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        基于水質(zhì)現(xiàn)場監(jiān)測參數(shù)的于橋水庫水體分層特征初步研究

        2015-12-17 07:34:19周緒申計(jì)亞麗孔凡青王乙震郭麗峰高越鵬
        海河水利 2015年2期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)

        周緒申,計(jì)亞麗,孔凡青,王乙震,張 俊,郭麗峰,高越鵬

        (1.海河流域水環(huán)境監(jiān)測中心,天津300170;2.天津市碧波環(huán)境資源開發(fā)有限公司,天津300170)

        基于水質(zhì)現(xiàn)場監(jiān)測參數(shù)的于橋水庫水體分層特征初步研究

        周緒申1,計(jì)亞麗1,孔凡青1,王乙震1,張 俊1,郭麗峰1,高越鵬2

        (1.海河流域水環(huán)境監(jiān)測中心,天津300170;2.天津市碧波環(huán)境資源開發(fā)有限公司,天津300170)

        于橋水庫是跨流域供水的水庫,研究各項(xiàng)水體現(xiàn)場監(jiān)測參數(shù)隨水深變化規(guī)律,結(jié)果表明:于橋水庫表層(0~4 m)是水體交換活動(dòng)頻繁的區(qū)域,水下(4~10 m)為于橋水庫的溫躍層,水下(>10 m)為下層水體。在溫躍層,水溫、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧等指標(biāo)發(fā)生了劇烈的變化,氧化還原電位受水體深度影響較明顯,葉綠素a受水體深度影響也較明顯。

        于橋水庫;水體分層;水質(zhì);現(xiàn)場監(jiān)測

        1 引言

        陽光是地球最大的能量來源,吸收陽光的多寡決定了地球溫度梯度的高低差異,超過一半的太陽能是通過湖泊上層水域吸收的,溫度剖面隨著水深增加而呈指數(shù)下降,風(fēng)力的擾動(dòng)、水體對(duì)流、密度流會(huì)使湖泊吸收的太陽能在整個(gè)水體中混合均勻,而上下層的溫差會(huì)有效阻止水體混合[1]。對(duì)于有一定水深的湖泊,水溫對(duì)水域的可溶性氣體溶解度、鹽類溶解度和穩(wěn)定性、pH值的變化都有影響,還直接制約著水域中浮游生物、細(xì)菌等生長活動(dòng),與魚類的生長發(fā)育、繁殖、越冬等密切相關(guān),水溫的變化規(guī)律也是估算水域生長潛力的重要依據(jù)[2]。湖泊和水庫的水溫分層現(xiàn)象亦會(huì)影響水中營養(yǎng)物質(zhì)的分布規(guī)律、浮游生物生長變化及魚類的分布。水體分層決定了湖泊內(nèi)水化學(xué)(如氧化—還原)變化、物質(zhì)地球化學(xué)循環(huán)、水生生物作用的時(shí)空分布等重要湖沼學(xué)過程,中等深度(>10 m)的溫帶湖泊形成顯著的水體熱分層[3]。水深的變化是影響沉水植物生長和繁殖最重要的生態(tài)因子之一[4]。因此,對(duì)于有一定水深的湖泊,水體的分層可能對(duì)湖泊內(nèi)幾乎所有水環(huán)境演化過程起著控制或影響作用。

        于橋水庫是天津市的重要飲用水源地,也是引灤入津工程重要的調(diào)節(jié)水庫和中轉(zhuǎn)站。筆者通過于橋水庫水體分層特征初步研究,為水庫水體物理分層提供基礎(chǔ)參考資料,也為于橋水庫水生生物生長規(guī)律變化、水質(zhì)采樣及評(píng)價(jià)、底質(zhì)營養(yǎng)鹽的沉積及釋放提供相應(yīng)的基本參考數(shù)據(jù)。

        2 研究區(qū)概況

        于橋水庫位于燕山山脈南麓、天津市薊縣城東,是國家重點(diǎn)大型水庫之一,始建于1959年,于1960年7月完成第一期工程,是以防洪、城市供水為主,兼顧灌溉、發(fā)電等綜合利用的大型水利工程。水庫總庫容15.59億m3,正常蓄水位21.16 m(大沽高程,下同),汛限水位19.87 m,死水位15 m。該水利樞紐控制流域面積2 060 km2,占整個(gè)州河流域面積的96%,州河由沙河、淋河、黎河3大支流匯合而成,各支流上游溝澗甚多,支流分散成輻射狀匯集于州河盆地,水庫庫區(qū)即位于該盆地,最大回水東西長約30 km,南北寬8 km,最大淹沒面積250 km2(正常蓄水位時(shí)淹沒面積86.8 km2)。州河流域境內(nèi)雨量充沛,多年平均年降雨量750 mm,多年平均徑流量5.06億m3。

        于橋水庫既是天津重要飲用水源地,也是引灤入津工程重要的中轉(zhuǎn)站,承擔(dān)著潘家口—大黑汀水庫的輸水任務(wù),是引灤入津工程的控制性調(diào)蓄樞紐,對(duì)天津市供水有著至關(guān)重要的作用。近年來,由于工業(yè)廢水、生活污水引起的于橋水庫富營養(yǎng)化問題日益嚴(yán)重,促使菹草泛濫,成為于橋水庫水生態(tài)演變及季節(jié)變化的主導(dǎo)因素。每年春夏之際為菹草生長繁殖期,5—6月菹草開始衰敗和死亡,7—8月為于橋水庫藻類高發(fā)期,經(jīng)常出現(xiàn)“水華”現(xiàn)象,其優(yōu)勢(shì)類群為藍(lán)藻,主要優(yōu)勢(shì)種為銅綠微囊藻[5]。

        3 研究方法

        采樣時(shí)間為2014年7月22日11時(shí),樣點(diǎn)選址為于橋水庫下游放水洞以上500 m附近,分別對(duì)水面至底層進(jìn)行現(xiàn)場測定及采樣,現(xiàn)場參數(shù)測定垂直分布為每隔0.5 m布設(shè)1個(gè)樣點(diǎn),共25個(gè)樣點(diǎn)。

        水溫(T)、pH值、溶解氧(DO)、電導(dǎo)率(Cond)、葉綠素a(Chla)、氧化還原電位(ORP)等借助YSI 6610多參數(shù)水質(zhì)分析儀進(jìn)行現(xiàn)場測定。采用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表分析。

        4 研究結(jié)果

        4.1 水溫

        由于風(fēng)的作用,上層水不斷進(jìn)行混合,致使水溫在表層(0~4 m)的變化不大,隨著水深的增加,氣溫的瞬時(shí)變化對(duì)水體溫度的影響逐漸減小甚至消失;同時(shí),由于受水體中顆粒物及水草等的影響,隨著水深的增加,水體獲得的太陽輻射逐漸減少,水溫逐漸下降,在水下深度4~10 m的范圍內(nèi),水的溫度變化超過了10℃。但是,隨著水深的再增加,水溫變化逐漸減小并趨于平穩(wěn),如圖1所示。由此可見,于橋水庫的溫躍層在水深為4~10 m的水層。

        圖1 不同深度水溫變化

        溫躍層是指由于風(fēng)的作用,上層水發(fā)生混合和溫度變化,下層水始終保持穩(wěn)定的狀態(tài),上下層之間便會(huì)產(chǎn)生溫度急變的躍層[6]。溫躍層對(duì)水庫的生態(tài)系統(tǒng)和水環(huán)境等有著非常重要的影響。于橋水庫由于有溫躍層的存在,上下層水體中的電導(dǎo)率、pH值、葉綠素a、溶解氧、細(xì)胞密度等水質(zhì)指標(biāo)都有較大的差別。

        4.2 電導(dǎo)率

        電導(dǎo)率是水質(zhì)分析中的一項(xiàng)重要指標(biāo),水體中電導(dǎo)率的大小主要取決于溶解在水體中的離子種類、濃度和水溫等因素。一定程度上,電導(dǎo)率的變化能反映出水體中氮、磷等營養(yǎng)鹽水平的變化,從而間接地反映出水體富營養(yǎng)化的發(fā)生程度[7]。

        于橋水庫的電導(dǎo)率變化如圖2所示,電導(dǎo)率在表層(0~4 m)變化不大,在溫躍層逐漸增大,在下層變化趨于平穩(wěn)。原因在于夏季于橋水庫的浮游植物、藻類等生長旺盛,消耗了表層(0~4 m)水體中大量的氨氮、硝酸鹽、磷酸鹽、碳酸根離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子等導(dǎo)電的營養(yǎng)鹽離子而又不能及時(shí)得到補(bǔ)充。

        圖2 不同深度電導(dǎo)率變化

        4.3 pH值

        夏季于橋水庫表層(0~4 m)的藻類和水生植物開始大量快速生長,它們的快速生長消耗了水體中大量的氨氮、硝酸鹽、磷酸鹽、碳酸根離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子等營養(yǎng)鹽離子,吸收了大量的CO2,使水體加速水解反應(yīng),部分金屬離子沉淀,因此使于橋水庫表層(0~4 m)的pH值明顯偏高。于橋水庫的pH值變化,如圖3所示。

        圖3 不同深度pH值變化

        4.4 氧化還原電位

        氧化還原電位是水質(zhì)中的一個(gè)重要指標(biāo),它不能獨(dú)立反映水質(zhì)的好壞,但卻能綜合水溫、溶解氧、pH值等水質(zhì)指標(biāo)來反映水生態(tài)環(huán)境。氧化還原電位越高,氧化性越強(qiáng);電位越低,還原性越強(qiáng)。氧化還原電位為正表示水體顯示一定的氧化性,電位為負(fù)說明水體顯示出還原性。

        于橋水庫的氧化還原電位變化如圖4所示,在水庫表層(0~4 m)和溫躍層(4~10 m)總體變化不大,顯示為還原性。

        圖4 不同深度氧化還原電位變化

        4.5 葉綠素a

        于橋水庫的葉綠素a變化如圖5所示,葉綠素a在1~2 m處達(dá)到最高值后,隨著深度的增加逐漸下降,但有些波動(dòng)變化。通過葉綠素a數(shù)值可以看出,在淺層湖庫,不同深度都有藻類的分布,密度在表層較高[5,8]。周真明等[9]研究表明,于橋水庫中銅綠微囊藻大部分集中懸浮在2~3倍透明度水深區(qū)。

        圖5 不同深度葉綠素a變化

        4.6 溶解氧

        水中溶解氧的含量是評(píng)價(jià)水體水質(zhì)和水體自凈能力的重要指標(biāo),對(duì)水生生物的生存、水體的自凈功能等具有重要的作用[10]。水中溶解氧含量與諸多因素有關(guān),氣象參數(shù)、水溫、水深及水中溶質(zhì)(如其他氣體、有機(jī)物或無機(jī)物)的變化都會(huì)引起其較大改變。在自然情況下,空氣中的含氧量變動(dòng)不大,故水溫是主要影響因素,水溫越低,水中的溶解氧含量越高。同時(shí),水中溶解氧與水深的關(guān)系也密不可分,隨著水深的增加,水體獲得的太陽輻射逐漸減少,溶解氧的含量也逐漸降低。

        于橋水庫的溶解氧變化如圖6所示,溶解氧在表層(0~4 m)總體變化不大,但在水下(4~6 m)急劇下降,在水下(6~10 m)隨著深度的增加緩慢下降并逐漸趨于零。

        圖6 不同深度溶解氧變化

        5 結(jié)論與建議

        (1)于橋水庫表層(0~4 m)是水體交換活動(dòng)頻繁的區(qū)域,水下(4~10 m)為于橋水庫的溫躍層,水下(>10 m)為下層水體。

        (2)在溫躍層,水溫、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧等指標(biāo)發(fā)生了劇烈的變化,氧化還原電位受水體深度影響較明顯,葉綠素a受水體深度影響也較明顯。光照、水溫對(duì)藻類上浮下沉、在不同水層中分布的影響較明顯,各參數(shù)隨水深變化狀況見表1。

        表1 各指標(biāo)隨水深的變化情況

        (3)于橋水庫表、底層水體水質(zhì)差異明顯,建議在水質(zhì)監(jiān)測過程中要采集不同水層的樣品,并要著重關(guān)注溫躍層對(duì)水庫水環(huán)境的影響,以便能夠綜合考慮各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)對(duì)于橋水庫的城市供水、農(nóng)業(yè)管理、漁業(yè)管理的影響,盡可能把可能的危害降至最小,充分發(fā)揮于橋水庫的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。

        (4)研究結(jié)果僅依據(jù)一次現(xiàn)場監(jiān)測分析,而未考慮水體分層的季節(jié)變化、日變化、氣候及天氣、水庫不同區(qū)域等條件,也未對(duì)實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果、水生生物垂直分布等進(jìn)行水體分層分析,建議在下一步的研究中對(duì)上述因素和結(jié)果進(jìn)行探討和分析。

        [1]古濱河,劉正文,李寬意,等譯.湖沼學(xué):內(nèi)陸水生態(tài)系統(tǒng)[M].北京:高等教育出版社,2011.

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        [4]袁龍義,李守淳,李偉,等.水深對(duì)刺苦草生長和繁殖策略的影響研究[J].江西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,3l(2):156-160.

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        TV697.2+1;X832

        A

        1004-7328(2015)02-0019-04

        10.3969/j.issn.1004-7328.2015.02.009

        2015-01-16

        國家國際科技合作專項(xiàng)資助(2013DFA71340),國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2012ZX07203-002),水利部“948”項(xiàng)目(201412),水利部科技推廣項(xiàng)目(TG1408)

        周緒申(1982-),男,碩士,工程師,主要從事水質(zhì)分析工作。

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