1987—2016年太湖总氮浓度变化趋势分析

范清华，沈红军，张涛，张咏，刘雷，吕学研

(江苏省环境监测中心，江苏 南京 210036)

·环境预警·

1987—2016年太湖总氮浓度变化趋势分析

范清华，沈红军，张涛，张咏，刘雷，吕学研

(江苏省环境监测中心，江苏 南京 210036)

基于可获取的太湖国控监测点位总氮监测数据，分析了1987—2016年太湖总氮质量浓度变化趋势。结果表明，近30年来，太湖湖体总氮年均值在1.74～3.88 mg/L之间，总体呈先上升、后下降的波动变化趋势，1996年达历史峰值；其变化具体可分为上升期、波动期、下降期3个阶段，约以10年为一个阶段。分湖区分析，西部湖区、北部湖区2000—2016年总氮年均值与全湖总氮呈明显的正相关，为影响湖体总氮质量浓度的主要湖区。总氮多年月均值变化显示，2000—2016年湖体总氮多年月均值年内呈较明显的季节变化规律，月均最大值、最小值分别出现在3月和9月。空间变化分析表明，西部湖区的宜武片区及南部湖区的湖州长兴片区为湖体总氮的2个污染扩散核心。湖体总氮主要受15条主要入湖河流汇入影响，这些河流总氮年均值整体高于湖体，是太湖总氮治理的重点。

太湖；总氮；趋势分析

太湖流域地跨苏、浙、沪两省一市，是长江三角洲的核心区域，总面积约36 900 km2，历来是我国人口密度最大、工农业生产最发达、国民经济产值和人均收入增长幅度最快的地区之一[1-2]。流域内最重要的水体太湖为我国五大淡水湖之一，湖泊水面面积2 338 km2，平均水深1.9 m，最大水深2.6 m，属大型浅水湖泊[3]。太湖是其周边无锡、苏州等大中城市重要的饮用水源，兼有蓄洪、灌溉、养殖、旅游、纳污等多重功能，对流域经济社会发展起着非常重要的作用[4-6]。

太湖水环境质量状况及其变化与流域内经济社会发展密不可分。多年来，由于流域内工农业的快速发展，总氮一直是影响太湖湖体水质的首要污染物，是太湖蓝藻生长的主要营养盐，更是太湖流域污染治理的重点[7-8]。

2007年以来，江苏省委省政府采取“铁腕治污、科学治太”等措施，太湖湖体水质总体有所好转，总氮呈下降态势，但近几年下降的空间明显收窄，给下一步治理带来一定难度[9]。现基于江苏省环境监测中心1987—2016年监测数据，重点分析了太湖总氮质量浓度时空变化规律，以及太湖总氮污染变化情况，为今后太湖流域总氮精细化污染防控提供参考。

1 研究方法

1.1 监测概况

江苏省环境监测系统从20世纪80年代开始对太湖湖体开展总氮等水质例行监测。经过30多年的优化调整，监测点位、监测频次不断增加。其中，“九五”末国控例行监测点位为16个，监测频次为每年6次；“十五”“十一五”期间例行监测点位21个，监测频次为每年12次[4]。2012年以来，按照国家有关要求，江苏省太湖湖体国控点位由21个调整为20个(图1)，湖区划分也由五里湖、梅梁湖、西部沿岸区、湖心区和东部沿岸区调整为东部湖区、西部湖区、南部湖区、北部湖区和湖心区[10]。

图1 太湖湖体20个水质监测点位分布

1.2 监测方法及评价标准

总氮的监测分析采用国家标准分析方法，其质量浓度采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GB 11894—89,HJ 636—2012)测定。样品的采集、保存与测定详细步骤参考《水和废水监测分析方法》[11-12]。水质类别依据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)进行评价。

样品采集、保存与测定，严格按照国家规范进行全程质量控制，数据产生严格执行三级审核制度[13]。采用Excel软件进行数据统计分析，Arcgis 10.0软件进行GIS图的制作。

2 结果分析

2.1 湖体总氮年均值变化

2.1.1 全湖总氮质量浓度

图2为1987—2016年太湖湖体总氮质量浓度变化。太湖湖体水质20世纪80年代初稳定在Ⅲ类，从80年代中后期开始，湖体水质受总氮影响恶化为劣Ⅴ类，2007年以来水质有所改善[6-9]。从可获取的1987—2016年湖体总氮监测数据分析，总氮一直是决定湖体水质类别的首要污染物，其年均值在1.74～3.88 mg/L之间，总体呈先上升、后下降的波动变化趋势，具体可分为上升期、波动期、下降期3个阶段：

第一阶段，1987—1996年，总氮质量浓度呈波动上升趋势，至1996年达3.88 mg/L的极大值，较1987年的1.82 mg/L上升了1.1倍。80年代中后期，改革开放逐步带来经济发展，但环保意识还较为薄弱，大量工业和生活废水排入太湖；进入90年代，工业企业进一步迅猛发展，工业与生活污染排放持续增加，太湖主要入湖河流水质恶化，太湖水质进一步下降。

第二阶段，1997—2006年，湖体总氮质量浓度先下降、后反弹。太湖流域1997年实施重点工业企业水污染物达标排放“零点行动”后，湖体总氮质量浓度逐年下降，但2002年后经济社会发展对环境产生的负作用有所凸显，其值明显增长，至2006年为3.46 mg/L，较1987年仍上升0.9倍；受总氮质量浓度上升影响，同期湖体综合营养状态指数在中度富营养状态下仍呈上升趋势。

第三阶段，2007—2016年，太湖流域治理多措并举，湖体水质稳步改善，总氮质量浓度明显下降，2014—2016年已低于2.00 mg/L，2016年其值较2006年下降了49.7%，与1987年基本持平；同期湖体水质改善为Ⅴ类，综合营养状态也由中度富营养好转为轻度富营养。

图2 1987—2016年太湖湖体总氮质量浓度变化

2.1.2 各湖区总氮质量浓度

图3为2000—2016年太湖各湖区总氮质量浓度变化。

5个湖区中，西部湖区2000—2016年总氮质量浓度处于2.60～6.02 mg/L之间，呈先上升、后下降变化，与全湖质量变化趋势一致；西部湖区质量高于其他湖区，比全湖高1～3 mg/L左右。北部湖区2000—2016年总氮质量浓度处于1.66～4.66 mg/L之间，亦呈先升后降的变化趋势，其中2000—2007年质量浓度高于全湖，2008年后略低于全湖。南部湖区、东部湖区、湖心区2000—2016年总氮质量浓度处于1.01～2.62 mg/L之间，变化幅度较小，各年度值均低于全湖。

图3 2000—2016年太湖各湖区总氮质量浓度变化

进一步分析各湖区总氮多年均值变化与全湖相关性，从图4(a)(b)(c)(d)(e)可以看出，北部湖区、西部湖区总氮质量浓度与全湖呈明显的正相关，两湖区总氮质量浓度2007年以来均明显降低，2016年较2006年分别下降63.4%和51.2%。上述2湖区总氮质量浓度的改善，带动全湖总氮质量浓度2007年以来同步下降，2016年较2006年下降49.7%。

湖心区、东部湖区和南部湖区总氮多年均值变化则与全湖总氮质量浓度相关性不明显。可见，湖体总氮质量浓度受北部湖区和西部湖区影响相对较大，是太湖总氮质量浓度削减的重点区域。

图4 太湖各湖区与湖体总氮质量浓度变化相关性分析

2.2 湖体总氮月均值变化

图5(a)(b)为2000—2016年太湖湖体及各湖区总氮多年月均值变化。结果显示，湖体总氮浓度变化呈较明显的季节规律性，年初枯水期间其值逐月升高，最大值一般出现在3月，波峰值平均为3.85 mg/L，之后持续降低，年内最低值一般出现在丰水期末的9月份，波谷值平均为1.60 mg/L，10—12月份又逐渐升高。

分湖区看，各湖区总氮多年月均值变化趋势与湖体基本一致，只是在最大和最小月均值出现的时间上有所差异。其中，西部湖区总氮各月均值均明显高于其他湖区，亦高出湖体1～2 mg/L；北部湖区次之，总氮各月均值与湖体基本处于同一水平。南部湖区、东部湖区、湖心区总氮各月均值则明显低于湖体，年内月度波动变化幅度相对较小。

值得关注的是，西部湖区、北部湖区、南部湖区总氮波峰值出现的月份集中在3月，早于湖心区、东部湖区的4月，这从波峰值出现时间变化方面反映了湖体总氮空间上从西部湖区、北部湖区、南部湖区向湖心区、东部湖区迁移扩散的历时过程，其影响约在1个月后明显体现。

图5 太湖湖体及各湖区总氮2000—2016年月均值变化

2.3 湖体总氮质量浓度空间变化

2000—2016年湖体总氮的空间变化分析表明，与总氮多年月均波峰值变化反映出的迁移扩散规律相似，总氮污染扩散呈现出由西部湖区、南部湖区，扩散到湖心区、东部湖区的特征。西部湖区的宜武片区与南部湖区湖州长兴片区为总氮的2个污染扩散核心，其中宜武片区输入的总氮质量浓度高、范围大，对湖体影响相对更重。

以2015年1—4月为例，湖体总氮质量浓度呈现由宜武片区逐渐向东南部扩散、湖州长兴片区向北部扩散的过程，详见图6(a)(b)(c)(d)。

由图6可见，1月份，湖体总氮扩散源核心为西部湖区的宜武片区，其高值点为竺山湖心测点，其值在5～6 mg/L之间；湖心区、东部湖区、南部湖区则以1～2 mg/L为主。

一个月后，总氮高值区由宜武片区向东南方向的湖心区扩散，拖山测点接近5～6 mg/L，较1月份上升了约2 mg/L；同时，总氮质量浓度2～3 mg/L等值线范围较1月份明显向湖心区扩大，东部湖区、南部湖区这一时间则仍以1～2 mg/L为主。

3月份，另一个污染扩散核心南部湖区湖州长兴片区开始出现，该区域的小梅口测点总氮质量浓度在4～5 mg/L之间，并向北部逐渐扩散；同期宜武片区总氮继续向东南方向的湖心区扩散，2～3 mg/L等值线范围已越过湖心区的平台山测点，接近大雷山及西山西测点，东部湖区则仍以1～2 mg/L为主。

进入4月份，总氮质量浓度分别由宜武片区继续向东南部、湖州长兴片区继续向北部扩散，2～3 mg/L等值线范围继续扩大，湖心区、南部湖区、东部湖区明显高于前几个月。综上分析，可见湖体总氮外源性输入以西部宜武片区及南部湖州长兴片区的主要入湖河流汇入为主，并随着湖流的影响逐渐向全湖扩散。

上述2个污染扩散核心中，宜武片区为江苏省太湖流域水污染防治控制的重点区域[14-16]；湖州长兴片区位于浙江太湖流域杭嘉湖地区，资料显示该地区2006年水体存在较严重的磷、氮和有机物污染[17]，2010年水环境以氮、磷和有机污染为主，51.8%的断面不能满足功能区要求[18-19]，为浙江省太湖流域水污染防治控制的重点[20]。

2.4 湖体总氮与主要入湖河流总氮对比

资料显示，太湖西部及北部的15条主要入湖河流是湖体污染物外源性输入的主要来源[7,21]，其输入的总氮量约占入湖河流的90%[22]。分析15条主要入湖河流总氮质量浓度变化，并与湖体总氮进行对比，对于了解湖体总氮外源性输入具有较为重要的意义。

从图7可获取的2003—2016年太湖15条主要入湖河流总氮年均值变化来看，主要入湖河流总氮年均值总体呈下降趋势，2010年后有所回升，其中以漕桥河、太滆南运河、大港河、洪巷港、乌溪港及陈东港等河流上升为主，2016年总氮年均值较2010年上升20%～30%。

湖体总氮与主要入湖河流总氮对比表明，后者总氮质量浓度整体明显高于前者，主要入湖河流总氮多年质量浓度均值高出湖体约1.50 mg/L。

图6 2015年太湖湖体总氮质量浓度空间分布变化

图7 主要入湖河流、太湖湖体总氮年均值变化

图8为主要入湖河流、太湖湖体总氮多年月均值变化。

由图8可见，入湖河流总氮月均值变化特征与湖体表现出一定的相似性，最大值和最小值同样分别出现在枯水期和丰水期。

这也进一步说明湖体总氮明显受到主要入湖河流总氮质量浓度影响，而呈现出较为相似的年际变化及月度变化规律。

图9为太湖15条主要入湖河流总氮多年均值对比。

图8 主要入湖河流、太湖湖体总氮多年月均值变化

图9 太湖15条主要入湖河流总氮多年均值对比

由图9可见，15条主要入湖河流中，仅望虞河的总氮多年均值低<2.00 mg/L；有13条河流的总氮均值>3.00 mg/L，其中以直湖港均值最高，为6.59 mg/L，其次是漕桥河，均值为5.13 mg/L。可见，针对上述总氮均值较高、总氮汇入通量较大的河流，如漕桥河、陈东港、社渎港等[14]，有效控制并削减其总氮入湖总量是太湖总氮治理的重点。

3 结论

(1) 1987—2016年，湖体总氮质量浓度总体呈先上升、后下降的波动变化趋势。从80年代中后期开始波动上升并长期劣于Ⅴ类，2007年以来改善明显，其变化具体可分为3个阶段：1987—1996年为上升期，呈波动上升趋势，至1996年达3.88 mg/L的极大值，较1987年的1.82 mg/L上升了1.1倍；1997—2006年为波动期，湖体总氮质量浓度先下降、后反弹；2007—2016年为下降期，太湖流域治理多措并举，湖体水质稳步改善，总氮值明显下降。

(2) 太湖5个湖区中，西部湖区、北部湖区2000—2016年总氮质量浓度变化趋势与全湖一致，二者总氮质量浓度与全湖呈明显正相关，为影响湖体总氮的主要湖区，是太湖总氮削减的重点区域。

(3) 湖体总氮多年月均值年内呈较明显的季节变化规律，月均最大值、最小值分别出现在3月和9月。

(4) 湖体总氮的空间值变化分析表明，西部湖区的宜武片区与南部湖区湖州长兴片区为总氮的2个污染扩散核心，其中宜武片区输入的总氮质量浓度高、范围大，对湖体影响相对更重。

(5) 主要入湖河流总氮年均值整体高于湖体，呈现出较为相似的年际变化及月度变化规律。太湖15条主要入湖河流中，漕桥河、陈东港、社渎港等总氮均值较高、总氮汇入通量较大的河流，是太湖总氮治理的重点。

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ChangesofTotalNitrogenConcentrationinTaihuLakeDuring1987—2016

FAN Qing-hua，SHEN Hong-jun，ZHANG Tao，ZHANG Yong，LIU Lei，LV Xue-yan

(JiangsuProvincialEnvironmentalMonitoringCenter,Nanjing,Jiangsu210036,China)

Based on the data of available total nitrogen monitoring in Taihu Lake, the trend of total nitrogen concentration in Taihu Lake from 1987 to 2016 was analyzed. The result showed that the average annual concentration of total nitrogen in Taihu Lake is between 1.74 and 3.88 mg/L in the past 30 years, and the population has risen first and then fluctuates. In 1996, the average annual concentration of total nitrogen reached the historical peak. The change of total nitrogen concentration can be divided into three stages: rising period, fluctuation period and decline period, about 10 years as a stage. The average annual concentration of total nitrogen in the western lake area and the northern lake area from 2000 to 2016 was positively correlated with the total nitrogen concentration in the whole lake, which was the main lake area influencing the total nitrogen concentration of the lake. The monthly mean change of total nitrogen for the years showed that the monthly mean variation of total nitrogen in the lake was from 2000 to 2016, and the monthly maximum and minimum were in March and September respectively. The spatial variation analysis shows that the Yiwu area in the western lake area and the Huzhou Changxing area in the southern lake area are the two pollution diffusion cores of total nitrogen in the lake. The total nitrogen concentration of the lake body is mainly affected by 15 inflowing rivers. These rivers have higher total nitrogen concentration than that of the lake body, which are the focus of the total nitrogen treatment in Taihu Lake.

Taihu Lake；Total Nitrogen；Trend analysis

2017-08-30；

2017-09-08

国家水体污染控制与治理科技重大专项基金资助项目(2012ZX07506-001)

范清华(1984—)，男，高级工程师，硕士，从事环境质量综合分析工作。

10.3969/j.issn.1674-6732.2017.06.002

X824

B

1674-6732(2017)06-0008-06