内蒙古乌梁素海水质时空分布特征

生态环境学报 2011, 20(8-9): 1301-1306 Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@

基金项目：国家自然科学基金项目(51069009)；教育部科学技术研究重点项目(210044)；内蒙古师范大学高层次人才科研启动经费资助项目（GCRC09014）

作者简介：李兴(1981年生)，男，内蒙古兴安盟人，博士，讲师，主要从事水污染控制与资源化研究。E-mail: lixingmm@ 收稿日期：2011-06-06

内蒙古乌梁素海水质时空分布特征

李兴1

，杨乔媚2

，勾芒芒3

1. 内蒙古师范大学内蒙古节水农业工程研究中心，内蒙古 呼和浩特 010022；

2. 内蒙古金华源环境资源工程咨询有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020；

3. 内蒙古自治区水利科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010020

摘要：将地质统计学理论与地理信息系统相结合对乌梁素海富营养化指标、有机污染指标和盐化污染指标进行了kriging 空间插值，结果表明：从时间角度分析，冬季总氮浓度、总磷浓度、化学需氧量质量浓度明显高于其他季节；叶绿素a 质量浓度浓度冬季最低；时空电导率平均值在4.0 ms·cm -1左右波动。从空间角度分析，总氮浓度、总磷浓度、叶绿素a 质量浓度呈现出由北向南递减的趋势；夏秋季化学需氧量空间分布与春冬季节相反；冬季电导率空间分布与其他季节明显不同。从浓度大小分析，乌梁素海复合污染已十分严重。 关键词：乌梁素海；水质；时空分布

中图分类号：X524 文献标志码：A 文章编号：1674-5906（2011）08-09-1301-06

内蒙古乌梁素海不仅是全球范围内干旱草原及荒漠地区罕见的多功能湖泊，也是黄河中上游重要的蓄水、保水和调水场地。近年来由于农田排水、生活污水和工业废水的不断排入已使污染不断加剧，导致全湖水质达到劣Ⅴ类。湖泊水质直接影响着区域水环境质量及生态系统服务功能，而水质时空分布特征已成为湖水水质监测和管理的手段，研究湖泊水质参数的时空变化特征是获取水环境信息、评价水环境质量、查明污染来源、修复和治理湖泊污染的基础。国内外学者[1-5]对湖泊、海洋、河流和水库等水域的水质时空分布特征进行了一定的研究。本文在此基础上，为进一步监测、管理乌梁素海水质，基于水质观测和空间差值手段对乌梁素海水质季节分布规律和污染物在空间上的分布特征进行了分析。

1 材料和方法

地质统计学是研究既有随机性又有结构性的自然现象的良好方法，但对于实测值中存在异常值的情况，会影响变差函数的计算结果，特别是在变程范围内的影响更为显著，因此，本研究采用影响系数法对实测样本中的特异值进行了剔除，结果仅有极少数极大异常值被取代，然后使用地学统计软件得出最优半变异函数拟合参数作为空间克里格插值的前处理参数，以地理信息系统为工具对乌梁素海不同水质参数进行了kriging 空间插值[6]。

本研究采用正方形网格的交点做为空间监测点，水质监测点的布设情况如图1所示。分别于2006年5月、7月、10月和2007年1月进行取样，水

质参数为总氮、总磷、叶绿素a 、化学需氧量和电导率5项，其中总氮、总磷、化学需氧量3项指标使用不同化学药品和德国WTW 公司生产的PhotoLab S12光电比色计联合测定；叶绿素使用日立公司生产的U-2001紫外线分光光度计测定；电导率使用WTW 系列Multi 340i/SET 型号便携式手提多参数计测定。

2 结果与讨论

内蒙古乌梁素海地处北方干旱区，四季更替明显，春季多风多沙，气温回升，是水生动植物的萌发期。夏季炎热干燥，是水生动植物的生长活跃期。秋季气温降低，进入动植物的枯萎衰亡阶段。冬季水体处于冰冻阶段。因此，本研究以乌梁素海2006年5月、7月、10月和2007年1月实测湖内各水质参数为基础，绘制了不同时段内不同水质参数的空间分布图。

2.1 总氮、总磷时空变化特征

氮、磷等营养物质的输入和富集是水体发生富营养化的最主要原因。由图2和图3可以看出乌梁素海总氮和总磷在时空分布上都具有十分相似的分布规律，空间上，各月氮磷分布均出现由北至南逐渐降低的趋势，高浓度区集中在乌梁素海入湖口附近，该区是芦苇水草生长密集区，由于有孔介质的阻碍作用使得水体移动缓慢，加之入流水体的氮磷浓度很高是造成该区氮磷浓度富集的主要原因。时间上，2006年5月、7月、10月和2007年1月总氮各监测点平均质量浓度分别为9.5、4.3、3.9和9.2 mg·L -1，总磷各监测点平均质量浓度分别为

1302 生态环境学报 第20卷第8-9期（2011年9月）

0.17、0.12、0.11和0.20 mg·L -1，参照地表水环境质量标准（GB3838—2002），总氮平均质量浓度已达到Ⅴ类标准值的2~5倍，总磷平均质量浓度已接近Ⅴ类标准值。从各月平均质量浓度来看，氮磷质量浓度具有十分相似的分布特征，在水生植物营养生

长时期(5月)）氮磷质量浓度很高，主要是因为该时期水生植物对氮磷的吸收利用处于缓慢阶段，加之该时期温度回升，风速加大，使得水体上下交换频繁，水体驱动力加强，造成底质释放氮磷速度大于沉积速度。水生植物在生殖生长时期(7月份）对氮磷等营养元素的需求利用量加大，造成该时期氮磷质量浓度均有不同程度的下降，但此时期氮磷质量浓度相比地表水环境质量Ⅳ、Ⅴ类标准仍然很大，可见芦苇、水草等水生植物净化水体的能力是有限的，同时表明排入乌梁素海上游水体氮磷质量浓度很高，因此，控制排入水体污染物质浓度是治理乌梁素海污染现状的主要措施之一。进入植物衰亡期(10月份），植物吸收利用氮磷等营养物质强度降低，该时期河套灌区进行大面积秋浇控盐，排水量加大，湖泊水位明显升高，因此，对水中污染物质浓度起到一定的稀释作用，使得该时期总氮质量浓度下降。进入冰冻期(1月份)后，氮磷质量浓度明显增加，分析其原因主要为冬季入湖水流不存在农田排水的补给，入湖水量明显减少，主要补给水量为地下水，其次为工业废水和生活污水，且入湖流量很少，使得总氮平均质量浓度明显增加，对于高浓度区集中在入湖口附近的现象，主要为冰层下水体压力的阻碍作用，导致水动力条件变化，使得入流水体主要集中在乌梁素海中西部，且水体移动十分 缓慢。

图1 乌梁素海水质监测点布设

Fig.1 Map showing distributing of examination sites

图2 乌梁素海总氮时空分布结果

Fig.2

Temporal and Spatial distribution of total nitrogen in Wuliangsu Lake

2006年5月

2006年7月

2006年10月

2007年1月