摘要：為探討溫帶深水湖庫中環(huán)境因素和水化學指標對溶解氧的影響，結(jié)合嶗山水庫2021年國控站點的自動及手工歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)分析溶解氧濃度的變化特征及主要影響因素。研究結(jié)果表明：2021年，嶗山水庫溶解氧濃度呈冬春季節(jié)高于夏秋季節(jié)的特征，低氧數(shù)據(jù)[溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）濃度小于5 mg/L]主要出現(xiàn)在6—10月，凌晨、午后、傍晚是低氧發(fā)生的重要時刻。通過水溫、pH值、水深、浮游生物、營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、外來補水及其他化學指標、日照時間等影響因子相關(guān)性分析，得出水深即變溫層的存在是嶗山水庫夏秋季節(jié)溶解氧自動監(jiān)測數(shù)據(jù)偏低的主要原因，浮游生物活動對溶解氧濃度產(chǎn)生直接影響。

關(guān)鍵詞：深水湖庫；溶解氧；影響因子；變溫層

中圖分類號：X524 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）10-0-04

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Analysis of Influencing Factors of Dissolved Oxygen in A Typical Deep Reservoir in Temperate Regions of China

—Take Laoshan Reservoir as An Example

ZHAO Lu， JIN Hong， WEI ZhiQiang， LIU Qingchuan， ZHOU Xiangzhou， ZHANG Xiaohong

（Qingdao Bio-Environmental Monitoring Center， Qingdao 266000， China）

Abstract： To explore the influence of environmental factors and hydrochemical indicators on dissolved oxygen in temperate deep-water lakes and reservoirs， combined with the automatic and manual historical monitoring data from the national control station of Laoshan Reservoir in 2021， the changes in dissolved oxygen concentration characteristics and main influencing factors were analyzed. The research results showed that in 2021， the dissolved oxygen concentration in Laoshan Reservoir showed a higher trend in winter and spring than in summer and autumn. Low oxygen data [Dissolved Oxygen （DO） less than 5 mg/L] mainly occurred from June to October， with early morning， afternoon， and evening being important moments for low oxygen occurrence. Through correlation analysis of influencing factors such as water temperature， pH， water depth， plankton， nutritional status index， external water replenishment and other chemical indicators， and sunshine duration， it was found that the presence of a variable temperature layer， also known as water depth， is the main reason for the low dissolved oxygen automatic monitoring data in the summer and autumn seasons of Laoshan Reservoir. Floating biological activity has a direct impact on dissolved oxygen concentration.

Keywords： deep reservoirs; dissolved oxygen; influencing factor; thermal stratification

在全球氣候變化、湖庫營養(yǎng)水平升高的大趨勢下，對于分層湖庫溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）時空變化或影響因子的研究越來越多，DO與水溫、水深、浮游生物呼吸和光合作用、外部物質(zhì)輸入、有機物沉積過程分解等機制有關(guān)[1]。嶗山水庫作為青島市“十四五”地表水環(huán)境質(zhì)量國控點及集中式飲用水水源地取水點，常年為Ⅱ、Ⅲ類水質(zhì)優(yōu)良水體，但近年來其溶解氧自動監(jiān)測數(shù)據(jù)在參與融合評價時出現(xiàn)超標現(xiàn)象。鑒于此，調(diào)查嶗山水庫溶解氧的時空分布特征、變化規(guī)律和主要影響因子，提出相應(yīng)的管控建議，以期為青島市地表水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

嶗山水庫為溫帶深水湖庫，總庫容為5 601萬m3，

興利庫容為4 798萬m3，位于嶗山區(qū)、城陽區(qū)交界處，發(fā)源于嶗山山脈北部，主要通過涼泉河、五龍河、山色峪河匯入嶗山水庫，庫內(nèi)最大水深為24.5 m。

1.2 數(shù)據(jù)來源

2021年嶗山水庫溶解氧自動及手工監(jiān)測數(shù)據(jù)主要來自山東省青島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，手工監(jiān)測數(shù)據(jù)站點與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)取水塔位置一致。自動監(jiān)測數(shù)據(jù)頻次為每小時1次，手工監(jiān)測頻次為每月1次。

1.3 評價方法

按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）

中溶解氧的Ⅲ類標準5 mg/L進行評價，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)采用《湖泊（水庫）富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定》中的評價方法與標準。

2 結(jié)果與分析

2.1 嶗山水庫自動監(jiān)測溶解氧數(shù)據(jù)分布特征

按不同時序統(tǒng)計2021年嶗山水庫溶解氧自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，小時值、日均值、月均值均出現(xiàn)低氧數(shù)據(jù)

（DO小于5 mg/L），小時值個別數(shù)據(jù)達到缺氧水平

（DO小于3 mg/L），出現(xiàn)時間均處于6—10月。

嶗山水庫溶解氧小時值月際分布如圖1所示?？梢钥闯觯?—10月溶解氧濃度水平較低，比其他月份均值低1.0倍左右，夏季、秋季普遍低于冬季、春季，呈現(xiàn)春季＞冬季＞夏季＞秋季的季節(jié)變化特征，且夏季晝夜極差較大，為0.6 mg/L左右。

低氧發(fā)生時間主要為6—10月，9月超標頻次最高（27.6%）；溶解氧谷值出現(xiàn)時段在02：00—08：00，而各月谷值出現(xiàn)時段并不相同，6—8月低值多出現(xiàn)在凌晨，8—10月多出現(xiàn)在午后和傍晚。

2.2 溶解氧的影響因子

2.2.1 水溫和pH值

隨著氣溫變暖，水溫上升，溶解氧濃度在夏季、秋季（6—10月）下降并浮動較大。水溫和溶解氧Pearson（皮爾遜）相關(guān)系數(shù)為-0.949（p＜0.01），呈顯著負相關(guān)，pH值和溶解氧Pearson相關(guān)系數(shù)為0.408（p＜0.01），呈顯著正相關(guān)。

2.2.2 水深

嶗山水庫為溫帶深水湖庫，庫內(nèi)最大水深為24.5 m，

為便于取水建取水塔，多采用30 m高程取水，取水位置的水深近20 m。以自動監(jiān)測數(shù)據(jù)（水深為20 m）和人工監(jiān)測月數(shù)據(jù)（水深為0.5 m）分析2021年12個月

同時段數(shù)據(jù)差異，得出：不同水深情況下，20 m監(jiān)測水溫低于0.5 m監(jiān)測水溫，偏低幅度在4%～31%，2—8月溫度分層較明顯，最大溫差為6.2 ℃；秋季、冬季20 m監(jiān)測溶解氧濃度普遍高于0.5 m監(jiān)測水平或差別不大，6—7月和10月出現(xiàn)低于0.5 m監(jiān)測水平且偏低幅度均大于10%；兩組數(shù)據(jù)水溫偏差增大的月份出現(xiàn)在4—8月，溶解氧偏差增大及波動時期出現(xiàn)在6—10月，最高達到3倍。

假定其他環(huán)境條件一致的情況下，不同深度對水溫、溶解氧的影響較大。在深水湖庫中，水溫分層是影響溶解氧垂向分布的關(guān)鍵因素[2]。嶗山水庫屬溫帶季節(jié)性深水湖庫，自動監(jiān)測取水口水深為10～20 m，

正處在多數(shù)研究中深水湖庫中變溫層出現(xiàn)的水深范圍內(nèi)[3-4]，夏秋季節(jié)變溫層內(nèi)水溫和溶解氧偏低于表層，甚至出現(xiàn)變溫層溶解氧極小值（Metalimnetic Oxygen Minimum，MOM）。

2.2.3 浮游生物

2021年嶗山水庫浮游生物密度與水溫呈正相關(guān)，與溶解氧濃度呈負相關(guān)。其中，水溫與浮游動物相關(guān)影響較顯著，其他關(guān)系均不顯著，但從各月變化來看，水溫、溶解氧變化與浮游生物密度變化趨勢較為一致。

2.2.4 營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

2021年嶗山水庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在41.6～51.5，多數(shù)月份處于中營養(yǎng)狀態(tài)，6月、9月為輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)與水溫和溶解氧的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.809和-0.823，其中，與水溫呈顯著正相關(guān)，與溶解氧呈顯著負相關(guān)。從季節(jié)分布來看，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈秋季＞夏季＞冬季＞春季的特征，這與水溫和溶解氧的季節(jié)變化較為一致。

2.2.5 外來補水

嶗山水庫水體主要通過烏衣巷河、五龍河、山色峪河3條季節(jié)性河流匯入，五龍河、山色峪河常年呈斷流狀態(tài)，涼泉河僅夏季、秋季有少量徑流，因此嶗山水庫的外來補水主要為降雨形成的地面徑流。

2021年嶗山水庫降雨量主要集中在7—9月，占全年降雨量的64.8%。這幾個月降雨量與水溫呈顯著正相關(guān)，與溶解氧呈顯著負相關(guān)，Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.742和-0.721。降雨量較高的月份與水溫和溶解氧的峰谷變動時期較為一致。

2.2.6 其他化學指標

通過分析2021年嶗山水庫自動監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，不同時序下，溶解氧的影響因子及其Pearson相關(guān)關(guān)系強弱并不相同。短時序下，溶解氧與水溫、pH值呈顯著正相關(guān)；長時序下，溶解氧受水溫和總磷影響較大，呈顯著負相關(guān)。與其他指標相關(guān)關(guān)系排序為總磷＞高錳酸鹽指數(shù)＞總氮＞氨氮，但總體來說，溶解氧與化學指標相關(guān)性弱于環(huán)境因子和浮游生物活動。

2.2.7 日照時間

根據(jù)嶗山區(qū)日照時間，Pearson相關(guān)性分析結(jié)果顯示，水溫、溶解氧與日照時間相關(guān)關(guān)系均不顯著。

3 討論與建議

3.1 標準適用性問題

目前，溶解氧評價標準執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002），該標準于2002年6月1日

期實施，標準制定時各類標準值和范圍主要依靠手工采樣監(jiān)測數(shù)據(jù)確定，同時采樣時間一般在晝間。但在自動監(jiān)測數(shù)據(jù)逐步替代手工數(shù)據(jù)的背景下，凌晨又是低氧出現(xiàn)的重要時刻，該標準值和范圍是否適用于自動監(jiān)測數(shù)據(jù)和夜間監(jiān)測數(shù)據(jù)需要進行進一步的探討。

3.2 規(guī)避變溫層影響

變溫層是導致夏秋季節(jié)水體溶解氧濃度產(chǎn)生垂直差異的直接原因，變溫層內(nèi)溶解氧濃度隨深度增加而驟降，甚至出現(xiàn)極低值，因此應(yīng)盡量避開變溫層采樣。受客觀自然條件影響無法避開變溫層且水質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)良的深水湖庫，建議在湖庫分層期間剔除自動監(jiān)測溶解氧數(shù)據(jù)，采用人工監(jiān)測數(shù)據(jù)參與評價，更加客觀反映水體水質(zhì)實際情況。

3.3 減少浮游生物活動影響

夏秋季節(jié)帶來適度的水溫、光照等條件，浮游生物活動成為夏秋季節(jié)溶解氧濃度異常的主要因素，建議采取打撈、超聲波等工程除藻方式降低藻密度；沉水植物及其他水生高等植物普遍具有吸收和固定水體中氮磷營養(yǎng)鹽、增加溶解氧、抑制藻類生長的作用，可因地制宜地探索建立穩(wěn)定的水生高等植物群落等生態(tài)修復(fù)方式減少浮游生物活動。

4 結(jié)論

以自動監(jiān)測數(shù)據(jù)為主、手工監(jiān)測數(shù)據(jù)為輔，得出嶗山水庫溶解氧的主要影響因子為浮游生物密度、水溫、營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)等，與日照時間等相關(guān)性較弱。進一步說明，嶗山水庫夏秋季節(jié)溶解氧濃度異常與浮游生物活動密切相關(guān)，其主要的環(huán)境驅(qū)動因子為變溫層的形成與穩(wěn)定。

嶗山水庫屬溫帶深水湖庫，春末夏初變溫層逐步形成和穩(wěn)定，受客觀條件所限，嶗山水庫取水口在水面以下10～20 m，正處在變溫層水深范圍內(nèi)，變溫層內(nèi)溶解氧濃度隨深度增加而驟降，因此在未受外界污染影響、水體穩(wěn)定的情況下，夏季、秋季經(jīng)常發(fā)生溶解氧自動監(jiān)測數(shù)據(jù)超標情況。夏季、秋季適宜的光照和降水徑流帶來的營養(yǎng)物質(zhì)有利于浮游生物的生長繁殖，水體中浮游生物密度較大，營養(yǎng)狀態(tài)變差。傍晚至凌晨浮游生物光合作用逐漸減弱，呼吸作用增加對水體中氧的消耗，使水體中溶解氧濃度降低，甚至出現(xiàn)缺氧狀態(tài)。

參考文獻

1 杜彥良，彭文啟，劉 暢.分層湖庫溶解氧時空特性研究進展[J].水利學報，2019（8）：990-998.

2 ZHANG Y，WU Z，LIU M，et al.Dissolved oxygen stratification and response to thermal struture and long-term climate change in a large and deep subtropical reservoir（Lake Qiandaohu， China）[J].Water Research， 2015（2）：249-258.

3 劉靜思，朱曉聲，胡子龍，等.不同水體分層對沉積物間隙水氮素垂向分布影響：以三峽水庫和小灣水庫為例[J].環(huán)境科學，2020（8）：

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4 余 曉，諸葛亦斯，劉曉波，等.大型深水水庫溶解氧層化結(jié)構(gòu)演化機制[J].湖泊科學，2020

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