鄱阳湖富营养化现状及其正态分布特征分析，本文主要内容关键词为：鄱阳湖论文,正态分布论文,特征论文,现状论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
随着工农业生产的发展、乡镇企业的崛起，鄱阳湖湖区地表径流和入湖五河携带的面源污染、工业废弃物排入湖体，其水质已开始出现富营养化的趋向。据有关文献指出，鄱阳湖富营养化指数（SLI）已从1989年的36增至2003年的51，对鄱阳湖流域社会经济的发展具有影响，故对鄱阳湖富营养化的研究已成为当务之急[1]。
目前，鄱阳湖水体富营养化评价通常运用单一参数法、综合指数法[2]、分级加权平均法等。这些方法很难科学、准确评估湖区水体富营养化分布特点及变化规律。本文将采用校订后的尼梅罗指数、正态分布法对鄱阳湖富营养进行更为全面的评价，根据所呈现的正态规律探索鄱阳湖水体富营养化状况及特征，分析不同水域（河道水域、过渡水域、滞留水域）在丰、枯水期水体富营养化程度。
1 材料与方法
1.1 采样点的布设
每年汛期，鄱阳湖五河洪水来水增加，湖水漫滩，湖面扩大；冬、春季节，湖水落槽，湖滩显露，湖面变小。湖面面积和容积在洪、枯水期相差极大。根据鄱阳湖“枯水一线，洪水一片”的水文特征[1]，将鄱阳湖水系分为河道水域a，过渡水域b和滞留水域c（如图1）。
图1 水域分类示意
河道区属更新快、流速大的水域，根据对照断面监测原则[3]，在各入湖口及河道经过处设置监测垂线。对于过渡区及滞留区，由于无明显分区界线，则采用网格法均匀布设，网格大小依湖、库面积而定。根据以上原则，并结合鄱阳湖区实际地质地貌，采样点布设如图2所示。
图2 采样布点示意
1.2 样品的采集与保存
根据鄱阳湖特殊的水文状况，分别于2008～2009年丰水期（7～8月）及枯水期（1～2月）两个具有代表性时期对鄱阳湖湖水及其主要支流下游的地表水进行系统采集。样品采集完后装入聚四氟乙烯瓶中，加入优级纯
保存，带回实验室尽快测定。
1.3 监测项目与分析方法
湖泊的富营养化参数评价指标通常有物理指标、化学指标和生物学指标[4]。鄱阳湖水体富营养化主要限制因子是化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP），同时总氮与总磷的比值也影响水体富营养化程度[5]。因此选取化学需氧量（
）、TN、TP、总氮与总磷的比值（TN／TP）作为监测对象。
TN采用改进的碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定[6]，于水样中加入纯化过的碱性过硫酸钾，在126～127℃下加热30 min，自然冷却后以无氨水做参比，在220 nm和275 nm处测其吸光度。TP含量采用过硫酸钾消解钼酸铵分光光度法进行测定[7]，在水样中加入过硫酸钾在140℃下加热20 min，自然冷却后加入抗坏血酸和钼酸铵于700 nm波长处测其吸光度，如水样中色度影响吸光度测定时，需进行色度补偿。指数采用高锰酸钾在酸性条件下氧化水中有机物以及还原性物质，过量的高锰酸钾用过量的草酸处理，再用高锰酸钾回滴过量的草酸，通过计算求出水样所消耗高锰酸钾的量来测定化学需氧量[7]。
1.4 评价方法
1.4.1 尼梅罗指数
1974年，Nemerow NL撰写了《河流污染的科学分析》，介绍了用尼梅罗污染指数来评价地表水污染状况[8]。尼梅罗指数的优点为数学过程简洁，运算方便，物理概念清晰，对于一个评价区，只需计算出它的综合指数，再对照相应的分级标准，便可知道该评价区某环境要素的综合环境质量状况，便于决策者做出综合决策。
尼梅罗指数是一个无量纲数值，适用于多种用途、总污染指数的计算，它用统计计算公式来总评各个参与统计的水质参数。有关文献指出，如果能够恰当选取与营养状态有关的检测项目，运用尼梅罗指数计算方法，就能准确反映出水体的营养状态水平[9]。其计算公式为：
（1）
式中，P为尼梅罗指数；n表示所选取的与研究问题有关的项目数；
表示项目序列中第i个项目的检测浓度与其标准值的商值。
按照相关性、可操作性、简洁性和科学性相结合的原则，从影响湖泊富营养化的众多因子中选取TP、TN、高锰酸盐指数（）、总氮与总磷比（TN／TP）4项指标作为本文的评价参数。
1.4.2 正态分布法
科学实验中，很多随机变量的概率分布也可以近似地用正态分布来描述。根据文献[10]，可以应用正态分布法将N、P等数据归一化，使数据成正态分布，通过确定μ和σ值来确定水体富营养化程度[10－12]。正态分布计算公式如下：
（2）
式中，μ、σ分别是均值、标准差参数。
1.5 评价标准
有关划分湖泊营养类型的标准，不同的作者虽有差异，但总的趋势还是一致的。本文采用文献[12－13]中列出的标准，并参照《地表水环境质量标准》，见表1。
2 结果与分析
2.1 鄱阳湖富营养化特征
目前，鄱阳湖局部已具备了发生富营养化的氮磷条件，平均属于中营养，有逐步向富营养化的趋势发展，其营养程度随季节有显著差异，呈现枯水期氮磷的入湖含量高，丰水期较低的年内变化特征。鄱阳湖区整体尼梅罗指数出现各入湖河段高于湖区，而湖区又小于出湖河段趋势，富营养化程度呈现“外高内低”特征，如图3、4。
图3 丰水期富营养趋势
图4 枯水期富营养趋势
2.2 鄱阳湖区富营养化的时间分布
根据评价标准，分别以各营养级所对应的尼梅罗指数绘出与Y轴平行的直线，其中，X＝2.191 871为极贫营养标准，X＝5.846 311为贫营养标准，X＝14.607 93为贫－中营养标准，X＝29.207 04为中营养标准，X＝58.396 39为中－富营养标准，X＝145.925 2富营养标准。以各采样点得出的尼梅罗指数为横坐标，以所对应的概率为纵坐标，作出散点图，并以对应的平均值及标准差作出正态分布曲线。
2.2.1 枯水期正态分布特征
鄱阳湖区枯水期尼梅罗指数（图5）平均值μ为25.572，表明大部分区域处于中营养化。标准差σ为16.673，说明离散度大，分布分散，曲线低且平坦。枯水期水质较差，富营养化分散程度不均匀，只有5％的水体属于极贫营养，20％的水体为贫营养，10％为贫－中营养，20％的水体呈现中营养，近50％已出现中－富营养状态。
图5 枯水期正态分布
与历史同期比较本次水质分析年份偏少8成，湖区水体容积较正常年显著偏小，出现历史同期罕见低水位，星子站平均水位7.67 m，其中都昌、康山两站水位创历史同期最低纪录，与历史同期均值相比，水位偏低3.24 m，相应湖面面积76.9 
，容积2.18亿
，分别偏小592 和8.62亿。
2.2.2 丰水期正态分布特征
鄱阳湖湖区丰水期尼梅罗指数（图6）平均值μ为1.291，说明大部分水域处于极贫营养化。尼梅罗指数标准差σ为0.554，说明离散度小，分布集中，曲线高且陡。丰水期水质较好，富营养化分散程度较均匀，其中，近87.5％的水体属于极贫营养化，12.5％的水体属于贫营养化。
图6 丰水期正态分布
丰水期时，鄱阳湖流域普降大到暴雨，入湖流量大增；农业生产上正值双抢季节，流域产水量大，泥沙含量较高，除城镇生活污水和工业废水，入湖污水也包含部分农业灌溉施肥废水。鄱阳湖受长江水位和五河来水的共同影响，湖区污染物浓度有所降低，水体水质有所上升。
2.3 不同水域富营养化概况
（1）河道水域的营养态势。河道水域枯水期TN超出Ⅲ类标准2.1倍，TP超出Ⅲ类标准48.5倍，丰水期时TN未超出Ⅲ类标准，TP超出Ⅲ类标准1.26倍，其他均未超标，尼梅罗指数较丰水期高15～50倍。从图7中可知：丰水期时河道水总体处于极贫营养状态，而枯水期局部处于中－富营养状态。
图7 河道水域尼梅罗指数正态分布
（2）过渡水域的营养态势。过渡水域丰水期时TP超出Ⅲ类标准1.1倍，枯水期TN、TP分别超出Ⅲ类标准5.2，2.0倍，其他均为超标，枯水期尼梅罗指数较丰水期高出3.7倍。从图8可知，丰水期时过渡水处于极贫营养状态，而枯水期则变为贫－中营养状态，整体水质比河道水好。
图8 过渡区域尼梅罗指数正态分布
（3）滞留水的营养态势。滞留水域丰水期TN、TP分别超出Ⅲ类标准3.2，4.3倍，枯水期均未超标，枯水期尼梅罗指数较丰水期高出3.4倍。从图9可知，丰水期时滞留水处于极贫营养状态，而枯水期时处于贫－中营养状态，局部范围内水质污染最少，水质较河道水域、过渡水域要好。
图9 滞留区域尼梅罗指数正态分布
总体上3种功能区尼梅罗指数变化随季节变化均是呈逐渐增大的趋势，但河道水富营养化变化差异大，而滞留水域具有滞后性。水文条件差异是河道水域、过渡水域和滞留水域变化较为缓慢且滞留水域对污染状况反应快慢不同的主要原因。河道水域流速急，污染物直接流入河道。过渡水域大部分是河道水域扩展到湖面中，污染物直接影响过渡水域，因此河道水域和过渡水域对污染物反应较迅速。滞留水域由于水流交换速度很慢，且由河道、过渡水扩散并滞留形成，加之水体本身的自净作用，当河道水域和过渡水域污染物浓度迅速升高时，滞留水域升高速度缓慢；当河道水域和过渡水域污染物浓度下降时，滞留水还是原先污染物浓度较高的水体，故其尼梅罗指数还继续上升。
3 结论
总体上，鄱阳湖局部已具备了发生富营养化的氮磷条件，水体处于中营养状态，有逐步向富营养化的趋势发展。鄱阳湖区整体尼梅罗指数出现各河流高于湖区，而湖区又小于出湖河段趋势，富营养化处程度呈现“外高内低”特征。
从时间分布特征来看，枯水期的水质较丰水期要差，多数项目的含量枯水期明显高于丰水期，如TN、TP、等。
从空间分布特征来看，湖区富营养变化差异特征：河道水域＞过渡水域＞滞留水域。湖面水流量越少，河道水域、过渡水域和滞留水域之间的富营养化程度差距越大，滞留水域污染反应具有滞后效应。