石塘湖溶解氧分布特征及相關(guān)因素分析

黃華龍

（安慶市環(huán)境監(jiān)測中心站，安徽 安慶246000）

0 引 言

溶解氧（dissolved oxygen，DO）是指溶解在水中的分子態(tài)氧。湖水中DO主要來源于大氣中氧的溶解和浮游生物光合作用，消耗途徑則主要包括水生生物的呼吸作用和有機(jī)物質(zhì)的降解。另外，水體受有機(jī)、無機(jī)還原性物質(zhì)污染時DO也會降低。當(dāng)水中DO含量小于5mg／L時，便會對水生生物的生存產(chǎn)生不利影響；低于2mg／L時，會導(dǎo)致魚蝦窒息死亡，厭氧菌繁殖，大多數(shù)藻類無法生存［1］。

DO是考核湖水水質(zhì)的重要指標(biāo)之一。《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838－2002）列有監(jiān)測項目共計109項，其中基本項目24項，溶解氧是其中之一的必測項目。該標(biāo)準(zhǔn)給出了按水域功能劃分標(biāo)準(zhǔn)類別，規(guī)定Ⅰ類～Ⅴ類水體溶解氧的標(biāo)準(zhǔn)濃度限值為7.5～2.0mg／L［2］。從安慶市近些年發(fā)生的湖庫魚塘水污染事件來看，現(xiàn)場測定項目主要是pH值、DO、電導(dǎo)率等項目。由于使用便攜式測定儀現(xiàn)場讀取數(shù)據(jù)，能及時提供信息，為管理部門決策提供依據(jù)。

石塘湖是安慶市重要的天然淡水湖，位于市郊宜秀區(qū)楊橋鎮(zhèn)，離安慶城區(qū)僅10km。湖中心位置117°06′4.15″E、30°37′44.24″N，水域面積23.3km2，平均水深1.52m，最大水深2.5m［3］。湖水主要依賴地表徑流及降水補給，近年來也接納少量市區(qū)生活污水和工業(yè)廢水排放。石塘湖是安慶市破罡湖水系的一部分，其水質(zhì)通過破罡湖最終匯入長江，對下游水質(zhì)產(chǎn)生一定影響。石塘湖是一個集生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉、漁業(yè)養(yǎng)殖和觀光休閑等多功能于一體的湖區(qū)，同時也是安慶市飲用水備用水源地，其水質(zhì)優(yōu)劣備受關(guān)注。由于近年來水產(chǎn)養(yǎng)殖力度加大，水生植被減少，該湖已發(fā)生富營養(yǎng)化，藻類大量繁殖，水色加深，水質(zhì)變壞［4］。2004年7月，安慶市政府將石塘湖備用水源工程和石塘湖截污工程列入當(dāng)年城市大建設(shè)實施的重點工程，由水利部門牽頭開展石塘湖整治規(guī)劃工作，各部門協(xié)力推進(jìn)石塘湖水環(huán)境綜合治理工程的實施。本文是在2014年1～12月進(jìn)行的對石塘湖水質(zhì)監(jiān)測資料的基礎(chǔ)上，分析該湖DO分布特征和其相關(guān)的影響因子，探討出目前石塘湖水質(zhì)狀況的一般規(guī)律。

1 數(shù)據(jù)來源

石塘湖是一東西窄、南北長的淺水湖，其水域面積23.3km2，為中型湖區(qū)［5］。根據(jù)湖區(qū)的地形地貌、水深、魚群活動區(qū)域、周圍居民點等情況，按照水流方向，依次布設(shè)共10個監(jiān)測點位（圖1）。其中，1#、2#點為湖區(qū)入水點，主要承接市區(qū)躍進(jìn)大橋河道水、大龍山山澗水，3#～6#為深水區(qū)，是魚群主要活動區(qū)域，其中5#為水上體育運動競賽區(qū)域，7#、8#為淺水區(qū)和岸邊區(qū)、附近有水上娛樂休閑中心，9#為兩股水流的交匯口，10#為出水點，湖水流出方向為破罡湖。

為觀察石塘湖DO的水平分布，在1#～10#點水面下0.5m處測定DO值。為觀察湖中DO垂直分層狀態(tài)，在3#～6#深水區(qū)的每個采樣點布設(shè)三個監(jiān)測垂線點，即水面下0.5m、水底上0.5m以及1／2的斜溫層處各設(shè)一個點。

DO測定儀器為美國YSI－550A型溶解氧便攜式測定儀，其不銹鋼探頭超重易沉水中，方便讀數(shù)?，F(xiàn)場還進(jìn)行水溫、pH值、電導(dǎo)率、透明度測定，同時取得水樣帶回實驗室分析，項目為CODmn、葉綠素a等項目。采樣時間為2014年1～12月，每月一次，在月初某天進(jìn)行。

2 結(jié)果討論

2.1 DO水平分布情況

表1為2014年1～12月石塘湖各測點水面下0.5m處DO濃度值，全年測量時水溫6.7～29.6℃，大氣壓約1012hPa左右，DO測定濃度值均低于水中飽和值［6］。DO濃度值隨氣溫、水溫呈負(fù)相關(guān)趨勢分布。全年春季（2～4月）DO值較高，平均值為9.62mg／L，最高值為11.54mg／L（1.8℃）；秋季（8～10月）DO值較低，平均值為6.39mg／L，最低值為5.88mg／L（29.7℃）；夏季和秋季 DO 平均值分別為6.97mg／L、9.07mg／L。石塘湖作為安慶市的備用飲用水源地，其水質(zhì)應(yīng)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838－2002）Ⅲ類要求，即DO值≥5mg／L，從表2判定2014年石塘湖DO值高于該標(biāo)準(zhǔn)限值，水質(zhì)呈優(yōu)良狀態(tài)。

表1 1#～10#點表層DO結(jié)果值（mg／L）

表1顯示，1#、2#、7#、8#全年DO濃度值低于其它點位的濃度值，與這些點所處的斷面寬度窄、為岸邊區(qū)和淺水區(qū)有關(guān)。由于測點所處的區(qū)域面積小，湖道淺，水速快，加之1#、2#點承接著市區(qū)躍進(jìn)大橋少量污水、7#、8#點為水上休閑娛樂區(qū)域，人為干預(yù)因素多，因此，使DO數(shù)值明顯偏高。

2014年石塘湖DO平均值為8.01mg／L，高于“十一五”期間石塘湖DO每年平均值［7］。2006年到2010年期間，石塘湖每年DO平均值為7.51mg／L、7.34mg／L、5.62mg／L、6.05mg／L、6.95mg／L，說明2011年之后實行的禁止魚料投放喂養(yǎng)、禁入工業(yè)廢水和生活污水、消除水體富營養(yǎng)化措施，使石塘湖水質(zhì)有明顯改善。

2.2 DO垂直分布情況

石塘湖是破罡湖水系的一個分支，出水進(jìn)入破罡湖最終匯入長江，其水位隨江水的漲落而定，另外安慶梅雨天多為6月中旬，因此每年的6～9月為豐水期，湖中的水位最高。從表2和圖2看出，3#點全年DO值呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化：夏秋季表底層DO濃度值大于春冬季，6～8月變化明顯，且7月、8月DO小于4mg／L，出現(xiàn)厭氧狀態(tài)。對比同期水溫T、葉綠素a（chla）數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)這一時期，水位最深，溫度分層變化明顯，底層葉綠素a局部升高。葉綠素a是判定湖泊富營養(yǎng)化一個重要的指標(biāo)［8］。由于過去一段時期，提倡在石塘湖發(fā)展規(guī)模養(yǎng)殖，投進(jìn)大量富含氮、磷飼料喂養(yǎng)魚蝦；同時又承接市區(qū)部分工業(yè)廢水和楊橋鎮(zhèn)居民生活污水，所以水質(zhì)總體質(zhì)量下降。3#點位于石塘湖進(jìn)水區(qū)域，湖底沉積著一些受過去污水影響的底泥，加上20℃以上環(huán)境適合藻類生長，因此7、8月出現(xiàn)底層厭氧、葉綠素a升高的情況。分析4#、5#、6#點監(jiān)測結(jié)果，也出現(xiàn)類似的情況。

表2 3#點表層、中間層、底層DO等項目結(jié)果值

2.3 DO與水溫、電導(dǎo)率、COD相關(guān)性

在對石塘湖1#～10#點測定DO同時，現(xiàn)場還進(jìn)行水溫（T）、pH值、電導(dǎo)率、透明度項目監(jiān)測，取得的水樣帶回實驗室分析，主要分析高錳酸鹽指數(shù)（CODmn）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3－N）等項目。

水溫T是影響DO的重要因素。春季氣溫較低，氧在水中的溶解度大。此時也是浮游植物開始大量繁殖的季節(jié)，適宜的光照和溫度使得浮游生物進(jìn)行光合作用釋放大量的氧氣，一部分溶解在水體，致使表層水體DO最大［9］。秋季氣溫較高，氧在水中溶解度低，此時魚類活動量和活動區(qū)域較大，耗散了大量的氧，使得水體DO較低。電導(dǎo)率常用于間接推測水中離子成分的總濃度，這些離子有的會參加氧化還原反應(yīng)，會消耗水中的DO。高錳酸鹽指數(shù)CODmn作為水體受有機(jī)污染物和還原性無機(jī)物污染的綜合指標(biāo)，水體存在的還原性物質(zhì)如亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物氧化時會消耗氧。

表3 1#～10#點DO、T、電導(dǎo)率、CODMn目年平均結(jié)果值

表4 DO與T、電導(dǎo)率、CODmn相關(guān)性檢驗

由表3、表4、圖3，在顯著水平a＝0.01，即被比較的二組數(shù)據(jù)可能有99%顯著性差異時，DO與T、電導(dǎo)率、CODmn相關(guān)系數(shù)分別為－0.9767、0.8978、－0.875，其絕對值均大于r臨界值0.7079。經(jīng)過t檢驗，均呈顯著性意義，其中DO與相關(guān)性最好，為非常有顯著意義［10］。

3 結(jié)論和建議

（1）石塘湖表層DO值≥5mg／L，高于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838－2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值，水質(zhì)呈優(yōu)良狀態(tài)。DO水平分布特征是深水區(qū)點位值高于淺水區(qū)點位值，垂直分布特征為水溫較低時，表層、中間層和底層濃度值差別不大，但在水溫較高時，差別較大。

（2）DO與T、電導(dǎo)率、CODmn相關(guān)系數(shù)分別為－0.977、0.896、－0.878，均大于r臨界值0.7079。經(jīng)過t檢驗，均呈顯著性意義，其中DO與相關(guān)性最好，為非常有顯著意義。

（3）7、8月一些深水區(qū)點位出現(xiàn)底層厭氧、葉綠素a升高的情況，表層CODmn≥8mg／L，水質(zhì)呈富營養(yǎng)化狀態(tài)。

（4）石塘湖屬城郊淺水湖泊，和長江中下游其它地區(qū)一樣，正面臨著湖泊富營養(yǎng)化問題［11］。作為安慶市飲用水備用水源地，關(guān)系到市民的用水安全，其重要性不言而喻。要在截污和治理上下功夫，通過禁止水產(chǎn)品人工養(yǎng)殖，還原石塘湖原生態(tài)環(huán)境，以逐步消除水質(zhì)富營養(yǎng)化，保護(hù)好水源地。

1 楊麗娜，李正炎，張學(xué)慶.大遼河近入海河段水體溶解氧分布特征及低氧成因的初步分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2011，32（1）：（51－58）.

2 GB 3838－2002.地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.

3 張清慧，董旭輝，陳詩越，等.安徽省石塘湖過去百余年湖水總磷濃度的定量重建［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2013，29（4）：（494－499）.

4 張歡歡，艾敬.安慶石塘湖大量魚蟹死亡［EB／OL］.（2008－07－18）［2012－12－14］.http：／／ah.an huinews.com／syste m／2008／07／18／002068320.shtml.

5 HJ／T 2.3－93.環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 地面水環(huán)境［S］.

6 國家環(huán)?？偩?水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.4版，北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002，207－209.

7 徐開宇，章宜潔，魏迎憲，等.安慶市環(huán)境質(zhì)量報告書［R］.安慶：安慶市環(huán)保局，2001：132－133.

8 安徽省環(huán)境監(jiān)測中心站.安徽省環(huán)境質(zhì)量報告書編寫方案［OE］.合肥，2011.

9 殷燕，吳志旭，劉明亮，等.千島湖溶解氧的動態(tài)分析特征及其影響因素分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2014，35（7）：2539－2546.

10 中國環(huán)境監(jiān)測總站.環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量保證手冊［M］.2版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994，288－305.

11 秦伯祥.長江中下游淺水湖泊富營養(yǎng)化發(fā)生機(jī)制與控制途徑初探［J］.湖泊科學(xué)，2002，14（3）：193－202.