長(zhǎng)江下游水體藻類(lèi)對(duì)含沙量烘干法測(cè)定準(zhǔn)確度影響分析

王 悅 韋立新 郭德俊

(長(zhǎng)江委水文局長(zhǎng)江下游水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 南京 210011)

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長(zhǎng)江下游水體藻類(lèi)對(duì)含沙量烘干法測(cè)定準(zhǔn)確度影響分析

王 悅 韋立新 郭德俊

(長(zhǎng)江委水文局長(zhǎng)江下游水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 南京 210011)

以長(zhǎng)江下游水體優(yōu)勢(shì)種藻類(lèi)為研究對(duì)象，采用烘干法測(cè)量含沙量，通過(guò)計(jì)算全年極限系統(tǒng)誤差和月際實(shí)際系統(tǒng)誤差，分析水體藻類(lèi)密度和組成對(duì)含沙量烘干法測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度的影響。結(jié)果表明，在長(zhǎng)江下游地區(qū)，極限系統(tǒng)誤差值為0.43%，各月實(shí)際系統(tǒng)誤差變化范圍為0.002%～0.155%，平均值為0.036%，均遠(yuǎn)小于系統(tǒng)誤差允許值，說(shuō)明下游水體藻類(lèi)對(duì)含沙量烘干法測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度幾乎無(wú)影響。

水體；藻密度；硅藻門(mén)；烘干法；含沙量；長(zhǎng)江下游

水體泥沙含量的測(cè)定，在水利水電工程建設(shè)、水文測(cè)報(bào)及水土流失治理等領(lǐng)域具有重要的科研與經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]。考慮到水體中生活的藻類(lèi)可能會(huì)影響含沙量監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度，本文就長(zhǎng)江下游近岸水體藻類(lèi)對(duì)含沙量烘干法測(cè)定準(zhǔn)確度的影響開(kāi)展基礎(chǔ)性研究。

1 研究區(qū)域及方法

1.1 研究區(qū)域

本研究選取每月藻類(lèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與含沙量采樣點(diǎn)最接近區(qū)域進(jìn)行比較分析，其中藻類(lèi)采樣點(diǎn)選取南京大勝關(guān)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站右岸表層水體Ⅲ上，南京站含沙量監(jiān)測(cè)選取南京水文試驗(yàn)站流速儀測(cè)流斷面右岸(垂線10)，兩采樣點(diǎn)相距50 m，采樣位置如圖1所示。

圖1 采樣位置示意

1.2 研究方法

利用2015年生態(tài)監(jiān)測(cè)藻類(lèi)群落組成、藻密度成果數(shù)據(jù)及南京站提供的單測(cè)次含沙量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)《河流懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范》(GB/T50159—2015)以及系統(tǒng)誤差(同體積藻類(lèi)重量/水樣含沙量)不大于1%時(shí)無(wú)影響[2]，因此考慮分析極限值情況。

以含沙量采樣點(diǎn)(垂線10)2015年含沙量最小測(cè)次為含沙量極小值，作為影響分析下限；各月藻類(lèi)監(jiān)測(cè)中單位體積重量最大的測(cè)次為藻類(lèi)重量極大值，作為影響分析上限。通過(guò)比較含沙量月際變化最小值與藻類(lèi)重量月際變化最大值獲得極限系統(tǒng)誤差。同時(shí)統(tǒng)計(jì)各月對(duì)應(yīng)藻干重與含沙量系統(tǒng)誤差變化，獲得月際實(shí)際系統(tǒng)誤差變化。通過(guò)分析比較極限系統(tǒng)誤差、實(shí)際系統(tǒng)誤差兩者與系統(tǒng)誤差允許值(1%)的差別來(lái)作出判斷。若兩者均不超過(guò)1%，則可說(shuō)明藻類(lèi)對(duì)含沙量測(cè)定準(zhǔn)確度無(wú)影響；若任一系統(tǒng)誤差大于1%，則需進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)補(bǔ)充試驗(yàn)。

1.2.1 含沙量測(cè)定

含沙量數(shù)據(jù)依據(jù)《河流懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范》(GB/T50159—2015)，采用烘干稱重法獲得，即經(jīng)過(guò)量積、沉淀、過(guò)濾、烘干、稱重等步驟，得出一定體積水體中的干沙重量[2]。單位體積內(nèi)所含干沙的質(zhì)量，稱為含沙量，用Cs表示，單位為kg/m3。

表1 2015年南京大勝關(guān)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站藻類(lèi)生態(tài)監(jiān)測(cè)成果

1.2.2 藻類(lèi)重量測(cè)定

藻類(lèi)數(shù)據(jù)獲得依據(jù)《水庫(kù)漁業(yè)資源調(diào)查規(guī)范》(SL167—2014)，鏡檢統(tǒng)計(jì)藻類(lèi)種類(lèi)組成及對(duì)應(yīng)藻密度[3]。單位體積藻類(lèi)濕重采用體積換算為生物量(濕重)方法，與水體相對(duì)密度近似為1；體積的測(cè)定根據(jù)浮游植物的體型，按最近似的幾何形狀測(cè)量必要長(zhǎng)度、高度、直徑等，換算出實(shí)際體積，并計(jì)算出每種藻類(lèi)的平均濕重[4]。濕重還可以通過(guò)換算方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦芍?，一般藻?lèi)含水率為90%以上[5]，本研究以90%計(jì)算，則計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

式中，M為單位體積藻類(lèi)生物量，g/L；K為單位體積藻類(lèi)總干重，g/L；Ni為單位體積水樣第i種藻類(lèi)藻密度，個(gè)/L；Vi為單位體積水樣第i種藻類(lèi)平均體積，μm3/個(gè)；ρH2O為水的密度，kg/m3；WH2O為含水率，%。

2 測(cè)量及統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.1 含沙量統(tǒng)計(jì)

本次含沙量數(shù)據(jù)來(lái)自南京站2015年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)其右岸水面含沙量數(shù)據(jù)(垂線10，相對(duì)水深0.2，水深范圍2.5～4.0m)。由圖2可知，含沙量最小值位于2月26日附近，采用實(shí)測(cè)值 0.014 kg/m3作為含沙量極小值。

圖2 2015年南京大勝關(guān)斷面實(shí)測(cè)含沙量過(guò)程線

2.2 藻類(lèi)濕重計(jì)算

2015年藻類(lèi)生態(tài)監(jiān)測(cè)成果如表1所示。分析全年數(shù)據(jù)可知，全年藻密度最大月份為4月，合計(jì)11.65×104個(gè)/L，優(yōu)勢(shì)種為硅藻門(mén)直鏈藻屬，組成比例為：藍(lán)藻門(mén)1.97%，硅藻門(mén)83.69%，隱藻門(mén)1.10%，裸藻門(mén)4.98%。由于絕大多數(shù)類(lèi)群為硅藻門(mén)，并且根據(jù)現(xiàn)成資料主要浮游植物細(xì)胞的平均濕重，直鏈藻較其他硅藻門(mén)藻類(lèi)平均濕重大，細(xì)化至各種藻類(lèi)分析對(duì)極值法影響較小，故將樣本擬定為100%直鏈藻屬，即直鏈藻屬藻密度=11.65×104個(gè)/L。

根據(jù)直鏈藻體積公式V=πr2h[4]，其中，r為浮游植物幾何體型的半徑，μm；h為高度，μm。經(jīng)測(cè)量和計(jì)算，直鏈藻屬平均體積為 5.296×103μm3/個(gè)。

3 誤差分析

3.1 極限系統(tǒng)誤差值

由上述統(tǒng)計(jì)分析可知，直鏈藻屬藻密度為11.65×104個(gè)/L，平均體積為5.296×103μm3/個(gè)，由公式(2)可得單位體積藻類(lèi)總干重，即K=6.170×10-5kg/ m3。

由上文可知，最大K值為 6.170×10-5kg/m3，含沙量最小值為 0.014 kg/m3，則極限系統(tǒng)誤差(同體積藻類(lèi)重量最大值/水樣含沙量最小值)為0.43% 。

3.2 實(shí)際系統(tǒng)誤差值

根據(jù)現(xiàn)有資料統(tǒng)計(jì)的主要浮游植物細(xì)胞的平均濕重及各門(mén)藻類(lèi)按對(duì)應(yīng)屬平均濕重(無(wú)對(duì)應(yīng)資料時(shí)按相近屬最大值計(jì)算)[4]，利用單位體積藻類(lèi)總干重K，換算各月藻類(lèi)干重[4]。統(tǒng)計(jì)各月含沙量算術(shù)平均值，計(jì)算與各月藻類(lèi)干重系統(tǒng)誤差值，得出各月藻類(lèi)干重過(guò)程線和各月系統(tǒng)誤差過(guò)程線(見(jiàn)圖3，4)。

圖3 2015年各月藻類(lèi)干重過(guò)程線

圖4 2015年各月系統(tǒng)誤差過(guò)程線

由圖3和圖4可知，長(zhǎng)江下游月際藻類(lèi)干重變化與藻密度變化基本一致，大部分月份均同步變化。其中藻密度、干重、系統(tǒng)誤差峰值均集中于3、4月份， 其余月份僅為峰值的1.3%～32%。

綜上，下游近岸水體各月藻類(lèi)干重變化與各月系統(tǒng)誤差變化趨勢(shì)一致，極限系統(tǒng)誤差值為0.43%，各月實(shí)際系統(tǒng)誤差變化范圍為 0.002%～ 0.155%，平均值為 0.036%，中位數(shù)為 0.017%，均遠(yuǎn)小于1%，故判定藻類(lèi)對(duì)含沙量測(cè)定準(zhǔn)確度無(wú)影響。但考慮到長(zhǎng)江流域藻類(lèi)分布不均勻這一現(xiàn)狀，分析由古代硅藻的遺骸所組成的硅藻土，其化學(xué)成分以SiO2為主，具有眾多的殼體孔洞，松散密度為0.47 g/cm3[6]。針對(duì)其上述特征，可采用過(guò)濾濃縮水樣，坩堝加熱至灰白后轉(zhuǎn)入離心管，快速離心去除上層液體，并通過(guò)鏡檢判斷去除率，從而獲得基本去除硅藻門(mén)藻類(lèi)的測(cè)定水樣，可為今后相關(guān)測(cè)定方法的研究工作提供參考。

4 結(jié) 論

本文采用全年極限系統(tǒng)誤差值和月際實(shí)際系統(tǒng)誤差值對(duì)比分析長(zhǎng)江下游水體藻類(lèi)對(duì)含沙量烘干法測(cè)定準(zhǔn)確度的影響，結(jié)果表明，由于下游藻類(lèi)藻密度過(guò)低，對(duì)含沙量測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度幾乎無(wú)影響。若考慮推廣至長(zhǎng)江流域，由于藻類(lèi)分布不均勻，特別是上游及庫(kù)區(qū)藻密度較大，則極可能對(duì)含沙量烘干法造成影響。

[1] 水利部水文局. 江河泥沙測(cè)量文集[M].鄭州:黃河水利出版社,2000.

[2] GB/T50159—2015河流懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范[S].

[3] SL167—2014水庫(kù)漁業(yè)資源調(diào)查規(guī)范[S].

[4] 章宗涉,黃翔飛. 淡水浮游生物研究方法[M].北京：科學(xué)出版社,1995.

[5] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局編. 水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M]. 第4版. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[6] Gendron-Badou A, Coradin T, Maquet J, et al. Spectroscopic characterization of biogenic silica [J]. Journal of Non-Crystalline Solids, 2003, 316:331-337.

(編輯：陳紫薇)

2016-09-15

王悅，女，長(zhǎng)江委水文局長(zhǎng)江下游水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，工程師．

1006-0081(2016)11-0065-03

S968.41

A