博斯腾湖水环境演变趋势分析

冷静超

(塔里木河流域干流管理局，新疆 库尔勒 841000)

1 工程概况

博斯腾湖是我国最大的内陆淡水湖，主要由开都河流域和孔雀河流域组合，总面积7.7×104km2[1]，灌溉着391529hm2农田。湖区分为大湖区和小湖区，大湖区是湖体的主要部分，小湖区位于大湖区西南部，为一连串的浅湖泊，是盛产芦苇的湿地。在过去年的几十年里，博斯腾湖出现了水污染严重、水环境恶化等问题。为了科学治理博斯腾湖，保障其水质和水环境，就需对博斯腾湖水环境现状及演变趋势进行分析。

2 博斯腾湖水质现状分析

2.1 采样点布设、频次及分析指标

2.2 大湖区水体污染物分布特征

根据水质监测数据显示，博斯腾湖大湖区整体水质为地表水Ⅳ类标准。其中氨氮、TN、TP和溶解氧均达到地表水Ⅲ类标准，17个监测点中处14号点外，其余点位COD均超过20mg/L。按照水质功能区来看，黄水沟区(7#、8#、9#)、中央区(15#)、东部区(16#、17#)COD含量较高，这可能与入流水质，内源污染释放等因素有关；大湖区的水质矿化度较高，水体有一定的咸化风险，17点平均值约为900mg/L，最高可达1384mg/L，14号点矿化度明显低于湖区其它点位，只有200mg/L左右。这可能是由于14#监测点接近于大河口入湖区和泵站，入流水质和水动力条件较好。

2.3 小湖区水体污染物分布特征

2020年博斯腾湖小湖区水质特征与2019年类似，基本为劣Ⅴ类地表水标准。博斯腾湖小湖区内水质分布并无明显特征规律，各采样点处水质在时间和空间上均差异较大，湖区整体水质较差，为劣Ⅴ类地表水标准。其中氨氮为Ⅴ类水标准，COD和TP均超过Ⅴ类地表水标准，为劣Ⅴ类水体，TP超标明显，小湖区水体具有一定的富营养化风险。这可能是由于小湖区内芦苇较多，水体流动性较差，且小湖区历史上接纳了大量污水，导致现状水质较差。

2.4 博斯腾湖水体污染物空间分异性特征

博斯腾湖大湖区、小湖区水体污染物具有明显不同的分布特征，统计2020年两个区域水体的水质指标(考虑到数据统一性，选取COD、氨氮、TP、矿化度作为水体污染物特征指标)并进行比较，可知，博斯腾湖大湖区和小湖区水体COD浓度差别不大，但小湖区水体COD浓度波动幅度更大。

博斯腾湖两个区域水体中氨氮分布与COD略有不同，大湖区水体氨氮浓度最低，浓度范围为0.09～0.16mg/L，平均值为0.12mg/L，小湖区水体氨氮浓度范围为0.14～0.74mg/L，平均值为0.35mg/L，小湖区水体氨氮浓度波动幅度期均值略高于大湖区。大湖区水体TP浓度波动范围(0.01～0.02mg/L)和平均值(0.01mg/L)最低，小湖区水体TP浓度特征(波动范围为0.08～0.51mg/L，平均值0.17mg/L)。大湖区矿化度波动范围(241～1022mg/L)和小湖区矿化度波动范围(206～1042mg/L)基本一致，但大湖区矿化度平均值(889mg/L)高于小湖区矿化度平均值(556mg/L)。

总体来看，博斯腾湖大湖区水体略高于小湖区，但两个区域水体水质差别不大。

3 博斯腾湖水环境演变趋势分析

3.1 博斯腾湖水环境时间演变趋势分析

3.1.1博斯腾湖水质变化趋势

为分析博斯腾湖在长期时间尺度上的水质变化情况，收集整理1993—2020年博斯腾湖17个监测点处的水质监测资料，分析博斯腾湖水质27年的变化趋势，结果如图1所示。

图1 博斯腾湖水质长期变化过程

从图1(a)可知，1993—2020年博斯腾湖COD浓度呈现先升高后降低的趋势，1993年开始CODcr浓度逐渐升高，2005年以后COD浓度超过20mg/L(地表水Ⅲ类标准)，到2014年COD浓度达到最高值，为28.1mg/L，之后浓度逐渐下降，至2020年COD浓度降低至22.4mg/L，但仍超过地表水Ⅲ类标准，属于Ⅳ类地表水。

从图1(b)可知，1993—2020年博斯腾湖NH4+-N浓度呈现先升高后降低的趋势，1993年开始NH4+-N逐渐升高，2007年以后NH4+-N浓度超过0.15mg/L(地表水Ⅰ类标准)，到2014年浓度达到最高值，为0.29mg/L，之后浓度逐渐降低，至2020年NH4+-N浓度降低至0.11mg/L，符合地表水Ⅰ类标准。

传统的珩磨轮是由树脂结合剂和陶瓷磨料混合烧制而成的，赫美斯公司以PROFINE系列命名这类珩磨轮（图3）。然而，最新一代的直接传动的珩齿设备，使得采用陶瓷结合剂的珩磨轮成为可能。这一工艺，被称为“强力珩齿”，其使高效率地精密加工硬齿面齿轮成为可能。为了实现这一目标，赫美斯公司与相关大学机构以及机床设备制造商共同合作，开发出了CERFINE系列产品。

从图1(c)可知，1993年博斯腾湖TP浓度呈现较为稳定的状态，除2006年、2008年和2013年TP浓度略微超过0.05mg/L(地表水Ⅱ类标准)外，其余大部分时间博斯腾湖TP浓度均低于0.05mg/L，符合地表水Ⅱ类标准。

从图1(d)可知，1993—2020年博斯腾湖TN浓度呈现较为稳定的状态，除2000年TN浓度略高于1.0mg/L(地表水Ⅲ类标准)外，其余大部分时间博斯腾湖TN浓度均低于1.0mg/L，符合地表水Ⅲ类标准。

从图1(e)可知，1993—2020年博斯腾湖矿弧度浓度呈现出降低-升高-降低的波动趋势，且长期超过1000mg/L，处于微咸水的状态，1993—2003年博斯腾湖矿化度一直下降，过1000mg/L，处于微咸水的状态，1993—2003年博斯腾湖矿化度一直缓慢下降，2003年时矿化度浓度降至1120mg/L，2003—2013年矿化度逐渐升高，2013年时矿化度浓度浓度升高至1546mg/L，之后博斯腾湖矿化度又逐渐降低，2019年以后矿化度浓度降至1000mg/L以下。

综上分析，博斯腾湖水质在过去27年间变化不明显，COD浓度长期超过20mg/L，是博斯腾湖水质超过Ⅲ类地表水标准的主要影响因子，其余NH4+-N、TP、TN等指标均满足Ⅲ类标准，水体矿化度在2017年以前均超过1000mg/L，最近3年才降低至1000mg/L以下，表明水体有一定的咸化风险。

3.1.2近3年水环境变化趋势

COD是制约博斯腾湖水体达到地表水Ⅲ类标准的主要制约指标，因此统计2019—2021年博斯腾湖大湖区17个国控监测点处COD浓度数据分析其变化趋势，结果表明近3年期间湖区17个监测点处COD浓度均在10～30mg/L范围波动，2019、2020和2021年COD浓度平均值分别为22.1、20.7、19.6mg/L。这表明虽然博斯腾湖大湖区水质在近三年间因COD浓度超标而无法达到Ⅲ类地表水标准，但这一主要污染物在这3年内整体呈现降低的趋势，表明近几年针对博斯腾湖水环境的治理措施初见成数，呈现向好趋势。

3.1.3年内水环境变化特征

分别统计2019—2021年博斯腾湖大湖区17个国控监测点处COD浓度在丰水期(6—9月)和平水期(10次年5月)两个时期的变化情况，见表1，以分析博斯腾湖水环境质量在时间尺度上的变化特征。研究结果表明，14#监测点处COD浓度值在监测器内全部满足Ⅲ类地表水标准；3#、16#和17#监测点处COD浓度值在监测期内均超过地表Ⅲ水标准；其余监测点位中1#、2#、3#、11#、12#、13#和15#这7个监测点处COD浓度在丰水期低于平水期，5#-10#这6个监测点COD处COD浓度在丰水期高于平水期。这表明博斯腾湖水环境质量在年内不同时期无明显差异性。

表1 17个点位水质单因素方差分析结果

3.2 博斯腾湖水环境空间演变趋势分析

博斯腾湖水域面积广阔，为了更准确的探讨博斯腾湖水质在空间上的变化特征，对2020年17个监测点位水质指标进行统计，以此代表博斯腾湖水质的空间分布特征，并利用单因素方差法[2]，讨论了17个监测点处水质的空间差异性。单因素方差分析的ANOVA结果见表1。

由表1可知，17个监测点处的水质指标中，COD、TP和矿化度的P值小于0.05[3]，表明这3个指标在17个点的空间上具有显著差异，氨氮和TN则未表现出明显差异性。为了更直观的辨识出17个监测点之间的水质差异性，对各采样点的水质进行多维标度分析(MDS)，分析结果如图2所示。

图2 大湖区水质多维标度分析结果

由图2可知，利用MDS分析方法可以很明显的将17个点位分成3组。第一组包含DI-D3、D5、D7-D8共6个监测点，这些点基本分布在博斯腾湖南岸和西北角黄水沟区域，可能与黄水沟的入流及湖区风生环流产生的水动力特征有关；第二组包含D4、D6、D9-D13、D15-D17共10个监测点。这些点位包含了湖区的大部分区域，代表了大湖区的一般性水质状态；第三组则只包含14#监测点，这表明14#监测点处水质与其他点位具有较大差异，结合前面分析可知，14#监测点处COD、TP和矿化度等指标明显低于其他点，这可能是由于14#监测点距离宝浪苏木东支和泵站较近，入流水质较好，同时水动力条件也较好的双重原因导致。

博斯腾湖17个国控水质监测点处COD浓度差异巨大，为了分析湖区水质的空间分布特征，将17个监测点的位置和博斯腾湖水功能区划结合起来，统计5个水功能区内的水质超标情况。结果表明，Ⅰ区内13#和14#监测点处COD浓度的超标率只有28%，是博斯腾湖5个水功能区里COD浓度超标率最低的区域；Ⅴ区内5个监测点处COD浓度的超标率为92%，是博斯腾湖5个水功能区里COD浓度超标率最高的区域；Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区内监测点处的COD浓度超标率分别为62%、72%和59%。

结合博斯腾湖出入湖河流和位置可知，Ⅰ区靠近宝浪苏木东支入湖口和泵站，水动力条件较好，Ⅴ区位于博斯腾湖最东侧，水动力条件最差，因此考虑博斯腾湖水环境质量不达标的诱因之一是湖泊水动力条件较差。

4 结语

博斯腾湖水环境发展趋势对于博斯腾湖水环境保护和水资源利用具有重要影响，为落实《博斯腾湖三年整治行动方案》要求，持续推进博斯腾湖生态环境治理和保护提供技术支撑，经过分析探讨，2019—2021年博斯腾湖水体由于COD浓度超标而无法达到地表水Ⅲ表标准，但COD浓度在这3年内呈现逐渐降低的趋势，水环境向好发展，但仍潜存咸化风险。湖区COD浓度在年内不同时期无明显差异，5个水功能区中Ⅰ区水环境质量最好，Ⅴ区水环境质量最差，表明博斯腾湖水环境较差主要受其水动力条件不足的影响。为类似河湖水环境变化发展研究提供了借鉴。