流域污染物外部输入是造成湖泊水质恶化及生态系统受到破坏的重要原因.太湖地处长江三角洲平原水网区，周边河网密布，出入湖河道(溇港)228条，其中口门敞开的河道有62条，主要分布于太湖西部地区.环湖河道污染物的大量输入增加了太湖污染负荷^[1-3]，造成太湖西部湖区水质不能持续达标，轻度富营养化的态势难以转变.在各项环保措施综合作用下，2007—2014年环太湖主要河道氮、磷等污染物浓度呈降低趋势^[4-5]，但与太湖的控氮控磷目标相比，入湖河道相对较高的污染物浓度持续对太湖水质改善和富营养化治理形成了很大的压力.围绕太湖环湖河道水质变化特征目前已有大量研究成果，基本揭示了不同水文条件下环湖河道水质的时空分布^[6-7]，尤其是氮^[8-9]、磷^[10]营养盐的变化特征.对于湖泊水质管理而言，入湖污染物总量是需要重点考虑的因素，弄清污染物输入量的时空变化，对于进一步由太湖水质目标推算各河道或控制单元的减排目标至关重要.入湖污染总量除了与环湖河道水质密切相关，还受入湖流量控制.当前研究一般基于流量与污染物浓度计算出月通量或年通量，关注重点是总量的变化，如滇池^[11]、巢湖^[12]和太湖^{[2-3, 5]}等重要湖泊的入湖污染物通量研究.对于地处平原河网区的太湖流域，河道水流方向多变，出入湖通量的估算依赖于高频次的水文水质同步观测.本文基于太湖西岸主要环湖河道水文水质的同步观测，从输移速率的角度分析污染物出入湖速率的空间分布及不同水情下的变化，探讨影响污染物输移速率的关键因素，及其与太湖近岸、离岸湖体水质的关系，以期为太湖水质目标管理及流域水环境综合整治提供重要参数与理论参考.

选取太湖西部21条流量相对较大的河道为研究对象，其中雅浦港往南至乌溪港之间的12条河道以及太浦河位于江苏境内，合溪新港往东至汤溇港之间的8条河道位于浙江境内.望虞河受“引江济太”调度影响较大且距离西部湖区相对较远，本文未将其纳入研究范围.为了探讨湖体污染物浓度对入湖河道的响应，本文在近岸和离岸水体分别布点进行了水质的同步观测.河道与湖体采样点空间分布见图 1.

图 1(Fig.1)

图 1 环太湖河道水文水质同步监测断面及湖体采样点(Yp雅浦港，Bd百渎港，Yc殷村港，St沙塘港，Sd社渎港，Gd官渎港，Hx洪巷港，Cd城东港，Dp大浦港，Zd朱渎港，Hd黄渎港，Wx乌溪港，HX合溪新港，Cx长兴港，Yj杨家浦港，CD长兜港，Dq大钱港，Hl幻溇港，Pl濮溇港，Tl汤溇港，Tp太浦河) Fig.1 Monitoring sections of the 21 rivers and water quality sampling sites of Lake Taihu

2014年1月14—15日、2月25—26日、3月26—27日、4月26—27日、5月25—26日、6月20—21日、7月23—24日、8月26—27日、9月26—27日、10月25—26日、11月26—27日和12月26—27日分别对21条河道进行了逐月流量观测和水样采集，对湖体进行了同步水样采集.流量采用SonTek River Surveyor M9走航式流速仪进行观测，获取观测河道的断面形态、流量、平均流速信息.在每个观测断面进行4次观测，取其流量平均值.进行流量观测的同时，利用采水器在河道中间位置进行水样采集，采样深度为水面以下20 cm，采集水样1 L.在湖体L1和L2采样点利用采水器采集水下50 cm处水样1 L.上述水样当天带回至中国科学院太湖湖泊生态系统研究站，参照《湖泊富营养化调查规范》^[13]进行总氮(TN)、溶解性总氮(DTN)、总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)和高锰酸盐指数(COD_Mn)等水化指标的分析.其中，氮、磷浓度测定采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法，COD_Mn测定采用酸性高锰酸钾法.

根据太湖西部河道出入湖流量空间分布，将雅浦港往南至乌溪港之间的12条河道归类为入湖河道，合溪新港往南至太浦河的9条河道归类为出湖河道.

污染物输移速率V_TN、V_DTN、V_TP、V_DTP、V_CODMn代表每秒种TN、DTN、TP、DTP和COD_Mn的输入输出质量(g/s).河道i的TN输移速率V_TNi=C_TNi·Q_i，其中C_TNi为TN浓度(mg/L)；Q_i为流速仪观测的流量(m³/s).将21条河道的同期V_TN累加，即得到当前月份TN总输移速率V_TNT，对12个月的V_TNT求平均，即得到年均输移速率(g/s).用相同办法计算DTN、TP、DTP和COD_Mn各条河道输移速率、总输移速率及年均输移速率.

利用Pearson相关性统计分析，探讨各河道污染物浓度、输移速率与流量的相关性，入湖河道污染物输入速率与湖体污染物浓度的相关性.利用One-way ANOVA进行95 %置信度水平下的单因素方差分析，探讨各河道在污染物浓度、输移速率方面的差异性. P＜0.05代表具有显著性.

太湖西部环湖河道流量具有较大的空间差异，西北部河道总体为入湖河道，年均最大入湖流量出现在城东港(84.1 m³/s)，其次是百渎港(32.8 m³/s).西南部河道以出湖为主，年均最大出湖流量出现在太浦河(73.1 m³/s)，其次是长兜港(24.7 m³/s).

环湖河道年均TN浓度介于1.80~4.06 mg/L之间(图 2)，空间上由北往南TN浓度逐渐降低.入湖河道和出湖河道TN平均浓度分别为3.68和2.45 mg/L.入湖河道TN浓度均值的年内变化与出湖河道具有显著性差异(P=0.02). DTN浓度介于1.30~3.85 mg/L之间，变化趋势与TN一致(r=0.909, P＜0.01). DTN在TN中的比例由北往南呈现出下降趋势，入湖河道DTN/TN比为91.1 %，出湖河道降至77.5 %，表明湖体中DTN在TN中的占比小于入湖河道. TP浓度介于0.082~0.209 mg/L之间，平均浓度为0.136 mg/L.入湖河道和出湖河道TP平均浓度分别为0.149和0.118 mg/L，年内并不具显著性差异. COD_Mn浓度介于2.94~4.82 mg/L之间，平均浓度为4.04 mg/L，达到地表Ⅲ类水标准. TP和COD_Mn由南往北的空间差异相对较小，主要原因在于入湖河道的浓度与西太湖浓度较为接近，与TN浓度相比入湖污染负荷相对较小，可见控氮依然是河道外源治理的重点.

图 2(Fig.2)

图 2 太湖西部环湖河道污染物浓度变化趋势 Fig.2 Change trend of pollutant concentrations of the 21 rivers around western Lake Taihu

按照汛前(1—4月)、汛期(5—9月)和汛后(10—12月)分时段对各河道水质进行了统计.汛前各河道TN浓度均高于汛期和汛后(图 3)，其中入湖河道平均TN浓度汛前为4.65 mg/L，汛期平均浓度降低31.5 %，为3.18 mg/L，汛后浓度略有上升，为3.21 mg/L，与汛前浓度相比降低31.0 %. TP浓度汛前、汛期和汛后入湖浓度均值分别为0.13、0.19和0.11 mg/L，汛期浓度升高46.2 %，汛后浓度大幅下降.空间上，汛期各入湖河道TP浓度均高于汛前和汛后，出湖河道无明显规律. COD_Mn汛前、汛期、汛后入湖浓度均值分别为4.21、4.47和3.60 mg/L，汛期浓度略有上升，汛后浓度最低，空间上，入湖河道汛期浓度高.环湖河道TN、TP、COD_Mn浓度在汛前和汛期和汛后都具有显著性差异(P＜0.01).总体而言，汛期地表径流的汇入一定程度上稀释了入湖河道TN浓度，但TP和COD_Mn浓度分别上升46.2 %和6.2 %，汛后TN浓度回升，TP和COD_Mn浓度降低.环湖河道尤其是入湖河道污染物浓度的时空多变性加上流量的变化，增加了入湖污染物输移的复杂性.

图 3(Fig.3)

图 3 不同水情下太湖西部环湖河道TN浓度 Fig.3 TN concentrations of the 21 rivers around western Lake Taihu in different hydrological conditions

统计了各河道V_TN、V_DTN、V_TP、V_DTP和V_CODMn月变化(图 4)，发现TN最大输入速率可达646.5 g/s，以城东港为主要输入河道，其平均输入速率为300.4 g/s；最大输出速率为588.5 g/s，以太浦河和长兜港输出为主，平均输出速率分别为98.3和93.3 g/s；环湖河道TN总输入速率为963.6 g/s，净输入速率为707.9 g/s.各河道DTN输移速率与TN浓度均呈显著相关(P＜0.05)，二者在各河道的分配及时间上的变化具有高度一致性.需要注意的是，出湖DTN比例下降造成DTN净输入速率为727.0 g/s，略高于TN净输入速率. TP最大输入速率为43.9 g/s，同样以城东港为主要输入河道，环湖河道TP总输入速率为43.9 g/s，净输入速率为28.8 g/s. DTP和TP输移速率的时空变化同样具有高度一致性(r=0.883, P＜0.05)，DTP总输入速率为23.1 g/s，净输入速率为18.2 g/s. COD_Mn以城东港为主要输入河道，其平均输入速率为392.6 g/s；以太浦河输出为主，平均输移速率为179.8 g/s；环湖河道COD_Mn总输入速率为1093.9 g/s，净输入速率为700.9 g/s，与TN较为接近.

图 4(Fig.4)

图 4 太湖西部环湖河道污染物输移速率 Fig.4 Pollutant transport rates of the 21 rivers around western Lake Taihu

统计主要河道污染物输移速率可以看出城东港是污染物的主要输入河道，各类物质输入速率占太湖西部河道总输入速率的30 %以上，其次是百渎港、大浦港和沙塘港(表 1).上述4条河道对TN、DTN、TP、DTP和COD_Mn的输入速率分别为604.3、561.9、29.5、15.4和708.8 g/s，占西部河道总输入速率的62.7 %、63.6 %、67.1 %、66.6 %和64.8 %. TN、DTN、TP、DTP、COD_Mn主要通过太浦河、长兜港和大钱港输出太湖，3条河道上述指标的输出速率分别为221.2、135.9、12.8、4.2和316.6 g/s，占总输出速率的86.5 %、86.9 %、85.0 %、85.3 %和80.6 %.统计结果表明，城东港、百渎港、大浦港和沙塘港是入湖污染物尤其是氮总量控制的重点治理目标，其TN输入速率为604.3 g/s，估算每天氮的输入量达52.2 t，对太湖造成较高的外源污染负荷.

表 1(Tab.1)

表 1 主要河道的污染物输移速率(g/s)及其在总输入/输出速率的占比 Tab.1 Percentage of pollutants transport rate and its average value of the main rivers 污染物 输入 输出 城东港 百渎港 大浦港 沙塘港 太浦河 长兜港 大钱港 TN 输移速率 300.4 130.5 83.7 89.6 98.3 93.3 29.6 占比 31.20% 13.50% 8.70% 9.30% 38.40% 36.50% 11.60% DTN 输移速率 278.5 124.2 80.5 78.6 65.6 53.7 16.6 占比 31.50% 14.10% 8.90% 9.10% 41.90% 34.30% 10.60% TP 输移速率 16.9 6.1 3.6 2.9 4.4 5.9 2.6 占比 38.50% 13.80% 8.20% 6.60% 29.30% 38.80% 16.90% DTP 输移速率 7.9 3.8 2.2 1.4 1.7 1.8 0.6 占比 34.40% 16.30% 9.60% 6.30% 35.60% 36.70% 13.10% CODMn 输移速率 392.6 116.1 103.4 96.7 179.8 95.4 41.4 占比 35.90% 10.60% 9.40% 8.80% 45.80% 24.30% 10.50%

表 1 主要河道的污染物输移速率(g/s)及其在总输入/输出速率的占比 Tab.1 Percentage of pollutants transport rate and its average value of the main rivers

统计分析不同水情条件下5种污染物的输入、输出速率(表 2)，发现环湖河道TN汛前净输入速率较大，为748.9 g/s，汛期和汛后入湖速率出现不同程度下降，但净输入速率较为接近，分别为557.69和553.79 g/s. DTN汛前净输入速率为773.3 g/s，汛期和汛后逐步降低.在不同水情条件下DTN的净输入速率高于TN，表明太湖溶解性氮的输出能力较弱. TP和DTP净输入速率均在汛期明显增大，分别为35.5和24.0 g/s，汛前和汛后净输入速率较为接近. COD_Mn净输入速率同样在汛期较高，汛后最低.表明TP、DTP和COD_Mn的污染负荷受水情影响较大.

表 2(Tab.2)

表 2 不同水情下太湖环湖河道污染物输入、输出和净输入速率(g/s) Tab.2 The sum of pollutants transport rate of the rivers around Lake Taihu in different hydrological conditions 污染物 汛前 汛期 汛后 入湖 出湖 净输入 入湖 出湖 净输入 入湖 出湖 净输入 TN 1034.3 285.4 748.9 878.0 320.4 557.6 662.2 108.5 553.7 DTN 939.9 166.6 773.3 812.0 192.4 619.6 636.9 82.6 554.3 TP 34.0 16.6 17.4 55.7 20.2 35.5 24.5 4.7 19.8 DTP 16.3 5.3 11.0 29.6 5.6 24.0 15.7 3.4 12.3 CODMn 895.1 346.3 548.8 1242.6 482.7 759.9 763.5 305.8 457.7

表 2 不同水情下太湖环湖河道污染物输入、输出和净输入速率(g/s) Tab.2 The sum of pollutants transport rate of the rivers around Lake Taihu in different hydrological conditions

各河道污染物浓度和流量相关性统计结果呈现出一定的差异.除殷港和沙塘港TN浓度与流量呈正相关，其他所有入湖河道TN浓度均随流量增加有降低趋势，尽管相关性并不显著，但一定程度上表明陆域水文过程对氮起到一定的稀释作用.社渎港和城东港TP浓度与流量呈负相关，其他所有入湖河道TP浓度均随流量增加有升高趋势，其中雅浦港、殷村港、沙塘港TP浓度与流量呈显著正相关，表明降雨过程加剧了陆域磷的污染负荷.污染物的输移速率则主要受流量控制，V_TN、V_DTN、V_TP、V_DTP和V_CODMn均与流量呈显著相关(P＜0.01).除了城东港，其他各入湖河道的V_TN均与流量呈显著相关(P＜0.05)，输入速率主要受来水量的影响.城东港V_TN与TN浓度呈显著相关(r=0.667, P＜0.01)，除此之外沙塘港、殷村港、合溪新港V_TN除了与流量呈显著相关，同样与TN浓度呈显著相关(P＜0.01).表明控制城东港、沙塘港、殷村港和合溪新港的TN浓度对于降低入湖氮负荷具有关键影响. V_DTN与V_TN规律一致(r=0.971, P＜0.05).城东港V_TP与TP浓度呈显著相关(r=0.764, P＜0.05)，与流量无相关性，而其他入湖河道V_TP与TP浓度和流量均表现出显著相关性(P＜0.05).城东港TP浓度为入湖河道最高，控制其TP浓度是外源磷污染治理的关键.各入湖河道V_CODMn与流量均呈显著相关，此外殷村港、沙塘港、洪巷港、城东港、大浦港V_CODMn还与COD_Mn浓度呈显著相关(P＜0.05).

为了探讨河口附近湖体水质对污染物浓度和输移速率的响应，统计近岸湖体(L1点)TN、TP和COD_Mn浓度与社渎港、官渎港、洪巷港、城东港和大浦港的浓度，发现湖体与各河道水质均无显著相关性(图 5).但对5条河道的V_TN进行求和后与湖体浓度进行相关性分析，发现除了7月强降雨导致入湖速率异常升高外，其他月份变化趋势较为接近，在去除7月的影响后，二者显著相关(r=0.971, P＜0.01).表明湖体TN浓度虽然不直接与河道浓度显著相关，但非极端水情条件下湖体浓度与周边河道的综合输入速率呈显著相关.因此，降低湖西区近岸水体TN浓度的关键是控制城东港的TN浓度，这是由于城东港V_TN占入湖总V_TN的31.2 %，且其V_TN受河道TN浓度控制.入湖TP和COD_Mn污染负荷较低，统计结果表明V_TP和V_CODMn与湖体TP和COD_Mn浓度并无显著相关性.

图 5(Fig.5)

图 5 入湖河道污染物输移速率与湖体浓度同期对比 Fig.5 Correlations of pollutant input rate of the rivers around Lake Taihu and pollutant concentrations in the lake

统计竺山湾(L2点)TN、TP、COD_Mn浓度与雅浦港、百渎港、殷村港和沙塘港4条入湖河道的关系，探讨半封闭型湖湾浓度对河道的响应.结果显示湖体浓度与河道浓度无显著相关性(图 5)，与各河道V_TN、V_TP和V_CODMn以及4条河道输移速率之和同样不具显著相关性，表明污染物入湖速率变化并不直接引起湖湾浓度发生相应的改变.其原因在于L2点位于湖湾中间位置，与L1点相比距离河口较远，湖体的稀释作用和自净功能使得TN、TP和COD_Mn浓度对入湖速率的响应不再明显.现有研究结果表明太湖氮素年自净量约3.22×10⁴ t，占入湖氮素总量的46 % ^[14]，总磷自净量为1500 t^[15]，竺山湾总氮、总磷年自净能力分别为1979和119 t^[16].目前4条河道综合V_TN、V_TP和V_CODMn分别为330.0、13.6和313.0 g/s，估算年入湖TN、TP和COD_Mn总量分别为10402、431和9870 t.削减4条河道TP浓度以及沙塘港和殷村港TN、COD_Mn浓度是降低竺山湾入湖污染负荷的关键.此外，竺山湾需要加强湖滨带的生态重建及湖体水生植被生态修复，加强对入湖污染物的拦截和植物吸收能力，提升自净作用以应对当前较高的污染负荷.

太湖西部入湖和出湖河道TN浓度变化存在显著性差异，入湖DTN/TN比为91.1 %，出湖降至77.5 %.水情影响入湖水质，TN浓度汛期降低31.5 %，但TP和COD_Mn浓度分别上升46.2 %和6.2 %，汛后TN浓度回升，TP和COD_Mn浓度下降.

环湖河道TN、DTN、TP、DTP和COD_Mn净输入速率分别为707.9、727.0、28.8、18.2和700.9 g/s.污染物的主要输入河道依次是城东港、百渎港、大浦港和沙塘港，其TN、DTN、TP、DTP、COD_Mn输入速率分别占西部河道总输入速率的62.7 %、63.6 %、67.1 %、66.6 %和64.8 %.太浦河、长兜港和大钱港上述指标输出速率分别占总输出速率的86.5 %、86.9 %、85.0 %、85.3 %和80.6 %.

污染物入湖速率在不同水情下具有显著性差异，TN和DTN净输入速率汛前最大，汛期和汛后下降25 %以上，TP、DTP和COD_Mn净输入速率汛期增大，汛后分别降低44.2 %、48.8 %和39.8 %.城东港氮、磷输入速率受浓度控制，其他河道各指标输移速率受流量控制.近岸湖体TN浓度与入湖速率呈显著正相关，离岸湖体TN、TP和COD_Mn浓度对入湖速率的变化响应不明显.