磨盤山水庫原水典型水質(zhì)參數(shù)變化趨勢

舒 強，李亞強

(哈爾濱供水集團有限公司，黑龍江哈爾濱 150001)

磨盤山水庫是哈爾濱主要供水水源地，對其水質(zhì)變化趨勢進行研究是保障該市供水安全的重要內(nèi)容，本文通過對比位于北方寒冷地區(qū)的磨盤山水庫不同年份水質(zhì)數(shù)據(jù)，掌握水庫典型指標(biāo)的時空變化規(guī)律以及各指標(biāo)之間相關(guān)性，為預(yù)判水庫未來水質(zhì)變化和供水工藝控制提供了科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

水庫的地理坐標(biāo)為東經(jīng)127°41'20 ″，北緯44°23'40″，控制流域面積為1 151 km2。水庫壩址處多年平均年徑流量為5.61 ×108m3，徑流量主要集中在6 月～9 月，占全年徑流量的60%左右。水庫水溫常年變化區(qū)間在0.8 ～22 ℃;2012 年(枯水年)水位為298 ～305 m;2013 年(豐水年)水庫水位為313 ～318 m。水庫水溫年變化如表1 所示。

表1 2012 年與2013 年水庫水溫情況Tab.1 Summarization of Water Temperature in 2012 and 2013

1.2 監(jiān)測點位置情況

按照試驗的要求，研究各監(jiān)測點中層水質(zhì)變化規(guī)律。由于磨盤山水庫取水深度在中層(約17 m處)，所以采樣點設(shè)置在水庫取水口(水下17 m)、庫中心(水下19 m)、拉林河(水下10 m)、灑沙河(水下10 m)、大沙河(水下9 m)5 個監(jiān)測點的中層位置，監(jiān)測水庫典型指標(biāo)水質(zhì)情況。監(jiān)測點分布如圖1 所示。

圖1 監(jiān)測點位置Fig.1 Monitoring Point Position

1.3 主要指標(biāo)檢測及相關(guān)性分析方法

1.3.1 檢測方法

高錳酸鹽指數(shù):《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準》(GB/T 5750.7—2006)中酸性高錳酸鉀滴定法;

總氮:《中華人民共和國國家環(huán)境保護標(biāo)準》(HJ 636—2012)中堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法;

藻類總數(shù):1 L 水樣中加入10 ～15 mL 魯哥試劑，水樣經(jīng)過24 ～36 h 沉淀后，取上清液，將剩下的40 mL沉淀物移入定量瓶中保存。從水樣中取出0.1 mL 放在比色皿，在500 倍顯微鏡下觀察，計算藻類數(shù)量。

1.3.2 相關(guān)性分析

目前，想要分析兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)性，分析方法主要為圖形分析法和數(shù)值型分析法，直觀上看，圖形雖然能夠直觀地展現(xiàn)數(shù)據(jù)間的相關(guān)關(guān)系，但其準確性較差，利用SPSS［1］軟件確定相關(guān)系數(shù)R 的變化區(qū)間，得出相關(guān)系數(shù)，進而判斷不同指標(biāo)間相關(guān)性強弱，具體如表2 所示。

表2 數(shù)據(jù)與相關(guān)系數(shù)Tab.2 Data and Correlation Coefficient

2 結(jié)果與分析

2.1 水庫水質(zhì)典型指標(biāo)篩選

依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準》(GB 5759—2006)和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準》(GB 3838—2002)要求，分析了取水口處多年的結(jié)果。通過對109 項指標(biāo)分析表明，該湖庫型水源水質(zhì)常年達到Ⅰ類水體指標(biāo)的項目為103 項，介于Ⅰ類和Ⅱ類水體指標(biāo)項目為4 項，超過Ⅱ類水體標(biāo)準的項目為2 項，即總氮和高錳酸鹽指數(shù)。因此，高錳酸鹽指數(shù)和總氮是需要關(guān)注的兩個指標(biāo)。水庫水質(zhì)主要指標(biāo)情況如表3 所示。

表3 水庫水質(zhì)主要指標(biāo)情況Tab.3 Water Quality of Reservoir

2.2 高錳酸鹽指數(shù)

將水庫2012 年(枯水年)和2013 年(豐水年)各監(jiān)測點中層高錳酸鹽指數(shù)的數(shù)據(jù)進行比較，得到其時空變化規(guī)律，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 高錳酸鹽指數(shù)時空變化規(guī)律Fig.2 Spatio-Temporal Characteristics of Permanganate Index

由圖2 可知各監(jiān)測點高錳酸鹽指數(shù)變化不十分顯著。水庫每年5 月份表面冰層開始融化，山上雪水融化混入三條入庫河流，水庫蓄水量增加，但高錳酸鹽指數(shù)逐漸升高，等到9 月份時達到最大值，說明高錳酸鹽指數(shù)的變化具有一定的滯后性;同時，在水庫出水量一定的情況下，受降雨的影響，豐水年水庫蓄水量較多，導(dǎo)致山區(qū)土壤中的有機物進入水庫，因此2013 年(豐水年高錳酸鹽指數(shù)最高值達到6.5 mg/L)高錳酸鹽指數(shù)含量比2012 年(枯水年高錳酸鹽指數(shù)為5 mg/L)含量高。

2.3 總氮

將水庫2012 年(枯水年)和2013 年(豐水年)月各監(jiān)測點總氮的數(shù)據(jù)進行比較，待到其時空變化規(guī)律，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 總氮時空變化規(guī)律圖Fig.3 Spatio-Temporal Characteristics of TN

由圖3 可知總氮指標(biāo)變化主要與季節(jié)有關(guān)，當(dāng)每年水庫冰封期過后，山上雪水融化混入三條入庫河流，水庫蓄水量增加，入庫后，總氮含量馬上升高，達到全年的最大值，因此凈水廠需要在同期注意凈水工藝參數(shù)調(diào)整，保障出廠水達標(biāo)。

2.4 藻類總數(shù)

將水庫2012 年(枯水年)和2013 年(豐水年)月各監(jiān)測點藻類總數(shù)的數(shù)據(jù)進行比較，得到其時空變化規(guī)律，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 藻類總數(shù)時空變化規(guī)律圖Fig.4 Spatio-Temporal Characteristics of Total Number of Algae

由圖4 可知藻類總數(shù)與總氮變化情況一致，都是每年的6 月份達到最大值，主要由于5 月份水庫冰封期結(jié)束，庫區(qū)周邊開始降雨，導(dǎo)致大量的天然有機物隨著地表徑流流入庫區(qū)，增加了水庫內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的含量。另外冬季水庫內(nèi)各項生命活動較弱，消耗營養(yǎng)物質(zhì)較少，同樣積累了一部分營養(yǎng)物質(zhì)。因而造成6 月份水溫增加的同時，水庫內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)含量豐富，適宜藻類生長，藻類繁殖迅速。隨著藻類數(shù)量的不斷增加，營養(yǎng)物質(zhì)減少，藻類數(shù)量開始降低。由于降雨的原因，2013 年水庫水量較2012 年豐沛，營養(yǎng)物質(zhì)入庫量較多，所以出現(xiàn)2013 年藻類數(shù)量高于2012 年。

2.5 典型指標(biāo)相關(guān)性分析

以上述分析為基礎(chǔ)，利用SPSS(V19.0 中文版)軟件對水溫相關(guān)性進行研究，結(jié)果如表4 所示。

表4 水溫、總氮、藻類總數(shù)、高錳酸鹽指數(shù)相關(guān)性Tab.4 Correlation of Water Temperature，TN，Total Number of Algae and Permanganate Index

通過相關(guān)系數(shù)可知水溫與藻類總數(shù)、水溫與總氮的R ＞0.8，有著極強的相關(guān)性，總氮與藻類總數(shù)也具有相關(guān)性，說明當(dāng)兩項指標(biāo)有一項開始升高或降低時，另一項指標(biāo)變化規(guī)律是一致的;水溫與高錳酸鹽指數(shù)的R ＜0.3，相關(guān)性極弱，因此可以間接說明總氮、藻類總數(shù)與高錳酸鉀指數(shù)相關(guān)性較弱。

3 結(jié)論

(1)水庫常年達到Ⅰ類水體指標(biāo)的項目為103項，介于Ⅰ類和Ⅱ類水體指標(biāo)項目為4 項，超過Ⅱ類水體標(biāo)準的項目為2 項。

(2)不同采樣點的高錳酸鹽指數(shù)受季節(jié)影響較為明顯，9 月份達到最大值，濃度變化具有一定的滯后性;總氮、藻類總數(shù)變化范圍一致，每年6 月份達到最大值，入庫后兩項指標(biāo)馬上達到最大值，其變化與季節(jié)有關(guān)。

(3)水庫水質(zhì)典型指標(biāo)間具有明顯的相關(guān)性，其中總氮、藻類總數(shù)相關(guān)性極強，變化規(guī)律一致，高錳酸鹽指數(shù)與總氮、藻類總數(shù)相關(guān)性很弱。

［1］趙璧奎，王麗萍，張驗科，等.大型城市原水系統(tǒng)水質(zhì)變化過程評價方法研究［J］.中國農(nóng)村水利水電，2012，54(12):84-87.