分層型富營(yíng)養(yǎng)化水源水庫(kù)水質(zhì)演變機(jī)制與水質(zhì)污染控制.pdf

1、石砭峪水庫(kù)是黑河引水系統(tǒng)的重要備用水源，每年向西安市供水3000萬(wàn)m3，同時(shí)還承擔(dān)著600萬(wàn) m3城市應(yīng)急供水任務(wù)，因此，良好的水庫(kù)水質(zhì)對(duì)保障城市供水安全起到重要作用。然而，近年來(lái)該水庫(kù)水質(zhì)不斷惡化，有害藍(lán)藻周期性爆發(fā)，嚴(yán)重破壞了水庫(kù)生態(tài)平衡。但由于水庫(kù)水質(zhì)污染成因不明，水庫(kù)尚未建立有效的控制措施。本文以石砭峪水庫(kù)水質(zhì)演變機(jī)制及水質(zhì)污染控制研究為切入點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)大量水質(zhì)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，通過(guò)內(nèi)外污染源解析，雨水水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析，原位及實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)

2、，同時(shí)結(jié)合原位揚(yáng)水曝氣器水質(zhì)改善試驗(yàn)，重點(diǎn)研究了：石砭峪水庫(kù)分層結(jié)構(gòu)演變特征及其對(duì)水庫(kù)水質(zhì)影響；石砭峪水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)鹽、堿度及有機(jī)物季節(jié)性演變特征；水庫(kù)浮游植物群落演替規(guī)律及水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)；揚(yáng)水曝氣器原位水質(zhì)改善效果。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴石砭峪水庫(kù)熱分層期長(zhǎng)（3～11月），水體混合期短（12～次年2月），全年呈現(xiàn)單循環(huán)混合模式。暴雨徑流是影響石砭峪水庫(kù)水體分層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的最重要因素，渾水異重流潛入水庫(kù)底部會(huì)提高底部水溫,誘導(dǎo)水

3、庫(kù)水體提前混合。水體長(zhǎng)期分層導(dǎo)致水庫(kù)深水區(qū)底部厭氧時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)5～6個(gè)月，厭氧條件下內(nèi)源污染物大量釋放，導(dǎo)致水庫(kù)底部氨氮、總磷、鐵、錳濃度分別達(dá)到1.52 mg/L、0.171 mg/L、0.976 mg/L、1.124mg/L。暴雨徑流對(duì)水庫(kù)底部缺氧持續(xù)時(shí)間影響較大，渾水異重流潛入水庫(kù)底部會(huì)立即提高水庫(kù)底部溶解氧水平，但大量懸浮物匯入增加了水體耗氧速率，暴雨徑流后水庫(kù)底部是否會(huì)再次形成厭氧環(huán)境取決于暴雨徑流發(fā)生的時(shí)間及發(fā)生頻率。⑵石砭峪

4、水庫(kù)主庫(kù)區(qū)總氮多年平均濃度為2.8 mg/L，最高濃度達(dá)到4.7 mg/L，顯著高于金盆水庫(kù)（t-test，p<0.01）。雨水總氮構(gòu)成主要以氨氮為主，經(jīng)土壤形成徑流過(guò)程中，雨水中氨氮被土壤快速吸附，同時(shí)土壤中硝酸鹽氮淋溶進(jìn)入水體。相同雨水經(jīng)不同土壤淋溶的硝酸鹽氮濃度差異較大，因此土壤差異是造成兩水庫(kù)上游徑流總氮差異的主要原因。低堿度雨水經(jīng)土壤形成徑流過(guò)程中，土壤中的堿性物質(zhì)被淋溶進(jìn)入水中，土壤溶出堿度差異是導(dǎo)致石砭峪水庫(kù)堿度低于金盆水

5、庫(kù)的主要原因。而雨水與土壤接觸時(shí)間不同，是驅(qū)動(dòng)兩水庫(kù)堿度季節(jié)性演變的主要原因。石砭峪水庫(kù)總磷濃度全年大部分時(shí)段能滿足地表水環(huán)境Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，暴雨沖刷及分層期間內(nèi)源污染物釋放是造成水庫(kù)總磷季節(jié)性超標(biāo)的主要原因。水庫(kù)CODMn濃度變化范圍為2.8～8.6 mg/L，主要由腐殖質(zhì)及類蛋白等構(gòu)成，暴雨徑流沖刷是造成石砭峪水庫(kù)有機(jī)物濃度季節(jié)性超標(biāo)的主要原因。⑶石砭峪水庫(kù)藻類生長(zhǎng)主要集中在5月至10月。春季以硅藻為主，硅藻生長(zhǎng)高峰一般出現(xiàn)在6月份，

6、藻細(xì)胞密度最高接近50×106cells/L。7月至10月水庫(kù)藍(lán)藻水華現(xiàn)象嚴(yán)重，藻細(xì)胞密度高達(dá)1億cells/L。對(duì)浮游植物群落和環(huán)境因子進(jìn)行冗余度分析（RDA），結(jié)果表明，水溫及水體分層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化的最重要環(huán)境因素。石砭峪水庫(kù)藍(lán)藻水華時(shí)期，水中胞外微囊藻毒素濃度變化范圍為13.0～148.5 ng/L，而水中總微囊藻毒素變化范圍為0.09～1.12μg/L?；谙嚓P(guān)加權(quán)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，石砭峪水庫(kù)已

7、處于輕度富營(yíng)養(yǎng)化水平。暴雨徑流污染及熱分層效應(yīng)的存在是加劇水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程的重要驅(qū)動(dòng)因素。⑷新型材質(zhì)淹沒式揚(yáng)水曝氣器能夠有效解決水庫(kù)分層期間內(nèi)源污染釋放及藍(lán)藻水華問(wèn)題：設(shè)備運(yùn)行30天后，水體底部溶解氧從0 mg/L提高至5.75 mg/L；沉積物上覆水體氨氮、總磷、鐵、錳濃度分別從0.725 mg/L、0.154 mg/L、0.615 mg/L、0.713 mg/L降至0.281 mg/L、0.031 mg/L、0.210 mg/L和0