水庫水質(zhì)動態(tài)分層監(jiān)測分析與評價研究.pdf

1、水庫水質(zhì)問題已經(jīng)成為生活生產(chǎn)關(guān)注的焦點，尤其是以往較少關(guān)注的下層水質(zhì)和蓄積的沉積污染物的影響更加突出，庫內(nèi)狀態(tài)不明確從而提高了水質(zhì)風(fēng)險。水庫作為主要的供水水源，在運行數(shù)十年后，庫內(nèi)的生態(tài)環(huán)境格局發(fā)生了較大的變化，在水體內(nèi)部形成了水體-沉積物多維共存的水質(zhì)分層格局。且受到水文和調(diào)度的影響，其地形邊界一直處于動態(tài)變化中，加之水庫污染物來源廣泛、污染物種類繁多使得水質(zhì)的時空變化更加復(fù)雜。目前水庫水質(zhì)分層監(jiān)測和相應(yīng)的分析研究較少，本文通過選取典

2、型水庫，探索水質(zhì)動態(tài)分層監(jiān)測方案，在現(xiàn)場監(jiān)測和室內(nèi)模擬的基礎(chǔ)上，綜合運用統(tǒng)計分析、GIS、模糊識別等技術(shù)方法，對包含分層水體和沉積物的水質(zhì)時空變化規(guī)律、水質(zhì)動態(tài)分層綜合評價分析，得出主要結(jié)論如下:
　　(1)水庫污染物具有來源廣、種類多、多介質(zhì)賦存、時空動態(tài)變化的特點從而使水庫呈現(xiàn)出水質(zhì)分層的結(jié)構(gòu)特征。規(guī)劃了水質(zhì)動態(tài)分層監(jiān)測方案，針對碧流河水庫總氮超標(biāo)問題，選取氮、磷為核心的水體13個，沉積物11個指標(biāo)來分析水庫富營養(yǎng)問題，共布設(shè)

3、22條垂線。研發(fā)了活塞式可視水樣采集儀并應(yīng)用在分層水樣采集中。在2015年4月至2015年6月間進行連續(xù)分層采樣，涵蓋了以往沒有開展的冰封條件下的分層水體采樣和沉積物采樣，掌握了水庫污染物在不同介質(zhì)中的動態(tài)時空賦存情況。
　　(2)分析了碧流河水庫水質(zhì)、水文要素的季節(jié)變化與相互關(guān)系。碧流河水庫多年平均降雨量、徑流年際差異較大，主要集中在汛期。總體上呈現(xiàn)夏季（6，7，8月）最大，秋季（9，10，11月）減少，冬季（12，1，2月）達

4、到最低，春季（3，4，5月）逐漸升高到夏季的U字型變化特征，但2013年12月以后降雨量逐漸減少并小于歷史平均水平，自2013年8月以來徑流量逐漸減小。水位庫容總體上呈現(xiàn)出汛前6月水位最低、持續(xù)升高至10月、然后在持續(xù)回落到6月的周期性變化，由于降雨量減少從2013年10月起水位持續(xù)降低。綜合類指標(biāo)年際差異變化較小，溫度總體趨勢呈現(xiàn)倒U字型變化;pH處于6～9之間，符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);2013.7-2015.6時段內(nèi)生化需氧量多數(shù)時間優(yōu)于Ⅰ類

5、標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)U字型季節(jié)性變化趨勢;高錳酸鹽指數(shù)也較低，處于Ⅰ(2mg/L)到Ⅲ類(6mg/L)之間;溶解氧年際間差異較小，多數(shù)時間好于Ⅰ類（7.5mg/L）水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，呈現(xiàn)和溫度相反的倒U字形規(guī)律;總氮和硝態(tài)氮年際間變化較大，總體上沒有顯著的變化規(guī)律，但在水位持續(xù)下降的時段內(nèi)呈現(xiàn)隨著水位庫容下降而減少的特征;氨氮、有機氮、亞硝態(tài)氮由于存在復(fù)雜的轉(zhuǎn)化影響因素縱多沒有顯著的變化趨勢;總磷和鐵的變化趨勢與降雨徑流的變化趨勢相似。降雨驅(qū)動的非點源輸入

6、和內(nèi)源污染釋放是水庫主要的污染來源。利用SPSS解析了各指標(biāo)的相互關(guān)系，構(gòu)建了基于不同水文要素的水質(zhì)要素回歸模型。
　　(3)研究了碧流河水庫水質(zhì)季節(jié)分層特征和污染來源。結(jié)合GIS和水質(zhì)分層的動態(tài)變化特點構(gòu)建了動態(tài)水質(zhì)分層展演方法，實例表明能夠直觀的顯示水質(zhì)分層和地形邊界的動態(tài)變化。水位持續(xù)降低過程下碧流河水庫屬于穩(wěn)定型分層水庫，且隨著隨著水深和氣溫的增加，分層現(xiàn)象更加明顯，夏季最為顯著，冬季冰封環(huán)境為逆分層;溶解氧在夏季和秋初存

7、在明顯的分層狀態(tài)，從6月到9月隨著溫度的升高，水庫低氧區(qū)域逐漸增大，甚至在底部出現(xiàn)厭氧情況，冰封環(huán)境下的溶解氧含量達到最大;總氮整體上呈現(xiàn)均勻混合的狀態(tài)，并隨著水位庫容減少而降低;總磷的總體上呈現(xiàn)汛期大，汛后小，冬季最低的季節(jié)性變化特征，且隨著水力方向逐漸減少，但垂向上的差異較小。受到流域土壤凍融過程的影響，初春降雨能夠促進流域氮磷的釋放，使得水庫氮磷在4月有個小幅度的提高。利用PCA(APCS)-MLR模型進行污染源解析，表明溶解氧主

8、要受到大氣沉降源的影響(70.94％)，總磷主要受到內(nèi)源污染和地下水污染的影響(72.22％)，總氮主要受到非點源污染的影響(80.6％)，氨氮主要受到生產(chǎn)生活污水影響(74.24％)。
　　(4)研究了碧流河水庫沉積物賦存形態(tài)與釋放風(fēng)險。解析了沉積物氮磷的吸附釋放臨界濃度，結(jié)果表明在多數(shù)區(qū)域有較高的釋放風(fēng)險，空間分布上主要呈現(xiàn)沿水力坡度方向逐漸增大的趨勢?？偟吭?153～3320mg/kg之間，庫區(qū)平均值為2725mg/kg

9、，消落區(qū)平均值為1538mg/kg，有機氮是其主要賦存形式。沉積物磷含量在355.46～750.46mg/kg之間，庫區(qū)平均值為571mg/kg，消落區(qū)平均值為416mg/kg，無機磷是主要的賦存形式。實驗表明覆水區(qū)沉積物氮吸附釋放的臨界平衡濃度在3.29～10.12mg/L之間，多數(shù)情況下高于上覆水濃度，具有較高的釋放風(fēng)險，消落區(qū)的較低在1.22～2.23mg/L之間，釋放風(fēng)險較小。多數(shù)沉積物磷吸附釋放平衡濃度在0.1～0.2mg/L

10、左右，普遍情況下高于上覆水濃度，具有較高的釋放風(fēng)險。
　　(5)探索了基于PCA/AHP-VFPR模型的水質(zhì)動態(tài)分層綜合評價方法，量化了沉積物氮磷釋放潛力對綜合水質(zhì)評價的影響。將其實例中，結(jié)果表明碧流河水庫水質(zhì)較好，在Ⅱ到Ⅲ類之間，接近Ⅱ類水質(zhì)。總體呈現(xiàn)夏季差、冬季好;從入庫口到壩前逐漸改善;表層優(yōu)于底層的趨勢。沉積物氮磷釋放潛力能夠降低綜合水質(zhì)狀態(tài)，綜合水質(zhì)級別從接近Ⅱ類水質(zhì)變?yōu)榻咏箢惿踔脸^Ⅲ類，表層水體的點位中有30％改變