对2009－2013年避暑山庄湖水监测数据的分析

　　承德避暑山庄建于公元 1703 年至 1792 年，是中国现存最大的皇家园林，为国家 5A 级旅游景区，是承德市主要的旅游资源之一。山庄总占地面积为 564 万 m2，其中湖区占地 57 万 m2，平均水深 1． 8 m，湖水面积为 31． 5 万 m2，库容 567 万 m3。近年来，避暑山庄湖区曾发生水草密集生长、水面大量悬浮现象，并散发出腥臭气味道，影响湖区景观。为调查避暑山庄湖水的污染现状，本文对 2009 －2013 年避暑山庄湖水监测数据进行分析，为采取措施防止湖水水质进一步恶化，保护湖区景观提供理论依据。

　　1 研究方法

　　1． 1 监测点位的设置和监测项目

　　在避暑山庄湖区设置四个监测点位，根据《地表水环境质量标准》( GB 3838 －2002) ，对其中 24 项基本项目进行监测，另外还对叶绿素、透明度等项目进行监测，共计 30 项，监测频次为每年 5 月至 8 月，共测两次，详见表 1。
　　1． 2 评价方法与标准

　　依据《地表水环境质量标准》对监测项目进行单因子评价。采用 Spearman 秩相关系数来预测评价指标的年际升降趋势; 采用皮尔逊积距相关系数，来判断叶绿素 a 与总氮、总磷及氮、磷比例之间的相关性。

　　2 结果与讨论

　　2． 1 避暑山庄湖水污染现状监测与评价

　　2． 1． 1 水质监测结果与评价

　　根据 2009 年至 2013 年避暑山庄湖水监测数据，采用《地表水环境质量标准》中的Ⅳ类标准进行评价。鉴于总氮、总磷是水体富营养化的特征指标，单独进行评价，因此在水质评价中未将其计入。在除总磷、总氮外的其他监测项目中，未检出项目包括阴离子表面活性剂、挥发酚、氰化物、汞、镉、铅、六价铬、铜、锌、石油类、硫化物、硒等; 有检出，但符合Ⅳ类标准的项目有水温、pH 值、溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、氨氮、硫酸盐、硝酸盐氮、氟化物、氯化物、铁、锰、砷等; 生化需氧量出现一次超标，超标点位是金山亭，时间是 2013 年 5 月，质量浓度是 6． 46 mg/L，超标 0． 08 倍。

　　2． 1． 2 水质污染特征及变化趋势

　　根据《地表水环境质量评价办法( 试行) 》，对避暑山庄湖水近 5 年的监测数据进行统计分析，结果表明，各监测点位的水质定类污染物均为生化需氧量，所监测项目除总氮、总磷外，都达到国家Ⅳ类水功能区划要求。各监测点位的水质类别见表 2。 　　选用 spearman 秩相关系数法，对四个监测点位水质类别变化趋势进行检验，2009 年至 2013 年避暑山庄湖水污染上升趋势不显着，但整体呈恶化趋势，水质类别从 2011 年之前的Ⅲ类，逐步变为 2013 年的Ⅳ类。
　　2009 － 2013 年，避暑山庄湖水总磷质量浓度范围是 0． 017 ～ 0． 127 mg / L，超标率为 10% 。质量浓度最大值出现在 2013 年方园居点位，最小值出现在 2013 年金山亭点位。年均质量浓度范围是 0． 030 ～0． 085 mg / L，五年均值为 0． 060 mg / L，最高值出现在 2011 年热河点位。热河点位的总磷质量浓度年均值变化较大，从 2009 年 0． 058 mg/L 降低到 2010 年的 0． 048 mg/L，然后开始大幅上升，到 2011 年质量浓度上升到 0． 085 mg/L，然后开始大幅降低，到 2013 年质量浓度降低到 0． 037 mg/L。金山亭点位质量浓度范围是 0． 031 ～ 0． 074 mg/L，在 2009 － 2012 年总磷年均质量浓度呈上升趋势，质量浓度从0． 031mg / L 上升到 0． 074 mg / L，然后开始降低，2013 年总磷年均质量浓度降为 0． 031 mg / L。水心榭点位总磷的质量浓度呈现先缓慢升高、再降低的变化趋势，方园居点位总磷的质量浓度变化趋势呈现先降低再升高的趋势。用 spearman 秩相关系数法，对 2009 －2013 年四个监测点位总磷质量浓度年均值变化趋势进行检验，检验结果表明，2009 年至 2013 年避暑山庄湖水总磷质量浓度年均值年际变化趋势不明显。

　　2． 2． 3 近 5 年避暑山庄湖水各监测点位叶绿素 a 年均质量浓度年际变化趋势

    叶绿素 a 存在于一切独立营养植物中，是一种能将光合作用的光能传递给化学反应系统的唯一色素。通过测定叶绿素 a 可以了解水体中植物性浮游生物的现存量和基础生产量，是评价水体富营养化程度的最直接有效方法。根据 US EPA 标准，叶绿素 a 大于 10 mg/m3，水体即为富营养型。2009 年至 2013 年避暑山庄湖水各监测点位叶绿素 a 质量浓度年均值变化趋势见图 1。 　　从图 1 可以看出，避暑山庄湖水叶绿素 a 年均质量浓度范围是 5． 7 ～ 21． 2 mg/m3，5 年均值是 9． 8 mg/m3。叶绿素 a 最高值出现在2011 年芳园居点位，为21． 2 mg/m3，最低值出现在 2009 年金山亭点位，为 5． 70 mg/m3。用 spearman 秩相关系数法，对 2009 －2013 年四个监测点位叶绿素 a 质量浓度年均值变化趋势进行检验，检验结果表明，2009 年至 2013 年避暑山庄湖水叶绿素 a 质量浓度年均值年际变化趋势不明显。

　　2． 3 2009 －2013 年避暑山庄湖水各监测点位总氮年均质量浓度与总磷年均质量浓度比值年际变化趋势

    一些学者认为营养盐、水温、pH 是水体富营养化、水华发生的主要限制因子，其中营养盐中的氮磷比常作为关键因子。Ｒedfield 定律认为，藻类细胞组成的原子比率 C∶ N∶ P =106∶ 16∶ 1，如果氮磷比超过16 ∶ 1，磷被认为是限制因素; 当氮磷比小于 10 ∶ 1 时，通常氮被认为是限制因素; 当氮磷比为 10 ～ 20 之间时，限制因素变得不确定。2009 －2013 年避暑山庄湖水总氮质量浓度年均值、总磷质量浓度年均值比例变化见图 2。 　　从图 2 可以看出，避暑山庄湖水总氮、总磷比例变化范围是 50 ～213，氮磷比远远超过 16: 1，因此磷可能是水体富营养化、水华发生限制因素。用 spearman 秩相关系数法，对 2009 －2013 年四个监测点位总氮年均质量浓度与总磷年均质量浓度变化趋势进行检验，检验结果表明，2009 年至 2013 年避暑山庄湖水总氮年均质量浓度与总磷年均质量浓度比值年际变化趋势不明显。

　　2． 4 2009 － 2013 年避暑山庄湖水各监测点位叶绿素 a 与总氮、总磷及氮、磷比例相关性分析

    对叶绿素 a 与总氮、总磷及氮、磷比例相关性进行深入分析，能够看出影响叶绿素 a 的主要因素，有利于判定污染物来源，并进行有效控制。对叶绿素 a 与总氮、总磷及氮、磷比例相关性分析，相关系数选择皮尔逊积距相关系数，显着性检验为双侧检验，结果如表 3 所示。 　　从表 3 中可以看出，叶绿素 a 与总氮、总磷及氮、磷比例没有显着相关性，影响叶绿素 a 的因素可能是所有有机营养盐及无机盐共同作用的结果。

　　3 结论

　　1) 近 5 年承德市避暑山庄湖水总氮超标率为 100% ，总磷和生化需氧量的超标率均为 10% ，其它项目监测结果达到国家Ⅳ类标准功能区划要求。
　　2) 用 spearman 秩相关系数法，对四个监测点位水质类别、主要营养物质变化趋势及总氮、总磷比例变化趋势进行检验，结果表明无明显变化。
　　3) 积距相关性分析表明，叶绿素 a 与总氮、总磷及氮磷比没有显着相关性。

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