西藏拉魯濕地水質綜合狀況時空變化特征及污染源分析

李梁婷 邵蓓 卓瑪曲西 姜貞貞 鄭琴 德珍 次巴拉松 邱豪

摘要 依據2019年1月（枯水期）、5月（平水期）和7月（豐水期）西藏拉魯濕地的采樣點數據，利用改進后的內梅羅污染指數評價方法，研究不同時期拉魯濕地水質綜合狀況時空變化特點，分析大致的污染物來源。結果表明，濕地不同水體環境指標濃度均表現為降低趨勢，其NH3-N、TP、COD和TN的平均值處于隨時間推移呈現降低的趨勢，而水體pH和DO的平均值表現為隨時間變化先升高再降低的趨勢;濕地在平水期和豐水期的水質情況比枯水期表現更為良好?？菟?，東北部表現為Ⅱ類水質，其余地區皆為Ⅰ類水質，其水質綜合狀況區域分布特點為由東北部向西部逐漸變好;平水期和豐水期，整體水質表現為Ⅰ類水質?？菟?，TN與NH3-N存在極顯著正相關（P<0.01）;平水期，TP與NH3-N存在顯著正相關（P<0.05），TN與NH3-N存在極顯著正相關（P<0.01）;豐水期，TN與NH3-N存在極顯著正相關（P<0.01）。從枯水期到豐水期，西藏拉魯濕地水體中DO、NH3-N、TP、COD和TN質量濃度分別降低了61.05%、54.55%、50.00%、2.41%和50.00%，并且其水質綜合狀況由枯水期到豐水期逐漸變好。拉魯濕地東北部北入水口水體質量治理和附近的污染防治是下一步西藏拉魯濕地水體質量治理和管控的重點。

關鍵詞 水質綜合狀況;污染等級;內梅羅污染指數;時空變化;污染源;西藏拉魯濕地

中圖分類號 X 52? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）12-0067-08

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.12.018

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Analysis of Spatial-temporal Variation Characteristics and Pollution Source of Water Quality Comprehensive Conditions in Lalu Wetland， Tibet

LI Liang-ting，SHAO Bei，Zhuomaquxi et al

（Central Laboratory of Geology and Mineral Exploration and Development Bureau of Tibet Autonomous Region， Lhasa， Tibet 850000）

Abstract According to the sampling data of Lalu Wetland in January 2019 （dry season）， May 2019 （normal season） and July 2019 （wet season）， the improved Nemerow pollution index evaluation method was used to study the temporal and spatial variation characteristics of the comprehensive water quality of Lalu wetland in different periods， and to analyze the approximate sources of pollutants. The results showed that the concentrations of environmental indicators in different water bodies of wetland showed a decreasing trend， and the average values of NH3-N， TP， COD and TN showed a decreasing trend with time， while the average values of pH and DO in water bodies showed a trend of increasing first and then decreasing with time. The water quality of wetlands in normal and wet periods was better than that in dry periods. During the dry season， the northeast showed Class II water quality， while the rest areas were Class I water quality， and the regional distribution characteristics of its comprehensive water quality were gradually getting better from northeast to west. During the normal season and wet season， the overall water quality was class I.During the dry season， there was a significant positive correlation between TN and NH3-N （P < 0.01）. During the normal season，there was a significant positive correlation between TP and NH3-N （P < 0.05），and there was a very significant positive correlation between TN and NH3-N （P < 0.01）. During the wet season，there was a significant positive correlation between TN and NH3-N during the wet season （P < 0.01）. From dry season to wet season， the mass concentrations of DO， NH3-N， TP， COD and TN decreased by 61.05%， 54.55%， 50.00%， 2.41% and 50.00%， respectively. Moreover， the comprehensive situation of its water quality gradually improved from dry season to wet season. Water quality control and pollution prevention in the north inlet of northeast Lalu Wetland are the key points of water quality control and control in Lalu Wetland of Tibet in the next step.

Key words Comprehensive conditions of water quality;Pollution level;Nemerow pollution index;Spatio-temporal variation;Pollution source;Lalu Wetland in Tibet

濕地是水陸相互作用形成的獨特的生態系統[1]，不但具有豐富的資源，還具有巨大的環境調節功能和生態、社會、經濟效益[2]。近年來，隨著經濟社會的快速發展和城鎮化進程的加快，導致濕地面臨著區域生態環境破壞、水體功能弱化、面積不斷減少等問題，從而制約了濕地的進一步保護、開發和利用[3]。因此，許多學者將濕地的水質綜合狀況分析與評價列為重點研究課題，陳瑞紅等[4]對會仙巖溶濕地水質進行了綜合狀況監測與分析，王佐霖等[5]對深圳壩光濕地水資源環境綜合狀況及其污染程度進行了分析與評價，楊海江等[6]利用貝葉斯評價法對星海湖濕地水質綜合狀況進行分析與評價。由此可見，對濕地開展水質綜合狀況分析與評價也成為水資源環境研究熱點。針對濕地地表水常用的評價方法有單因子評價法[7]、綜合污染指數法[8]、模糊數學綜合評價法[9]和內梅羅指數法[10]等。其中成熟的內梅羅指數法是目前國內應用較為廣泛的水污染評價方法，該方法是一種統籌了極值或者突出最大值的計權型多因子環境質量指數[11]，但因為該指數法過于注重最大污染因子對水體質量的影響[12]，進而忽視了其他污染因子對于水體質量的貢獻，而改進后的內梅羅指數法將污染因子的相關權重重新計入，以此來權衡不同水質因子對整體水體質量的影響，同時統籌考慮了不同評價指標相互間的差異性與相對重要性[13]，以此使研究結果更具有客觀性。

西藏拉魯濕地國家級自然保護區是世界上海拔最高、面積最大的城市天然濕地。與拉魯濕地相關的河流主要有拉薩河、流沙河和堆龍河，相關的渠系主要包括從拉薩河引水的北干渠、中干渠和南干渠[14]。拉魯濕地在增加拉薩市空氣中氧氣含量和相對濕度，調蓄流沙河洪水和濕地區域地下水，維持拉薩市生態平衡等方面發揮巨大作用，同時具有科研教育等功能[15]。但隨著拉薩市高原開放型城鎮化發展不斷推進，由于拉魯濕地地處拉薩市城區，人口的增加、農業和生活污水的排放，致使該濕地水環境質量不容樂觀，并且路飛等[16]的研究也表明其面積日漸萎縮，可能對拉魯濕地的生態環境進一步造成影響。由此許多學者從不同角度對拉魯濕地開展了水體質量研究，如張文駒等[17]采用標準指數法對拉魯濕地水體環境質量情況進行了分析與評價;白永飛等[18]測定了拉魯濕地水體環境中不同重金屬含量并對其分布和來源進行了分析;巴桑等[19]采用Pantle和Buck污生指數法對拉魯濕地水體環境質量情況進行了綜合評價。然而，以往的研究主要關注拉魯濕地某幾種指標的水體環境狀況，從時空變化角度對拉魯濕地不同水體環境指標開展綜合評價的研究鮮見報道。筆者對2019年1月、5月和7月拉魯濕地水體pH、溶解氧（DO）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、化學需氧量（COD）和總氮（TN）這6個指標進行分析，采用改進后的內梅羅指數法對拉魯濕地水質綜合狀況進行評價，研究其時空變化趨勢，并對污染源進行分析，以期為拉魯濕地管理制定綜合保護和防治措施提供科學依據，同時將對西藏地區乃至整個青藏高原的濕地水體環境保護具有良好的示范作用。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

西藏拉魯濕地國家級自然保護區（91°03′41″～91°06′48″E，29°39′25″～29°42′08″N）位于拉薩市區西北角，呈東西帶狀分布，海拔3 650 m，年降水主要集中在6—9月。濕地北面為高山;東北面與發源于拉薩市西北部山區的奪底和娘熱2條山溝支流匯合而成的流沙河相接;東面與拉薩市城關區拉魯鄉拉魯村居民生活區接壤;南面緊鄰拉薩市區，以中干渠和當熱路為界;西面以北京西路與北面高山交接處的順通建材城為終點。同時拉魯濕地被通往西藏自治區黨校的魯定北路分為東西兩片濕地[18]，兩片濕地之間通過涵洞相連。拉魯濕地水源補給主要由中干渠與流沙河提供。中干渠補給水引自獻多水電站尾水[20]，引用流量為55.44 m3/s。流沙河補給水具有典型的山區河流特點，其流量變化存在明顯的枯平豐季現象，冬季基本無流量處于枯水期，春末處于平水期，夏季進入汛期，降水較多處于豐水期，由此可見，流沙河是一條典型的季節性河流。綜上所述，拉魯濕地受季節性河流影響，其存在明顯的枯水期、平水期和豐水期。

1.2 數據來源及處理

結合拉魯濕地地形及水流流向特征，于2019年1月（枯水期）、5月（平水期）和7月（豐水期）在拉魯濕地北入水口（1號采樣點）、中干渠拉魯濕地進水口（2號采樣點）、拉魯濕地觀景臺區域（3號采樣點）、拉魯濕地魯定北路出水口（4號采樣點）、拉魯濕地西區出水口（5號采樣點）、拉魯濕地西北門（6號采樣點）和拉魯濕地魯定北路西門（7號采樣點）共設置7個采樣點進行水質采樣（圖1）。利用采水器于各采樣點采集5～15 cm處水質樣品1 L，現場測定pH，所有采樣點都取3組平行樣，并放置于聚乙烯瓶中帶回實驗室，用于測定DO、NH3-N、TP、COD和TN。采用玻璃電極法測定水樣pH;采用典量法測定DO;采用納氏試劑比色法測定NH3-N;采用鉬酸銨分光光度法測定TP;采用重鉻酸鹽法測定COD;采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定TN。同時利用Excel 2007和SPSS 24對1月、5月和7月的水質指標進行Pearson相關系數分析并用ArcGIS 10.7中克里金插值分析法（空間局部插值法）對不同單項水質指標和水質綜合狀況評價結果進行空間分析。

1.3 評價方法

改進后的內梅羅指數法是基于傳統內梅羅指數法上統籌考慮最大污染因子、不同因子平均指數與污染因子權重，使其水質評價結果能夠將最大污染因子與權重相對較大的污染因子對于水質的影響更好地反映出來。因此該研究采用改進后的內梅羅污染指數法對拉魯濕地不同污染因子（DO、NH3-N、TP、COD和TN）的權重進行計算，同時綜合考慮不同評價指標之間的差異性。

1.3.1 單項污染指數確定。

單項污染指數的計算公式如下[21]：

Fi=CiSi（1）

式（1）中，Fi表示第i項水質指標的單項污染指數;Ci表示第i項水質指標的實測值;Si表示第i項水質指標的標準值，按照西藏拉魯濕地整體水域功能定位要求，結合其為國家級自然保護區，此次以《地表水質量標準》（GB 3838—2002）Ⅰ類為計算標準。

1.3.2 污染因子權重計算。

按照不同水質標準[22]，計算不同污染因子權重，此次選?、耦愃h境為標準，計算方法如下[11，21]：

Wi=SmaxSini=1SmaxSi（2）

式（2）中，Wi表示第i個污染因子權重;n表示污染因子個數;Si表示第i個污染因子計算標準值;Smax表示n個污染因子計算標準值最大值。

1.3.3 改進后的內梅羅污染指數確定。改進后的內梅羅污染指數計算方法如下[21]：

P*=Fi，max+Fw22+（i）22（3）

式（3）中，P*表示第i個水質樣品改進后的內梅羅污染指數;Fi，max表示單項污染指數最大值;i表示單項污染指數平均值;Fw表示權重Wi最大的污染因子的F值。

2 結果與分析

2.1 拉魯濕地枯水期、平水期和豐水期區域水體監測指標變化特征

從拉魯濕地枯水期、平水期和豐水期的水體pH、DO、NH3-N、TP、COD和TN的變化特征（表1）可以看出，該濕地從枯水期到豐水期不同監測指標間變化較大，主要表現為pH平均值由8.27降低至8.24，DO平均值由6.11 mg/L降低至2.38 mg/L，NH3-N平均值由0.22 mg/L降低至0.10 mg/L，TP平均值由0.02 mg/L降低至0.01 mg/L，COD平均值由4.97 mg/L降低至4.85 mg/L，TN平均值由0.26 mg/L 降低至0.13 mg/L?？傮w而言，在枯水期到豐水期，拉魯濕地不同水體環境指標濃度均表現為降低趨勢，其NH3-N、TP、COD和TN的平均值處于隨時間推移呈現降低的趨勢，其緣由為豐水期濕地整體水位上升，水體本身稀釋功能得到增強，故而致使污染物濃度降低，同時由于水生植物本身對水質具有凈化能力，在豐水期水生植物處于大量繁殖階段，通過水生植物除去污染物的作用得到加強，也使豐水期污染物濃度低于枯水期，這與李紅海等[23]的研究結果基本一致;而水體pH和DO的平均值表現為隨時間變化先升高再降低的趨勢，其中DO降低幅度達到61.05%，DO降低幅度較大的原因為豐水期濕地中的水生動植物處于大量繁殖階段，需要損耗較多氧氣，同時由于7月和8月拉薩市處于主汛期，天氣狀況不是很好，多為陰雨天，水生植物光合作用較少導致產生氧氣不足，致使水體DO濃度降低，該研究結果與陳瑞紅等[4]的研究結果類似，即豐水期濕地中水生動植物處于繁殖階段，需要損耗大量氧氣，同時由于夏季陰雨天較多，水生植物光合作用較少，致使水體DO濃度降低。

根據圖2～7可以得出，枯水期濕地東北部水體pH較大，平水期濕地東北部、南部中段和西部水體pH較大，豐水期濕地東南部和北部中段水體pH較大?？菟诤推剿跐竦爻鞑緿O濃度處于較低水平外，其余DO濃度處于較高水平;豐水期濕地東北部、北部中段DO濃度較高?？菟跐竦貣|北部和西南部NH3-N濃度較高，平水期濕地東北部NH3-N濃度較高，豐水期濕地西南部NH3-N濃度較高?？菟跐竦匚髂喜縏P濃度較高，平水期和豐水期濕地東北部TP濃度較高?？菟?、平水期和豐水期濕地西部COD濃度都處于較高水平?？菟跐竦貣|北部和西南部TN濃度較高，平水期濕地東北部TN濃度較高，豐水期濕地西南部TN濃度較高。整體而言，枯水期濕地污染主要集中在東北部和西南部，污染原因可能由于東北部靠近城市居民生活區，該區域為流沙河入口、西南部靠近道路交通十字路口且水位處于較低水平。平水期和豐水期濕地較高濃度污染所占面積較小且分散分布在東部和中部，其緣由為豐水期濕地整體水位上升，水體本身稀釋功能得到增強，故而致使污染物濃度降低，該研究結果與曾凱等[24]的研究結果類似。從枯水期到豐水期拉魯濕地不同水體環境指標濃度均表現為降低趨勢。

2.2 拉魯濕地不同時期區域水質綜合狀況變化特征

西藏拉魯濕地水體質量按照 Ⅰ 類水環境為標準不同污染因子權重見表2，可以得出污染因子TP的權重最高，由此可以判定TP污染貢獻率最大。

按照改進的內梅羅污染指數法進行計算，參照李蘇等[25]和關云鵬[26]對各類別污染等級的表達，可以得出西藏拉魯濕地不同水質類別臨界值的劃分關系：Ⅰ類水質標準，P*≤3.961 3;Ⅱ類水質標準，3.961 3

15.582 4。

根據改進的內梅羅污染指數法對每個采樣點進行評價，結果發現，枯水期，1號、2號、3號、4號、5號、6號、7號采樣

點的P*分別為3.983、1.563、0.927、0.931、1.431、0.627、0.935;平水期，1號、2號、3號、4號、5號、6號、7號采樣點的P*分別

為1.613、1.211、0.837、0.646、0.843、0.661、1.226;豐水期，1號、2號、3號、4號、5號、6號、7號采樣點的P*分別

為0.805、0.728、0.573、0.431、0.781、0.707、0.629。根據不同水質類別臨界值的劃分關系可以得出，枯水期，除1號采樣點位Ⅱ類水質標準外，其余采樣點皆為Ⅰ類水質標準;平水期，所有采樣點皆為Ⅰ類水質標準;豐水期，所有采樣點皆為Ⅰ類水質標準。

根據圖8可以得到，枯水期，西藏拉魯濕地除東北部表現為Ⅱ類水質外，其余地區皆為Ⅰ類水質，可見在枯水期拉魯濕地水質綜合狀況區域分布特點為由東北部向西部逐漸變好;在平水期和豐水期，西藏拉魯濕地整體水質表現為Ⅰ類水質。由此可見，西藏拉魯濕地在平水期和豐水期的水質情況比枯水期更為良好，這進一步表明濕地水體質量的改變趨向與水位緊密相連。王瑋[27]通過開展水生植物對污水中的污染物去除凈化能力進行研究，發現水生植物對N、P的吸收率皆達到70%以上，表明水生植物能有效去除凈化污水中的N、P和有機物等污染物;薩茹拉[28]通過對媯水河水生植物群落修復其受損生境研究，結果表明水生植物對濕地水體質量與生態環境具有明顯的凈化效果。因此，拉魯濕地在豐水期水生植物處于大量繁殖階段，通過水生植物除去污染物的作用得到加強，使得豐水期污染物濃度低于枯水期，同時豐水期濕地整體水位上升，水體本身稀釋功能得到增強[29]，故而進一步使污染物濃度降低，使其水體質量好于枯水期。

2.3 拉魯濕地不同時期水體監測指標間相關性分析

利用Pearson相關系數[30]分析各個監測指標之間是否具有同源性是學術研究中經常用到的相關性分析方法，不同監測指標之間相關系數越高則表明其具有相近的污染源或者移動特點。從西藏拉魯濕地不同時期各個因子之間的相關系數（表3）可以看出，枯水期，TN與NH3-N存在極顯著正相關（P<0.01），其余監測指標之間均無明顯的相關性，可以推斷出在枯水期TN和NH3-N這2個指標間可能具有相同污染源;平水期，TP與NH3-N存在顯著正相關（P<0.05），TN與NH3-N存在極顯著正相關（P<0.01），其余監測指標之間均無明顯的相關性，可以推斷出在平水期TP、TN和NH3-N這3個指標之間可能具有相似的污染源或存在相互轉移變化的作用;豐水期，TN與NH3-N存在極顯著正相關（P<0.01），其余監測指標之間均無明顯的相關性，可以推斷出在豐水期TN和NH3-N也許有著相同的污染源或存在相互移動變化的作用。同時從表3可以得到，NH3-N與TN從枯水期到豐水期均存在極顯著正相關，表明濕地水體中TN主要以NH3-N的形態存在，該結果與文澤偉[31]的研究結果一致。并且從表3也可以得出，西藏拉魯濕地不同時期各個因子之間的相關性主要隨著濕地的整體水位和季節性水量的變化而變化，這與馬廣文等[29]的研究結果基本相似。

2.4 拉魯濕地水質綜合狀況變化與污染源分析

從枯水期到豐水期，西藏拉魯濕地水體中DO、NH3-N、TP、COD和TN質量濃度分別降低了61.05%、54.55%、50.00%、2.41%和50.00%（表1），并且其水質綜合狀況由枯水期到豐水期逐漸變好。西藏拉魯濕地東北部（1號采樣點）在枯水期表現為Ⅱ類水質，而在平水期和豐水期則表現為Ⅰ類水質，其原因可能與東北部緊鄰城鄉居民生活區易產生生活污水，并且由于枯水期拉魯濕地水位處于較低水平，導致其污染物濃度增加，而在平水期和豐水期水位相比于枯水期處于較高水平，通過水體DO的增加和水量稀釋作用的增強進而提高水質綜合狀況。這與吳青梅等[32]的研究結果一致。因此，拉魯濕地北入水口水體質量治理和附近的污染防治是下一步西藏拉魯濕地水體質量治理和管控的重點。同時隨著拉薩市高原開放型城鎮化發展不斷推進，由于拉魯濕地地處拉薩市城區，人口的增加、農業和生活污水的排放，以及高原旅游業加速推進帶來的人類活動越來越頻繁等原因，也給拉魯濕地水環境質量帶來更大挑戰。

3 結論

（1）西藏拉魯濕地從枯水期到豐水期不同監測指標間變化較大，主要表現為pH平均值由8.27降低至8.24，DO平均值由6.11 mg/L降低至2.38 mg/L，NH3-N平均值由0.22 mg/L降低至0.10 mg/L，TP平均值由0.02 mg/L降低至0.01 mg/L，COD平均值由4.97 mg/L降低至4.85 mg/L，TN平均值由0.26 mg/L降低至0.13 mg/L?？傮w而言，西藏拉魯濕地不同水體環境指標濃度均表現為降低趨勢，其NH3-N、TP、COD和TN的平均值處于隨時間推移呈現降低的趨勢，而水體pH和DO的平均值表現為隨時間變化先升高再降低的趨勢。

（2）枯水期，西藏拉魯濕地除東北部表現為Ⅱ類水質外，其余地區皆為Ⅰ類水質，其水質綜合狀況區域分布特點為由東北部向西部逐漸變好。平水期和豐水期，西藏拉魯濕地整體水質表現為Ⅰ類水質。由此可見，西藏拉魯濕地在平水期和豐水期的水質情況比枯水期表現更為良好。

（3）枯水期，西藏拉魯濕地TN與NH3-N存在極顯著正相關（P<0.01）。平水期，TP與NH3-N存在顯著正相關（P<0.05），TN與NH3-N存在極顯著正相關（P<0.01）。豐水期，TN與NH3-N存在極顯著正相關（P<0.01）。濕地水體中TN主要以NH3-N的形態存在。綜合來看，西藏拉魯濕地不同時期各個因子之間的相關性主要隨著濕地的整體水位和季節性水量的變化而變化。

（4）從枯水期到豐水期，西藏拉魯濕地水體中DO、NH3-N、TP、COD和TN質量濃度分別降低了61.05%、54.55%、50.00%、2.41%和50.00%，并且其水質綜合狀況由枯水期到豐水期逐漸變好。但是拉魯濕地東北部北入水口水體質量治理和附近的污染防治是下一步西藏拉魯濕地水體質量治理和管控的重點。

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