太湖流域水质状况及河湖水质空间关联特征研究

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湖泊型流域中,湖泊与入湖河流间水质高度关联。经由入湖河流的输入是湖泊外源污染来源的主要途径,对湖泊水质有直接的影响,且这种影响随着尺度的变化而表现出不同的特征。太湖流域是我国社会经济发展最快的地区之一,同时也面临着严重的水环境污染问题,是我国富营养化严重的国家重点治理的“三湖”之首。在多尺度上探究流域水质的时空变化特征及河湖水质指标间的空间关联特征,对保护与恢复太湖流域水环境质量及生态系统健康,识别关键区域,针对具体指标选择合适的治理措施等具有重要意义。  本文基于2006-2012年太湖流域管理局公布的太湖流域82个重点水功能区水质监测断面的水质超标指标数据,运用空间插值、非参数检验等方法分析了相应时期内整个太湖流域水环境的时间动态特征和空间分布特征;且以2009年太湖湖体33个监测断面水质指标实测数据为例,分析2009年流域中心湖泊——太湖水质的时空变化特征;最后,结合缓冲区分析,运用冗余分析方法,对主要出、入太湖河流与太湖湖体间5个主要水质指标超标率在不同观测尺度上的关联特征进行了研究。研究结果表明:  (1)非参数检验结果显示:2006年至2012年,相邻两年之间,太湖流域各指标超标频数的时间变化趋势差异较大,且不具同步性。除CODMn超标频数逐年降低外,其它各指标均有不同程度的波动性。对比2006和2012两年,各指标超标频数均下降,且达显著或极显著水平。总体来看,研究期间太湖流域水质状况有所好转。  (2)2006-2012年,流域水质状况总体表现为,太湖湖体水质显著好于上游河流水质,而上游河流水质好于下游河流水质。河流区超标率较高的指标有:氨态氮(NH4+-N)、5日生化需氧量(BOD5)和总磷(TP);太湖湖体区超标率较高的指标有:5日生化需氧量(BOD5)和总磷(TP)。上游区除了CODMn指标外,其余4种水质指标超标率总体较高,高值区均为西北部的平原水网区,低值区主要为西南部的山地丘陵区;在下游区,5种水质指标高超标率的空间分布格局特征相对一致,邻近太湖及出湖干流,如太浦河等水质指标超标率较低。整个流域CODMn与BOD5的分布格局的差异性主要体现在上游区,研究认为上游区BOD5超标率较CODMn高一方面是因为上游有较多围网养殖区,水体中多因投饵等产生的易生物降解的有机物;另一方面,是因为CODMn与BOD5水质等级判别的临界值不同;太湖下游区人口密集,工业发达,除农业面源、村落排放外,工业排放也占有较大比例,应是下游区CODMn、BOD5均有较高超标率的主要原因。  (3)2009年太湖湖体各水质指标的年内变化趋势存在一定的差异性。全年太湖水体透明度总体较低;叶绿素a浓度的变化趋势与太湖蓝藻暴发密切相关;NH4+-N、NO3--N和TN指标年内变化趋势具有明显的季节性,3-5月浓度较高,且受农业面源污染的影响较大。水生生物系统,尤其是植物系统对水质年内变化趋势起主要的作用。在空间分布上,梅梁湾、竺山湾及西部沿岸区是全湖水质最差的区域,由上游入湖河流污染物输入、风场作用、太湖湖体自身形态特征等多种因素共同作用的结果;综合比较,东太湖是全太湖水质状况较好的区域,氮磷指标浓度都相对较低,但是近年来,东太湖的水生植物系统遭到一定程度的破坏,剩余饵料的分解等人类因素造成东太湖的DO含量、透明度都较低,CODMn浓度较高。  (4)冗余分析显示,从累计尺度方差贡献率分析来看,除BOD5外,上游区河流主要水质指标对湖区相应水质指标超标率的累计方差贡献率均达到显著或极显著水平,表明流域上游入湖河流是太湖湖体营养盐输入的主要来源。从单尺度方差贡献率分析来看,0-5 km缓冲区内的上游河流水质指标超标率对太湖湖体相应指标超标率的解释率较高,其它尺度解释率较小。因此,流域较大尺度的综合治理非常必要,但环湖0-5 km区域是太湖水生态修复的关键区域。下游区累计尺度方差贡献率和单尺度方差贡献率比较发现,下游多个观测尺度上太湖湖体主要水质指标超标率对下游河流相应水质指标超标率的影响均较小,且尺度效应不明显。下游地区污染状况与离太湖湖体或岸线绝对距离间关系不大,更多受陆源污染的影响。  总体上,2006-2012年太湖流域水质状况有所好转,但流域多年平均水质均以劣Ⅴ类、Ⅴ类和Ⅳ类为主。流域水质状况总体表现为,太湖湖体水质显著好于上游河流水质,而上游河流水质好于下游河流水质。流域上游入湖河流是太湖湖体营养盐输入的主要来源,下游地区污染状况与离太湖湖体或岸线绝对距离间关系不大,更多受陆源污染的影响。流域较大尺度的综合治理非常必要,但环湖0-5 km区域是太湖水生态修复的关键区域。
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