环境科学  2021, Vol. 42 Issue (3): 1361-1371   PDF    
引用本文
刘魏魏, 郭子良, 王大安, 张曼胤, 张余广. 衡水湖湿地水环境质量时空变化特征及污染源分析[J]. 环境科学, 2021, 42(3): 1361-1371.
LIU Wei-wei, GUO Zi-liang, WANG Da-an, ZHANG Man-yin, ZHANG Yu-guang. Spatial-Temporal Variation of Water Environment Quality and Pollution Source Analysis in Hengshui Lake[J]. Environmental Science, 2021, 42(3): 1361-1371.
衡水湖湿地水环境质量时空变化特征及污染源分析
刘魏魏1,2, 郭子良1,2, 王大安1,2, 张曼胤1,2, 张余广2,3     
1. 中国林业科学研究院湿地研究所, 湿地生态功能与恢复北京市重点实验室, 北京 100091;
2. 河北衡水湖湿地生态系统定位观测研究站, 衡水 053000;
3. 河北衡水湖国家级自然保护区管理委员会, 衡水 053000
收稿日期: 2020-08-06; 修订日期: 2020-09-01
基金项目: 国家自然科学基金项目（31700409）；中国林业科学研究院基本科研业务费专项（CAFYBB2019MA010）
作者简介: 刘魏魏(1985~), 女, 博士, 助理研究员, 主要研究方向为湿地生态, E-mail: weiweiliu@163.com
通信作者: 张曼胤, E-mail: cneco@126.com
摘要: 为了评价衡水湖湿地水环境质量时空变化趋势，并对污染源进行分析.本文依据衡水湖历史水体监测点数据和2019年布设的17个采样点数据，利用综合营养状态指数、水质综合状况指数和水环境质量指数评价方法，研究了2000~2019年衡水湖水体营养状态、水质状况和水环境质量时空变化特征，分析了可能的污染物来源.结果表明，2000~2019年，衡水湖水体达到Ⅲ类水质的监测点比例不断升高，高锰酸盐指数、总氮和总磷超标是衡水湖存在的主要水环境问题.从空间上来看，衡水湖水体综合营养状态、水质状况和水环境质量3种指数整体上呈现从南部到中西部再到东北部降低的趋势.衡水湖国家级自然保护区建立后，一系列水体保护政策和措施的实施，使2000~2019年3种指数分别降低了20.9%、53.4%和49.2%，显著改善了衡水湖水环境质量.但是污水的侧渗与下泄、引水农业面源污染物的汇入，以及湖内植物枯落腐烂等也给衡水湖水环境质量带来很大的挑战.
关键词: 衡水湖      水环境质量      水质状况      营养水平      时空变化     
Spatial-Temporal Variation of Water Environment Quality and Pollution Source Analysis in Hengshui Lake
LIU Wei-wei1,2 , GUO Zi-liang1,2 , WANG Da-an1,2 , ZHANG Man-yin1,2 , ZHANG Yu-guang2,3     
1. Beijing Key Laboratory of Wetland Services and Restoration, Institute of Wetland Research, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China;
2. National Ecosystem Research Station of Hengshui Lake Wetland, Hengshui 053000, China;
3. Administrative Committee of Hebei Hengshui Lake National Nature Reserve, Hengshui 053000, China
Abstract: To study the spatial-temporal variation of water environment quality in Hengshui Lake and determine the associated pollution sources, we used historical water monitoring data (from 2000 onwards) and data from 17 sites sampled in 2019 to determine the trophic level index (TLI), comprehensive water quality index (WQI), and water environment quality index (EQI). The results showed that the proportion of monitoring points reaching level Ⅲ increased from 2000 to 2019. The permanganate index, total nitrogen, and total phosphorus were the main water environmental indicators. Spatially, TLI, WQI, and EQI all generally decreased from the south to the middle and west of the lake, and then further decreased towards the northeast. After the establishment of the Hengshui Lake National Nature Reserve, a series of water body protection policies and measures were implemented. These interventions are reflected in reductions in the TLI, WQI, and EQI between 2000 and 2019 by 20.9%, 53.4%, and 49.2%, respectively. However, side seepage and sewage discharge, agricultural non-point source pollutants transported by water diversion, and the decay of plants in the lake present significant challenges for water quality in Hengshui Lake.
Key words: Hengshui Lake      water environment quality      water quality      trophic level      spatial-temporal variation     

地表水环境污染是全球关注的问题[1].水环境质量评价不仅是水资源可持续利用的基础, 也是生态管理与治理决策制定的依据[2].水环境质量常用的评价方法有单因子评价法[3]、综合污染指数法[3~6]、模糊数学法[3, 7]和主成分分析法[6, 8]等, 其中以成熟的综合污染指数法应用较为广泛[9].徐好[3]利用单因子指数、综合指数和模糊评价方法评价了南四湖水环境质量, 研究结论可为南水北调东线南四湖的水环境管理及水质改善提供指导.李国华等[6]利用主成分分析和综合指数法评价了黄河托克托段水质状况, 明确了该段的主要污染因子及主要污染源.因此, 定量评价水环境质量不仅可以明确水体主要污染因子和探析污染物来源, 同时也为水环境改善, 以及保护管理措施的制定提供方向[10].

河北衡水湖是我国受人为干扰影响强烈的典型内陆淡水湖泊湿地之一, 也是华北地区唯一由沼泽、水域、滩涂、草甸和耕地等多种生境组成的国家级自然保护区[11].对严重干旱缺水的华北平原来说, 其水环境质量及变化趋势有着极其重要的社会意义和生态意义[12].由于其地处人口高度稠密的华北平原腹地, 历史上人口的增加、工农业和生活用水量增加, 导致地表水过量开采.加上工业废水、农业和生活污水的排放, 使衡水湖水环境质量不容乐观[7]; 2003年衡水湖国家级自然保护区成立后一系列保护措施的实施则改善了湿地水环境状况.作为衡水市和冀州市的城市饮用水源地, 衡水湖湿地理应保持较高的水环境质量.然而近年来衡水湖周边城市的快速扩张和经济的快速发展, 给衡水湖湿地水环境质量带来了很大的挑战.因此, 评价衡水湖湿地水环境质量及时空变化趋势, 可为制定其综合保护和防治措施提供科学支撑, 同时将对华北地区乃至全国的湿地水环境保护具有良好的示范作用[12].然而, 以往研究主要关注衡水湖某年[13, 14]、某几年[7, 15], 或某几种指标[7, 16, 17]的水环境状况, 从时空变化角度对衡水湖多种水环境指标进行综合评价分析的研究还较少见.本文对2000、2010和2019年衡水湖水体pH、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总氮、总磷、铜、砷、汞、六价铬、镉、铅、透明度和叶绿素a这14个指标进行分析, 利用综合营养状态指数、水质综合状况指数和水环境质量指数对衡水湖水环境质量进行评价, 分析其时空变化趋势, 并对污染源进行了解析, 以期为衡水湖水环境保护和管理提供科学依据.

1 材料与方法 1.1 研究区概况

河北衡水湖国家级自然保护区(115°28′~115°42′E, 37°31′~37°41′N)位于河北省衡水市境内, 由沼泽、水域、林地、草甸和耕地等多种生境组成(图 1).保护区总面积16.4×103 hm2, 蓄水面积7.5×103 hm2, 包括东湖和西湖两个湖泊.东湖面积1.0×103 hm2, 湖水的平均深度为1.5~2.0 m, 最大深度为3.5 m[18].东湖被人工修建的硬质岸堤隔绝成大湖和小湖两部分[19]; 西湖面积3.2×103 hm2, 目前未蓄水, 主要以种植农作物和作为养殖场和乡镇企业用地为主[13].湖区土壤类型为潮土和盐土.优势植物有芦苇和香蒲.

图 1 衡水湖湿地自然保护区位置、生态系统类型及监测点示意 Fig. 1 Location of Hengshui Lake wetland nature reserve, land-use types, and monitoring sites

1.2 数据来源及处理

选取2000、2010和2019年衡水湖湿地顺民庄、魏屯闸/王口闸、南关闸、小湖湖心、大赵闸、南关新闸、芦苇区、香蒲区和大湖开阔区这9个长期监测点的水质数据.2019年除上述长期监测点外, 又增设17个临时监测点(图 1和表 1).于当年的6月, 利用采水器于各样点采集10~20 cm处水样3 L, 并置于干净的聚乙烯瓶中, 冷冻保存, 带回实验室.用于测定pH、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总氮、总磷、铜、砷、汞、六价铬、镉、铅、透明度和叶绿素a, 共计14个指标.采用玻璃电极法测定水体pH值; 采用碘量法测定溶解氧; 采用滴定法测定高锰酸盐指数; 采用水杨酸分光光度法测定氨氮; 采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定总氮; 采用钼酸铵分光光度法测定总磷; 采用原子吸收分光光度法测定铜、镉和铅; 采用原子荧光法测定砷和汞; 采用二苯碳酰二肼分光光度法测定铬; 采用铅字法测定透明度; 采用乙醇萃取分光光度法测定叶绿素a.2000、2010和2019年的长期监测点数据来自河北省衡水市水文水资源勘测局、河北省水环境监测中心衡水分中心和文献[12, 20~22], 对各监测点的数据进行均质化处理, 用以表示相应年份的水环境状况.利用Excel 2010和SPSS 18.0对数据进行分析, 利用Sigma Plot 12.5和ArcGIS 10.2进行绘图.

表 1 2019年衡水湖增设采样点分布位置 Table 1 Location of additional sampling sites in Hengshui Lake

1.3 评价方法 1.3.1 水环境质量指数

水环境质量指数(EQI)反映了研究区内水体的水质综合状况和综合营养状态[23], 其计算方法见公式(1)：

(1)

式中, WQI为水质综合状况指数; TLI为水体综合营养状态指数.

根据EQI对衡水湖水环境质量状况进行分级(表 2).EQI值越高, 其水环境质量状况越差.

表 2 水环境质量分级 Table 2 Classification of the water environment quality index

1.3.2 水质综合状况指数

水质综合状况指数法是以单因子指数法为基础, 与水体功能要求相对应, 通过统计各指标的相对指数, 确定水体的污染程度[24].参照文献[9], 其计算方法见公式(2)：

(2)

式中, WQI为水质综合状况指数; n为评价因子项目数; WQIi为第i项因子的指数, 除溶解氧和pH之外, 其它评价因子的指数计算公式为：

(3)

式中, cij为评价因子i在监测点j的实测值(mg·L-1); csi为评价因子i的水质评价标准限值(mg·L-1).

溶解氧的评价指数计算公式为：

(4)
(5)
(6)

式中, WQIDO, j为溶解氧的评价指数; DOj为溶解氧在监测点j质量浓度的实测值(mg·L-1); DOs为溶解氧的水质评价标准限值(mg·L-1); DOf为饱和溶解氧质量浓度(mg·L-1); t为水温(℃).

pH值的评价指数计算公式为：

(7)
(8)

式中, WQIpH, j为pH的评价指数; pHj为pH在监测点j的实测值; pHsd为评价标准中pH的下限值; pHsu为评价标准中pH的上限值.

根据WQI对衡水湖水质状况进行分级(表 3)[25].WQI值越高, 其污染程度越严重.

表 3 水质综合状况指数的分级评价体系 Table 3 Classification of the water quality index

1.3.3 水体综合营养状态指数

依据文献[4, 15, 26], 采用综合营养状态指数法对衡水湖的营养状况进行评价, 计算公式:

(9)

式中, Wj为第j项评价因子(包括叶绿素a、总磷、总氮、透明度和高锰酸盐指数)的营养状态指数的相对权重(分别为0.267、0.188、0.179、0.183和0.183); TLI(j)为第j项因子的营养状态指数, 计算方法见公式(10)~(14).

(10)
(11)
(12)
(13)
(14)

式中, Chla为叶绿素a质量浓度(mg·L-1); TP和TN分别为总磷和总氮质量浓度(mg·L-1); SD为透明度(m); 高锰酸盐指数单位为mg·L-1.

根据TLI对衡水湖营养状况进行分级(表 4)[4, 15, 26].TLI值越高, 其水体富营养化程度越严重.

表 4 湖泊(水库)营养状态分级标准 Table 4 Classification standard of lake (reservoir) trophic levels

2 结果与分析 2.1 衡水湖湿地水体监测指标变化特征

2000~2019年, 衡水湖湿地水体pH、透明度、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、叶绿素a、总氮、总磷、铜、砷、汞、六价铬、镉和铅情况变化特征和统计分析见图 2和表 5. 2000~2019年, 衡水湖湿地水体pH、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、镉和铅的平均值随着时间变化呈现降低的趋势; 而溶解氧、总氮、铜和砷的平均值则呈现随时间变化先降低再略微升高的趋势; 汞的平均值则先升高再降低.由于未能收集到2000年的水体透明度和叶绿素a数据, 2010~2019年, 透明度平均值降低, 而叶绿素a则略微上升.变异系数可以衡量数据的离散程度[5].由表 5可以看出, 2000年氨氮和总磷、2019年砷和铜的变异系数分别达到1.53、1.13、1.47和1.41, 表明衡水湖湿地氨氮、总磷、砷和铜质量浓度在空间上的变化较大.

2019年D1~D17监测点的铜、汞、铬、镉和铅质量浓度均在检测限以下, 此处按照最低检测限质量浓度计 图 2 衡水湖湿地水体不同指标情况 Fig. 2 Conditions of different water indicators in Hengshui Lake

表 5 衡水湖湿地水环境指标描述性统计 Table 5 Descriptive statistics of water indicators in the Hengshui Lake

与国家地表水水质分类标准相比, 2000年衡水湖水体溶解氧有50%的样点达到Ⅲ类水质标准, 2010年仅有开阔区、顺民庄和南关新闸这3个样点达到Ⅲ类标准, 2019年则所有样点均达到Ⅲ类标准, 其中有96.3%的样点达到Ⅰ类水质标准; 对高锰酸盐指数来说, 2000年仅有顺民庄1个样点达到Ⅲ类水质标准; 2010年则均未达到Ⅲ类水质标准; 2019年仅有44.4%的样点达到Ⅲ类水质标准; 对氨氮来说, 2000年有66.7%的样点达到Ⅲ类水质标准, 2010年有77.8%的样点达到Ⅲ类水质标准, 2019年则所有样点均达到Ⅲ类水质标准; 对总氮来说, 2000年和2010年仅有33.3%和11.1%的样点达到Ⅲ类水质标准, 2019年则均未达到Ⅲ类标准; 对总磷来说, 2000年有44.4%的样点达到Ⅲ类水质标准, 2010年所有样点均未达到Ⅲ类水质标准, 2019年则有63.0%的样点达到Ⅲ类水质标准; 铜质量浓度均达到Ⅲ类水质标准, 其中2000年和2019年分别有44.4%和96.3%的样点达到Ⅰ类水质标准; 对砷来说, 2000年仅有小湖湖心1个样点未达到Ⅰ类水质标准, 2000年和2019年所有样点均达到Ⅰ类标准; 对汞来说, 2000年所有样点达到Ⅰ类水质标准, 2010年有88.9%的样点达到Ⅲ类水质标准, 2019年则有96.3%的样点达到Ⅰ类标准; 所有样点六价铬质量浓度均达到Ⅰ类水质标准; 镉和铅质量浓度均达到Ⅲ类水质标准(图 2).表明高锰酸盐指数、总氮和总磷超标是衡水湖存在的主要水环境问题.

2.2 衡水湖湿地水体综合营养状态指数时空变化

衡水湖水体综合营养状态指数时空变化情况如图 3所示.从时间变化趋势来看, 2000~2019年衡水湖水体综合营养状态指数呈现降低的趋势, 平均指数由2000年的76.2降低到2010年的61.0, 再降低到2019年的60.3(表 6).从空间分布来看, 2000年各样点顺序为：小湖湖心>魏屯闸>南关闸>南关新闸>顺民庄>大赵闸>蒲草区>开阔区>芦苇区; 2010年各样点顺序为：南关闸>小湖湖心>南关新闸>蒲草区>芦苇区>顺民庄>大赵闸>王口闸>开阔区; 2019年整体上顺序为：南关新闸>小湖>顺民庄>蒲草区>魏屯闸>芦苇区>南关闸>大赵闸>王口闸>开阔区; 衡水湖水体综合营养状态指数整体上呈现从南部到中西部再到东北部降低的趋势.

图 3 衡水湖水体综合营养指数时空变化 Fig. 3 Spatio-temporal variations in the TLI in Hengshui Lake

表 6 衡水湖湿地水环境质量分级 Table 6 Water environment quality classification for Hengshui Lake

2.3 衡水湖湿地水质综合指数时空变化

衡水湖水质综合指数时空变化情况如图 4所示.从时间变化趋势来看, 2000~2019年衡水湖水质综合指数呈现降低的趋势, 平均指数由2000年的57.9降低到2010年的35.7, 再降低到2019年的27.0(表 6).从空间分布来看, 2000年各样点顺序为：魏屯闸>小湖湖心>南关闸>顺民庄>南关新闸>蒲草区>大赵闸>芦苇区>开阔区; 2010年各样点顺序为：南关闸>小湖湖心>南关新闸>芦苇区>蒲草区>王口闸>大赵闸>顺民庄>开阔区; 2019年整体上顺序为：南关新闸>小湖>魏屯闸>顺民庄>南关闸>芦苇区>王口闸>蒲草区>开阔区>大赵闸; 衡水湖水质综合指数整体上也呈现从南部到中西部到东北部降低的趋势.

图 4 衡水湖水质综合指数时空变化 Fig. 4 Spatio-temporal variations in theWQI in Hengshui Lake

2.4 衡水湖湿地水环境质量指数时空变化

衡水湖水环境质量指数时空变化特征如图 5所示.从时间变化趋势来看, 2000~2019年衡水湖水环境质量呈现降低的趋势, 平均指数由2000年的59.8降低到2010年的38.2, 再降低到2019年的30.3(表 6).从空间分布来看, 2000年各样点顺序为：魏屯闸>小湖湖心>南关闸>顺民庄>南关新闸>蒲草区>大赵闸>芦苇区>开阔区; 2010年各样点顺序为：南关闸>小湖湖心>南关新闸>芦苇区>蒲草区>王口闸>大赵闸>顺民庄>开阔区; 2019年整体上顺序为：南关新闸>小湖>魏屯闸>顺民庄>南关闸>王口闸>芦苇区>蒲草区>大赵闸>开阔区; 衡水湖水环境质量指数整体上也呈现从南部到中西部到东北部降低的趋势.

图 5 衡水湖水环境质量指数时空变化 Fig. 5 Spatio-temporal variations in the EQI in Hengshui Lake

3 讨论 3.1 衡水湖湿地水体监测指标相关性

Pearson相关性是分析不同指标之间同源性的常用方法, 相关性高的指标之间具有相似的污染源或迁移特征[5].相关性分析表明(表 7)：高锰酸盐指数、氨氮、总氮和总磷这4个指标之间均存在极显著正相关关系(P < 0.01), 说明高锰酸盐指数、氨氮、总氮和总磷可能具有相同的污染源.高锰酸盐指数、总磷与铜、砷和镉之间、氨氮与铜和镉之间、总氮与铜和砷之间、铜与镉之间、铅与高锰酸盐指数和镉之间均存在极显著正相关关系(P < 0.01); 铅与总磷和铜之间存在显著正相关关系(P < 0.05), 可以推测这些指标可能具有同样的污染源或者存在迁移转化之间的相互作用.监测的各指标间均不存在显著负相关, 说明这些指标之间不存在明显的竞争作用.

表 7 衡水湖湿地水体监测指标相关性分析矩阵1) Table 7 Correlation matrix of different water indicators in Hengshui Lake

3.2 衡水湖湿地水环境变化特征与污染源分析

从2000~2019年, 衡水湖水体溶解氧质量浓度升高了32.5%, 而总磷、铜、氨氮、镉、砷、铅、高锰酸盐指数、总氮和汞质量浓度则分别降低了86.5%、81.4%、74.2%、68.9%、68.3%、66.8%、60.9%、35.7%和1.7%(表 5).同时, 综合营养状态指数、水质综合指数和水环境质量指数分别降低了20.9%、53.4%和49.2%(表 6).自2000年河北衡水湖自然保护区成立, 并于2003年晋升为国家级自然保护区以来, 当地政府出台了一系列保护政策[12, 27], 同时实施了封堵所有入湖排污口、搬迁湖边污染企业、拆除违规超限建筑、取缔所有燃油机动船只、取消非法网拦网养殖以及季节性收割芦苇和蒲草等措施[27].2011年衡水滨湖新区管理委员会成立后, 在行政管理上切实加强了这一系列政策和措施的落实, 从而有效地控制了水体污染, 使衡水湖水体综合营养状态、水质状况和水环境质量分别由2000年的重度富营养、轻度污染和轻度污染水平降低到2010年和2019年的中度富营养、较好和良好水平(表 6).

2000年衡水湖污染严重的区域主要集中在冀州小湖及其周边的魏屯闸、南关闸和南关新闸(图 3~5).冀州小湖是一个独立的库区, 2000年其水环境质量达到重度污染水平(表 6), 主要以总氮(7.2倍)和高锰酸盐指数(6.7倍)超标为主(图 2).这是由于2000年衡水湖省级自然保护区建立后, 为改善衡水湖东湖水质状况, 把原向大湖排放的所有排污口堵死, 改向冀马渠或冀州小湖排放[12], 致使小湖水体污染严重.2010年小湖水环境质量仍然为轻度污染水平; 2019年虽然达到良好水平, 但仍高于绝大多数监测点(表 6), 其中高锰酸盐指数超标1.6倍(图 2).这是由于虽然近些年衡水湖的严禁一切形式的排污, 但在小湖上游的冀码渠仍有11处化肥厂和化工厂等排污口.平日进水闸关闭, 污水不能进入湖区, 一旦上游来水, 所有积存在河道内的污水会汇入小湖, 严重影响小湖水环境质量[13].魏屯闸位于冀州小湖的东北角, 2000年其水环境质量达到重度污染水平, 其中总磷和高锰酸盐指数分别超标21.8倍和7.2倍(图 2).这可能是由于随着小湖不断接受冀州市的排污, 致使魏屯闸水质不断恶化引起的; 同时魏屯镇医疗器械和橡胶等民营企业发达, 也是导致该监测点污染严重的重要原因.随着保护区成立后, 严禁企业废水入湖措施的实施, 魏屯闸水环境质量达到了良好水平, 但是总磷仍然超标2.8倍(图 2).南关闸和南关新闸位于衡水湖南部冀州市, 2000年南关闸和南关新闸的水环境质量分别为中度污染和轻度污染, 其中南关闸总磷超标15.8倍, 南关新闸高锰酸盐指数超标4.1倍(图 2).这是因为2003年以前冀州市的生活和工业废水主要通过此处排入衡水湖[12], 导致这两处闸口污染严重.2003年衡水湖国家级自然保护区成立后, 该排污口已关闭.相应地2010年和2019年南关闸和南关新闸的水环境质量也均逐渐改善到轻度污染和良好水平.但与其他样点相比, 2019年南关新闸的水环境质量指数还相对较高, 主要以高锰酸盐指数(1.5倍)和总磷(2.6倍)超标为主(图 2), 这可能是由于闸上工业和生活污水的侧渗导致的[28].

顺民庄作为衡水湖唯一一个湖心渔庄, 2000年其水环境质量为轻度污染水平, 其中总磷和总氮分别超标13.6倍和2.1倍(图 2).这主要是由于当地居民将生活污水和垃圾直接排入湖内, 以及村庄周边拦网养鱼、投放饲料导致的.随着网箱养鱼和拦网捕鱼的取缔, 以及生活污水和垃圾的有效管理, 2010年和2019年顺民庄水环境质量已达到良好水平, 总磷和总氮超标程度分别降低到1.8倍和1.2倍(图 2).2019年底, 为响应衡水湖生态搬迁项目, 顺民庄已整体搬迁完毕, 其原址将进行绿色生态恢复工作, 未来该监测点水环境质量将会持续改善.

王口闸是衡水湖引黄入湖的进水口, 水环境质量均达到良好水平.但2019年总氮超标2.3倍.这可能是由于引水途经枣强“皮毛之乡”的大营镇和枣强县城, 以及广大农村地区, 引水沿途工业、生活污水和农业非点源污染物等随引水汇入衡水湖导致的[7, 12].与其他监测点相比, 芦苇区、蒲草区和开阔区3个时间段的水环境质量相对较好, 均达到良好水平(表 6), 但2019年高锰酸盐指数和总氮仍超过地表水Ⅲ类标准1.3~1.5倍(图 2).这可能是由于湖内植物枯落腐烂和引水污染物的汇入引起的.

尽管衡水湖水环境状况有显著地改善趋势, 但2019年仍有55.6%、100.0%和37.0%的监测点水体高锰酸盐指数、总氮和总磷超标, 特别是小湖及其周边闸口超标尤为明显, 这是可能由于衡水湖水体缺乏流动、湖内植物枯落腐烂、工业和生活污水的侧渗与下泄等[7, 12, 13], 为水体富营养化创造了条件.因此, 小湖周边污染防控和水体治理是未来衡水湖水环境管理的重点.同时引水农业面源污染物的汇入, 以及旅游业开发带来的人类活动日趋频繁等[7, 12, 13, 28], 也给衡水湖水环境质量带来了挑战.

4 结论

(1) 2000~2019年, 衡水湖湿地水体pH、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、镉和铅平均值随着时间变化呈现降低的趋势; 而溶解氧、总氮、铜和砷则随时间变化先降低再略微升高.随着时间的变化, 达到Ⅲ类水质的监测点比例升高.衡水湖水体高锰酸盐指数、总氮和总磷超标是存在的主要水环境问题.

(2) 应用综合营养状态指数法、水质综合状况指数法和水环境质量指数法评价衡水湖水体营养状态、水质状况和水环境质量.从时间上来看, 2000~2019年3种指数均呈现降低的趋势; 从空间上来看, 3种指数整体上呈现从南部到中西部到东北部降低的趋势.

(3) 衡水湖国家级自然保护区建立后, 一系列水体保护政策和措施的实施, 使衡水湖水体综合营养状态、水质状况和水环境质量分别降低了20.9%、53.4%和49.2%, 显著改善了衡水湖水环境质量.但是污水的侧渗与下泄、引水农业面源污染物的汇入, 以及湖内植物枯落腐烂等也给衡水湖水环境质量带来很大的挑战.

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