黃佳慧，張念辰，盧仁杰

(江蘇省蘇州環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 蘇州 215011)

陽(yáng)澄湖是太湖平原的第3大淡水湖，是江蘇省重要的淡水湖泊之一，也是蘇州市重要飲用水源地之一，擔(dān)負(fù)著蘇州市區(qū)、昆山市以及沿湖鄉(xiāng)鎮(zhèn)近百萬(wàn)人的飲用水供給任務(wù)。陽(yáng)澄湖同時(shí)也是全國(guó)聞名的養(yǎng)殖基地，其水質(zhì)好壞不僅關(guān)系到養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，也關(guān)系到居民的飲用水安全，作為蘇州市戰(zhàn)略性水源地與大閘蟹養(yǎng)殖基地，其水質(zhì)安全對(duì)其周邊社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著十分重要的意義[1]。

近年來(lái)，隨著《蘇州市陽(yáng)澄湖水源水質(zhì)保護(hù)條例》《蘇州市陽(yáng)澄湖生態(tài)優(yōu)化行動(dòng)實(shí)施方案》《陽(yáng)澄湖“一河一策”行動(dòng)計(jì)劃》等文件的實(shí)施，陽(yáng)澄湖水質(zhì)有了一定程度的好轉(zhuǎn)，有學(xué)者對(duì)湖體的水質(zhì)變化趨勢(shì)和成因進(jìn)行了研究[2-5]，但長(zhǎng)時(shí)序的年際變化研究較少。為進(jìn)一步掌握陽(yáng)澄湖水質(zhì)變化趨勢(shì)，客觀反映主要污染指標(biāo)、富營(yíng)養(yǎng)化程度的歷史變化規(guī)律，現(xiàn)根據(jù)陽(yáng)澄湖2000—2019年的水質(zhì)歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，選取部分指標(biāo)進(jìn)行了分析，為掌握其長(zhǎng)時(shí)間序列水質(zhì)變化趨勢(shì)和水質(zhì)提升提供理論支持。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

陽(yáng)澄湖(31°21′—31°30′N，120°39—120°51′E)地處吳縣、蘇州和昆山3個(gè)縣市間，湖體總面積 118.93 km2，平均水深1.43 m，蓄水量1.67×108 m3[6]。湖中間兩條狹長(zhǎng)的半島把整個(gè)湖面分為東、中、西湖3部分，四周河道稠密，進(jìn)出河流有59條，其中西線17條、北線12條、東線15條，主要接納太湖及西部來(lái)水，東出戚浦塘、楊林塘和濟(jì)河注入長(zhǎng)江，南出婁江與吳淞江、澄湖、淀泖湖群等相通[7]。

1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

在陽(yáng)澄湖共布設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，見(jiàn)圖1。

圖1 陽(yáng)澄湖監(jiān)測(cè)點(diǎn)位示意

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

2000—2019年蘇州環(huán)境監(jiān)測(cè)部門根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)(共24項(xiàng))中的除水溫、糞大腸菌群、總氮以外的21項(xiàng)指標(biāo)的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

1.4 評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)因子

水質(zhì)評(píng)價(jià)按照原環(huán)境保護(hù)部2011年發(fā)布的《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法(試行)》(環(huán)辦〔2011〕22號(hào))執(zhí)行。采用SPSS 26軟件進(jìn)行聚類分析。湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法TLI(∑)進(jìn)行評(píng)價(jià)。上述21項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)陽(yáng)澄湖水質(zhì)類別，并單獨(dú)評(píng)價(jià)總氮類別。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)總體變化特征

2000—2019年，陽(yáng)澄湖年均水質(zhì)類別總體處于Ⅳ類水平。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位每月水質(zhì)類別從以Ⅳ類和Ⅴ類為主，變化到以Ⅲ類和Ⅳ類為主；超Ⅲ類指標(biāo)從多指標(biāo)(總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量等)變化到單指標(biāo)(總磷)；水質(zhì)類別從每年多個(gè)月份超Ⅲ類減少到個(gè)別月份超Ⅲ類?？偟昃翟冖簟英躅愔g波動(dòng)。實(shí)際統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，按點(diǎn)位·月統(tǒng)計(jì)總次數(shù)，總氮月度濃度達(dá)Ⅲ類比例在0%(2000年)～55.6%(2004年)。

根據(jù)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位單月水質(zhì)類別超Ⅲ類指標(biāo)情況，選擇氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、溶解氧、化學(xué)需氧量、生化需氧量、總氮7個(gè)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和聚類分析。各指標(biāo)年均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，7個(gè)指標(biāo)中化學(xué)需氧量標(biāo)準(zhǔn)偏差最大，說(shuō)明其數(shù)值波動(dòng)最大；總磷標(biāo)準(zhǔn)偏差最小，說(shuō)明其數(shù)值波動(dòng)最小；而氨氮相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)>1，說(shuō)明該指標(biāo)變異程度較大。除氨氮外的6個(gè)指標(biāo)，RSD均<0.3，說(shuō)明這些指標(biāo)變異程度較小。

表1 陽(yáng)澄湖各指標(biāo)年均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果 mg/L

陽(yáng)澄湖各點(diǎn)位每月水質(zhì)類別統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，7個(gè)指標(biāo)中總磷、總氮統(tǒng)計(jì)結(jié)果優(yōu)于Ⅲ類的占比均<50%，而其他指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果優(yōu)于Ⅲ類占比均>80%，因此影響陽(yáng)澄湖水質(zhì)的主要污染指標(biāo)是總磷和總氮，即重點(diǎn)對(duì)總磷、總氮進(jìn)行趨勢(shì)分析。

采用SPSS 26軟件進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，聚類分析結(jié)果見(jiàn)圖2。因2000—2002年化學(xué)需氧量無(wú)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，故僅分析2003—2019年樣本的聚類結(jié)果。由圖2可見(jiàn)，case4-case20分別代表2003—2019年，藍(lán)色豎線與黑線的焦點(diǎn)(即紅圈)為類別1，紫圈為類別2。當(dāng)把數(shù)據(jù)歸為2個(gè)類別時(shí)，從樣本分類來(lái)看，2005年、2011—2019年的水質(zhì)為類別1，2003—2004年、2006—2010年的水質(zhì)為類別2，說(shuō)明類別1和類別2的水質(zhì)存在明顯變化；從樣本相對(duì)距離來(lái)看，類別1水質(zhì)之間相對(duì)距離較小，類別2水質(zhì)之間相對(duì)距離較大，說(shuō)明類別2的年際間水質(zhì)波動(dòng)比類別1大。

表2 陽(yáng)澄湖各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位各指標(biāo)月度水質(zhì)類別統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖2 聚類分析結(jié)果

2.2 總磷、總氮變化趨勢(shì)

陽(yáng)澄湖湖體總磷、總氮年均值變化趨勢(shì)見(jiàn)圖3(a)(b)。由圖3可見(jiàn)，湖體總磷、總氮年度變化總體呈下降趨勢(shì)；總磷年均值主要處在Ⅲ—Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)濃度，總氮前10年均超過(guò)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)濃度，后10年主要處在Ⅲ—Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)濃度；2000—2009年總磷、總氮濃度變化波動(dòng)較大(RSD總磷=0.22，RSD總氮=0.20)，2010—2019年波動(dòng)較小(RSD總磷=0.16，RSD總氮=0.12)，這與聚類分析結(jié)果類似；總磷濃度最高值出現(xiàn)在2004年，最低出現(xiàn)在2015年，總氮濃度最高值出現(xiàn)在2003年，最低出現(xiàn)在2012年。

圖3 2000—2019年總磷、總氮年均值變化趨勢(shì)

陽(yáng)澄湖總磷、總氮每月濃度變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4(a)(b)。由圖4可見(jiàn)，總氮濃度月度變化趨勢(shì)相較于總磷較為顯著，呈波浪型周期變化，在每年3月左右達(dá)到年內(nèi)最高濃度，7月左右達(dá)到年內(nèi)最低濃度。這與金文龍等[7]研究結(jié)果較為一致，其研究結(jié)果表明，總氮濃度每年1—3月較高，7—9月較低，而總磷濃度無(wú)明顯季節(jié)變化規(guī)律。這可能與水期、面源輸入、圍網(wǎng)養(yǎng)殖、河道引水及藻類生長(zhǎng)周期等綜合因素有關(guān)。

圖4 2000年3月—2019年12月總磷、總氮每月濃度變化趨勢(shì)

2.3 各湖區(qū)總磷、總氮變化趨勢(shì)

各湖區(qū)總磷、總氮年均值變化趨勢(shì)見(jiàn)圖5(a)(b)。由圖5可見(jiàn)，陽(yáng)澄湖的總磷、總氮年均值為西湖>中湖>東湖，東湖水質(zhì)相對(duì)較好，這可能與出入湖河道的水質(zhì)影響有關(guān)，西湖多入湖河流匯入，東湖多出湖河流，且陽(yáng)澄湖水源地位于東南部，對(duì)水源地的保護(hù)也影響著東湖的水質(zhì)；西湖總磷年均值均大于《GB 3838—2002》中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值0.05 mg/L，水質(zhì)相對(duì)較差，且從2015年起各湖區(qū)總磷濃度均有不同程度上升；各湖區(qū)總氮波動(dòng)趨勢(shì)減弱，尤其是中湖和東湖從2011年以來(lái)總氮濃度總體穩(wěn)定在一定區(qū)間內(nèi)。

圖5 2000—2019年各湖區(qū)總磷、總氮年均值變化趨勢(shì)

2.4 各湖區(qū)富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)

各湖區(qū)富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)變化趨勢(shì)見(jiàn)圖6。由圖6可見(jiàn)，因2000—2002年間無(wú)葉綠素a監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，故未計(jì)算富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)。2003—2019年間陽(yáng)澄湖總體處于輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)(50

圖6 各湖區(qū)富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)變化趨勢(shì)

3 結(jié)論

(1)2000—2019年陽(yáng)澄湖水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，目前水質(zhì)以Ⅲ類和Ⅳ類為主，主要超Ⅲ類指標(biāo)為總磷和總氮。前10年水質(zhì)波動(dòng)較大，后10年水質(zhì)波動(dòng)較小。但2016年以來(lái)陽(yáng)澄湖水質(zhì)類別改善不明顯，湖體水質(zhì)類別長(zhǎng)期為Ⅳ類，總磷年均值略有上升。

(2)從年度變化看，2000—2019年陽(yáng)澄湖總磷、總氮年均濃度總體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，總磷濃度最高值出現(xiàn)在2004年，最低出現(xiàn)在2015年，總氮濃度最高值出現(xiàn)在2003年，最低出現(xiàn)在2012年；從月度變化看，總氮濃度變化趨勢(shì)較為顯著，1—3月較高，7—9月較低，總磷變化趨勢(shì)不顯著。

(3)分湖區(qū)看，總磷、總氮年均值為西湖>中湖>東湖，西湖總磷年均值均>Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值0.05 mg/L，水質(zhì)相對(duì)較差，從2015年起各湖區(qū)總磷濃度均有不同程度上升，各湖區(qū)總氮波動(dòng)趨勢(shì)減弱；各湖區(qū)2006—2012年富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)呈明顯下降趨勢(shì)，2012—2013年呈上升趨勢(shì)，2014年以后西湖富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)呈明顯下降趨勢(shì)，而中湖和東湖富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)變化趨勢(shì)較為一致，總體呈波動(dòng)趨勢(shì)。

4 建議

(1)加強(qiáng)對(duì)陽(yáng)澄湖及周邊區(qū)域氮、磷的治理，重點(diǎn)針對(duì)西線和北線主要入湖通道周邊開(kāi)展整治，同時(shí)關(guān)注季節(jié)性變化對(duì)陽(yáng)澄湖水質(zhì)的影響，并提前采取措施應(yīng)對(duì)即將發(fā)生的人為因素或自然因素造成的水質(zhì)波動(dòng)。

(2)針對(duì)陽(yáng)澄湖西線水質(zhì)改善，建議構(gòu)建良好的水陸交錯(cuò)帶濕地系統(tǒng)，較大程度地將氮、磷保留在陸地系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)中；建議在陽(yáng)澄湖西岸增加水生植被種類及數(shù)量，構(gòu)建污染物入湖緩沖帶。針對(duì)陽(yáng)澄湖北線水質(zhì)改善，建議科學(xué)制定調(diào)水引流計(jì)劃，綜合考慮水情、水質(zhì)、藻情變化，開(kāi)展相關(guān)模擬和跟蹤調(diào)查研究，不斷優(yōu)化調(diào)水引流方案。

(3)加快實(shí)施養(yǎng)殖池塘標(biāo)準(zhǔn)化改造工程，確保養(yǎng)殖尾水循環(huán)利用、達(dá)標(biāo)排放。針對(duì)陽(yáng)澄湖內(nèi)源污染，建議開(kāi)展表層底泥污染調(diào)查監(jiān)測(cè)，評(píng)估重點(diǎn)區(qū)域底泥的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)釋放特性，根據(jù)底泥污染情況，科學(xué)研究制訂試點(diǎn)生態(tài)清淤方案。