蔣愛(ài)萍 張麗萍 張迪 彭期冬 靳甜甜

摘要：探究湖泊出流水體水質(zhì)變化及其驅(qū)動(dòng)力對(duì)湖泊水環(huán)境管理與保護(hù)具有重要意義?；谯蛾?yáng)湖出口蛤蟆石段長(zhǎng)時(shí)間序列28 a（1991～2018年）的水質(zhì)資料，利用水質(zhì)指數(shù)法（Water Quality Index，WQI）來(lái)評(píng)估鄱陽(yáng)湖出流水體水質(zhì)狀況，并采用Mann-Kendall 檢驗(yàn)法分析水質(zhì)指標(biāo)多年變化趨勢(shì)。同時(shí)，通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度分析法識(shí)別了影響鄱陽(yáng)湖出流水體水質(zhì)變化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子。結(jié)果表明：① 總體上，鄱陽(yáng)湖出流水體水質(zhì)良好，WQI總變化范圍為7.00～27.65。② 水體中溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）呈下降趨勢(shì)，趨勢(shì)不明顯，高錳酸鹽指數(shù)（Permanganate Index，CODMn）和氨氮（Ammonia Nitrogen，NH3-N）呈顯著增加趨勢(shì)，其統(tǒng)計(jì)值Z分別為2.53和3.93;WQI總呈顯著上升趨勢(shì)，統(tǒng)計(jì)值Z為4.27。③ 鄱陽(yáng)湖出流水體水質(zhì)變化的主要驅(qū)動(dòng)因子為人口、地區(qū)生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、糧食總產(chǎn)量等。研究成果可為鄱陽(yáng)湖水環(huán)境管理與保護(hù)提供一定借鑒。

關(guān) 鍵 詞：水質(zhì)變化; 驅(qū)動(dòng)力; 長(zhǎng)序列; 水質(zhì)指數(shù)法; 蛤蟆石站; 鄱陽(yáng)湖

中圖法分類(lèi)號(hào)： X142

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.12.011

0 引 言

湖泊出流水體水質(zhì)的好壞能夠綜合反映湖泊水質(zhì)的整體狀況，同時(shí)直接影響了下游社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境平衡。對(duì)流域出流水質(zhì)進(jìn)行管控限制成為許多政府機(jī)構(gòu)考慮的問(wèn)題。如美國(guó)EPA在制定河流水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，設(shè)定了下游湖泊保護(hù)值[1]。由于水質(zhì)惡化會(huì)導(dǎo)致水生生物多樣性改變，進(jìn)而威脅整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)乃至人類(lèi)健康，因此研究湖泊出流水質(zhì)的時(shí)間變異特征及其影響因素十分必要。

鄱陽(yáng)湖是中國(guó)最大的淡水湖和具有國(guó)際地位的重要濕地，其以占長(zhǎng)江15.5%的徑流量影響著長(zhǎng)江中下游的水生態(tài)環(huán)境。受氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的雙重影響，鄱陽(yáng)湖出現(xiàn)水文情勢(shì)大幅波動(dòng)，水環(huán)境惡化和水生態(tài)功能退化等問(wèn)題，給鄱陽(yáng)湖以及長(zhǎng)江中下游水安全造成威脅。已有學(xué)者對(duì)不同時(shí)間與空間尺度鄱陽(yáng)湖湖區(qū)水質(zhì)變化特征及驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行了研究[2-4]，結(jié)果表明鄱陽(yáng)湖水質(zhì)總體呈下降趨勢(shì)，枯水期污染大于豐、平水期，認(rèn)為人類(lèi)活動(dòng)如市政廢污水排放、采砂作業(yè)、湖上養(yǎng)殖等是造成鄱陽(yáng)湖流域水質(zhì)污染的主要原因[5]。這些研究大多集中在較短的時(shí)間尺度上，且都集中于湖區(qū)站點(diǎn)，而長(zhǎng)時(shí)間尺度上鄱陽(yáng)湖出流水質(zhì)變化以及驅(qū)動(dòng)因素定量研究較少。李冰等[6]對(duì)鄱陽(yáng)湖2004～2014年以周為單位的出流水質(zhì)指標(biāo)，包括溶解氧（Dissolved Oxygen，DO），氨氮（Ammonia Nitrogen，NH3-N）和高錳酸鹽指數(shù)（Permanganate Index，CODMn）的變化特征及其與水位響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了分析，并對(duì)合理的監(jiān)測(cè)頻率進(jìn)行了探討。李媛媛[7]采用主成分分析法對(duì)鄱陽(yáng)湖出流星子斷面和蛤蟆石斷面1991～2006年水質(zhì)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示不論是星子斷面還是蛤蟆石斷面，2000年后的水質(zhì)情況均比2000年以前的要差。

本文收集鄱陽(yáng)湖出口蛤蟆石斷面長(zhǎng)時(shí)間序列28 a（1991～2018年）水質(zhì)資料，選取DO、NH3-N和CODMn作為水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。這3個(gè)指標(biāo)是國(guó)家環(huán)保部發(fā)布的全國(guó)主要流域重點(diǎn)斷面水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，其中DO能夠反映水質(zhì)的整體狀況，低的DO不利于水生生物的生長(zhǎng);NH3-N是重要的營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)，過(guò)高的NH3-N代表水體受氮源污染;CODMn是典型的耗氧型有機(jī)物，通常代表著有機(jī)物污染。因此，從科學(xué)性、代表性、普適性3個(gè)原則來(lái)看，這3個(gè)指標(biāo)能夠綜合反映水質(zhì)狀況。本研究利用這3個(gè)典型水質(zhì)指標(biāo)采用水質(zhì)指數(shù)法（Water Quality Index，WQI ）綜合評(píng)價(jià)鄱陽(yáng)湖出流水質(zhì)，并采用 Mann-Kendall檢驗(yàn)法對(duì)湖泊出流水體水質(zhì)變化趨勢(shì)進(jìn)行判別。同時(shí)，收集研究期內(nèi)鄱陽(yáng)湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及自然環(huán)境數(shù)據(jù)，通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度分析，從經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和自然環(huán)境演變兩個(gè)角度識(shí)別導(dǎo)致鄱陽(yáng)湖水環(huán)境變化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子，以期為保護(hù)鄱陽(yáng)湖“一湖清水”工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

鄱陽(yáng)湖（28°24′～29°46′N(xiāo)，115°49′～116°46′E）位于長(zhǎng)江中下游交接處，江西省北部，是長(zhǎng)江最大的通江湖泊，也是中國(guó)最大的淡水湖，南北長(zhǎng)170 km，東西平均寬度為16.9 km，最大寬度約74 km[6]。鄱陽(yáng)湖為典型亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季炎熱多雨，冬季低溫少雨，年平均降水量為1 387～1 795 mm，多年平均氣溫為17.6 ℃[8]。作為典型的過(guò)水性湖泊，水位年際、年內(nèi)變化較大，高水位通常在7～8月，湖泊面積最高可達(dá)4 600 km2，而每年12月至次年1月，湖泊水位大幅降低，湖泊面積最小可達(dá)1 000 km2[9-10]，具有明顯的“高水是湖，低水似河”的年內(nèi)變化特征。鄱陽(yáng)湖承納贛江、撫河、信江、饒河、修河等五大江河流域來(lái)水，水系流域面積為16.22萬(wàn)km2，相當(dāng)于江西省國(guó)土面積的97%，約占長(zhǎng)江流域面積的9%。

蛤蟆石站位于鄱陽(yáng)湖北部，是湖泊重要的出流斷面，湖泊水流自南向北流經(jīng)此斷面唯一出湖口注入長(zhǎng)江（見(jiàn)圖1）。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1.1 水環(huán)境指標(biāo)

本研究的時(shí)間尺度為1991～2018年，其中1991～2006年水環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)源于文獻(xiàn)[7]，其原始數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家環(huán)保總局和長(zhǎng)江流域水文水質(zhì)年鑒，2007～2018年水環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)周報(bào)（http：∥www.cnemc.cn）。考慮到水質(zhì)數(shù)據(jù)的可得性與代表性，選取鄱陽(yáng)湖出口蛤蟆石站DO、CODMn、NH3-N三項(xiàng)常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)，用各指標(biāo)年均值分析鄱陽(yáng)湖出口水環(huán)境的變化特征。

2.1.2 驅(qū)動(dòng)因子

導(dǎo)致湖泊水質(zhì)惡化的驅(qū)動(dòng)因子可以分為自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素[11-12]。一般來(lái)說(shuō)，影響湖泊水質(zhì)指標(biāo)變化的自然環(huán)境因素主要有氣溫、水溫、降雨量、水位等，考慮到數(shù)據(jù)的可得性與代表性，本次研究選擇氣溫、降雨量和水位3個(gè)自然驅(qū)動(dòng)因子;人口數(shù)量、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是湖泊水環(huán)境重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因素，本次研究遴選人口、地區(qū)生產(chǎn)總值、三大產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)牧漁業(yè)產(chǎn)值等10項(xiàng)指標(biāo)作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因素，具體見(jiàn)表1。自然驅(qū)動(dòng)因子數(shù)據(jù)來(lái)自文獻(xiàn)[9]，其原始數(shù)據(jù)源自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)（http：∥data.cma.cn）。社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子數(shù)據(jù)來(lái)自《江西省統(tǒng)計(jì)年鑒》（http：∥tjj.jiangxi.gov.cn）。

2.2 分析方法

2.2.1 WQI水質(zhì)指數(shù)法

WQI水質(zhì)指數(shù)法是將許多物理和化學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換為反映水質(zhì)水平的單一值，從而消除了評(píng)估中單獨(dú)使用的參數(shù)之間的差異。對(duì)于CODMn、NH3-N參數(shù)的 WQI值計(jì)算如下[13-14]：

WQIi=Ci-Ci，kCi，k+n-Ci，k×20n+WQIi，k Ci，k≤Ci≤Ci，k+1

WQIi=0 Ci≤Ci，1

WQIi=100Ci，5≤Ci

（1）

式中：Ci為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)項(xiàng)目的實(shí)測(cè)結(jié)果;Ci，k為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)項(xiàng)目的k級(jí)標(biāo)準(zhǔn)濃度;Ci，k+1為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)項(xiàng)目的k+1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)濃度;WQIi，k為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)項(xiàng)目的k級(jí)指數(shù)值;n為相同標(biāo)準(zhǔn)個(gè)數(shù)（當(dāng)無(wú)相同時(shí)，n=1）。

對(duì)于DO：

WQIi=Ci-Ci，kCi，k+n-Ci，k×20n+WQIi，kCi，k+1≤Ci≤Ci，k

WQIi=0Ci，1≤Ci

WQIi=100 Ci≤Ci，5

（2）

本研究選取NH3-N、DO、CODMn作為水質(zhì)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)。WQI總是3個(gè)水質(zhì)指標(biāo)WQIi的平均值。根據(jù)WQI值將水質(zhì)分為5個(gè)等級(jí)。研究中環(huán)境參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)濃度即為GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值。表2給出了WQI水質(zhì)評(píng)價(jià)分級(jí)及對(duì)應(yīng)的水質(zhì)類(lèi)別。

2.2.2 Mann-Kendall檢驗(yàn)法

Mann-Kendall檢驗(yàn)是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法[15-16]，該方法無(wú)需樣本遵循特定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，在氣候、氣象和水文水質(zhì)時(shí)間序列的趨勢(shì)變化研究中廣泛應(yīng)用，并取得較好的效果[17-20]。對(duì)于具有n個(gè)樣本的時(shí)間序列x，統(tǒng)計(jì)量Z的計(jì)算公式如下：

Z=S-1Var（S）S>00 S=0S+1Var（S）S<0（3）

其中：

S=n-1i=1nj=i+1rij（4）

rij=1xj>xi0xj=xi-1xj<xij=i+1，i+2，…，n（5）

VarS=nn-12n+5-

mp=1tp（tp-1）（2tp+5）

18（6）

式中：m為n年時(shí)間序列中具有相同值的變量數(shù)目;tp為第p組的相同值個(gè)數(shù)。

利用Z值來(lái)評(píng)估數(shù)據(jù)序列是否在統(tǒng)計(jì)上呈顯著增減趨勢(shì)。Z>0表示增加趨勢(shì)，Z<0表示減小趨勢(shì)。統(tǒng)計(jì)量Z呈正態(tài)分布。如果|Z|≥Z1-α/2，則拒絕原假設(shè)，認(rèn)為數(shù)據(jù)序列有顯著的增減趨勢(shì)，顯著性水平α可取0.001，0.01，0.05和0.1。

2.2.3 Sen’s趨勢(shì)估計(jì)

Sen’s非參數(shù)檢驗(yàn)為趨勢(shì)變化的大小度量提供了很好的解決思路從而得到廣泛應(yīng)用[9，21-22]。Sen’s斜率估計(jì)法假設(shè)趨勢(shì)變化是線性的，可用以下公式表示：

ft=Qt+B（7）

Qi=xj-xkj-k（j>k）（8）

Q=Q（n+1）/2 n為奇數(shù)

Q=12Qn/2+Q（n+2）/2 n為偶數(shù)（9）

式中：Q為斜率，B為常數(shù)。

2.2.4 灰色關(guān)聯(lián)分析法

灰色關(guān)聯(lián)度分析是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相似或相依程度衡量?jī)烧叩年P(guān)聯(lián)程度，適用于動(dòng)態(tài)歷程分析。而且該方法對(duì)樣本量和變量數(shù)量的要求不高，在驅(qū)動(dòng)因素量化研究中具有較好的應(yīng)用效果[19，23-24]。其計(jì)算步驟如下，詳細(xì)計(jì)算過(guò)程見(jiàn)文獻(xiàn)[23]。

（1） 確定參考序列x0k和比較序列xik，因變量為參考序列，自變量為比較序列;

（2） 對(duì)數(shù)據(jù)序列采用無(wú)量綱化處理，以消除量綱影響;

（3） 計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)rx0，xi;

（4） 求解灰色關(guān)聯(lián)度r0i，并按其大小排序。

3 結(jié)果與分析

3.1 水質(zhì)狀況分析

計(jì)算鄱陽(yáng)湖蛤蟆石站1991～2018年水環(huán)境指標(biāo)DO、CODMn、NH3-N的WQI，取三者的平均值來(lái)綜合評(píng)價(jià)蛤蟆石長(zhǎng)序列水質(zhì)狀況。各指標(biāo)WQI值以及WQI總多年變化結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出：鄱陽(yáng)湖出流水體水質(zhì)整體良好，28 a來(lái)未發(fā)生較大的污染。DO的WQI在2018年為29.29，其余27 a均為0，滿足Ⅰ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。1991～2004年，CODMn的WQI持續(xù)增加，在2004年WQI增加到47.0，評(píng)價(jià)等級(jí)由良好逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹械?2005～2007年CODMn的WQI波動(dòng)較大，呈先減小后增加的趨勢(shì);在2007年以來(lái)，CODMn水質(zhì)WQI基本呈逐漸減小趨勢(shì)，但整體還是高于20世紀(jì)90年代。NH3-N的WQI在1991～2001年為0，其濃度均滿足Ⅰ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，在2002年WQI值為25.7，在此以后NH3-N的WQI均大于20.0。1991～2001年，WQI總均小于20.0，水質(zhì)狀態(tài)為優(yōu)秀，2001年以后，個(gè)別年份WQI總大于20.0，水質(zhì)呈良好狀態(tài)。由此看來(lái)，鄱陽(yáng)湖氮源污染在近年來(lái)有所增加，需引起重視。

DO是反映水質(zhì)狀況的綜合指標(biāo)，受溫度、氣壓、水體污染的綜合影響。從圖2中可以看出，DO的WQI在2018年以前均為0，在2018年突然增加到29.29。結(jié)合圖3可知，在2018年以前DO均超過(guò)Ⅰ類(lèi)地表水標(biāo)準(zhǔn)濃度（7.5 mg/L），而在2018年DO突然降低，為6.8 mg/L。結(jié)合圖4和圖5可以看出，2018年鄱陽(yáng)湖降雨量和水位均下降，而三大產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值上升，降雨和水位的下降導(dǎo)致水體自凈能力下降，對(duì)污染物稀釋作用減小。三大產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值上升代表著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的提高，而社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生的大量工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活垃圾和廢水都會(huì)對(duì)湖泊水體造成污染。水體氮磷含量過(guò)多，造成富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致大量藻類(lèi)植物聚集在水面，擋住陽(yáng)光，會(huì)影響空氣中的氧溶入深層，此外，由于富營(yíng)養(yǎng)化造成藻類(lèi)和浮游生物死亡，也會(huì)消耗水中大量的DO。另外，DO絕對(duì)濃度隨季節(jié)變化較大，由于收集到的數(shù)據(jù)為每年一個(gè)數(shù)值，無(wú)測(cè)定具體時(shí)間，此變化也可能來(lái)自測(cè)定時(shí)間變化帶來(lái)的差異。

CODMn是反映水體有機(jī)物污染的重要指標(biāo)。從圖2中可以看出，在1991～2018年內(nèi)，CODMn的WQI在2004年和2007年比其他年份均要高。結(jié)合圖6可知，2004年CODMn高達(dá)4.7 mg/L，2007年為4.5 mg/L，這兩年均超過(guò)地表水Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)濃度4.0 mg/L。結(jié)合圖4和圖5可知，在2004年和2007年，降雨量和水位均明顯減少，有機(jī)物自然降解能力下降，此外三大產(chǎn)業(yè)總值以及農(nóng)作物播種面積在這一時(shí)間內(nèi)持續(xù)增加，因此氣候變化（主要為降雨較少）和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的污染負(fù)荷是這一時(shí)期CODMn含量突增的重要原因。

NH3-N是重要的營(yíng)養(yǎng)鹽指示物，其含量的高低代表著氮源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的多少。由圖2可以看出，2004，2007年以及2015年WQI（NH3-N）均明顯高于其他年份，尤其是2007年。結(jié)合圖7可知，在這一時(shí)間段內(nèi)，2007年NH3-N含量最高，但小于0.50 mg/L，在1991～2018年NH3-N均滿足地表水Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)濃度。結(jié)合圖4～5和之前的分析，2007年NH3-N含量明顯高的原因可能是2007年降雨減少、水位下降導(dǎo)致。

3.2 水質(zhì)指標(biāo)趨勢(shì)分析

利用Mann-Kendall檢驗(yàn)法計(jì)算1991～2018年鄱陽(yáng)湖出流水體各水質(zhì)指標(biāo)以及WQI總的趨勢(shì)，綜合評(píng)估鄱陽(yáng)湖出流水體水質(zhì)變化特征。結(jié)果如表3所列。

結(jié)果表明：① 1991～2018年鄱陽(yáng)湖出流水體中DO呈減少趨勢(shì)，減少趨勢(shì)不明顯，其中統(tǒng)計(jì)值Z為-0.410，Sen’s斜率估計(jì)Q為-0.007。② 1991～2018年鄱陽(yáng)湖出流水體中CODMn呈增加趨勢(shì)，在0.05水平上顯著，其中統(tǒng)計(jì)值Z為2.530，Sen’s斜率估計(jì)Q為0.025。③ 1991～2018年鄱陽(yáng)湖出流水體中NH3-N呈增加趨勢(shì)，且增加趨勢(shì)在0.001水平上顯著，統(tǒng)計(jì)值Z為3.930，Sen’s斜率估計(jì)Q為0.010。④ 1991～2018年鄱陽(yáng)湖出流水體WQI總呈顯著增加趨勢(shì)，綜合反映出鄱陽(yáng)湖出流水質(zhì)狀況呈下降趨勢(shì)。統(tǒng)計(jì)值Z為4.270，在0.001水平上顯著，其中Sen’s斜率估計(jì)Q為0.573。

整體上，鄱陽(yáng)湖出流水質(zhì)有微弱波動(dòng)下降的趨勢(shì)。其原因是一方面鄱陽(yáng)湖1991～2018年降水量、水位下降，雨水稀釋作用下降，湖水自凈能力下降。同時(shí)隨著氣候變化，氣溫、水溫有所上升，水生生物生長(zhǎng)活力增強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)分解加速，耗氧量增加，溶解氧減少，隨營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的增加，水體易出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化[19]。另一方面，鄱陽(yáng)湖流域所在省份江西省在1991～2018年社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到較大的發(fā)展，地區(qū)生產(chǎn)總值由1991年的479.37億元增長(zhǎng)到2018年的2 1984.78億元，總?cè)丝趶?991年的3 864萬(wàn)人增長(zhǎng)到2018年4 622萬(wàn)人，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)鄱陽(yáng)湖流域水環(huán)境的影響逐漸增大，隨著鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)，國(guó)家及江西省對(duì)鄱陽(yáng)湖區(qū)域投資增加，其人均生產(chǎn)總值、工業(yè)、旅游業(yè)發(fā)展迅速，導(dǎo)致大量未處理的生活廢水、工業(yè)廢水、綠化用水、游客等產(chǎn)生的污水，攜帶大量富含氮、磷等污染物入湖，進(jìn)而對(duì)水體造成污染。

3.3 水質(zhì)變化的驅(qū)動(dòng)因子分析

根據(jù)鄱陽(yáng)湖出流水體蛤蟆石段WQI總與13項(xiàng)驅(qū)動(dòng)因子的灰色關(guān)聯(lián)度結(jié)果（見(jiàn)表4），可以看出：水位與WQI總為中等相關(guān)，其余驅(qū)動(dòng)因子與WQI總均呈強(qiáng)相關(guān)（0.2～0.4為弱相關(guān)，0.4～0.6為中等相關(guān)，0.6～0.8為強(qiáng)相關(guān)[12]）。鄱陽(yáng)湖出流水體水環(huán)境變化與流域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及自然環(huán)境的演變存在較為密切的聯(lián)系。

在13項(xiàng)驅(qū)動(dòng)因子中，與鄱陽(yáng)湖水環(huán)境變化關(guān)聯(lián)度由大到小為X1>X7>X2>X9>X10>X5>X3>X8>X6>X4>X11>X12>X13。其中，人口、地區(qū)生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、糧食總產(chǎn)量、牧業(yè)產(chǎn)值、漁業(yè)產(chǎn)值6項(xiàng)驅(qū)動(dòng)因子與WQI總指數(shù)灰色關(guān)聯(lián)度達(dá)到0.7以上，呈現(xiàn)較強(qiáng)的相關(guān)性，這些均屬于社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子。相比較而言，降雨量、平均氣溫和水位等自然因素因子與鄱陽(yáng)湖蛤蟆石段WQI總關(guān)聯(lián)性稍弱，這說(shuō)明自然環(huán)境的變化可能不是水環(huán)境惡化的主要驅(qū)動(dòng)力，社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)鄱陽(yáng)湖水環(huán)境變化起著主導(dǎo)作用。人口增長(zhǎng)、地區(qū)生產(chǎn)總值提高、農(nóng)牧漁及第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的提高等社會(huì)經(jīng)濟(jì)變化都可能使人類(lèi)活動(dòng)對(duì)鄱陽(yáng)湖流域水環(huán)境的影響加深。具體而言，1991～2018年鄱陽(yáng)湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，地區(qū)生產(chǎn)總值增幅達(dá)97.82%;城鎮(zhèn)化速率升高，與1990年相比，2018年鄱陽(yáng)湖流域建設(shè)用地增幅達(dá)107.97%，多年增長(zhǎng)速率高達(dá)3.90%;工業(yè)、農(nóng)業(yè)、旅游業(yè)發(fā)展迅速，尤其是工農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生大量的廢棄物，形成大量點(diǎn)源與非點(diǎn)源污染，其中居民生活廢水及農(nóng)業(yè)化肥等非點(diǎn)源污染的貢獻(xiàn)最大。此外，在鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)境管理方面，農(nóng)業(yè)、水利、環(huán)保等部門(mén)職能交叉重疊，缺乏統(tǒng)一的管理機(jī)制。隨著流域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，若不及時(shí)采取有效的環(huán)保措施，鄱陽(yáng)湖水環(huán)境可能會(huì)進(jìn)一步惡化。

4 結(jié) 論

本文從長(zhǎng)時(shí)間序列尺度上（1991～2018年）分析了鄱陽(yáng)湖出流水體水質(zhì)狀況及其各水質(zhì)指標(biāo)年際變化特征，從自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展兩個(gè)方面識(shí)別了影響鄱陽(yáng)湖出流水質(zhì)變化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子，并結(jié)合流域?qū)嶋H情況進(jìn)行了分析探討。研究結(jié)果如下：

（1） 1991～2018年鄱陽(yáng)湖出流水質(zhì)狀況總體良好，但整體來(lái)看，水質(zhì)有所下降，趨勢(shì)較為明顯，尤其是CODMn、NH3-N含量均顯著增加。

（2） 從識(shí)別的關(guān)鍵因子來(lái)看，1991～2018年鄱陽(yáng)湖出流水質(zhì)主要受流域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)如人口、地區(qū)生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、糧食總產(chǎn)量等因素的影響。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)鄱陽(yáng)湖水質(zhì)變化有著重要的影響，協(xié)調(diào)好社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水環(huán)境的關(guān)系是政府考慮的重點(diǎn)，各部門(mén)、各行業(yè)應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，建立合理的獎(jiǎng)勵(lì)懲罰制度，形成有效的監(jiān)督管理體系，著重識(shí)別非點(diǎn)源重點(diǎn)控制區(qū)域，采取針對(duì)性管控措施。

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（編輯：謝玲嫻）

Changes of representative water quality indicators and their driving forces in long sequence of outflow in Poyang Lake

JIANG Aiping1，ZHANG Liping1，ZHANG Di2，PENG Qidong2，JIN Tiantian2

（1.College of Earth Science and Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，China; 2.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China）

Abstract：

Exploring the water quality changes of lakes outflow and their driving forces are of great significance to the management and protection of lake water environment.Based on the water quality data of the Hamashi Section in Poyang Lakes outflow in the past 28 years （1991～2018），we used the Water Quality Index （WQI） method to assess the water quality of Poyang Lake outflow，and used the Mann-Kendall test method to analyze the change trend of the water quality indicators.At the same time，the key driving factors affecting the changes in the water quality of Poyang Lakes outflow were identified by the grey relational analysis method.The result showed that：in general，the water quality of Poyang Lakes outflow was good，and the total WQI index varied from 7.00 to 27.65.Dissolved Oxygen （DO） in the water body showed a decreasing trend，but the trend was not obvious.Concentration of Permanganate Index （CODMn） and Ammonia Nitrogen （NH3-N） showed a significant increasing trend，and their statistical values Z were 2.53 and 3.93 respectively.The total WQI showed a significant increasing trend，and its statistical value Z was 4.27.In the 1991～2018，the main driving factors for the changes in the water quality of Poyang Lakes outflow were population，regional GDP，tertiary industry and total grain output.The study results can provide a reference for the water environment and protection of Poyang Lake.

Key words：

water quality change;driving force;long sequence;Water Quality Index method;Hamashi Section;Poyang Lake