李艷紅，成靜清，郭春晶

（江西省水利科學(xué)研究院，江西 南昌 330029）

鄱陽湖是我國第一大淡水湖，也是一個(gè)典型的過水型、吞吐型、季節(jié)型的湖泊。由于“五河”及長江來水對(duì)湖區(qū)水位的雙重影響，導(dǎo)致湖泊面積擴(kuò)大或萎縮，使得鄱陽湖區(qū)洪水和干旱現(xiàn)象交替出現(xiàn)[12]，同時(shí)鄱陽湖水位常年變化而導(dǎo)致水文的巨大差異也給水環(huán)境帶來一定的影響。本文根據(jù)地統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，以相關(guān)性代替變異函數(shù)，分析了不同方向上的空間異質(zhì)性；通過分析鄱陽湖水質(zhì)時(shí)空相關(guān)性，研究了鄱陽湖水質(zhì)隨時(shí)間、距離、橫斷面上的時(shí)空變化規(guī)律，以期為水質(zhì)預(yù)測(cè)工作提供基礎(chǔ)研究的方向，這對(duì)于有效地為鄱陽湖的綜合整治和科學(xué)管理提供科學(xué)依據(jù)，為強(qiáng)化鄱陽湖水環(huán)境管理與規(guī)劃具有重大的意義。

1 材料方法與實(shí)驗(yàn)

1.1 采樣布點(diǎn)

根據(jù)湖區(qū)出入湖河流污染物的來源類型，對(duì)鄱陽湖區(qū)主干流表層水進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查以及系統(tǒng)樣品采集，采樣位置見圖1。水樣采集后置于低溫下避光保存，采樣結(jié)束后，立即對(duì)樣品進(jìn)行處理。對(duì)部分需測(cè)定總氮、總磷等原水樣經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)用0.45μm的Millipore 濾膜進(jìn)行過濾，并加H2SO4酸化保存，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后立刻進(jìn)行化學(xué)分析，分析項(xiàng)目包括pH、Eh、溫度、電導(dǎo)率、溶解氧、chl-a、總氮、總磷、硝酸鹽氮、氨氮、CODMn、BOD5等水質(zhì)參數(shù)。

采樣現(xiàn)場(chǎng)立即用HACH 便攜式現(xiàn)場(chǎng)分析儀進(jìn)行測(cè)定pH、Eh、溫度、電導(dǎo)率、溶解氧等參數(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)必需將測(cè)定的數(shù)據(jù)包括水體的表觀性質(zhì)以及天氣狀況、采樣時(shí)間、采樣地名，同時(shí)還用GPS 測(cè)出采樣點(diǎn)的地理坐標(biāo)。

1.2 樣品測(cè)定

TP、TN、NH3-N、NO3-N、CODMn、濁度、懸 浮物SS、BOD5等指標(biāo)都按國家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定。分別為：鉬酸銨分光光度法，堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，納氏試劑比色、紫外分光光度法，高錳酸鹽指數(shù)的測(cè)定，硫酸肼分光光度法，重量法，碘量法。

2 結(jié)果與討論

2.1 數(shù)據(jù)計(jì)算

監(jiān)測(cè)指標(biāo)共13個(gè)，分別包括包括水溫（T）、pH、懸浮物SS、濁度SD、DO、CODMn、BOD5、TN、TP、氨氮（NH3-N）、硝酸鹽氮（NO3-N）、Chl-a、電導(dǎo)率Eh。這13個(gè)水質(zhì)參數(shù)形成了2011年各月的水質(zhì)數(shù)據(jù)矩陣。再以監(jiān)測(cè)點(diǎn)為對(duì)象，對(duì)各月水質(zhì)數(shù)據(jù)矩陣求取相關(guān)系數(shù)矩陣（以表1為例），可得到各月監(jiān)測(cè)點(diǎn)——監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)矩陣。在此基礎(chǔ)上，對(duì)各月的相關(guān)系數(shù)矩陣進(jìn)行如下統(tǒng)計(jì)分析：

式中，Rinj表示第i月相關(guān)系數(shù)矩陣中，第n個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與第j個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)，j=1，2，…，8。

圖1 鄱陽湖采樣點(diǎn)位置示意圖

令Rs=Rin，稱Rs為空間相關(guān)性。Rs 越大，水質(zhì)的空間分布就越均勻，差異性越??；Rs 越小，水質(zhì)的空間差異就越大。

式中：PRm表示第m 監(jiān)測(cè)點(diǎn)各月Rs 值的均值；Rmi表示第i月第m 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的Rs 值；TRi表示第i月各監(jiān)測(cè)點(diǎn)Rs 值的均值。

PR 和TR 都是基于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相關(guān)性分析得出的時(shí)空相關(guān)性指標(biāo)，稱PR為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空間相關(guān)性，TR為時(shí)間相關(guān)性。PR 值越大，表明各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相關(guān)性越大，反映水質(zhì)在空間上分布就越均衡，差異性越?。籘R 值越大，則表明空間分異性的時(shí)間變化就越小。不同季節(jié)鄱陽湖RS的時(shí)空分布及S 值見表2。

2.2 鄱陽湖水質(zhì)時(shí)空相關(guān)性分析

2.2.1 TR 值的季節(jié)變化規(guī)律

根據(jù)鄱陽湖水文特征情況將鄱陽湖按季節(jié)分為豐水期（5月、7月）；平水期（3月、10月）；枯水期（1月、12月）。從表2、圖2 中可以看出鄱陽湖各監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同月份和季節(jié)性的TR 值變化差異均較明顯，水位變化對(duì)鄱陽湖污染物質(zhì)空間相關(guān)性起到?jīng)Q定作用。總體上枯水期監(jiān)測(cè)點(diǎn)間TR 值差異較大，又以1月份鄱陽湖水質(zhì)的空間分異性最大，TP 值為0.7108，而平水期、豐水期各測(cè)點(diǎn)TR 值變化規(guī)律一致，變化范圍為0.8545～0.8785，空間分異性小且不明顯。

造成枯水期鄱陽湖湖水質(zhì)的空間分異性較大，而平水期、豐水期的空間分異性小的原因與鄱陽湖特殊的水文特征有關(guān)。鄱陽湖屬季節(jié)性、吞吐性湖泊，具有“豐水一片，枯水一線”的水文特征，全年中湖區(qū)水資源量變化巨大，導(dǎo)致一年中水體空間分異性呈現(xiàn)明顯變化規(guī)律。豐水期間由于湖區(qū)水量巨大，整個(gè)鄱陽湖連成一片，湖水中污染物質(zhì)可得到充分的交換，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)間互相影響較大，因此導(dǎo)致空間分異性較??；而枯水期間湖泊水被河道分割，湖水無法得到交換，監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間影響較小空間差異較大，隨著水位的升高，空間差異性逐漸增大；平水期和豐水期水位相近，均較高，各地區(qū)水質(zhì)影響較密切導(dǎo)致空間差異性也較小。10月份TR 值較7月份來說減少原因與9月上中旬長江上游處于汛期，水位較高，而鄱陽湖已脫離主汛期，水位較低，長江水倒灌進(jìn)鄱陽湖引起湖水污染物交換有關(guān)。

表1 鄱陽湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)相關(guān)系數(shù)矩陣（2011年7月）

表2 鄱陽湖水質(zhì)Rs的時(shí)空分布

圖2 TR 值時(shí)間變化特征

2.2.2 PR 值的空間分布

PR 值反映了鄱陽湖2011年不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體污染物的空間分異性規(guī)律（如圖3），規(guī)定沿水流方向上湖口到吳城為北湖區(qū)、都昌到西源為南湖區(qū)。由圖3、表2 可知鄱陽湖南北湖區(qū)空間分異性規(guī)律明顯，總體上看各地區(qū)PR 值從主湖區(qū)L5 都昌處沿遠(yuǎn)離都昌方向分別向北湖區(qū)、南湖區(qū)逐漸減少，在北湖區(qū)L1 湖口地區(qū)PR 值較小，為0.8275，而南湖區(qū)L7 周溪地區(qū)PR 值出現(xiàn)最小值，為0.7169，時(shí)間差異性均較大。

鄱陽湖PR 值分布規(guī)律與鄱陽湖地理特征和入湖河流污染物輸入有關(guān)（如圖1）。在湖口、星子地區(qū)工業(yè)廢水排放和采砂情況嚴(yán)重，對(duì)水體污染物貢獻(xiàn)率較大，從而導(dǎo)致水質(zhì)空間分異性較大。南湖區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間空間分異性較大，主要與受人類各種活動(dòng)的污染影響程度不一樣有關(guān)。L7 周溪地區(qū)PR 值（0.7169）非常小，與其他點(diǎn)空間差異較大，原因與周溪地區(qū)處于鄱陽湖珍珠蚌類水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域，受養(yǎng)殖戶投餌料和飼料等人類活動(dòng)較大，從而導(dǎo)致空間差異性較大有關(guān)。

圖3 PR 值空間變化特征

3 結(jié)論

（1）鄱陽湖水質(zhì)存在時(shí)空相關(guān)性，枯水期與平水期、豐水期相比空間分異性較大，以1月份TR 值最大為0.7108，水位變化對(duì)鄱陽湖水質(zhì)時(shí)空相關(guān)性影響較大。

（2）鄱陽湖南北湖區(qū)空間分異性規(guī)律明顯，水質(zhì)空間差異性從主湖區(qū)都昌處沿遠(yuǎn)離都昌方向分別向北部、南部地區(qū)隨著距離的增大而逐漸減少，其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)L7的PR 值最小，為0.7169，這主要受到周溪地區(qū)珍珠蚌類水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響。

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