洞庭湖水质及富营养状态评价

Water quality and eutrophication analysis in Lake Dongting
ZHONG Zhen-yu, CHEN Can (Hunan Research Academy of Environment Sciences,Changsha 410004,China).
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随着湖区工农业生产的发展和湖区人口城镇化趋势加强，工业污染、农业污染、生活污染等 对湖区水域的污染日益严重。
1．评价材料与方法
1.1 监测数据
洞庭湖湖区湖南省境内共布设了 14 个省控常规监测断面，其中西洞庭湖湖区设有小河 嘴、目平湖和南嘴断面；东洞庭湖湖区布设有鹿角、东洞庭湖和岳阳楼断面；南洞庭湖湖区 布设有万子湖、横岭和虞公庙断面；洞庭湖出湖口布设有出口断面。另外洞庭湖的主要入湖 河流湘江、资江、沅江和澧水的入湖口亦均布设有入湖控制断面。具体监测断面位置详见图 1。
洞庭湖湖区水质评价项目包括《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）[9]规定的除水 温、pH、总磷、总氮和粪大肠菌群以外的 19 项，包括溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量 (COD) 、五日生化需氧量(BOD5)、 氨氮（NH3—N）、铜、锌、氟化物(以 F¯计)、硒、砷、 汞、镉、铬(六价)、 铅、氰化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂和硫化物等。
洞庭湖湖区三个区域以及出湖口水质污染由轻到重依次为：西洞庭湖、南洞庭湖、东洞 庭湖、洞庭湖出口。
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2.1 洞庭湖主要污染物
2008 年月份洞庭湖主要污染物按断面超标率大小排序，主要污染物为氨氮(7.1%)；按污 染分担率大小排序，主要污染物为总磷(21.0%)、化学需氧量(13.4%)、高锰酸盐指数(11.9%)、 氨氮(11.4%)、粪大肠菌群(11.3%)、BOD5(9.8%)，其余项目的污染指数相对较低；按最大测 定值超标倍数大小排序（表 2.1-5），地表水中主要污染物为总磷(10.9 倍)、总氮(2.94 倍)、 氨氮(1.58 倍)、挥发酚(1.5 倍)、BOD5(0.95 倍)、化学需氧量(0.34 倍)。
1-樟树港 2-万家嘴 3-坡头 4-沙河口 5-南 嘴 6-目平湖 7-小河嘴 8-万子湖 9-横岑湖 10-虞公庙 11-鹿 角 12-东洞庭湖 13-岳阳楼 14-洞庭湖出口 图 1 洞庭湖监测断面位置示意图
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1.2 评价方法
运用单因子评价法对各断面水质类别进行评价，根据水质类别与定性评价分级标准，确 定各断面水环境质量状况。单因子指数的计算公式如下：
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严重污染
相当一部分检出值超出标准数倍或几十倍
根中国环境监测总站制定的《湖泊（水库）富营养化评价方法及分级技术规定》，选 取叶绿素 a（Chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）和高锰酸盐指数（CODMn） 等为参数，采用综合营养状态指数法，对洞庭湖水体营养状况进行评价。
综合营养状态指数计算公式为：
据2007年底的统计数据，洞庭湖区总人口2140.36万人，其中城镇人口991.67万人。人口 稠密，平均密度为490人/km2，是湖南省人口平均密度318人/km2的1.54倍[8]。
洞庭湖区既是我国重要的商品粮 、棉、油及水产基地，又是湖南省主要的造纸 、石化 及纺织工业基地。2008年洞庭湖区共有工业企业788家，工业废水排放量为27723万吨。洞庭 湖区2008年CODCr排放量为120067吨，化学需氧量的排放主要集中在造纸业、纺织业、食 品加工业、化工制造业和农副产品加工业这五个行业。其中，造纸业企业CODCr排放量为 87572吨，占CODCr总排放量的72.9%，居各行业之首。氨氮的排放主要集中在化工制造业。
Pi
=
Ci Si
（1）
式中：Pi——i 项污染物的单因子评价指数 Ci——i 项污染物平均浓度 Si——i 项污染物的评价指标值
综合指数的计算公式如下：
∑ Pj
=
1 n
n i =1
Pi
（2）
Pi
=
Ci Si
（3）
式中：Pj——j 断面的综合污染指数； n——参加评价的污染物项目数；
Pi——i 项污染物的分指数； Ci——i 项污染物平均浓度； Si——i 项污染物的评价标准值； 根据 Pj 值，分级标准如表 1。
洞庭湖水质及富营养状态评价
钟振宇 陈 灿 (湖南省环境保护科学研究院，湖南长沙，410004)
摘 要 根据 2008 年洞庭湖水质监测数据，参照 GB3838-2002 中Ⅲ类水质标准，采用单因子评价法、综 合污染指数法和综合营养指数法对洞庭湖水质及富营养状况进行评价。单因子法结果表明，在总氮、总磷 不参与评价的情况下，2008 年洞庭湖湖体水质整体为优；湖水中总氮、总磷污染严重，监测断面总磷浓度 均劣于Ⅲ类水质要求。综合营养指数评价结果表明，洞庭湖水质处于中营养和轻度富营养水平；综合污染 指数评价进一步表明，洞庭湖湖体水质劣于入湖口水质，入湖口水质劣于出湖口水质的分布特征。 关键词 洞庭湖；水质评价；富营养化
2．结果与讨论
在总磷和总氮不参与水质类别评价的情况下，2008 年洞庭湖 14 个监控断面水质类别单 因子评价结果表明：全湖符合 III 类水质标准的断面 5 个，分布于湘江（樟树港）、西洞庭湖 （南嘴）、南洞庭湖（万子湖）、东洞庭湖（鹿角、东洞庭湖）等水域，占 35.7%；属于 II 类水质的断面 8 个，分布于沅水（坡头）、澧水（沙河口）、西洞庭湖（目平湖、小河嘴）、 南洞庭湖（横岭湖、虞公庙）、东洞庭湖（岳阳楼）、洞庭湖出口等水域，占 57.2%；达到 I 类水质的断面 1 个，分布于资水（万家嘴）水域，占 7.1%。14 个断面中有 12 个达到水域 功能区划水质目标要求，断面功能达标率为 85.7%。
2 ij
j =1
（5）
（rij 为第 j 种参数与基准参数 chla 的相关系数，Chla、TP、TN、SD 和 CODMn 的 rij 值分别为 1、0.84、0.82、－0.83 和 0.83，m 为评价参数的个数）
各参数的营养状态指数计算公式为： TLI(chla)=10(2.5+1.086lnChla) TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP) TLI(TN)=10(5.453+1.694lnTN) TLI(SD)=10(5.118-1.94lnSD) TLI(CODMn)=10(0.109+2.661ln CODMn) （式中 Chla 单位为 mg/m3，SD 单位为 m，其它指标单位均为 mg/L）
表 1 地表水水质分级标准
Pj
级别 水质状况
分级说明
<0.2
1
清洁
多数项目未检出，个别项目检出也在标准内
0.2～0.4
2
尚清洁
检出值均在标准内，个别项目接近标准
0.4～0.7
3
轻污染
个别项目检出值超出标准
0.7～1.0
4
中污染
有两个项目检出值超出标准
1.0～2.0
5
重污染
相当一部分检出值超出标准
>2.0
监测 项目
均值范围 （mg/l）
表 2 2008 年洞庭湖水质污染情况汇总
超标断 超标断
面百分 面（个）
比（%）
断面样品 超标样 超标范围 品数 百分比（%） （个）
最大值 最大超 （mg/l） 标倍数
CODMn COD BOD5
1.54～ 3.56 5.68～ 18.43 1.13～ 2.67
0～29.6
2
0～66.7
5
0～40.7
3
5.84 26.90 5.84
0.34 0.95
0.123～
氨氮
1
0～7.1 0～44.4
6
0.901
2.59
1.58
总磷(以 P 计)
总氮
粪大肠 菌群(个
/L)
0.036～ 0.250 1.00～ 2.25
79～ 13833
0～81.5
9
0～100
12
0～59.3
8
1.19 3.94
10.90 2.94
35000
2.5
综上所述，洞庭湖主要污染物是总磷、总氮、氨氮、化学需氧量、高锰酸盐指数、粪大
肠菌群。
2008 年洞庭湖超标污染物水域分布情况归纳如下：
有机类污染：高锰酸盐指数超标率范围 0～29.6%，超标水域分布在南洞庭湖（万子湖）
然而，水质中总磷、总氮两项营养指标的污染比较严重，14 个监测断面的总磷浓度均 劣于 III 类水质要求。总磷、总氮参与水质类别评价的情况下，全湖 IV 类水质断面 4 个， 分布于沅水、澧水、西洞庭湖（南嘴、小河嘴），占 28.6%，V 类水质断面 8 个，分布于资 水、西洞庭湖（目平湖）、南洞庭湖（横岭湖、虞公庙）、东洞庭湖、出湖口，占 57.1%，劣 V 类水质断面 2 个，分布于湘江、南洞庭湖（万子湖），占 14.3%。全湖 14 个断面均超水域 功能标准要求，其中 V 类以上水质达 71.4%，主要营养盐氮、磷污染严重
Abstract According to Basic Analytical of Environmental Quality for Surface Water in China (GB3838-2002), this paper adopted methods of single-factor appraisal, comprehensive pollution index and comprehensive nutrition index based on the 2008 monitoring data to estimate the situation of the water quality of the Lake Dongting. The method of single-factor appraisal turned out that the whole water quality was excellent in case that it excluded the appraisal of TN and TP in 2008, that the pollutions of TN and TP were relatively serious, that all the concentrations of TP from the monitoring section were inferior to the water quality requirements of Ⅲ class. The appraisal of comprehensive nutrition index showed that the quality of the lake was in the level of moderate nutrition and light eutrophication. The appraisal of comprehensive pollution index further showed the distribution characteristics that the water quality in the body of the lake was inferior to the water in the entry, which was also inferior to the water in the exit. Key Words Dongting Lake; Water quality analysis; eutrophication.
3
m
∑ TLI(∑)= Wj ·TLI(j) j =1
（4）
式中：TLI(∑)—综合营养状态指数； Wj—第 j 种参数的营养状态指数的相关权重； TLI(j)—代表第 j 种参数的营养状态指数。 以 Chla 作为基准参数，则第 j 种参数的归一化的相关权重计算公式为：
m
∑ Wj=r
2 ij
/
r
洞庭湖地跨湘、鄂两省(28°44′N～29°35′N; 111°53′E～113°05′E),是我国第二大淡水湖。 洞庭湖处于亚热带季风气候区,湖区年均气温16.4～17℃,多年平均降水量1200～1450mm,多 年平均蒸发量（水面蒸发量）约1270mm。湖泊面积2625 km2，平均水深6～7m[1~5]，西、 南汇湘、资、沅、澧四水,北纳松滋河、虎渡河、藕池河三口河道分泄的长江洪水，江河来 水进入洞庭湖调蓄后,由城陵矶注入长江[6,7]。