摘要: 巢湖位于安徽省中部，是安徽境内最大的湖泊。为探究近年来巢湖水质变化，对2015年至2020年巢湖湖区14~23个水质监测点的高锰酸盐指数、氨氮、总磷、化学需氧量、五日生化需氧量和营养化指数及状态6项重要水质指标，共1800余组水质监测数据进行了分析。监测结果表明，巢湖东半湖水质优于西半湖水质，通过对各项指标进行年均数值变化趋势分析和季节性Kendall趋势分析，2015年至2020年总体呈现高度显著下降趋势，尤其是巢湖西半湖氨氮、化学需氧量和五日生化需氧量项目从IV~V类，变好至III类，说明近年来巢湖水质得到较为明显的改善。结合巢湖水质现状，对水环境影响因素进行分析，巢湖水环境主要受到外源污染如入湖河流、工业废水、生活污水等和内源污染的影响。巢湖的水环境治理应以源头控制为主，内部治理为辅，制定更具针对性的治理措施。
Abstract: Chaohu Lake is located in the central part of Anhui Province and is the largest lake within the province. In order to explore the changes of water quality of Chaohu Lake in recent years, six important water quality indicators including permanganate index, ammonia nitrogen, total phosphorus, chemical oxygen demand (COD), five-day biochemical oxygen demand (BOD) and eutrophication index of 14~23 water samples from 2015 to 2020 were selected, with a total of more than 1800 groups data. The results showed that the water quality of the eastern part of Chaohu Lake is better than that of the western part. Through the analysis of annual average value change trend and seasonal Kendall trend of various indicators from 2015 to 2020, there was a highly significant downward trend overall, especially the ammonia nitrogen, chemical oxygen demand, and five-day biochemical oxygen demand items in the western part of Lake getting better from Class IV~V to Class III, indicating that the water quality has been significantly improved in recent years. Based on the current water quality status, an analysis is conducted on the factors affecting the water environment. The water environment is mainly affected by external pollution such as incoming rivers, industrial wastewater, domestic sewage, and internal pollution. The water environment governance of Chaohu Lake should focus on source control, supplemented by internal governance, and formulate more targeted measures.
1. 研究区域概况
巢湖，位于安徽省中部，是安徽境内最大的湖泊，也是我国五大淡水湖之一。巢湖由合肥、巢湖、肥东、肥西、庐江二市三县环抱，东西长55 km、南北宽21 km，湖岸线周长176 km，巢湖多年平均降水量为1100 mm，湖底高程一般为5.0~6.0 m，正常蓄水位8.00 m时，湖面面积755 km2，容积17.17亿m3，是长江下游重要湖泊湿地和长三角重要生态屏障，也是引江济淮流经之地，具有调蓄洪水、保障供水、发展航运和守护入江入淮水质、维护生物多样性、营造滨水景观环境等重要作用[1]。
2. 研究方法
2.1. 评价标准
地表水水质评价标准采用现行《地表水环境质量标准》(GB/T 3838-2002) [2]，基本项目标准限值见表1。
营养状态评价标准采样现行《地表水资源质量评价技术规程》(SL395-2007) [3]，营养状态分级见表2。
2.2. 评价方法
水质类别评价，按评价标准所列分类指标，划分为六类，代号与类别代号相同，不同类别标准值相同时，从优不从劣[4]。水质类别为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类的水体定义为达标，其余为不达标。超标评价：以某水质指标的代表值和Ⅲ类水标准值比较，代表值大于标准值即为超标，超标程度用超标倍数表示，其计算式为：
表1. 地表水环境质量标准(GB3838-2002)基本项目标准限值(单位：mg/L)
序号 |
项目 |
Ⅰ类 |
Ⅱ类 |
Ⅲ类 |
Ⅳ类 |
Ⅴ类 |
1 |
高锰酸盐指数 |
≤ |
2 |
6 |
5 |
3 |
2 |
2 |
化学需氧量(COD) |
≤ |
15 |
4 |
6 |
10 |
15 |
3 |
五日生化需氧量(BOD5) |
≤ |
3 |
15 |
20 |
30 |
40 |
4 |
氨氮(NH3-N) |
≤ |
0.15 |
3 |
4 |
6 |
10 |
5 |
总磷(以P计) |
≤ |
0.02 (湖、库0.01) |
0.5 |
1.0 |
1.5 |
2.0 |
6 |
总氮(湖、库，以N计) |
≤ |
0.2 |
0.1 (湖、库0.025) |
0.2 (湖、库0.05) |
0.3 (湖、库0.1) |
0.4 (湖、库0.2) |
表2. 《地表水资源质量评价技术规程》(SL395-2007)中湖泊(水库)营养状态评价标准及分级方法
营养状态分级
EI = 营养状态指数 |
评价项目赋分值En |
总磷(mg/L) |
总氮(mg/L) |
叶绿素a (mg/L) |
高锰酸盐指数(mg/L) |
透明度(m) |
贫营养0 ≤ EI ≤ 20 |
10 |
0.001 |
0.020 |
0.0005 |
0.15 |
10 |
20 |
0.004 |
0.050 |
0.0010 |
0.4 |
5.0 |
中营养20 < EI ≤ 50 |
30 |
0.010 |
0.10 |
0.0020 |
1.0 |
3.0 |
40 |
0.025 |
0.30 |
0.0040 |
2.0 |
1.5 |
富营养 |
轻度富营养50 < EI ≤ 60 |
50 |
0.050 |
0.50 |
0.010 |
4.0 |
1.0 |
60 |
0.10 |
1.0 |
0.026 |
8.0 |
0.5 |
中度富营养60 < EI ≤ 80 |
70 |
0.20 |
2.0 |
0.064 |
10 |
0.4 |
80 |
0.60 |
6.0 |
0.16 |
25 |
0.3 |
重度富营养80 < EI ≤ 100 |
90 |
0.90 |
9.0 |
0.40 |
40 |
0.2 |
100 |
1.3 |
16.0 |
1.0 |
60 |
0.12 |
(1)
式中：Mi为i指标的超标倍数；Ci为i指标的水质代表值(mg/L)；Csi为i指标Ⅲ类水标准值(mg/L)。
湖库营养状态评价采用指数法，采用线性插值法将水质项目浓度值转换为赋分值，按公式计算营养化状态(EI)，根据营养状态指数确定营养状态分级，其计算式为：
(2)
式中：EI为营养状态指数；En为评价项目赋分值；N为评价项目个数。
3. 结果与讨论
安徽省水文局2015~2020年在巢湖湖区共设立了14~23个监测站点，站点布设符合《水环境监测规范》(SL 219-2013)的要求，站点布局见图1。
3.1. 水质类别评价
2015年~2017年对巢湖湖区每年进行348点·次的监测，其中东半湖264点·次，西半湖84点·次。2018年对巢湖湖区共进行339点·次的监测，其中东半湖255点·次，西半湖84点·次。2019年对巢湖湖区共进行276点·次的监测，其中东半湖192点·次，西半湖84点·次。2020年对巢湖湖区共进行168点·次的监测，其中东半湖96点·次，西半湖72点次。各项目使用的检测方法，见表3。
水质目标为水环境质量Ⅲ类标准。依据《地表水水环境质量标准》，对2015~2020年巢湖东西半湖水质进行逐月评价，见表4。
从表3可以看出，从2015年巢湖东半湖全年Ⅳ类水占58.3%，Ⅴ类水占41.7%，西半湖均为劣Ⅴ类；到2020年巢湖东半湖Ⅲ类水占33.3%，Ⅳ类水占25.0%，Ⅴ类水占41.7%，东半湖Ⅳ类水占58.3%，Ⅴ类水占41.7%，巢湖水质呈现逐年变好的趋势。
巢湖全年水质较差的为6~8月，东半湖主要超标项目为总磷、铁，西半湖主要超标项目为总磷、氨氮、化学需氧量、五日生化需氧量。说明巢湖总体氮和磷的含量较高，磷、铁含量呈现同步增加或减少的趋势可能是因为沉积物中磷和铁存在耦合关系。
图1. 巢湖监测点分布示意图
表3. 项目检测方法
检测项目 |
检测方法编号 |
检测方法名称 |
高锰酸盐指数 |
GB 11892-1989 |
水质 高锰酸盐指数的测定[5] |
氨氮 |
HJ 535-2009 |
水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法[6] |
HJ 665-2013 |
水质 氨氮的测定 连续流动——水杨酸分光光度法[7] |
总磷 |
HJ 670-2013 |
水质 磷酸盐和总磷的测定 连续流动——钼酸铵分光光度法[8] |
化学需氧量 |
GB 11914-1989 |
水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法[9] |
皖水监/QJ 002-2015 |
水质 化学需氧量的测定 连续流动——快速消解分光光度法[10] |
五日生化需氧量 |
HJ 505-2009 |
水质 五日生化需氧量(BOD5)的测定 稀释与接种法[11] |
表4. 巢湖2015~2020年水质类别逐月评价结果
年份 |
湖区 |
1月 |
2月 |
3月 |
4月 |
5月 |
6月 |
7月 |
8月 |
9月 |
10月 |
11月 |
12月 |
2015 |
巢湖东半湖 |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
巢湖西半湖 |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
2016 |
巢湖东半湖 |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅲ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
巢湖西半湖 |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
劣Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
劣Ⅴ |
2017 |
巢湖东半湖 |
Ⅲ |
Ⅳ |
Ⅲ |
Ⅳ |
Ⅲ |
Ⅲ |
Ⅳ |
Ⅴ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅴ |
巢湖西半湖 |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
劣Ⅴ |
2018 |
巢湖东半湖 |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
巢湖西半湖 |
劣Ⅴ |
劣Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
劣Ⅴ |
Ⅳ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
2019 |
巢湖东半湖 |
Ⅴ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅲ |
Ⅳ |
Ⅲ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅴ |
Ⅳ |
Ⅳ |
巢湖西半湖 |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅳ |
2020 |
巢湖东半湖 |
Ⅴ |
Ⅲ |
Ⅲ |
Ⅳ |
Ⅲ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅲ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅴ |
巢湖西半湖 |
Ⅴ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅳ |
Ⅴ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅴ |
3.2. 年均水质情况
2015年东半湖水质情况优于西半湖。高锰酸盐指数：东半湖年均值4.14，为Ⅲ类；西半湖年均值5.65，为Ⅲ类。氨氮：东半湖年均值0.23，为Ⅱ类；西半湖年均值2.43，为劣Ⅴ类。总磷：东半湖年均值0.099，为Ⅳ类；西半湖年均值0.253，为劣Ⅴ类。化学需氧量：东半湖年均值16.8，为Ⅲ类；西半湖年均值25.4，为劣Ⅴ类。营养化指数：东半湖均值61.4，呈中度富营养状态；西半湖均值69.6，呈中度富营养状态。
2016年东半湖水质情况优于西半湖。高锰酸盐指数：东半湖年均值4.33，为Ⅲ类；西半湖年均值5.33，为Ⅲ类。氨氮：东半湖年均值0.14，为Ⅰ类；西半湖年均值2.24，为劣Ⅴ类。总磷：东半湖年均值0.086，为Ⅳ类；西半湖年均值0.193，为Ⅴ类。化学需氧量：东半湖年均值16.1，为Ⅲ类；西半湖年均值20.5，为Ⅴ类。营养化指数：东半湖均值61.5，呈中度富营养状态；西半湖均值67.7，呈中度富营养状态。
2017年东半湖水质情况优于西半湖。高锰酸盐指数：东半湖年均值3.78，为Ⅱ类；西半湖年均值4.90，为Ⅲ类。氨氮：东半湖年均值0.13，为Ⅰ类；西半湖年均值2.08，为劣Ⅴ类。总磷：东半湖年均值0.072，为Ⅳ类；西半湖年均值0.173，为Ⅴ类。化学需氧量：东半湖年均值14.8，为Ⅰ类；西半湖年均值20.2，为Ⅳ类。营养化指数：东半湖均值62.5，呈中度富营养状态；西半湖均值68.6，呈中度富营养状态。
2018年东半湖水质情况优于西半湖。高锰酸盐指数：东半湖年均值3.77，为Ⅱ类；西半湖年均值4.55，为Ⅲ类。氨氮：东半湖年均值0.08，为Ⅰ类；西半湖年均值1.12，为Ⅳ类。总磷：东半湖年均值0.097，为Ⅳ类；西半湖年均值0.148，为Ⅴ类。化学需氧量：东半湖年均值15.9，为Ⅲ类；西半湖年均值20.2，为Ⅳ类。营养化指
表5. 巢湖2015~2020年水质类别年均值评价结果
年份 |
巢湖湖区 |
年均水质类别 |
超标项目及超标倍数 |
2015 |
巢湖东半湖 |
Ⅳ |
总磷(0.98)铁(0.47) |
巢湖西半湖 |
劣Ⅴ |
总磷(4.06)氨氮(1.43)五日生化需氧量(0.02)化学需氧量(0.27) |
2016 |
巢湖东半湖 |
Ⅳ |
总磷(0.72)铁(0.52) |
巢湖西半湖 |
劣Ⅴ |
总磷(2.86)氨氮(1.24)五日生化需氧量(0.02)化学需氧量(0.02)铁(0.15) |
2017 |
巢湖东半湖 |
Ⅳ |
总磷(0.44)铁(1.57) |
巢湖西半湖 |
劣Ⅴ |
总磷(2.46)氨氮(1.08)化学需氧量(0.01)铁(0.22) |
2018 |
巢湖东半湖 |
Ⅳ |
总磷(0.94)铁(1.95) |
巢湖西半湖 |
Ⅴ |
总磷(1.96)氨氮(0.12)化学需氧量(0.01)铁(0.29) |
2019 |
巢湖东半湖 |
Ⅳ |
总磷(0.44) |
巢湖西半湖 |
Ⅴ |
总磷(1.4)化学需氧量(0.05) |
2020 |
巢湖东半湖 |
Ⅳ |
总磷(0.78)铁(0.14) |
巢湖西半湖 |
Ⅴ |
总磷(1.12) |
数：东半湖均值62.9，呈中度富营养状态；西半湖均值66.5，呈中度富营养状态。
2019年东半湖水质情况优于西半湖。高锰酸盐指数：东半湖年均值3.73，为Ⅱ类；西半湖年均值4.26，为Ⅲ类。氨氮：东半湖年均值0.09，为Ⅰ类；西半湖年均值0.74，为Ⅲ类。总磷：东半湖年均值0.072，为Ⅳ类；西半湖年均值0.120，为Ⅴ类。化学需氧量：东半湖年均值17.2，为Ⅲ类；西半湖年均值21.0，为Ⅳ类。营养化指数：东半湖均值61.0，呈中度富营养状态；西半湖均值65.4，呈中度富营养状态。
2020年东半湖水质情况优于西半湖。高锰酸盐指数：东半湖年均值3.57，为Ⅱ类；西半湖年均值3.87，为Ⅱ类。氨氮：东半湖年均值0.06，为Ⅰ类；西半湖年均值0.19，为Ⅱ类。总磷：东半湖年均值0.089，为Ⅳ类；西半湖年均值0.106，为Ⅴ类。化学需氧量：东半湖年均值14.8，为Ⅰ类；西半湖年均值15.1，为Ⅲ类。营养化指数：东半湖均值59.2，呈轻度富营养状态；西半湖均值61.8，呈中度富营养状态。年均评价结果见表5。
图2. 高锰酸盐指数年均变化趋势
图3. 氨氮年均变化趋势
图4. 总磷年均变化趋势
图5. 化学需氧量年均变化趋势
图6. 五日生化需氧量年均变化趋势
3.3. 重要水质指标变化趋势分析
统计2015~2020年重要水质指标情况分析，见图2~6。由年均值变化图来看，巢湖在经过逐年治理后，水质有较大程度的改善，各项指标数值下降趋势明显。尤其是巢湖西半湖氨氮、化学需氧量和五日生化需氧量项目从Ⅳ~Ⅴ类，变好至Ⅲ类。
3.4. 季节性Kendall趋势分析
水质监测结果受湖泊水位流量等因素影响较大，使用季节性Kendall检验法，可以避免季节性的影响。将2015~2020年相同月份的水质数据进行比较，如果后一年的值高于前一年的值记为“+”，低于记为“–”号，相等记为“0”。若“+”号个数多于“–”号，则可能为上升趋势；若“+”号个数少于“–”号，则可能为下降趋势。分析结果可分为高度显著上升、显著上升、无趋势、显著下降和高度显著下降[12]。
选取巢湖东西半湖的高锰酸盐指数、氨氮、总磷、化学需氧量、五日生化需氧量五项参数，采用季节性Kendall检验分别进行分析评价，结果见表6。
表6. 季节性Kendall检验分析评价结果
水质项目 |
湖区 |
变化率 |
评价结论 |
高锰酸盐指数 |
巢湖东半湖 |
–3.42% |
高度显著下降 |
巢湖西半湖 |
–7.57% |
高度显著下降 |
氨氮 |
巢湖东半湖 |
–25.26% |
高度显著下降 |
巢湖西半湖 |
–30.31% |
高度显著下降 |
总磷 |
巢湖东半湖 |
–3.96% |
无明显升降趋势 |
巢湖西半湖 |
–16.93% |
高度显著下降 |
化学需氧量 |
巢湖东半湖 |
–0.18% |
无明显升降趋势 |
巢湖西半湖 |
–5.28% |
高度显著下降 |
五日生化需氧量 |
巢湖东半湖 |
–5.78% |
高度显著下降 |
巢湖西半湖 |
–11.22% |
高度显著下降 |
图7. 营养化指数
从评价结果可以看出，2015~2020年六年来，除巢湖东半湖总磷和化学需氧量无明显升降趋势，其他参数巢湖东西半湖均呈现高度显著下降趋势。说明近年来巢湖水质得到较为明显的改善，巢湖一直以来的治理获得较为明显的成果。
3.5. 营养化指数分析
统计2015~2020年巢湖东西半湖水体营养化指数，见图7。由图可见，巢湖东半湖营养化指数较为稳定，巢湖西半湖营养化指数呈逐年下降趋势，下降了11%。
4. 污染成因和对策建议
4.1. 污染成因
通过对巢湖2015~2020年水质评价的变化分析可见，经过近年来的不断治理，巢湖水质正在不断好转，但仍存在个别项目超标较为严重的情况。分析原因如下：
一是外源污染。1) 入湖河流引起污染：巢湖东半湖的入湖支流水质整体优于西半湖的入湖支流。根据水文局对巢湖环湖10条入湖河流的水质监测的情况发现，杭埠河、兆河、双桥河、柘皋河水质相对较好，巢湖第二大入湖河流南淝河污染较为严重，也是入湖河流污染最为严重的河流之一。2) 工业废水造成污染：巢湖周边的工业和矿业企业向巢湖排放废水，特别是上世纪90年代以前，大量工业废水未经处理直接排入巢湖。3) 生活污水造成污染：沿湖居民生活产生的污废水(如含磷洗衣粉、餐厨废水等)大多未经处理直接排入巢湖。4) 沿湖农业畜禽业施用化肥、农药，通过雨水径流流入巢湖，形成面源污染。5) 水土流失带入大量泥沙，同时带入了氮和磷。
二是内源污染。巢湖湖区面积大，湖水更新循环较慢，导致大量营养性污染物滞留在湖水中，经过各种物理、化学和生物作用，逐渐沉降至湖泊底层，形成底泥等沉积物。而积聚在底泥中的营养物质一方面可被微生物摄入，参与水生态系统的循环，另一方面也在不断释放进入水体，导致水体中氮、磷的超标[13] [14]。
4.2. 对策建议
从目前的巢湖水质状况来看，主要污染问题存在于总磷和营养化指数。因此要针对水体中的氮和磷进一步采取防治措施。
一是加强工业及生活污水排放管理。对周边的企业和矿业排污严格监管，不达排放标准的禁止排放。对污水管道进行改造，设置截污溢流井。建设污水处理设施，提高污水处理能力。二是规范畜禽业建设，指导群众在农业生产中加大有机肥使用。三是湖底清淤，尤其是排污口附近的淤泥定期进行疏浚，减少内源污染物质的堆积和释放，有利于水生态的改善。四是建立巢湖生态湿地，湿地对于吸收城市排污中的有害物质、净化水质、保持动植物多样性都有重要作用。同时也为微生物降解营养物质提供了良好条件。
NOTES
作者简介：凌蓉(1994-)，女，三级主任科员，主要从事水质监测与分析评价工作，Email: 394460792@qq.com