張 迪,王 華,莊 巍，袁偉皓，曾一川，田瑩瑩

(1.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院，南京 210098；2.河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210098；3. 生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，南京 210042)

引 言

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

鄱陽湖(E115°49′～116°46′，N28°11′～29°51′)位于江西省北部長江中下游南岸(圖1)，是我國第一大淡水湖，也是國際重要濕地。流域涉及南昌、新建、進(jìn)賢等30個(gè)縣市區(qū)，上游承接贛江、撫河、信河、饒河、修河五條主要河流來水，經(jīng)湖區(qū)調(diào)蓄后由湖口注入長江，是一個(gè)典型的通江湖泊，對調(diào)節(jié)長江徑流以及在維系區(qū)域水量平衡與生態(tài)安全方面發(fā)揮著重要作用[15～18]。湖區(qū)以松門山為界可分為南北兩部分，北面為入江水道，湖體窄而深，長40km，寬3～5km，最窄處約為2.8km，構(gòu)成北部湖區(qū)；南部構(gòu)成主湖體，湖泊寬而淺，長133km，最寬處達(dá)74km，且水面面積與庫容隨季節(jié)變幅較大。根據(jù)近50年觀測資料，鄱陽湖水位高程為9m時(shí)(湖口水文站，吳淞基面)，湖區(qū)面積為204.5km2；水位高程為14m時(shí)，面積為2 692km2；水位高程為18m時(shí)，面積為3 155km2，歷年最高水位22.59m時(shí)(1998年7月31日)，湖區(qū)水面面積4 500km2，容積3.4×1010m3。歷年最低水位5.9m時(shí)(1963年2月6日)，面積僅為146km2[19～21]。

圖1 研究區(qū)域地理位置及主要監(jiān)測控制點(diǎn)分布圖Fig.1 Geographical location of the study area and distribution map of the main station

2 研究方法

2.1 R/S分析法

表1 Hurst指數(shù)判別標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 The discriminant standard of Hurst

2.2 相關(guān)性分析

運(yùn)用R3.6.1計(jì)算鄱陽湖各監(jiān)測點(diǎn)之間的Pearson系數(shù)并進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，設(shè)置0.01和0.05兩種顯著性水平，p<0.05表示具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義相關(guān)，p<0.01則表示顯著相關(guān)。Pearson系數(shù)計(jì)算的具體公式如下[26-27]：

式中，r為兩點(diǎn)位相關(guān)系數(shù)，xi、yi分別為研究點(diǎn)位營養(yǎng)鹽含量年均值序列，n為年數(shù)，取n=30，lxx、lyy分別為變量x、y的離均差平方和，lxy為變量x、y的離均差積和。相關(guān)系數(shù)的絕對值越大，相關(guān)性越強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)越接近于1或-1，相關(guān)度越強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)越接近于0，相關(guān)度越弱。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可將相關(guān)程度分為以下幾種情況：當(dāng) 0.8≤│r│<1 時(shí)，視為極強(qiáng)相關(guān)；0.6≤│r│<0.8 時(shí)，視為強(qiáng)相關(guān)；0.4≤│r│<0.6 時(shí)，視為中等程度相關(guān)；│r│<0.4 時(shí)，說明變量之間的相關(guān)程度極弱，或視為不相關(guān)。

3 結(jié)果與討論

3.1 鄱陽湖營養(yǎng)鹽演變趨勢分析

圖2 鄱陽湖近30年主要監(jiān)測點(diǎn)位氨氮年均濃度演變趨勢分析Fig.2 Analysis of the evolution trend of concentration at major monitoring points in Poyang lake in the past 30 years

圖3 鄱陽湖近30年主要監(jiān)測點(diǎn)位總磷年均濃度演變趨勢分析Fig.3 Analysis of the evolution trend of TP concentration at major monitoring points in Poyang lake in the past 30 years

TP年均濃度存在兩個(gè)峰值點(diǎn)，在1988～1993年間整體處于較高水平，在1993年達(dá)到峰值，平均濃度為0.071mg/L，為Ⅳ類水濃度水平；1993～2000年期間，濃度整體呈現(xiàn)下降趨勢，于2000年降至一個(gè)相對較低的濃度水平，該年9個(gè)站點(diǎn)的平均值為0.027mg/L，除信江東支外，基本處于Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)；之后又處于上升趨勢，在2014年達(dá)到第二次最大值，峰值范圍為0.105 mg/L，整體處于Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。各站點(diǎn)中濃度最高的為鄱陽，近30年均值為0.101mg/L，峰值為0.260 mg/L，出現(xiàn)在2014年，谷值為0.015 mg/L，出現(xiàn)在1998年。濃度最低的是修河口，近30年均值為0.041mg/L，峰值為0.065mg/L，出現(xiàn)在2018年，谷值為0.011 mg/L，出現(xiàn)在1998年。此外，信江東支濃度也處于較高水平，可能與排入信江的污染物濃度有關(guān)。

鄱陽的氨氮、總磷濃度常年居高，是因?yàn)槭艿金埡又Я鳂钒埠拥墓I(yè)污水排放影響，而修河口處于鄱陽湖主湖區(qū)的北部出口，且根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，修河對鄱陽湖的氮磷排放也處于一個(gè)相對較低的水平，鄱陽站的營養(yǎng)鹽濃度經(jīng)湖區(qū)調(diào)蓄后有了顯著的減小，至修河口處水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)。

鄱陽湖不同點(diǎn)位營養(yǎng)鹽濃度實(shí)測結(jié)果變化過程線直觀上反映了近30年來營養(yǎng)鹽的波動(dòng)特征。為進(jìn)一步揭示營養(yǎng)鹽時(shí)間序列的分形特征，現(xiàn)采用R/S分析法計(jì)算序列的Hurst指數(shù)(部分?jǐn)M合結(jié)果見圖4)。分析可知，各監(jiān)測斷面營養(yǎng)鹽序列的Hurst指數(shù)均大于0.5，說明各監(jiān)測點(diǎn)營養(yǎng)鹽序列呈現(xiàn)出較強(qiáng)的持續(xù)性，鄱陽湖各項(xiàng)營養(yǎng)鹽指標(biāo)自2014年至今均呈現(xiàn)小幅度的波動(dòng)趨勢，即表示一段時(shí)間內(nèi)各項(xiàng)營養(yǎng)鹽將持續(xù)當(dāng)前的小幅度波動(dòng)演變趨勢。

圖4 鄱陽湖部分監(jiān)測點(diǎn)營養(yǎng)鹽濃度與Log10n相關(guān)性Fig.4 The correlation between and log10n in each monitoring sectionof the Poyang Lake

3.2 鄱陽湖營養(yǎng)鹽空間分異特征

并進(jìn)一步定量分析鄱陽湖各點(diǎn)位營養(yǎng)鹽濃度的相關(guān)特征，運(yùn)用R3.6.1計(jì)算Pearson系數(shù)并進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 鄱陽湖主要監(jiān)測點(diǎn)濃度相關(guān)性Fig.5 Correlation of concentration in main monitoring

圖6 鄱陽湖主要監(jiān)測點(diǎn)TP濃度相關(guān)性Fig.6 Correlation of TP concentration in main monitoring points of the Poyang Lake

分析可知：(1)各點(diǎn)位間氨氮較總磷總體呈現(xiàn)出較好的相關(guān)性特征；(2)位于北部湖區(qū)的蛤蟆石和星子氨氮和總磷均表現(xiàn)出極強(qiáng)的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.8(p<0.01)、0.46(p<0.01)，原因是北部湖區(qū)湖體狹長，寬度較窄，流速較快，兩站點(diǎn)之間的水質(zhì)呈現(xiàn)了較好的傳遞性。(3)位于中部湖區(qū)的鄱陽、棠蔭、都昌、蚌湖的氨氮呈現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性，從湖泊水體的流向來看，4個(gè)站點(diǎn)位于主湖體的中泓線，站點(diǎn)之間傳遞了鄱陽的湖流條件，呈現(xiàn)了相似的水質(zhì)變化趨勢，但是水質(zhì)因子濃度經(jīng)過湖區(qū)水體的調(diào)蓄后有了明顯的減小，說明湖區(qū)水量增多起到了稀釋的作用；(4)贛江主支、信江東支、修河口與之間表現(xiàn)出相較弱的相關(guān)性，原因可能是分別來自贛江、信江、修河的河流在不同位置匯入鄱陽湖，相互之間水流交換較弱。(5)修河口和鄱陽的相關(guān)性極低，原因是站點(diǎn)之間位置較遠(yuǎn)，鄱陽站點(diǎn)水質(zhì)經(jīng)湖區(qū)調(diào)蓄后流至修河口已不具有鄱陽站點(diǎn)的水質(zhì)特性。

4 結(jié)論與建議

本文研究結(jié)果表明：鄱陽湖營養(yǎng)鹽濃度自2006年左右開始呈現(xiàn)顯著上升趨勢，在2014年左右達(dá)到峰值，全湖水質(zhì)處于Ⅳ～Ⅴ水濃度水平，2015～2018年有一定幅度的下降，并預(yù)測了一段時(shí)間內(nèi)的上升趨勢；且全湖不同湖區(qū)不同監(jiān)測斷面也表現(xiàn)出一定的差異性，北部湖區(qū)水質(zhì)優(yōu)于南部湖區(qū)，鄱陽常年處于較高濃度水平，修河口則處于較低濃度水平。鄱陽和信江東支可能是由于距離饒河流域入湖口較近，樂安河是饒河的主要支流，近年來樂安河流域工業(yè)排放大量氮磷超標(biāo)的污水。修河口處于鄱陽湖主湖區(qū)出口，湖區(qū)污染物在流經(jīng)整個(gè)湖區(qū)后經(jīng)湖泊調(diào)蓄到北部湖區(qū)后水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)，且作為通江湖泊的鄱陽湖，在年內(nèi)汛期7～9月份、枯季11～12月份會(huì)發(fā)生長江水倒灌的現(xiàn)象，對鄱陽湖水質(zhì)交換也起到一定作用。

鄱陽湖近30年的水質(zhì)演變趨勢與江西省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程密切相關(guān)，為保證鄱陽湖經(jīng)濟(jì)帶的可持續(xù)發(fā)展，建議嚴(yán)格流域污染源控制和加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，對位于繞河入湖處的鄱陽、信江東支斷面常年處于較高濃度水平的情況，建議進(jìn)一步針對饒河流域做污染源調(diào)查和污染源強(qiáng)分析；建議下一步研究可對長江與鄱陽湖的江水交換水量和水質(zhì)做相關(guān)性分析，以期制定靈活的彈性污染限制排放政策。