程海水环境质量现状及趋势分析

摘要：程海是云南省九大高原湖泊之一,也是全世界三个天然生长螺旋藻的湖泊之一。近年来,随着程海流域经济社会的发展，给程海的水环境质量带来了负面影响，水体透明度下降，湖面时常发生水华现象，土著鱼种迅速消亡等，都是程海水质下降，湖泊功能衰退的征兆。本文应用对程海近十年来的水质监测资料，科学、客观、全面地分析了程海的水质现状及运动变化趋势，为程海的健康状况出据检测报告，为湖泊的健康起到耳目作用。

关键词：程海, 水质现状 , 变化趋势，污染源

Abstract: cheng hai is yunnan nine plateau lakes, and also one of the world three natural growth of one of spirulina lakes. In recent years, as cheng hai river economic society development, to cheng hai water environment quality of a negative impact, water reduced transparency, the lake water China often happen phenomenon, native species such as fast dying, is cheng hai the decrease of water quality, lakes function sign of recession. This paper applied to cheng hai decades of water quality monitoring data, and the scientific, objective and comprehensive analysis of the present situation and the movement of water quality cheng hai change trend, for the health of cheng hai out according to the inspection report, for the health of the lakes and play a role.

Keywords: cheng hai, water quality present situation, the change trend, the pollution sources

Abstract: cheng hai is yunnan nine plateau lakes, and also one of the world three natural growth of one of spirulina lakes. In recent years, as cheng hai river economic society development, to cheng hai water environment quality of a negative impact, water reduced transparency, the lake water China often happen phenomenon, native species such as fast dying, is cheng hai the decrease of water quality, lakes function sign of recession. This paper applied to cheng hai decades of water quality monitoring data, and the scientific, objective and comprehensive analysis of the present situation and the movement of water quality cheng hai change trend, for the health of cheng hai out according to the inspection report, for the health of the lakes and play a role.

Keywords: cheng hai, water quality present situation, the change trend, the pollution sources

中图分类号：O213.1文献标识码：A文章编号：

引言：

云南省水环境监测中心丽江分中心对程海的水质监测已有三十多年，在这三十多年里，我国的社会经济发生了翻天覆地的变化，程海流域的社会经济也发生了巨大的变化。程海流域的社会经济发展了，人民的生活富裕了，但是流域内社会经济的发展给程海的生态环境带来了前所未有的沉重负担。湖泊功能自然的形成、退化到衰老是一个非常缓慢的过程，需要上万年，甚至几百万年的时间，人类的感观难以觉察到其自然变化的过程，只有在人为排放含工业废水和生活污水的条件下才会在短时间内出现水质变化，促使其功能快速退化、衰老。

在这短暂的三十年里，特别是在近十年，程海的水质变化、功能衰退呈现出明显而快速的趋势。程海水体透明度迅速降低，十年前透明度最大监测值达8米，到2011年只有1-2米；土著鱼的数量和种类大量消失，据湖岸居住的年长老人和水文站老职工回忆，以前程海鱼数量和种类繁多，从岸边到湖心到处都有，是当地世世代代老百姓生活的依靠，程海鱼类资源十分丰富，是永胜县名符其实的一个聚宝盆，现如今湖里除了银鱼和少量的鲤鱼、鲢鱼外，很难见到其它鱼种，湖边的百姓也难吃上湖里的鱼；回顾我们对程海的水质监测过程，发现从上世纪90年代初，程海开始出现少量浮游藻类团聚物，随着时间的推移，浮游藻类呈现出越来越多趋势，近年来，已经发展到每年都发生水华现象的程度。据2009―2010年程海藻类监测资料表明，程海的藻密度在100―5000万个/L之间，都处于发生水华现象条件的临界状态之中，在适宜的自然条件下，程海就会发生水华现象，5―8月份出现的机会较多。

从以上的诸种现象表明，程海水质呈恶化趋势，富营养化趋势，随着富营养程度的加剧，湖泊功能的衰退，势必影响沿湖区域乃至永胜全县社会经济的可持续发展。本文利用最近的水质监测资料（2010年），对程海水质现状做出准确、科学的评价，客观、真实地反映程海的水质特征和水质类别；引用近十年的水质监测资料，用季节性肯达尔趋势分析方法，对程海的水质变化趋势做出趋势分析，从水质的角度，客观、全面地反映程海的水质变化趋势，找出达至程海水质恶化

的主要污染物和污染源，揭示程海的水质变化趋势，为当地有关政府决策部门提供预防、治理程海的微薄技术依据。

1 程海概况

1.1 自然、地理

程海地处丽江市永胜县城南部，距永胜县城45km，位于东经10038’～10041′,北纬2627’～ 2638′。

程海属长江流域金沙江上段水系。湖面呈椭圆型，湖面南北长19.2km，东西平均宽4.3km，最大宽度5.2km，最小宽度2km，湖岸线长45km，最大水深35m，平均水深25.7m，湖泊总库容19.79亿m。主要入湖河流多为季节性河沟，源短流急。由于地形限制，无修建蓄水工程的条件，地表调蓄径流能力低，其水源有三：一是湖中地下泉水，二是湖面降水，三是地表径流。消耗主要是水面蒸发和工农业用水。

程海湖区处于金沙江干热河谷地带，属亚热带高原季风气候，年平均气温19.1℃。湖区光照充足，日照时数2500～750小时之间，日照百分率60%左右，年平均降水量733.6，年均蒸发量2169.0，全年无霜，光热资源丰富。

程海为南北向封闭型高原内陆湖泊，按成湖的主导因素划分，程海为断陷侵蚀湖，湖盆受程海断裂构造控制，后期又受河流长期侵蚀作用而成，该湖形成年代较晚，为新生代的更新早期，湖底沉积物少。

1.2 水质监测情况

丽江水环境监测中心于1975年开始对程海水质监测，至今已有25年的监测历史，在这25年里没有断测、漏测的现象，比较长久、完整地收集了程海的水质监测数据。

自1975年设立监测断面至1986年，河口街是程海唯一的水质监测代表断面，为了满足水质监测、评价工作的需要，1993年增设了青草湾、湖心、东岩村3个断面，一共有4个监测断面，监测延续到现在。

1975年至1986年，所开展的监测项目为一般理化学指标， PH、总硬度、钙镁离子、总碱度等12项目；1987年增加了一些重金属项目，监测项目增加至20个，又分别于1992年、2003年、2008年增加了透明度、铅、镉、叶绿素、藻类等10个监测项目，到目前，一般理化学指标、毒理学指标、浮游生物指标等共有30个项目，基本满足了水质监测、评价工作需求。

1975年至1986年，年监测4次，每个季度监测一次；1987年―1992年年监测4次，每个季度监测一次，1992年―1995年监测2次，1995年至今，年监测6次，安排在双月。

2 程海现状水质评价

程海现状水质从水质类别、营养化水平、水华风险评估等三个方面来评价。因程海的藻类监测项目2008年才开始检测，年际年内的监测结果差别较大，为了把水华风险评估做得更为准确、合理，采用2008年至2010年的同期监测平均值来评价；水质类别、营养化水平评价以2010年作为基准年，应用2010年的监测资料评价。

2.1 评价依据

2.1.1 地表水环境质量标准（GB3838―2002）；

2.1.2 地表水资源质量评价技术规程（SL395―2007）；

2.1.3 地表水资源质量（SL63―94）。

2.2 评价参数

2.2.1 评价参数

根据2010年的监测项目，评价参数有水温、pH、电导率、总硬度、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氟化物、铜、锌、砷、汞、、镉、六价铬、铅、总氰化物、挥发酚、石油类、叶绿素、透明度、藻密度等26个监测项目。

2.2.2主要评价参数

从我们长期对程海的水质监测结果表明，以上监测项目中，有很多项目监测结果都较小或从未检测出，对程海的水质评价结果没有造成影响，选取对水质评价结果有影响，代表着程海水质的pH、电导率、溶解氧、高锰酸盐指数、总磷、总氮、氟化物、叶绿素、透明度等9个项目作为主要评价参数。

2.3 现况水质类别评价

2.3.1 评价方法

采用单项目水质类别评价方法：用实测浓度值与GB3838―2002限值比对，确定水质类别。当不同类别标准值相同时，遵循从优不从劣原则。

2.3.2 监测结果

2010年对程海的4个监测站点共监测6次，分别在2、4、6、8、10、12双月监测。因程海年际年内的水质变化不明显，监测站点之间的监测结果偏差不大，监测成果先计算各个监测站点各个监测项目的年均值，再计算各个监测站点的年均值的平均值，作为2010年度程海的水质监测成果，监测成果见表2-1。

2.3.3水质类别评价

从2010年表水质监测成果2-1可以看出，程海的每个监测站点，现状水质类别为劣Ⅴ类，主要污染项目为氟化物和PH，两个超标项目超标率都为100%，超标倍数分别为1.29、0.03倍。据我们水环境监测分中心对程海流域地表径流和地下水的水质监测结果表明，该流域的地表径流和地下水中的氟化物含量都很小，该流域不属于高氟地区，PH都在8.0左右。程海属封闭型湖泊，氟化物和PH的超标是其长期、缓慢演变的结果，是天然形成的水质恶化，属天然污染。

从透明度的监测结果看出，自北向南呈逐渐下降趋势，离程海的点源污染（螺旋藻厂排污口）越近，透明度越小，说明了螺旋藻厂污水排放对程海水质带来一定的影响。程海现状水质类别虽为劣Ⅴ类，其它指标都保持在Ⅲ类以上。值得重视的是，营养化指标总氮、高锰酸盐指数、总磷都达到Ⅲ类，若不及时采取有效的入湖污染物控制措施，会给程海增加污染负荷，海水会向富营养化过度。

2.4 富营养化评价

湖泊富营养化是水中富集营养的物质不断增加，透明度降低，水质下降，湖泊功能衰退、老化表现。

评价采用内插法计算营养化评分值（F）方法，依据评分值判别程海的营养化水平，当0 〈F〈20时，营养化水平为贫营养，当20〈F〈50时，为中营养，当50〈F〈60时，为轻度富营养，依此类推。

在对程海营养化水平评价中， 3个站参评项目有总氮、高锰酸盐指数、总磷、透明度4个，湖心因增测了叶绿素，参评项目为5个。统计2010年的水质监测资料，计算各个监测站点的年均营养化评分值，判别各个监测站点的营养化水平，再用各个监测站点的总体营养化评分值的平均值，判别程海的总体营养化水平，计算结果见表2-3。营养化评分值

从程海营养化评分值计算结果可以看出，2010年程海各个监测点的营养化评分值都比较接近，青草湾的评分值比其它站点稍大一些，应该是青草湾监测点离螺旋藻厂排污口较接近的原因；各个监测点的营养化评分值在46.3-47.1，都处于中营养水平，但都非常接近轻度富营养化水平（50），入湖营养物质再不及时控制，那么离程海水体富营养化的时日将不会太远了。

2.5 水华风险评估

湖泊的水华现象是指湖中富集有大量营养物质，在适宜的气候条件下，湖中浮游的藻类大量快速繁殖，大量消耗水中的营养物质和氧气，水体透明度下降，水质恶化，甚至产生大量鱼类死亡的现象。近年来，程海湖面每年的春夏季节都会发生水华现象，而且来势越来越猛烈，绿色藻团的厚度越来越大，覆盖的水面面积越来越广。

2.5.1发生水华现象原因

内因是湖中富集有大量的营养物质。程海总氮、高锰酸盐指数、总磷达到Ⅲ类水质，营养化水平为中营养，接近于轻度富营养，湖中含有大量的营养物质，具备了发生水华的内部条件。

外因是程海的气候条件非常适宜藻类的生长。程海湖区处于金沙江干热河谷地带，属亚热带高原季风气候，天气晴朗干燥，日照时数2500～7500小时之间，全年无霜，光热资源丰富。统计2008-2010年程海河口街水文站监测到的气温、水温资料，得到程海年内气温、水温变化图。从图可以看出，从5到10月，程海的水温都在20℃以上，8月最高；从5-9月，平均气温都在20℃以上，8月最高。在这一段时间里，气候条件非常适宜藻类的生长，遇到天气晴朗，光照充足，风力风速小的时候，都有可能发生水华现象。

2.5.2水华风险评估

从2008-2010年的藻类监测结果来看，程海监测到的藻类有20多种，隶属于蓝藻、绿藻、硅藻、隐藻、甲藻、裸藻等6个门，优势种群为蓝藻门的颤藻、微襄藻 、十字藻藻。

统计2008-2010年程海的藻类监测资料，得到表2-4。从表2-4可知，2、4、6月份，程海藻细胞密度在中等含量水平，水华风险评估为初具条件；8、10、12藻细胞密度在高等含量水平，水华风险评估为临界状态或水华发生。

3 水质变化趋势分析

采用2001-2010年最近10年的水质监资料，以所布设的4个监测站点监测结果年均值的均值作为年度监测结果，选取检测数据有明显变化趋势或对程海水质评价结果有影响的pH、电导率、溶解氧、高锰酸盐指数、总磷、总氮、氟化物、透明度等9个项目作季节性肯达尔趋势分析。另外，湖泊的富营养化是氮、磷等营养物质大量进入水体、浮游植物异常增殖导致水生生态系统的结构破坏和功能异化的过程，营养化水平能够综合反映湖泊的水质质量状况，营养化评分值也列入趋势分析中，以便更为全面、直观、真实地反映程海的水质变化情况。

3.1. 水质监测成果

分析常期以来对程海的水质监测结果，pH、电导率、溶解氧、高锰酸盐指数、总磷、总氮、氟化物、透明度等8个项目基本能够代表程海的水质特性、水质质量状况。弄清这8个项目和营养化水平的变化趋势，就基本掌握了程海水质的变化趋势。统计以上项目2001-2010年的程海水质监测成果，平均4个监测站点的年均值参加长序列肯达尔趋势分析，营养化水平以平均4个监测站点总氮、高锰酸盐指数、总磷、透明度、叶绿素的年度监测平均值，用内插法计算出营养化评分值，以评分值参加趋势分析计算，得到表3-1程海水质监测成果统计表。

3.2 肯达尔趋势分析

将2001-2010年度水质监测资料按时间顺序排列,并两两进行比较, 获得W个比较个数，W的值必须和根据排列组合所得M的值相等。当(时间上)在后面的值大于前面的值时计“＋1”,小于计“－1”,等于计“0”。 计算总和S，当加减号总合S为正时假设为“上升趋势”,为负时假设为“下降趋势”,为零时假设为“无趋势”， 最后对以上假设进行证明。

3.2.1计算证明

计算总和S后，要证明以上假设必须先计算出样本的标准方差Z，标准方差Z计算如下：

（1）有n个样本，在近似地服从正态分布的前提下S（正负号总和）的方差为：σ2=n(n-1)(2n+5)/18。

（2）当n个样本中，有t个数值相等，为了消除由于数值相等而带来在方差计算中的误差，因此要减去每一个相同数值所产生的方差。最后的方差应为：

σ2=n(n-1)(2n+5)/18－[∑t(t-1)(2t+5)]/18

计算出方差后，通过方差σ2和样本的正负号总和S可计算出样本的标准方差Z，其计算公式如下：

通过以上方法计算，得到Ph、电导率、溶解氧、总氮、高锰酸盐指数、氟化物、总磷、透明度、营养化评分值等项目的S、ó、N、Z、a计算值，结果见表3-1。

3.2.2结果判断

经过以上计算获得样本的标准方差Z，我们将用Z的计算结果查《环境水质监测质量保证手册》第298页－正态分布的双侧分位数uα表来获取显著性水平a值。根据显著性水平a值判断正负号总和S所作出的假设（上升趋势、下降趋势、无趋势）所具有的显著性。

在显著性水平的判断中，选取a值为0.10和0.01，即当a≤0.01时，说明所作的假设是高度显著的（即趋势非常明显），当0.01＜a≤0.1时，说明所作的假设是显著的（趋势比较明显）。

从表3-1可以看出，总氮、高锰酸盐指数、氟化物、营养化评分值呈显著上升趋势，溶解氧、透明度呈显著下降趋势，PH、电导率、总磷无变化趋势。

3.2.3结果分析

PH和氟化物是程海影响水质类别的两个重要监测指标，是造成程海水质超过地表水环境质量标准（GB3838―2002）Ⅴ类的主要因素。通过对近10年监测资料的趋势分析， PH无显著变化趋势，氟化物呈显著变化趋势。氟化物的这种变化趋势，一是外部来水中的氟化物富集于湖中，不断增加了湖内氟化物的含量；二是程海自身的特点造成，程海属封闭型湖泊，入湖来水量小于蒸发量（见程海2001-2010年水位变化表），水位呈明显下降趋势，水中的氟化物起到位浓缩作用，浓度增加；基于主要以上两个原因，氟化物就呈显著上升变化趋势。

总氮、高锰酸盐指数、营养化评分值呈显著上升趋势，说明了湖内受纳含氮物质和有机污染物增多，水体自净能力下降，水质逐渐恶化。程海湖流域污染源类型主要有点源和面源；点源污染主要来自螺旋藻厂，根据调查，目前程海养殖厂螺旋藻每吨藻废水排放量为：1000～1200 m3/t，按现状五家生产规模，年总产量为540～740吨，废水总外排水量为：48万m3 ；面源污染主要来自农村面源污染、农田面源污染和城镇面源污染。

程海透明度的显著下降，不仅是程海景观娱乐用水功能的下降，是水体有机污染物增多，水质恶化感观上的表现，体现了水体水质恶化现象从内在渐变到外部。程海总氮、高锰酸盐指数、营养化评分值的显著上升是透明度显著下降的直接原因。

4 程海污染源分析

程海湖流域污染源类型主要有点源和面源；点源污染主要来自螺旋藻厂，面源污染主要来自农村面源污染、农田面源污染和城镇面源污染。

4.1点源污染

据调查统计，程海湖岸共有施普瑞、宏源、蓝宝、程源、云海五家螺旋藻养殖企业，五家养殖厂生产工艺基本相同，生产废水主要为藻泥清洗水、藻泥脱水压滤水、报废培养基和养殖池冲洗废水，废水PH、COD、BOD5、氮、磷和全盐量的浓度比较高。根据调查，目前程海养殖厂螺旋藻每吨藻废水排放量为：1000～1200 m3/t，按现状五家生产规模，年总产量为540～740吨，废水总外排水量为48万m3 ，日排放量为1200m3。

4.2 面源污染

4.2.1农田面源污染

程海流域共有耕地3.76万亩左右，其中包括水田和旱地。旱地主要集中在半山区，水田主要集中在坝区。农田径流污染主要包括农田化肥和农药流失。

流域以种植水稻和玉米为主，经济作物主要有柑、桂圆、石榴和油橄榄等，秋季主要种植豌豆、油菜和小麦，小春种植以大蒜和菜豌豆为主。据不完全统计，2008年，流域化肥年耗用量达到1840t，农药施用品种达100多种，约有87.9t。

4.2.2农村生活污水

据调查统计，程海流域内共有35315人，主要为农业人口，以农业人口计算，可推算出污染物排放量103119.8吨/a，入湖量COD为38154.3吨/a，总氮、总磷为22686.4吨/a。

4.2.3畜、禽粪便污染

程海流域内养殖以放养和散养为主，目前猪、羊、大牲畜和家禽等畜禽存栏数约20.1万头（匹/只）。根据畜、禽排放污染物相关研究成果，计算得到产生污染物总量：7614.2（COD）t/a、1803.9（总氮）t/a、351.95（总磷）t/ a，其排放量约占产生量的2%，同时考虑污染物在输移过程中的损失，综合取拆减系数，从而计算得到入湖量：118.8(COD) t/a、36.1( TN) t/a、7.04 (TP) t/a。

4.2.4农村固体废弃物

调查结果表明，目前程海流域共有10个简易垃圾收集池（房），其中河口村委会有6个，潘村委会有4个，每个垃圾池平均服务的人口数为500人，其余村委会均无垃圾收集池（房）。流域内无垃圾清运和处理设施，生活垃圾基本都是散堆散排，弃于冲沟内，最终随雨水冲入湖内，部分村民会自发对堆积的垃圾进行焚烧，对环境造成一定污染。

4.2.5水土流失污染

程海流域森林覆盖率底，植被差，生态系统脆弱，水土流失严重。根据永胜县水务局提供的相关资料分析，程海流域轻度以上水土流失面积116km2，占陆地面积的48.11%，远高于全省的平均水平，年流失量为52.76万t/a。在降雨期土壤和泥沙随雨水大量流失，土壤中的有机物、TN、TP等大部分溶解于水或以流失土粒为载体直接进入河道水体中，这都将对程海的水质造成影响。

5 结论

5.1程海现状水质为劣类。PH和氟化物两项指标超过类，是与程海上千年的缓慢演化一道形成，属天然污染。要把程海的水质目标定为Ⅲ类，是不尊重事实不切合实际的，程海的水质难以达到Ⅲ类。

5.2程海营养化水平为中营养，接近轻度富营养水平。程海为封闭型湖泊，生态修复能力和水体自净能力都很弱，水体一旦进入富营养化水平，就会进入恶性循环阶段，水质会快速下降，防治水污染就更加困难。应该说现在是防治程海水污染的最好机遇期，遏制程海水质继续恶化，拯救程海已经到了刻不容缓的地步。

5.3程海每年有半年以上时间，处于发生水华现象的临界状态。控制入湖营养物质，减少湖中ＣＯＤ、ＴＮ、ＴＰ的含量，是治理程海的重中之重，关健所在，也是预防程海大面积发生水华现象的唯一途径。

5.4程海水质恶化有显著趋势。流域内的面源污染和湖边的点源污染是程海水质恶化的原因，加大对程海的水质保护力度，重点是对点源污染物的限制，用最严格的红线控制入湖废污水排放，遏制水体水质下降趋势。

5.5防治程海水污染要做到综合整治，突出重点。加快生态农业建设，改善生态环境，防治水污染和水土流失；有计划地实行退耕还林还草；封山育林，营造水源涵养林，保护植被，建立生态屏障；推进沼气池、节能灶等农村替代能源建设；推广使用农家肥，科学施用化肥、农药；合成洗涤剂禁磷和限磷；改造畜圈、厕所，防治面源污染。

５．６引用国内国外整治湖泊的先进技术，控制减少内源和外源的营养物质。如应用前置库法，利用天然或人工库（塘）拦截暴雨径流，使暴雨径流滞留在稳定塘内一段足够长的时间，然后颗粒性物质携带水体中的营养物质一起沉降，从而减少N、P以及有机物负荷。使用人工或经过改造的天然湿地，截留悬浮物，吸收污水中的N、P等营养物质，这是投资少、运行费用低、去污能力强、兼备生态效益和社会效益最有效的控制技术，也是较为成熟的湖泊治理水体富营养化污染的有效技术。

参考文献：

[1]地表水环境质量标准（GB3838―2002） 国家环境保护总局2002.6.1

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。