常熟市昆承湖水质时空变异特征和环境压力分析

收稿日期：２００６－０４－０５；修订日期：２００６－１２－１８。

基金项目：教育部科技创新工程重大项目培育基金（７０５８２４）；江苏省重点科技专项（ＢＭ２００２７０１）；安徽师范大学青年科研基金（２００４ｘｑｎ１５）。

第一作者简介：杨文斌（１９６８－），男，博士研究生，环评工程师，主要从事环境评价、生态修复教学与研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｗｂ２００２７０２＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ?通讯作者，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｇｕｏｘｉａｎｇ＠ｎｊｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ致谢：感谢常熟市环保局提供昆承湖水质历史监测数据E 感谢王锦旗、李振国、王文林，葛绪广等参加了大量野外调查、监测工作。

自然资源学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＴＵＲＡＬＲＥＳＯＵＲＣＥＳ第２２卷第２期２００７年３月Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．２Ｍａｒ．，２００７常熟市昆承湖水质时空变异特征和环境压力分析杨文斌１，２，王国祥１＊，张利民３，曹昀１，潘国权１（１．南京师范大学地理科学学院江苏省环境演变与生态建设重点实验室，南京２１００４６；２．安徽师范大学环境科学学院，安徽芜湖２４１０００；３．江苏省环境科学研究院，南京２１００３６）摘要：采用综合指数法对近年来昆承湖水质变化趋势进行了分析，用模糊数学综合评价法对该湖２００５年水质进行评价，用等级聚类法进一步分析了其水质的空间差异，用ＴＳＩＭ方法分析了昆承湖富营养化状况。

结果表明：１９９８—２００４年间，昆承湖污染总体上呈加重趋势，２００３年污染最严重，在各污染因子中，氮污染负荷最大；昆承湖为Ⅴ类水或劣Ⅴ类水体；由于陆源污染差异和围网养殖的影响，湖区污染程度北湖＞湖西区＞南湖区；昆承湖ＴＳＩＭ＞７０，呈现较严重富营养化。

并分析了昆承湖所承受的巨大环境压力。

关键词：水环境；时空变异；综合指数；等级聚类；昆承湖中图分类号：Ｘ８２４文献标识码：Ａ文章编号：１０００－３０３７（２００７）０２－０１８５－０８昆承湖是江苏省常熟市的主要湖泊，位于常熟市西南部，３１°３３′４４″～３１°３７′１″Ｎ、１２０°４３′１４″～１２０°４５′５７″Ｅ之间，面积１７．５７ｋｍ２；湖盆由西南向东北倾斜，平均深度２ｍ。

自２０世纪７０年代以来，由于不合理的渔业养殖、环湖开发、工业排污以及流域内人口增加等，昆承湖的水环境质量每况愈下，呈现比较严重的富营养化现象，环湖的自然景观也受到严重的破坏。

因此，研究其水质污染特征，能够为治理昆承湖污染，恢复其经济利用，改善城市生态环境，保障常熟社会经济可持续发展提供依据。

１昆承湖湖区水质状况１．１昆承湖水质年际变化趋势根据１９９８—２００４年的昆承湖水质监测资料，采用综合指数法［１］评价昆承湖水体污染物年际变化规律。

具体评价过程如下：Ｐ＝７ｊ＝１!４ｉ＝１!Ｐｉｊ，Ｐｉ＝Ｃｉ／Ｃ０，式中，Ｐ为综合污染指数，∑Ｐｉ为综合污染分指数，Ｃｉ为某污染物的实测浓度；Ｃ０为某污染物的Ⅲ类评价标准［２］，∑Ｐｊ表示某类污染物分指数。

根据水体具体情况，选取ＴＰ、ＴＮ、ＮＨ３－Ｎ、ＣＯＤＭｎ作为评价因子，通过计算，得到各污染物的各年污染分指数和综合污染指数。

评价结果：１９９８—２００４年间，昆承湖污染总体呈上升趋势，２００３年污染最严重；在各污染因子中，氮污染负荷最大（表１）。

自然资源学报２２卷１９９８—２００４年，湖区ＴＰ、ＴＮ、ＮＨ３－Ｎ、ＣＯＤＭｎ变化趋势由图１可以更直观地反映出来，昆承湖湖区ＴＰ含量超过Ⅳ类水质标准，ＴＮ、ＮＨ３－Ｎ劣于Ⅴ类水质标准，ＣＯＤＭｎ自２００１年后超过Ⅲ类水质标准（２００２年未超标），表明昆承湖水质污染已经很严重。

１．２昆承湖水质现状综合评价采用单因子指数法和综合污染指数法评价水质状况所得结果在实际应用中比较简单易行，但在很多情况下，评价等级难以用一个简单的数值表示。

采用模糊数学中的综合评价方法则更全面、客观［３］。

鉴于此方法比较常用并有大量文献可查，此处简要介绍计算步骤。

首先，根据昆承湖水质分级标准［２］（表２）构建隶属函数；根据ＤＯ的五级标准做出５个级别的隶属函数：项目Ⅰ类水标准Ⅱ类水标准Ⅲ类水标准Ⅳ类水标准Ⅴ类水标准ＤＯ７．５６５３２ＮＨ３－Ｎ０．１５０．５１．０１．５２．０ＴＮ０．２０．５１．０１．５２．０ＴＰ０．０１０．０２５０．０５０．１０．２ＣＯＤＭｎ２４６１０１５表２昆承湖水质分级标准表（ｍｇ／Ｌ）Ｔａｂｌｅ２Ｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｒｉｔｅｒｉａ表１昆承湖各污染物污染分指数和综合污染指数Ｔａｂｌｅ１Ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｓｕｂ－ｉｎｄｅｘｅｓａｎｄｓｙｎｔｈｅｔｉｃｉｎｄｅｘｅｓｏｆＫｕｎｃｈｅｎｇＬａｋｅ１９９８１９９９２０００２００１２００２２００３２００４∑ＰｊＴＰ２．６０１．９４３．６３３．５１３．３８８．８６３．４２２７．３４ＴＮ３．２３４．０８４．１１４．６９７．３４１０．６６８．１５４２．２６ＮＨ３－Ｎ２．６７２．１２２．８９２．９４５．５７７．４０６．７４３０．３３ＣＯＤＭｎ０．９７０．９７０．９５１．０５０．９２１．１０１．２２７．１８９．４７９．１１１１．５８１２．１９１７．２１２８．０２１９．５３∑ＰｉＰｉ年图１湖区ＴＰ、ＴＮ、ＮＨ３－Ｎ、ＣＯＤＭｎ浓度变化趋势Ｆｉｇ．１ＶａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆＴＰ，ＴＮ，ＮＨ３－ＮａｎｄＣＯＤＭｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ１８６２期杨文斌等：常熟市昆承湖水质时空变异特征和环境压力分析Ⅰ类水ｙ１＝０ｘ≤６（ｘ－６）／２６＜ｘ＜７．５１ｘ≥７#%$%&Ⅱ类水ｙ２＝（ｘ－５）／２５＜ｘ＜６（７．５－ｘ）／２６＜ｘ＜７．５０ｘ≤５，ｘ≥７．５’Ⅲ类水ｙ３＝ｘ－３３＜ｘ＜５（６－ｘ）／２５＜ｘ＜６０ｘ≤３，ｘ≥６’Ⅳ类水ｙ４＝ｘ－２２＜ｘ＜３５－ｘ３＜ｘ＜５０ｘ≤２，ｘ≥５’Ⅴ类水ｙ５＝１ｘ≤２３－ｘ２＜ｘ＜３０ｘ≥３’同理，其它各项指标均可按同样方法求出隶属函数。

其次，由所对应的隶属函数、２００５年夏季实测的５项理化指标值3７．３４／ＤＯ，１．１５／ＮＨ３－Ｎ，２．１／ＴＮ，０．１７９／ＴＰ，７．５／ＣＯＤＭｎ?，计算出一个５×５的模糊关系矩阵。

Ｒ＝０．６７０．０８００００００．３５０．１５０００００１００００．０２１０．０７９０００．８０．５０()))*+,,,-第三步，确定各污染因子的权重，得到权重系数模糊子集Ａ。

由于单因子指数在水质评价中的权重与某项因子分级标准无直接联系，因此，可以将五级标准的中间标准或其平均值定义划分“清洁”与“污染”之间的分界点。

此时，权重系数由下式计算得到Ｓｉ＝（Ｓｉ１＋Ｓｉ２＋Ｓｉ３＋Ｓｉ４＋Ｓｉ５）／５Ｓｉｊ为第ｉ个指标的第ｊ个评价标准值。

Ｗ＝（ＳＤＯ／ＣＤＯ，ＣＮＨ３－Ｎ／ＳＮＨ３－Ｎ，ＣＴＮ／Ｓｉ，ＣＴＰ／Ｓｉ，ＣＣＯＤ／Ｓｉ）＝（ＷＤＯ，ＷＮＨ３－Ｎ，ＷＴＮ，ＷＴＰ，ＷＣＯＤ）Ａ＝（ＷＤＯ／∑Ｗｉ，ＷＮＨ３－Ｎ／∑Ｗｉ，ＷＴＮ／∑Ｗｉ，ＷＴＰ／∑Ｗｉ，ＷＣＯＤ／∑Ｗｉ）式中：∑Ｗｉ＝ＷＤＯ＋ＷＮＨ３－Ｎ＋ＷＴＮ＋ＷＴＰ＋ＷＣＯＤ由此可得，Ａ＝3０．０９，０．１６，０．２８，０．３３，０．１４?，由模糊复合运算可以得到综合评价结果：Ｂ＝Ａ・Ｒ＝3０．０９，０．１６，０．２８，０．３３，０．１４?０．６７０．０８００００００．３５０．１５０００００１００００．２１０．０７９０００．８０．５０/)))*+,,,-＝3０．１，０．１，０．２，０．２６，０．３４?Ⅴ类水的隶属度最大，可见，昆承湖夏季水体综合评价等级为Ⅴ类水。

根据昆承湖水质历史调查可知，昆承湖夏季水质优于其它季节，因此，判断出昆承湖夏季水质状况，就可以基本掌握昆承湖全年水环境状况。

据此可以认为昆承湖水体为Ⅴ类水或劣Ⅴ类。

现场观察到的大量的死鱼现象也验证了评价结果的正确性。

１．３昆承湖水质空间变化分析２００５年７月，对昆承湖湖区水质进行了现状监测，利用ＧＰＳ定位布点，环湖和湖中共设了１８个监测点位，具体位置见图２，利用ＳＰＳＳ软件对全湖１８个监测点的监测值进行聚类分析［４］（图３），结果表明，在距离系数为５水平上，可以分为３个区，大致与昆承湖的南部区（１＃、２＃、３＃、４＃、６＃、７＃、８＃）、中西部区（１５＃、１６＃、１７＃、１８＃）、北部区（９＃、１０＃、１１＃、１２＃、１３＃、１４＃）相对应，说明昆承湖水质存在空间上的差异。

在距离系数为１０的水平上，北湖、湖西水体合为一类。

１８７１８８自然资源学报２２卷结合现状调查可知，北湖污染程度重于湖西区，湖西区又重于南湖区。

张家港每年带入昆承湖的ＣＯＤＣｒ、ＮＨ３－Ｎ量分别达到３９１ｔ、３９ｔ，加上北部湖区因为有大面积的围网养鱼污染和虞山镇工业污水、城镇生活污水的汇入，污染程度最严重；湖西区域有莫城河、莫塘河、辛安塘等工业污水、生活污水汇入，污染程度也很严重；南部湖区虽然也受沙家浜镇工业污水、城镇生活污水污染（５＃样点临近该区，水质较临近点差，所以与中西部区域样点相似系数很高），但东南部为昆承湖出流区，一定程度上降低了污染。

张家港航道污水汇入（１３＃样点临近该图２昆承湖水质监测点分布图Ｆｉｇ．２Ｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ图３昆承湖水质监测点聚类分析结果Ｆｉｇ．３Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｏｆｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙ２期杨文斌等：常熟市昆承湖水质时空变异特征和环境压力分析表３昆承湖各湖区夏季主要水质参数Ｔａｂｌｅ３Ｗａｔｅｒ－ｑｕａｌｉｔｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｓｏｆＫｕｎｃｈｅｎｇＬａｋｅｉｎｓｕｍｍｅｒＣｈｌａ／（ｍｇ／ｍ３）透明度／ｍ总磷／（ｍｇ／Ｌ）总氮／（ｍｇ／Ｌ）ＣＯＤＭｎ／（ｍｇ／Ｌ）北部９１．５０．５２０．１９１２．２１６．９４湖中西部９１．３０．６３０．１８３２．１０７．７９南部７２．４０．７２０．１６４２．０３７．２９区，水质最差，从聚类图上看出它单独成类）、北部湖区围网养殖是造成昆承湖水体空间差异的重要原因。

昆承湖属于浅水湖泊，风浪大，水体的强烈交换，减弱了昆承湖水质空间差异性。

２昆承湖富营养化状况评价一般认为，湖泊水体富营养化是由于水体中氮、磷营养物质的富集，引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖，浮游生物夜间呼吸耗氧及残体分解耗氧导致水体溶解氧含量下降，使鱼类和其他生物大量死亡、水质恶化的现象。

但是，越来越多的研究认为，以水生高等植物为优势的湖泊生态系统结构退化、功能丧失是湖泊出现藻型富营养化现象和水质恶化的内因。

２．１卡森富营养化指标（ＴＳＩＭ）目前，一般根据湖泊水体中藻类所含叶绿素ａ（Ｃｈｌａ）的量、营养盐浓度、ＳＤ（透明度）以及ＤＯ等参数，采用修正的卡森富营养化指标（ＴＳＩＭ）［５］来划分水体富营养化状态［６，７］。