ⅴ类，且存在显著季节性差异特征．其中5月份水质指标相对较高，原因为：（1）5月份是该地区蒸发最强烈的时段，水位亦是最低时期，而周边农业活动已经开始，化肥与农药中大量的氮、磷、锰等元素成分流入导致水中富营养化程度急剧恶化；（2）以芦苇、香蒲为代表的挺水植物与杉叶藻、金鱼藻为代表的浮游植物尚处于萌芽阶段，因此并未大量吸收水体中的营养物质；（3）该地区春季多大风，底泥受到湖浪扰动，致使大量污染源开始悬浮，从而影响监测水质．9月份水质监测中除部分样点总磷指标相对较低外，水质亦集中在Ⅳ～Ⅴ类，但总体上Ⅳ类水质点位数多于5月份，原因为：（1）9月份的高锰酸钾指数含量平均值明显高于5月份，这也说明9月份是旅游旺季，旅游活动频次的提高致使龙湖水域的污染负荷加剧，进而影响水质；（2）9月份水质指标中的总磷、总氮均值含量分别为0.15，2.14 mg/L，均小于5月份的总磷（0.20 mg/L）、总氮（2.29 mg/L）均值含量，推测9月份是芦苇等水生植物的生长繁殖阶段，因其吸收了水体中大量的营养成分，使得水质得以一定净化；（3）保护区4月末进行了一次大规模的生态补水活动，在8月末即流经至龙湖水域，水质亦得到了一定的改善，排水口（LH-05）的水质指标在9月份出现显著降低即为明证；（4）该地区8～9月份为集中降雨时段，且农业活动显著减少，因此水体的富营养化程度明显降低．

3.2　空间差异特征分析

通过水样实测数据可以得出：（1）龙湖水域各水质除部分监测点位的总磷浓度可达到Ⅲ～Ⅳ类水质标准外，其余指标均为Ⅳ或Ⅴ类水质标准．另外，该水域水体中高锰酸钾指数超标严重，甚至远高于Ⅴ类水质标准．（2）水样点LH-01，LH-09，LH-10在5，9两月份均判定为Ⅳ类水质，值得注意的是此3个水样点溶解氧均值含量较高且高锰酸钾指数较低，利于水生生物的生长繁殖．而且LH-09，LH-10位于水域核心地带，人为干扰相对较少，这也使其监测点位水质变化不大；而LH-01位于入湖口位置，水质更新换代较快，因此5，9两月份水质维持在Ⅳ类标准．（3）LH-05为龙湖排水区域，9月份水质指标中的总氮、总磷、氨氮相比5月份显著降低，推测与农业活动减弱及生态补水净化水质有关．（4）LH-03，LH-04在5，9两月份均为Ⅴ类水质，经实地调研发现该区域毗邻扎龙度假村，并是野生丹顶鹤筑巢的集中区域，但由于今年丰水期不长致使芦苇等挺水植物长势较差，其吸收水体中的营养物质远不能抵消人为活动与鸟类繁殖所带来的污染输入，因此苇塘区水质具较高的监测指标水平．（5）造成龙湖水质较差的根本原因是人为掩土圈坝使其逐渐成为独立湖泊，水体进出湖口均受到极大限制，加之周边地势较为平坦，不利于水体的流动更迭，进而导致龙湖水域常年处在Ⅳ～Ⅴ类水质标准．

4　结语

通过对龙湖水域水质指标的监测可以发现，龙湖各水质指标大多介于Ⅳ～Ⅴ类，并具有显著的季节差异性特征．其中多数水质指标在5月份较9月份相对要高，这表明5月份水质较差，9月份相对较好．由龙湖水域水质指标空间分布特征可以发现，除部分监测点位的总磷浓度可达到Ⅲ类标准外，其余水质指标均为Ⅳ～Ⅴ类标准．而且除深水区与部分浅水泡水质变化不大外，其余均会受到内外源污染物的扰动而发生水质变化．龙湖水域水质指标的时空变化特征与农业活动、旅游推广、鸟类栖息、植物生长及生态补水等内外源干扰因素密切相关．

[1] 邹志红，孙靖南，任广平．模糊评价因子的熵权法赋权及其在水质评价中的应用[J]．环境科学学报，2005，25（4）：552-556．

[2] 徐兆玄，赵旭，周志．扎龙湿地水环境分析与可持续利用研究[J]．吉林地质，2004，23（3）：26-29．

[3] 侯保灯，李佳蕾，潘妮，等．基于改进熵权的灰色关联模型在湿地水质综合评价中的应用[J]．中国农村水利水电，2008（6）：80-83．

[4] 陈婧，张丹，刘志文．扎龙自然保护区水环境分析与保护措施探索[J]．黑龙江环境通报，2009（2）：33-37．

[5] 李苗，臧淑英，吴彬，等．扎龙湿地龙湖重金属污染情况及其潜在生态风险评价[J]．环境工程，2012，30（5）：44-48．

[6] 尹子龙，程李芳，于洪贤，等．扎龙湿地夏季浮游植物功能群特征及水质评价[J]．北方农业学报，2016，44（4）：77-82．

[7] 郝乐友，武中强，朱丹．扎龙湿地水环境评价与保护措施[J]．黑龙江大学工程学报，2005，32（1）：82-83．

[8] 曾永，樊引琴，王丽伟，等．水质模糊综合评价法与单因子指数评价法比较[J]．人民黄河，2007，29（2）：22-26．

[9] 张莹莹，张经，吴莹，等．长江口溶解氧的分布特征及影响因素研究[J]．环境科学，2007，28（8）：1649-1654．

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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，内蒙古呼伦贝尔人，助理工程师，硕士，从事湿地资源调查与保护研究．E-mail：1271400953@qq.com

刘骅峻（1994-），男，黑龙江齐齐哈尔人，助理工程师，硕士，从事湿地资源调查与保护研究．E-mail：1442886381@qq.com