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洞庭湖水质评价(2002-2004年)

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维普资讯 http://www.cqvip.com k Sci.(湖泊科学),2006,18(3):243—249 http://www.jlakes.org.E—mail:jlakes@niglas.ac.cn @2006 by Journal ofLake Sciences 洞庭湖水质评价(2002—2004年) 申锐莉 ,张建新 ,鲍征宇 ,周 曼 ,乔胜英 ,谢淑云 (1:中国地质大学(武汉)地球科学学院地球化学研究所,武汉430074) (2:湖南省地质研究所,长沙410007) (3:武汉大学资源与环境学院环境工程系,武汉430079) 摘要:根据2002—2004年洞庭湖水质监测数据,参照GB3838—2002中Ⅲ类水质标准,选用内梅罗水污染指数法和黄浦 江污染指数对洞庭湖水质现状进行评价,结果表明:(1)洞庭湖水体的主要污染指标是总磷,总氮和粪大肠菌群;(2)黄浦 江污染指数平均值为0.27,所以洞庭湖12个断面水质无黑臭现象发生;(3)枯水期西洞庭湖和南洞庭湖水质污染最严 重,平水期西洞庭湖水质污染最严重,洞庭湖丰水期的污染程度小于平水期;(4)洞庭湖的大部分水体的水质主要处于轻 度污染的状态,局部水体的水质在枯水期达到重污染的状态. 关键词:洞庭湖;水质评价;内梅罗水污染指数;黄浦江污染指数 Water quality assessment in Lake Dongting(2002—2004),China SHEN Ruili’ZHANG Jianxin ,BAO Zhengyu’,,ZHOU Min ,QIAO Shengying’&XIE Shuxun’, (1:Department ofGeochemistry,Faculty fEaroth Sciecens,China University fGoeosciecens,Wuhan 430074,P R. Chia)n (2:Hunan Provicen Research lnstsitute ofGeology,Changsha 410007,P R.China) (3:Departenmt ofEnvironmental Engineering,School ofResource and Environmental Sceice,Wuhan Uninversity, Wuhan 430079.P.R.Chia) nAbstract:According to Basic Analytical Methods of Environmental Quality Standards for Surface Water in China (GB3838—2002),we used the 2002-2004 monitoirng data to evalu ̄e nd acharacteirze water quality condition f oake DongtiLng,based on the application of comprehensive index methods such as Nememw Index and Huangpu River Organic Pollution Index.The results are obtained s afollows:(1)The main pollutntas of akeL Dongting are totla phosphorus(TP),total nitrogen(TN)and fecal coliform. (2)The mean Huangpu River Orgniac Pollution Index is 0.27,indicating that the water quality does not have the black smelly phenomenon at twelve designated sections in Lake Dongting.(3)In western and southern Lake Dongting,the water olplution could be more serious during the drought water season,whereas during the normal water season in western Lake Dongting the water poilu— tion is also bad.The water quality are generally better during the flood water season than those during normal water season.(4)Pollutants make a great contirbution to the water ualqity of ake LDongting;and the main sources are industirla eflfuents and domestic sewage.(5)The olplution condition of the main lake re anot serious during 2002 —2004,while in ce ̄ain water areas heavy polution condition may occur during the drought water season.The in— vestigations suggest that lake water quality has improved in recent years in response to changes in the land restora・ tion of reclaimed reaas and the construction of the hreTe Gorges Project. Keywords:Lake Dongting;water quality assessment;Nemerow index;Huangpu River Organic Pollution Index 洞庭湖(29。200”E,112。550”N)是中国第二大淡水湖,位于长江中下游下荆江南岸,流域面积达到 .湖南省洞庭湖区生态地球化学调查项目(1212010310304)资助.2005—08—22收稿;2005一l2一l6收修改稿.申锐 莉,女,1977生,博士;E—mail:shenruili—sab@sina.COll1. 维普资讯 http://www.cqvip.com J[以如Sci.(湖泊科学),2006,18(3) 259430.0 km .洞庭湖湖面面积变化很大,枯水期仅有2740 km ,而丰水期则可能扩大到12000 km .湖水 平均深度6.7m,最大水深30.8m Ll J.洞庭湖蓄纳湘、资、沅、澧四水,北部有长江经松滋口、太平口、藕池口 和调弦口(调弦口于1958年关闭,现为三口)流入,经岳阳城陵矶流入长江,形成向北开口的马蹄形盆地 J (图1).洞庭湖是典型的过水性吞吐型湖泊 ,江湖天然沟通,湖泊换水周期短(18.2d),湖水更新、交换十 分频繁 .由于历史上围湖筑垸,洞庭湖被分为东洞庭湖、西洞庭湖(目平湖)和南洞庭湖(万子湖)三个部 分 J.东洞庭湖湖盆面积1288.9 km ,南洞庭湖907.2 km ,目平湖314.5 km lo 7. 1999年的调查显示,洞庭湖纯湖区人口为1079.63万,其中农业人口825.29万,非农业人口为254.34 万.农村人口密度为381.1人/km ,城镇人口密度44O0.3人/km ,人口自然增长率为4.31‰.与1986年相 比,城镇人口增长较快,增加了88.53万,城镇人口密度每平方公里增加了484.8人. 洞庭湖区既是我国重要的商品粮、棉、油及水产基地,又是湖南省主要的造纸、石化及纺织工业基地. 2000年洞庭湖纯湖区调查的重点工业污染源企业145家,年工业废水排放总量为23357.56×10‘t,造纸业 8760.76×10 t,占37.51%,石油加工业4565.1×10 t,占19.54%,食品烟草加工与饮料业3969.19×10 t, 占16.99%,化工业3597.21×10 t,占15.4%.洞庭湖纯湖区年排放的污染物以化学需氧量、悬浮物为主, 分别为163906.59t和40,337.61t.主要污染物COD排放量中,以造纸业为主,占9o%.随着湖区工农业生 产的发展和湖区人口城镇化趋势加强,工业污染、农业污染、生活污染等对湖区水域的污染日益严重. 图1洞庭湖监测断面示意图 Fig.1 Monitoring sections in Lake Dongting 根据对湖南省洞庭湖环境保护监测站、湖南省环境保护局1999—2001年对洞庭湖的最新监测和调查 资料进行诊断分析和评价,目前洞庭湖区湖水本底水质尚好,pH值在正常范围内,离子总量不高,中等矿化 维普资讯 http://www.cqvip.com 申锐莉等:洞庭湖水质评价(2002—2004年) 245 度,水质硬度属软水,是工农业生产和人民生活用水的良好水源,但局部水域由于造纸、麻纺、食品加工业废 水的影响已呈现一定程度的污染 .卢宏玮 等根据1989,1997和1999年洞庭湖TP,TN和cd,Pb,zn, cu,cr等重金属污染物的变化过程,分析了污染物产生的原因并对洞庭湖各监测点的重金属污染风险进行 了评价.本文根据2002—2004年洞庭湖12个监测断面的水质监测数据,参照GB3838—2002中Ⅲ类水质 标准,选用内梅罗水污染指数法和黄浦江有机污染指数等综合污染指数法,查明洞庭湖的主要污染因子,分 枯水期,平水期和丰水期对洞庭湖水质现状进行评价,并分析洞庭湖水质污染的主要原因. 1评价材料与方法 1.1监测数据 2002年到2004年洞庭湖的水质监测数据的监测断面如图1所示,监测断面1,2,3和4控制洞庭湖人 湖口的水质,即控制来自湘、资、沅、澧四水的水质,监测断面5,6和7控制西洞庭湖的水质,监测断面8和9 控制南洞庭湖的水质,监测断面10和11控制东洞庭湖的水质,最后监测断面12控制洞庭湖出水口的 水质. 洞庭湖水质监测数据采样时间是从2002年到2004年的1月,5月和9月,分别代表洞庭湖的枯水期, 平水期和丰水期 .选取22项监测指标进行水质评价,包括pH,高锰酸钾指数,COD,BOD5,NH,一N,TP, TN,cu,Zn,F,Se,As,Hg,Cd,cr6 ,Pb,氰化物,挥发酚,石油类,阴离子表面活性剂,硫化物和粪大肠菌群. 洞庭湖水质监测项目的分析方法选用的是地表水环境质量标准(GB3838—2002)中规定的地表水环境质量 标准基本项目分析方法. 运用单因子平价法,对照国家《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中的IⅡ类水质标准限值来确定 主要污染指标,计算平均超标倍数: .兰了i=1Ci C ] 式中,C 为水质监测结果,S为标准值,J7、r为有效监测次数. 黄浦江污染指数,是一种基于河流水质长期监测经验基础上建立的指数.经过数据分析发现监测断面 的氨氮和溶解氧浓度有如下关系: 氨氮质量浓度实测值(mg/L) 一溶解氧饱和百分率(%)+0.4 当A>15,水质发生黑臭现象,故A又称黑臭指数. 内梅罗水污染指数法选择表2中所列的24项作为计算水质指标的参数.内梅罗水污染指数公式 I= ^//[ ∑[詈]] +[max[詈]] ———— — ———一 式中,Ci为水质参数i的实际监测值;s 为水质参数 的标准值,选取GB3838—2002中Ⅲ类水质标准限值作 为标准值.同时,参考《内梅罗水质指数污染等级划分标准》 对洞庭湖水质进行评价,,<1,清洁;,:1—2, 轻污染;,:2—3,污染;,:3—5,重污染;,>5,严重污染. 2结果与讨论 2002—2004年洞庭湖12个监测断面的24项水质监测结果表明,不同水文形势下,水质变化随不同断 面有明显变化.(1)枯水期,12个监测断面全部超过IⅡ类水质标准,断面1,6和8为劣V类,占25.0%;断 面2和3为V类,占16.7%;断面4,5,7,9,10,11和12为Ⅳ类,占58.3%.东洞庭湖为Ⅳ类,南洞庭湖和西 洞庭湖为劣V类.采用面积加权法,全湖的总体污染程度为V类.(2)平水期,12个监测断面全部超过IⅡ 类水质标准。断面6和9为劣V类,占16.7%;断面2,3,4,5,7,8,10,11和12为V类,占75.0%;断面1为 维普资讯 http://www.cqvip.com Lake Sci.(湖泊科学),2006,18(3) Ⅳ类,占8.3%.东洞庭湖为V类水质,南洞庭湖为V类水质,西洞庭湖为劣V类水质.全湖的总体污染程 度为劣V类水质.(3)丰水期,12个监测断面全部超过III类水质标准,断面1为劣V类,占8.3%;断面10 为V类,占8.3%;断面2,3,4,5,6,7,8,9,11和12为Ⅳ类,占83.3%.东洞庭湖为Ⅳ类水质,南洞庭湖为Ⅳ 类水质,西洞庭湖为Ⅳ类水质.全湖的总体污染程度为Ⅳ类水质. 2.1主要污染物 洞庭湖12个常规监测断面的监测值超过GB3838—2002中III类水质标准限值的统计结果见表1.由 表2可以看出,洞庭湖水质中的主要污染物是TP,TN和粪大肠菌群.Pipes|l 曾指出细菌群落大小和营养 水平的相关性,即水中的细菌含量随营养水平的提高而增加.监测数据表明,入湖河道的粪大肠菌群的含 量大于东、南和西三个湖区的粪大肠菌群含量,而三个湖区中以西洞庭湖的粪大肠菌群含量最高,最高值达 到1700 MPN/100 m1.另外,硫化物仅有的1次超标中,实际超标倍数竞高达1 149倍. 表1 2002—2004年洞庭湖主要污染物指标超过Ⅲ类水质标准情况 Tab.1 Status of the main pollutants in Lake Dongting between 2002 and 2004 2.2黑臭污染指数 全湖12个监测断面中,黄浦江污染指数值均小于5,平均值为0.27,所以洞庭湖12个断面水质无黑臭 现象发生.上海黄浦江“黑臭指数”曾经较好地描述80年代初黄浦江有机污染的程度,但不能反映近年来 黄浦江有机污染的状况 .所以,黑臭指数反映洞庭湖有机污染的状况有一定的局限性. 2.3综合污染指数(内梅罗水污染指数) 从图2中可以看出,2004年枯水期的水质较2003年和2002年有所恶化.在枯水期,2002年内梅罗水 污染指数的峰值3.51出现在监测断面8,2003年的峰值2.14出现在断面6,2004年的峰值5.91出现在断 面7,另外2个明显的高值出现在断面6和断面8.由于断面6控制了西洞庭湖水质,断面7控制了西洞庭 湖出13水质,断面8控制了南洞庭湖水质,所以在枯水期,西洞庭湖和南洞庭湖是整个洞庭湖区水质污染最 严重的地方. 2004年平水期的水质较2003年和2002年有所恶化.在平水期,2002年内梅罗水污染指数的峰值3.08 出现在监测断面8,2003年的峰值3.03出现在监测断面8,2004年的峰值6.66则出现在断面4.所以在平 水期,西洞庭湖是整个洞庭湖区水质污染最严重的地方. 2004年丰水期的水质较2003年和2002年有所好转.在丰水期,2002年内梅罗水污染指数的峰值2.16 出现在监测断面7,2003年的峰值7.58出现在监测断面1,2004年的峰值1.95则出现在断面12.从2002 年到2004年,除个别监测断面外,丰水期的内梅罗水污染指数均小于平水期,这说明丰水期的大量来水加 大了洞庭湖的稀释自净作用,降低了污染物的浓度,使丰水期的污染程度小于平水期,也表明内梅罗水污染 指数与湖泊蓄水量大小呈负相关关系. 维普资讯 http://www.cqvip.com 中锐莉等:洞庭湖水质评价(2002—2004年) 247 由于枯水期(低流量状态下)水质主要反映点源的污染情况,而丰水期(高流量状态下)水质主要受到 面源污染的影响,是点源和面源的综合作用的结果 .在2004年,除监测断面12外,洞庭湖枯水期的内梅 罗水污染指数均大于丰水期,同时,枯水期的内梅罗水污染指数最大值与最小值相差6.09倍,丰水期的内 凝 馨霍 梅罗水污染指数最大值与最小值相差3.10倍,说明枯水期各个监测断面的内梅罗水污染指数值差异较大. 所以,洞庭湖水质以点源污染为主 ,而且工业废水和生活污水的排放仍是洞庭湖水质污染的主要原因. 8 7 6 5 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 监测断面 图2从2002年到2004年洞庭湖枯水期,平水期和丰水期的12个监测断面的 内梅罗水污染指数变化曲线 Fig.2 Nemerow water quality index in twelve sections of Lake Dongting during the drought, normal,and flood water seasons between 2002 and 2004 2.4发展趋势分析 由图3可以看出,洞庭湖的大部分水体的水质主要处于轻度污染的状态,局部水体的水质在枯水期达 到重污染的状态.西洞庭湖和南洞庭湖的内梅罗水污染指数的波动曲线相似,反映了西洞庭湖和南洞庭湖 季节性变化明显,受不同水期影响,水质变动幅度大的特点;而东洞庭湖和出湖口的波动曲线相似,内梅罗 水污染指数的变动幅度较小. 2003年洞庭湖生态移民工程正式完工,洞庭湖面积由以前的2625 km 扩大到3970 km ,进一步加大湖 泊的稀释和自净能力,但是移民建镇带来的生活废水更加集中于水体局部区域,造成洞庭湖的局部水体污 染严重” .退田还湖区由于季节性的淹水和退水,水体中的氮、磷含量在头2—3年会是明显增高,但随时 间的延长,水质指标逐渐接近天然水体。 .另外,谭支良等人 研究得出退田还湖区水样中大肠杆菌严 重超标的主要原因与示范堤垸农民习惯于直接在水体或土壤施用人畜粪便密切相关.目前,又正在进行新 一轮规划,计划到2010年恢复洞庭湖面积到4350 km ,达到新中国成立初期洞庭湖天然湖泊水域面积. 三峡工程在2003年投入试运行,按照三峡水库的调度方式,对洞庭湖水体环境在一年中的10月份,1 —4月份产生较大影响,使洞庭湖提前退出汛期,而西洞庭湖(目平湖),南洞庭湖由于湖底高程超过26 m 维普资讯 http://www.cqvip.com 248 Lake Sci.(湖泊科学),2006,18(3) (黄海基面),没有长江来水 J.由于换水周期延长,加上西洞庭湖,南洞庭湖过水量减少,对局部水域, 特别是西洞庭湖水域的污染形势将更加严峻,水质恶化的进程相对于整体水域将大大加快.据Yang等研 究 J,三峡水库运用后的百年内其下游径流的含沙量均会较之前降低.因此可以认为,洞庭湖三口来水含 沙量的减少将成为趋势.李倩等 分析了2004年三峡工程运行前后枯、丰水期洞庭湖水力梯度变化,三峡 工程对洞庭湖水力梯度的影响是枯水期大于丰水期,其中东洞庭湖影响最明显. 因此,生态移民与三峡工程对洞庭湖整体水域的水质恶化的进程有所减缓,这主要是两项工程对湖体 的扩容作用带来的,减缓的程度有待进一步研究. 图3从2002年到2004年洞庭湖的人湖口,西洞庭湖,南洞庭湖,东洞庭湖和出湖口 五个部分内梅罗水污染指数随时间的变化曲线以及水质污染等级状态 Fig.3 Water quality assessment of each part of Lake Dongting between 2002 and 2004. based on the Nemerow Water Quality Index 3结语 本文根据2002—2004年洞庭湖水质监测数据,参照GB3838—2002中Ⅲ类水质标准,选用内梅罗水污 染指数法和黄浦江污染指数对洞庭湖水质现状进行评价.洞庭湖水体的主要污染指标是总磷,总氮和粪大 肠菌群.黄浦江污染指数平均值为0.27,所以洞庭湖l2个断面水质无黑臭现象发生,但是黑臭指数不能如 实反映洞庭湖有机污染的状况.枯水期,西洞庭湖和南洞庭湖水质污染最严重;平水期,西洞庭湖水质污染 最严重;洞庭湖的丰水期的污染程度小于平水期.洞庭湖水质以点源污染为主,而且工业废水和生活污水 的排放是洞庭湖水质污染的主要原因.内梅罗水污染指数法的评价结果表明,洞庭湖的大部分水体的水质 主要处于轻度污染的状态,局部水体的水质在枯水期达到重污染的状态. 随着湖区的退田还湖、移民建镇水利规划的实施,势必加剧现有城镇岸边局部水域的污染,及出现新的 岸边污染源.另外,随着农业产业结构的调整,水产养殖与畜牧业比重将显著提高,化肥与畜禽粪便带来的 面源污染以及湖区的工业发展,也将加重洞庭湖的污染.因此加快城镇污水处理设施、垃圾集中处理设施, 人、畜、禽粪便的处理设施建设,鼓励人、畜、禽粪便的资源化,严格控制氮、磷化肥的施用量,对工业污染源 实行总量控制与达标排放等是防止洞庭湖湖水质污染加剧的有效措施与当务之急. 致谢非常感谢湖南省洞庭湖环境监测站提供2002—2004年洞庭湖的水质监测数据. 维普资讯 http://www.cqvip.com 申锐莉等:洞庭湖水质评价(2002—2004年) 249 4参考文献 [1 j Birkett C I,Mason.A new global lakes database for remote sensing programme studying climatically sensitive large lakes.Journal ofGreat Lakes Research,1995,21:307—318. 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