劉紅濤，吳艷龍，招景添，袁士琪，吳孟李

（1．珠海市水資源中心，廣東珠海519000；2．珠海市水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心，廣東珠海519020）

竹銀水庫(kù)建庫(kù)前底泥氮磷釋放模擬研究及應(yīng)用Ⅰ

劉紅濤1，吳艷龍2，招景添1，袁士琪1，吳孟李2

（1．珠海市水資源中心，廣東珠海519000；2．珠海市水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心，廣東珠海519020）

以珠海竹銀水庫(kù)為研究對(duì)象，開(kāi)展水庫(kù)建設(shè)前庫(kù)底底泥氮磷調(diào)查，通過(guò)模擬底泥氮磷釋放實(shí)驗(yàn)分析蓄水前后入庫(kù)水源氮磷含量的影響。結(jié)果表明，底泥中較高的氮磷負(fù)荷和釋放存在水體富營(yíng)養(yǎng)化和藍(lán)藻水華的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)對(duì)庫(kù)底采取清淤措施，以降低水庫(kù)建成后運(yùn)行時(shí)底泥中氮磷污染物的二次污染，保障水庫(kù)飲用水源安全。

水庫(kù)；底泥；氮；磷

竹銀水庫(kù)位于廣東省珠海市斗門(mén)區(qū)六鄉(xiāng)鎮(zhèn)，西江流域內(nèi)珠江三角洲磨刀門(mén)水道右岸，2009年4月開(kāi)工建設(shè)，2011年4月19日竣工，總庫(kù)容達(dá)4 018萬(wàn)m3，是珠海境內(nèi)最大的中型水庫(kù)。水庫(kù)控制集水面積2.99 km2，因天然集水面積小，主要解決枯水期咸潮期間供水不足的矛盾，水庫(kù)蓄水主要是從位于西江磨刀門(mén)水道抽水經(jīng)輸水管道入庫(kù)。竹銀水庫(kù)庫(kù)底狀況較為復(fù)雜，建庫(kù)前既有農(nóng)田、水塘、果園苗圃和蜂場(chǎng)等農(nóng)業(yè)區(qū)域，還有奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)、養(yǎng)雞場(chǎng)等有機(jī)污染較嚴(yán)重的區(qū)域。水庫(kù)建成后水質(zhì)污染的主要來(lái)源是水質(zhì)污染及底泥釋放。竹銀水庫(kù)新建初期，如果清庫(kù)不徹底，在水庫(kù)蓄水后，底泥中較高含量的氮磷營(yíng)養(yǎng)進(jìn)入水體后，就會(huì)增加水庫(kù)蓄水后水質(zhì)退化和藍(lán)藻水華的風(fēng)險(xiǎn)。底泥是水庫(kù)中重要的營(yíng)養(yǎng)鹽二次污染源［1］，在厭氧的環(huán)境下，底泥通常會(huì)產(chǎn)生氮磷釋放現(xiàn)象，對(duì)中小型水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化關(guān)系密切［2］。本文對(duì)竹銀水庫(kù)建庫(kù)前底泥氮磷進(jìn)行模擬研究，以最大限度減少建庫(kù)后背景底泥釋放對(duì)水質(zhì)的影響。

1　材料與方法

1.1采樣點(diǎn)位與采樣時(shí)間

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查勘，底泥采樣點(diǎn)主要布設(shè)在存在污染隱患較重的農(nóng)田、養(yǎng)殖場(chǎng)、果場(chǎng)以及主庫(kù)區(qū)主壩、副壩等區(qū)域土壤等區(qū)域，分別為：主壩（S1）、1號(hào)隧洞口前1（S2）、1號(hào)隧洞口前（S3）、1號(hào)副壩前2（S4）、蒙牛養(yǎng)殖場(chǎng)1（S5）、蒙牛養(yǎng)殖場(chǎng)2（S6）、蒙牛養(yǎng)殖場(chǎng)3（S7）、二圣宮區(qū)前（S8）、二號(hào)副壩前1（S9）、二號(hào)副壩前2 （S10）共10個(gè)代表點(diǎn)位，如圖1所示。

圖1　竹銀水庫(kù)底泥采樣點(diǎn)位（S1～S10）

2009年11月在水庫(kù)庫(kù)底采集了10個(gè)采樣點(diǎn)的土壤樣品，2010年4月再次采集10個(gè)采樣點(diǎn)的土壤樣品。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

應(yīng)用Uwtec柱狀采泥器（奧地利產(chǎn)）采集底泥，每個(gè)地點(diǎn)采集3個(gè)平行樣。

1.2.1底泥氮磷釋放實(shí)驗(yàn)裝置

釋放裝置為內(nèi)徑10 cm、高度50 cm封閉的空心圓柱體，材料為PVC雙向開(kāi)口，共10個(gè)。根據(jù)蓄水系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)，主要分為基質(zhì)和水體兩大部分。釋放裝置以采得的底泥作為蓄水系統(tǒng)的基質(zhì)，以潔凈的蒸餾水作為水體部分，近似地模擬水庫(kù)蓄水系統(tǒng)的情況，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究底泥氮磷釋放達(dá)到平衡時(shí)的總氮、總磷濃度，由此推斷竹銀水庫(kù)蓄水后底泥營(yíng)養(yǎng)鹽釋放強(qiáng)度及其對(duì)水質(zhì)可能產(chǎn)生的影響。把采泥器中的泥樣從釋放裝置底部壓入至10 cm泥樣高度，添加蒸餾水至充滿，通過(guò)通入氮?dú)饽M厭氧環(huán)境，每隔2 d取釋放裝置內(nèi)液面下2/3處水樣50 ml，取水后補(bǔ)充水至充滿狀態(tài)，以免攪動(dòng)底泥，測(cè)定水樣總氮、總磷濃度。

1.2.2氮磷釋放量估算方法

氮磷釋放量估算表達(dá)式為

其中，q為單位體積底泥中營(yíng)養(yǎng)鹽釋放量，單位為μg·L-1；Cn、C0分別為抽取的水樣的總氮或總磷濃度和注入的蒸餾水的總氮或總磷濃度，單位為為mg·L-1；V水為柱內(nèi)液體體積；V底泥為采集的底泥體積。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1庫(kù)底土壤中總氮和總磷含量

底泥營(yíng)養(yǎng)鹽含量如圖2所示。底泥氮、磷分析結(jié)果表明，竹銀水庫(kù)庫(kù)底土壤總氮（TN）含量在0.412～2.338 mg/g之間，均值為1.062 mg/g，其中S9點(diǎn)位附近土壤總氮含量最低，S8點(diǎn)位的土壤總氮含量最高。S10點(diǎn)位的總氮含量普遍較低，含量在0.5 mg/g左右，S8、S10兩處基本為本底土壤。S4點(diǎn)位底泥總氮含量為2.254 mg/g，S1點(diǎn)位總氮含量為1.585 mg/g?？偭祝═P）含量在0.195～0.939m g/g之間，均值為0.413 mg/g，含量最低為S7點(diǎn)位，最高點(diǎn)為S4點(diǎn)位。

圖2　底泥營(yíng)養(yǎng)鹽含量特征

2.2底泥氮磷釋放研究

竹銀水庫(kù)底泥氮磷釋放研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，總磷、總氮在48 h以后達(dá)到基本平衡［3］。10個(gè)采樣點(diǎn)位氮磷釋放達(dá)到平衡時(shí)，總磷的濃度在0.002 7～0.004 1 mg/L，均值為0.003 3 mg/L，如圖3所示。整體而言，10個(gè)采樣點(diǎn)位達(dá)到平衡時(shí)的總磷濃度差別不大。10個(gè)點(diǎn)位的總氮濃度較高，均值達(dá)到6.705 mg/ L，如圖4所示，S4和S8點(diǎn)位分別達(dá)到最小值和最大值，其濃度分別為6.606 mg/L和7.759 mg/L，釋放的總氮負(fù)荷將對(duì)水庫(kù)水質(zhì)帶來(lái)較大影響。

圖3　平衡時(shí)總磷濃度變化　

圖4　平衡時(shí)總氮濃度變化

3　討論

3.1水庫(kù)入庫(kù)水總氮、總磷負(fù)荷對(duì)水庫(kù)的影響

磨刀門(mén)水道飲用漁業(yè)用水區(qū)，起于六鄉(xiāng)竹洲頭，終于石欄洲，總長(zhǎng)度42 km，珠海區(qū)域內(nèi)沒(méi)有工業(yè)大型集中排污口的分布，但磨刀門(mén)水道受上游面源污染和點(diǎn)源污染［4］的影響，氮磷含量普遍較高［5］。朱毅等在2010年12月至2011年12月對(duì)竹銀水庫(kù)取水泵站開(kāi)展水質(zhì)調(diào)查，總氮、總磷濃度均處于Ⅳ～Ⅴ類(lèi)水之間。竹銀水庫(kù)于2011年5月開(kāi)始試蓄水，2011年8月正式蓄水，10月完成蓄水。竹銀水庫(kù)集雨區(qū)沒(méi)有污染源，水庫(kù)取水泵站氮磷濃度過(guò)高對(duì)竹銀水庫(kù)的水質(zhì)造成不利影響。

3.2底泥土壤中氮磷背景值

水庫(kù)的底質(zhì)狀況是影響水庫(kù)蓄水后水質(zhì)好壞的一個(gè)重要指標(biāo)，而氮磷營(yíng)養(yǎng)對(duì)水庫(kù)水質(zhì)的影響很大。氮磷是植物和異養(yǎng)微生物需求量最大的營(yíng)養(yǎng)元素，氮磷供應(yīng)很大程度決定著水生生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力和有機(jī)物質(zhì)的微生物循環(huán)［6-8］，與水質(zhì)情況密切相關(guān)，內(nèi)源釋放是氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的重要來(lái)源［9-10］。竹銀水庫(kù)庫(kù)底主要受農(nóng)業(yè)點(diǎn)源污染的影響，蓄水后底泥中的氮磷如果釋放進(jìn)入水體會(huì)對(duì)水庫(kù)的水質(zhì)造成較大影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，部分庫(kù)底土壤點(diǎn)位的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽含量較高，作為養(yǎng)殖功能的水塘底泥中含大量投放的餌料、動(dòng)物排泄物，造成塘底氮磷的積累［11］；S1、S4、S8點(diǎn)位的化學(xué)肥料或農(nóng)家肥的大量使用造成土壤氮磷的積累［12-15］，導(dǎo)致這些區(qū)域的土壤營(yíng)養(yǎng)鹽含量較高。對(duì)比廣東省10個(gè)不同水庫(kù)底泥氮磷污染較為嚴(yán)重的范圍值［16］，竹銀水庫(kù)10個(gè)庫(kù)底土壤采樣點(diǎn)總氮、總磷含量均處于污染嚴(yán)重的范圍值內(nèi)，如果水庫(kù)蓄水前期不對(duì)庫(kù)底污染土壤采取措施，水庫(kù)蓄水運(yùn)行后，庫(kù)底底泥含量較高的氮磷將對(duì)竹銀水庫(kù)水質(zhì)存在潛在影響。

3.3底泥氮磷釋放的影響

底泥與水體之間存在著氮磷吸附與釋放的動(dòng)態(tài)平衡，底泥中氮磷會(huì)在上覆水氮磷濃度減小時(shí)逐漸釋放出來(lái)，造成水體二次污染［17-18］。竹銀水庫(kù)底泥氮磷釋放實(shí)驗(yàn)表明，在達(dá)到氮磷釋放平衡后，水體中平均總磷、總氮濃度分別為0.003 3 mg/L，6.705 mg/L。在熱帶地區(qū)，水體溫度常年較高，深水水體沉積物在厭氧的環(huán)境條件下極易向水體釋放營(yíng)養(yǎng)鹽［19-20］。太湖沉積物與水界面氮磷以及有機(jī)物釋放的研究表明，厭氧環(huán)境有利于氮磷的釋放［21-22］。如果蓄水前不做清庫(kù)處理，庫(kù)內(nèi)污染源中氮磷的釋放將導(dǎo)致水庫(kù)水質(zhì)的惡化。珠海北部某水庫(kù)在新建初期因?yàn)榍鍘?kù)措施不完全，加上外江調(diào)水入庫(kù)氮磷含量高，蓄水后庫(kù)底的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放對(duì)水庫(kù)水質(zhì)影響較大，曾產(chǎn)生藍(lán)藻水華從而影響供水安全。

4　小結(jié)

鑒于竹銀水庫(kù)發(fā)揮著對(duì)珠海澳門(mén)咸期供水的重要性，在建設(shè)前，為保證水庫(kù)蓄水后供水安全，在入庫(kù)抽水水質(zhì)總氮、總磷基本處于Ⅳ～Ⅴ類(lèi)水之間不利的水質(zhì)條件下，應(yīng)消除或降低竹銀水庫(kù)潛在的污染源，尤其是底泥的污染。竹銀水庫(kù)建設(shè)前期開(kāi)展庫(kù)底土壤的調(diào)查分析和未來(lái)蓄水的影響研究的項(xiàng)目填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)水庫(kù)建設(shè)初期進(jìn)行水質(zhì)安全管理措施的空白，同時(shí)為其他新建水庫(kù)防范水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的監(jiān)督管理提供參考和借鑒。竹銀水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的成因分析關(guān)注后續(xù)報(bào)道。

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【責(zé)任編輯：任小平renxp90@163.com】

Study and apply on experiment of simulative sediment nitrogen and phosphorus release before construction by Zhuyin reservoirⅠ

LIUHong-tao1，WUYan-long2，ZHAOJing-tian1，YUANShi-qi1，WUMeng-li2

（1.Zhuhai Water Resources Center，Zhuhai 519000，China；2.Zhuhai Water QualityMonitoringCenter，Zhuhai 519020，China）

Zhuin reservoir in Zhuhai is taken as the research object for investigation of sediment nitrogen and phosphorus before construction of the reservoir.Through the experiment of simulative sediment nitrogen and phosphorus release，an analysis of effect of nitrogen and phosphorus content on the water source before and after water retaining inthe reservoir has been made.The reaserch shows that there exists a risk of water eutrophication and cyanobacteria bloom in case of high-concentration nitrogen and phosphorus.Individuality dredging measures should have been taken to reduce the secondary pollution of nitrogen and phosphorus pollutants in sediment when the reservoir is put into normal operation，and ensure the safety of drinking water of the reservoir.

reservoir；sediment；nitrogen；phosphorus

TV697.2

A

1008-0171（2016）04-0065-04

2016-01-15

珠海市科技局資助項(xiàng)目（2009071）

劉紅濤（1965-），女，廣東增城人，珠海市水資源中心高級(jí)工程師。