环洱海主要入湖河流水质特征及入湖污染负荷估算

摘要：为了揭示洱海主要入湖河流的污染特征，2014年1月至2016年12月期间，以总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH3-N）、化学需氧量（CODcr）为污染物指标，对27条主要入湖河流进行水质、水量监测以及沿程追踪调查。同时结合同期降水数据和湖区水质监测资料分析，阐述了洱海主要入湖河流水量水质特征，估算了入湖污染负荷，并评估了入湖污染负荷对湖区水质的影响。研究结果表明：① 2014～2016年27条主要河流入湖总水量在2.87亿～4.74 亿m3，汛期入湖水量分别占全年入湖水量的79.17%，74.90%和61.96%，入湖水量与流域降水量呈正相关关系;② 在时间尺度上，污染物浓度年内整体呈现先升高后降低的波动趋势，雨季水质总体较好，污染物浓度空间上的差异不如时间尺度上的明显，污染物浓度与流域降雨量呈显著负相关;③ 洱海入湖污染负荷年内呈先降后升再降的趋势，入湖负荷主要受水量控制，污染负荷贡献率顺序为北岸>西岸>东-南岸，入湖河流总氮输入量与湖区总氮浓度、总磷输入量与湖区总磷浓度均呈极显著正相关，是洱海氮磷的重要来源。

关 键 词：入湖河流; 水量水质; 污染负荷; 洱海

中图法分类号： X824   文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.01.010

0 引 言

洱海湖面高程为1 966 m时，湖泊南北长度42.5 km，东西最大宽处约8.4 km，平均宽度为6.3 km;洱海最大水深21.3 m，平均水深10.6 m，湖面面积252.91 km2，岛屿度0.31%，蓄水量达27.94亿m3。湖盆形态特征为0.10，湖泊岸线发展系数为2.07，湖岸线长127.85 km，湖泊补给系数为10.43，是生态环境部定义的新三湖之一[1-2]。入湖河流，是指一定区域内在地表水和地下水补给作用下，经常或间歇地沿着狭长凹地流动最终进入湖泊的水流[3]。入湖河流是洱海重要水资源的补给渠道，是洱海水量和水质的基本保障[4-5]。土地利用作为人类活动的产物，通过改变流域的水文循环、水土流失、养分迁移转化等生态过程，进而对河流生态环境产生空间尺度和时间变化影响[6-7]。洱海流域境内有大小入湖河溪117条，总径流面积2 565 km2，入湖水量年均值为8.17亿m3。其中，主要入湖河流27条，占总入湖河流水量的90.98%[8]。环洱海主要入湖河流分别是：西岸的苍山十八溪和棕树河共19条，北岸的罗时江、西闸河、弥苴河和永安江4条，东-南岸的凤尾箐、玉龙河、白塔河和波罗江4条。

项颂等[9]研究了2014年入湖河流水质对洱海水质的影响及土地利用驱动下水质的变化特征，研究结果表明，入湖水质存在时空差异，整体水质雨季较差。严春丽等[10]基于2016～2018年洱海北三江及北湖湖区水质数据展开了分析，结果发现，北三江表现出典型的农业面源污染特征且首要污染物为总氮。马根连[11]分别于2009年6，8，11月对苍山十八溪箐口及入湖口进行水质监测并给予了评价。陶汝颂等[12]通过2004～2009年苍山十八溪巡测资料计算了水量变化情况。为改善洱海主要入湖河流水环境质量，及时掌握洱海及主要入湖河流水质状况，加大对洱海及其主要入湖河流水质的监测评价，大理州洱海保护治理领导组办公室编制了《洱海及其主要入湖河流水质监测评价工作方案》。本研究正是基于洱海入湖河流监测方案中2014～2016年环洱海27条主要入湖河流入湖口污染物（总氮、总磷、氨氮、化学需氧量）浓度数据，结合同期入湖水量、流域降水和湖区水质数据分析研究，以期探明入湖污染物浓度在不同水期的变化规律，进而估算入湖污染负荷，评估入湖污染负荷量对湖区水质的影响，为洱海保护治理及入湖河道生态修复提供参考。

1 数据与方法

1.1 研究方法

根据《洱海及其主要入湖河流水质监测评价工作方案》，在洱海湖区设置11个监测点位，环洱海主要入湖河流入湖口布设27个监测点位（见图1）。每月10日左右采集湖区及入湖口水样，测定总氮（碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法）、氨氮（纳氏试剂分光光度法）、总磷（钼酸铵分光光度法）、化学需氧量（USEPA消解比色法）4个污染物浓度，收集同期入湖水量及流域降水数据。

数据统计分析采用SPSS和EXCEL软件进行。

2 结果分析

2.1 环洱海主要入湖河流水量特征

环洱海主要入湖河流的水资源特征主要受大气降水影响，其次与河道截取用水情况密切相关。沿岸水资源利用形式主要有人畜饮用水、企事业单位用水和农业灌溉用水3种。2014～2016年，27条主要河流入湖总水量分别为3.66亿、2.87亿m3和4.74亿m3，同期流域降水量为627～884 mm。2014～2016年月度入湖水量及降水量分析结果显示（见图2），年内入湖水量和降水量均呈单峰趋势，主要集中在汛期（6～10月）。2014～2016年汛期入湖水量分别占全年入湖水量的79.17%、74.90%和61.96%，汛期降水量分别占全年降水量的90.43%、83.40%和77.15%，说明该时段降水量较大程度地决定了年降水量。入湖水量最小值出现在2～5月，该时期也是河道断流高发期;入湖水量峰值出现在7～9月，与流域内最大降水量月份完全重合，入湖水量与流域降水量呈正相关关系。2014～2016年，洱海年入湖水量最大的4条河流是弥苴河、永安江、罗时江和西闸河，入湖水量年均值分别为13 556万、4 413万、3 658万m3和2 794万m3。

2.2 环洱海主要入湖河流水质特征

在时间尺度上，污染物浓度年内整体呈现先升高后降低的波动趋势（见图3）。在初期降雨的冲刷作用下，旱季累积的大量污染物被带入水体随地表径流进入河流，因而入湖河流污染物浓度在进入汛期时（6月）较高，而进入汛期后（7～10月），经初期雨水的冲刷后，河岸周边的污染负荷降低，入湖河流的污染物浓度也大幅降低处于低浓度状态，雨季水质总体较好[13-14]。2014～2016年，化学需氧量浓度均值分别为（13.7±4.3） mg/L，（15.9±5.7） mg/L和（11.9±2.9 mg/L）;2014，2015年峰值出现在6月，2016年最大值出现在5月。2014～2016年氨氮浓度均值分别为（0.434±0.114） mg/L，（0.636±0.283） mg/L和（0.458±0.142） mg/L;2014年峰值出现在5月，2015，2016年最大值出现在4月。2014～2016年總磷浓度均值分别为（0.163±0.038） mg/L，（0.199±0.093） mg/L和（0.138±0.031） mg/L;2014年峰值出现在6月，2015年最大值出现在4月，2016年峰值出现在5月。2014～2016年总氮浓度均值分别为（2.212±0.277） mg/L，（2.412±0.553） mg/L和（2.425±0.557） mg/L;2014，2016年峰值出现在12月，2015年最大值出现在4月。

在空间尺度上，污染物浓度整体呈现南北高中部低的“V”型波动趋势（见图4）。西岸南部河流污染物浓度较高，尤其是五溪（莫残溪、清碧溪、黑龙溪、白鹤溪、中和溪），其子流域人口密度大且为蔬菜种植区;西岸中-北部河流（双鸳溪→棕树河）浓度较低，其子流域人口密度小且基本为农田;北岸及东-南岸河流（罗时江→波罗江）浓度升高，尤其是化学需氧量浓度处于高位，“北三江”子流域人口密度居中且为大蒜种植区（12.36万亩）和奶牛养殖区（6.46万头）。污染物浓度空间上的差异不如时间尺度上的明显。

2.3 环洱海主要入湖河流入湖负荷估算

入湖污染负荷由污染物浓度和水量两个因子决定，洱海入湖污染负荷年内呈先降后升再降的趋势（见图5），入湖负荷主要受水量控制[15-16]。2014～2016年环洱海27条入湖河流总氮输入在861.46 t，525.07 t和831.29 t，汛期输入量占年度输入总量的52.95%，60.45%和49.92%;2014～2016年环洱海27条入湖河流总磷输入在58.97，30.66 t和51.76 t，汛期输入量占年度输入总量的58.89%，67.70%和61.59%;2014～2016年环洱海27条入湖河流氨氮输入在178.13，96.54 t和130.81 t，汛期输入量占年度输入总量的58.36%，60.77%和53.25%;2014～2016年环洱海27条入湖河流化学需氧量输入在5 681.02，4 195.69 t和5 857.73 t，汛期输入量占年度输入总量的59.56%，75.11%和62.74%。

在空间尺度上，洱海27条主要入湖河流水量顺序为北岸>西岸>东-南岸，污染负荷贡献与水量贡献顺序一致，二者贡献率占比大致相当（见表1）。2014～2016年洱海北岸4条河流入湖水量分别占总入湖水量的55.70%，56.35%和57.68%，总氮输入负荷占比为64.3%，60.0%和58.9%，总磷输入负荷占比为57.7%，59.1%和61.4%，氨氮输入负荷占比为72.0%，55.5%和51.3%，化学需氧量输入负荷占比为75.7%，68.6%和71.5%。“北三江”是洱海湖区污染物的主要输入通路，是入湖河道水污染控制和综合修复的首要对象，北部入湖河流污染负荷主要来自于河流子流域内以大蒜为主的农业面源和以奶牛养殖为主的畜牧业点源污染。

3 讨 论

研究发现，洱海27条主要入湖河流污染物浓度与流域降雨量密切相关，对污染物浓度与对应降雨量进行Pearson相关分析，结果如表2所列。入湖河流总氮、氨氮浓度与降雨量呈极显著负相关（P<0.01），相关系数为-0.338和-0.330，表明总氮浓度和氨氮浓度受降雨量影响程度较大;而总磷、化学需氧量浓度与降雨量呈显著负相关（P<0.05），相关系数为-0.213和-0.162，总磷浓度和化学需氧量浓度受降雨量影响程度较小[17]。

洱海水功能区目标为Ⅱ类水体;2014年洱海有7個月为Ⅱ类水体，全年平均水质为Ⅱ类;2015，2016年洱海分别有6个月、5个月为Ⅱ类水体，年度水质类别均为Ⅲ类。2014～2016年期间未发生规模化蓝藻水华，水体始终保持在中营养水平，氮、磷成为洱海富营养化的主要贡献因子。进一步研究了洱海27条主要入湖河流入湖污染负荷量与洱海湖区水质指标、藻类生物量的关系，试图找出水体已经处于中营养状态下哪些营养盐能显著增加藻类生物量，以及评估入湖河流直接输入污染负荷对湖区水质的影响。通过对同期湖区总氮、总磷、化学需氧量以及叶绿素a月均值浓度与主要入湖河流入湖污染负荷量进行正态分布检验和相关性分析（见表3），发现入湖河流总氮输入量与湖区总氮浓度、总磷输入量与湖区总磷浓度均呈极显著正相关（P<0.01），相关系数为0.565和0.477，表明入湖河流总氮、总磷输入量直接影响湖区总氮、总磷浓度，是洱海氮磷的重要来源。入湖河流氨氮输入量与湖区氨氮浓度、化学需氧量输入量与湖区化学需氧量浓度不显著相关，说明入湖河流氨氮、化学需氧量输入量对湖区氨氮、化学需氧量浓度影响较小。湖区叶绿素a浓度与入湖河流总氮、总磷、氨氮、化学需氧量负荷输入量不显著相关，但相关系数同为正值，说明氮、磷和有机污染物的输入可能增加洱海藻类生物量。

4 结论及建议

（1） 2014～2016年，27条主要河流入湖总水量分别为3.66亿、2.87亿m3和4.74亿m3，汛期入湖水量分别占全年入湖水量的79.17%、74.90%和61.96%，入湖水量与流域降水量呈正相关关系。

（2） 在时间尺度上，污染物浓度年内整体呈现先升高后降低的波动趋势;在空间尺度上，污染物浓度整体呈现南北高中部低的“V”型波动趋势。

（3） 洱海入湖污染负荷年内呈先降后升再降的趋势，入湖负荷主要受水量控制，污染负荷贡献率顺序为北岸>西岸>东-南岸。

（4） 洱海主要入湖河流污染物浓度与流域降雨量呈显著负相关，入湖河流总氮输入量与湖区总氮浓度、总磷输入量与湖区总磷浓度均呈极显著正相关，是洱海氮磷的重要来源。

根据洱海主要入湖河流的监测结果分析，入湖河流水环境问题主要表现为：枯水期河流水体污染严重且水量严重不足，半数河流出现断流，污染物浓度规律符合丰水期低于枯水期，枯水期流量较小而蒸发量大浓度迅速升高，初期雨水带来的冲击性污染负荷以及农田退水的营养盐致使雨季初期浓度较高;入湖河流水质类别的限制性因素为总氮、总磷，沿岸人口密度大，土地利用以菜地、水田为主，农业面源污染突出;河流生态退化，植被覆盖率低，缓冲区宽度窄，两面光硬质堤岸，河滨带功能脆弱。结合河道沿岸土地利用现状，坚持水量、水质与水生态协调统一原则，提出如下建议。

（1） 调控水量。洱海入湖河流年内水量呈雨季多旱季少且两极分化严重，建议在河道上游采取合理工程措施，在丰水期控制入湖水量从而达到枯水期补水。

（2） 改善水质。河道污染负荷主要源于农业面源，需调整沿岸种植业结构，科学合理施肥，严格管控农田退水。

（3） 恢复水生态。每条河流选择适合的河道生态修复技术，“一河一策”因地制宜地进行修复。

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（编辑：刘 媛）