4　讨论

4.1　长湖水质年内变化特征分析

丰水期（5—9月）污染物质量浓度除受到污染源排放量影响外，更大程度上受到降水和径流量稀释作用的影响。丰水期长湖流域降水量占全年的60.8%，多年平均入湖径流量为4.82亿m3，丰水期的水量是枯水期的7倍，降水和地表径流大幅度增加，水体流动加快，十分有利于污染物的稀释扩散，水环境容量增大。同时，由于丰水期水中丰富的水生植物对有机营养盐的吸收消耗，地表水中污染物含量降低。随着水量的增加，COD质量浓度稳定下降。长湖流域雨热同季，丰水期又是农田耕作和大量使用农药、化肥的时期，频率高、雨量大的降水将土壤中未被农作物吸收的“过剩”氮磷营养元素冲刷进入河流、沟渠。7月入湖地区的TP以及位于入湖地区的桥河口、关沮口的NH3-N、TN含量与5月相比有所增加，表明丰水期流域农村面源污染对长湖水质的影响较大[11]。因此，丰水期农业非点源污染负荷量随降水量的增加而增大，丰水期早中期污染物浓度虽下降但不是最低值，至9月COD、TN、NH3-N质量浓度下降至最低值。

枯水期（12月至次年3月上旬）的降水量占年降水量的11.8%，径流量占年总径流量的7.8%，由于降水量小、上游来水减少，河流、湖泊水位下降，流速减慢，不利于污染物的稀释扩散，水环境容量较丰水期和平水期大大减小；同时冬季的低温不利于微生物和水生生物的繁殖生长活动，致使水体的稀释净化能力大幅度下降[12]。此时污染物的分布受农业非点源的影响微弱，湖泊周边荆州区等城镇工业废水和生活污水排放成为主要污染来源，导致枯水期长湖水质普遍下降，COD、TN、NH3-N质量浓度出现峰值，水质最差。高浓度的NH3-N是人畜排泄物和生活污水的特征，3月初NH3-N质量浓度最高，表明春季长湖流域城镇生活污水对湖泊水质影响较大。

4.2　入湖污染负荷空间分布特征

长湖各湖区主要污染物负荷贡献比例空间分布见图5。

由图5可见，长湖西北部地区分布着荆州区中心城区以及荆州区的6个乡镇，这些城镇排放的生活污水量、工业废水量占全流域的93.7%（该数据来源于湖北省水利厅重大项目“湖北省长湖综合治理与保护利用规划”），主要通过龙会桥河、拾桥河、太湖港排入长湖。

图5显示，长湖西北部水域的庙湖、海子湖、拾桥河入湖口的入湖污染负荷共占全湖总负荷的83.8%～87.6%，其中海子湖的负荷贡献最高，占长湖总负荷的53.7%～64.6%，而后港水域、毛李水域的贡献较小。因此，长湖污染物主要来源于西北部地区入湖河流。

东南部地区为出湖地区，经过长湖的沉淀、转化与降解等作用，污染物浓度降低，习家口为全湖水质最好的地区，其次为湖心。因此，在空间分布上，2014年长湖污染物质量浓度总体呈现出西北入湖地区偏高，湖心及东南部出湖地区偏低的趋势[3]。

4.3　长湖流域水污染影响因子分析

4.3.1　工业、生活排污量

近年来，加强了长湖流域工业污染防治，超标排污的企业实施停产治理，2010—2013年兴建、扩建了4座城镇污水处理厂，与2009年相比入湖COD、TN、TP、NH3-N削减量分别达4362.71t/a、509.38t/a、85.71t/a、376.69t/a（该数据来源于湖北省水利厅重大项目“湖北省长湖综合治理与保护利用规划”），至2014年COD、TN、TP浓度降至最低，水质有所好转。利用实测的2009—2014年水质监测数据，采用SPSS软件分析长湖年平均水质与工业、生活污水排放量的相关关系，结果见表2。

由表2可知，工业、生活污水排放量与COD呈极显著的正相关性（P＜0.01），相关系数为0.829，与TN、TP、NH3-N呈现显著的正相关性（P＜0.05），相关系数为0.625～0.784，表明工业、生活污水排放减少对长湖水质改善的贡献十分明显。但相关研究成果表明，2014年点源COD、NH3-N负荷贡献仍然高达62.7%、55.2%（该数据来源于湖北省水利厅重大项目“湖北省长湖综合治理与保护利用规划”），高于非点源，因此，点源仍然是影响流域（特别是长湖湖汊）水质变化的主要因素之一。

4.3.2　降水条件与天然径流量

4.3.2.1 降水

根据长湖各监测点2009—2014年的水质监测资料，计算各月的综合污染指数，并采用SPSS软件分析各监测点月综合污染指数与降水量的相关关系，结果见表3。

由表3可知，降水量与湖心、习家口的综合污染指数呈显著的负相关（P＜0.05），与戴家洼、桥河口、关沮口的综合污染指数呈负相关，表明降水量小的月份其综合污染指数较大，降水量大的月份综合污染指数较小[13]，降水的稀释作用是引起长湖水质随季节变化的主要原因之一。

4.3.2.2 天然径流量

2009—2014年水质监测数据，分析长湖月平均水质与入湖径流量之间的相关系数及其显著性，结果见表4。

由表4可见，入湖径流量与TN之间呈显著的负相关（P＜0.05），与COD、NH3-N之间呈中度的负相关，与TP之间呈负相关。无论相关性明显与否，各因子与入湖径流量都存在负相关性，说明天然径流量的增加，可以有效促进水质的改善，以月均径流量为代表的水文因素是影响长湖水质变化的主要因素之一。由于径流量与降水量呈显著正相关关系，因此，年均降水量越大，天然径流量也越大，其地表水水质越好。

4.3.3　土地利用类型

土地利用变化主要通过非点源污染途径影响水质，是水体氮磷污染的另一重要驱动力。通过对长湖流域TM遥感影像进行解译，并借助Arc Map地理信息系统软件制作的2014年土地利用现状见表5。

由表5可见，长湖流域耕地面积最大，占总面积的36.0%，其次是林地，占26.1%。流域泥沙负荷采用土壤侵蚀模数估算。流域非点源污染负荷采用输出系数模型估算，各污染物的输出系数以国内外研究的经验值和取值范围为基础[14-17]，经综合分析确定长湖流域不同土地利用类型TN的输出系数。流域内耕地的年均泥沙负荷最高，占流域总泥沙负荷的76.5%，单位面积耕地的年均泥沙负荷为2750t/（km2·a），是林地的6.5倍。耕地的年均TN负荷最高，占流域TN总负荷的73.9%，单位面积TN年均负荷达到19.0kg/（hm2·a），大大超过林地和草地。史志华等[14]对汉江中下游农业面源氮磷负荷的研究结果表明，水田的溶解态TN质量浓度为3.5～6.5mg/L，旱地为2.8～3.8mg/L，林地仅为1.0～1.5mg/L。单位面积耕地所产生的泥沙和污染物负荷远大于其他土地利用类型，这与耕地化肥施用量较多、土质松软、坡耕地分布范围较广等有密切关系。因此，耕地是长湖流域内非点源污染控制的重点[7]。