渭南市沋河公園人工湖水質(zhì)季節(jié)變化研究

朱顯亮，何佳林，孫曉娟

(渭南師范學(xué)院 化學(xué)與材料學(xué)院，陜西 渭南 714099)

【蓓蕾園地】

渭南市沋河公園人工湖水質(zhì)季節(jié)變化研究

朱顯亮，何佳林，孫曉娟

(渭南師范學(xué)院 化學(xué)與材料學(xué)院，陜西 渭南 714099)

渭南市沋河公園人工湖地處渭南市城區(qū)，屬城市小型淺水人工湖。長(zhǎng)期以來(lái)，人工湖水體水質(zhì)已發(fā)生明顯惡化。為探索水質(zhì)變化與季節(jié)變化的關(guān)系，故選取春、夏、秋、冬四個(gè)時(shí)段，選擇水溫、硬度、濁度、有機(jī)物等指標(biāo)，對(duì)渭南市沋河公園人工湖的水質(zhì)進(jìn)行采樣和測(cè)量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得出人工湖水質(zhì)各指標(biāo)隨季節(jié)變化而發(fā)生變化的特征，并淺析人工湖水質(zhì)各指標(biāo)隨季節(jié)變化的原因，針對(duì)沋河公園人工湖水質(zhì)惡化情況，建議人為構(gòu)建一個(gè)生態(tài)水處理系統(tǒng)，增強(qiáng)水體自凈能力，以解決水質(zhì)惡化問(wèn)題。

沋河公園；人工湖；水質(zhì)；季節(jié)變化；治理

1 研究背景

沋河公園地處渭南市沋河之濱，是集娛樂(lè)、休閑、觀賞等多種功能于一體的綜合性公園。區(qū)內(nèi)氣候?qū)俦睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年均溫13.6℃，年降水量570 mm。公園人工湖建于2006年5月，采用橡膠壩工程，對(duì)流經(jīng)公園內(nèi)部的沋河河道進(jìn)行截流改造，形成3個(gè)淺水人工湖水域，總蓄水量21.48萬(wàn)m3，水面總面積達(dá)15.72萬(wàn)m2。

目前，關(guān)于沋河公園人工湖的研究較少，僅有李娟等學(xué)者設(shè)想在沋河公園修建人工湖的少量研究[1]；針對(duì)沋河公園人工湖修建以來(lái)的湖水水質(zhì)尚無(wú)人研究，屬空白領(lǐng)域，本文正是從湖水水質(zhì)入手，通過(guò)對(duì)不同季節(jié)湖水水質(zhì)的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，以探究人工湖水質(zhì)季節(jié)變化的特征，并提出相應(yīng)的水質(zhì)治理建議。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)

根據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)[2]中對(duì)湖泊、水庫(kù)監(jiān)測(cè)斷面和采集點(diǎn)的規(guī)定，選擇沋河公園人工湖中心2號(hào)壩水域，分別在水域的東岸、湖中、西岸布設(shè)上(a、b、c)、中(d、e、f)、下(g、h、k)游共9個(gè)采樣點(diǎn)，如圖1所示。

2.2 水樣采集與測(cè)量

在2014年春、夏、秋、冬季分別采集一次水樣，測(cè)量指標(biāo)有：水溫、PH值、濁度(用GDYS-101SZ2濁度測(cè)定儀測(cè)量)、總硬度(用GDYS-102SB總硬度測(cè)定儀測(cè)量)，光吸收系數(shù)(用便攜式水中有機(jī)物快速測(cè)定儀UV254儀)測(cè)量。

UV254儀是測(cè)定有機(jī)物在254 nm處紫外線吸光度，該方法是利用大部分有機(jī)物在紫外254 nm處有吸光的特性，將待測(cè)水樣經(jīng)過(guò)254 nm紫外光的照射，從水樣中有機(jī)物吸光度的大小來(lái)判斷水質(zhì)污染的程度[3]。

2.3 采樣點(diǎn)分布簡(jiǎn)圖

圖1 水質(zhì)采樣點(diǎn)分布簡(jiǎn)圖

3 結(jié)果分析

分別取各季東岸、湖中、西岸三個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值(保留一位小數(shù)，有機(jī)物保留三位小數(shù))。春、秋季為過(guò)渡季，數(shù)據(jù)相近，故將兩季合并(見(jiàn)表1)。

表1 沋河公園各季水質(zhì)數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，繪制了圖2與圖3，分別表示硬度、濁度、水溫、pH和水中有機(jī)物吸光度的季節(jié)變化規(guī)律。

圖2 沋河公園水溫與水質(zhì)季節(jié)變化圖(A)

圖3 沋河公園水質(zhì)季節(jié)變化圖(B)

3.1 硬度、濁度、水溫、pH的季節(jié)變化

3.1.1 硬度

水的硬度是指水中鈣離子和鎂離子的含量。其中，水加熱至沸騰形成鈣鎂的碳酸鹽而沉淀下來(lái)的鈣、鎂離子的數(shù)量稱為暫時(shí)硬度，水中剩余的鈣、鎂離子含量稱為永久硬度，兩者之即為水的總硬度。本文的硬度指的是水的總硬度。從圖2可發(fā)現(xiàn)，沋河公園人工湖湖水的硬度，夏季相對(duì)偏低，秋(春)、冬季相對(duì)較高且穩(wěn)定。同一季節(jié)不同測(cè)點(diǎn)硬度變化不明顯。夏季硬度低是由于夏季降水較多，人工湖水量增加，稀釋了水中的鈣、鎂離子含量。

3.1.2 濁度

濁度是用來(lái)表示水的渾濁程度的指標(biāo)。水中懸浮的或呈膠體狀態(tài)的微粒，會(huì)使水產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象。從圖2可發(fā)現(xiàn)，沋河公園人工湖湖水的濁度，夏季大于秋(春)季大于冬季。同一季節(jié)內(nèi)不同測(cè)點(diǎn)變化的幅度不大。主要與降水、溫度和藻類繁殖的季節(jié)性變化相關(guān)。

3.1.3 水溫

本文中水溫指的是湖水溫度。湖水溫度高低不僅會(huì)影響生物的新陳代謝和物質(zhì)的分解速率，還決定湖泊的生產(chǎn)力，并直接制約湖泊的水面蒸發(fā)。在一定的限度內(nèi)，適當(dāng)提高湖水的水溫會(huì)促進(jìn)湖中水生生物的生長(zhǎng)發(fā)育，但是，若湖水接納過(guò)多的熱量，將會(huì)導(dǎo)致水的物理、化學(xué)和生物過(guò)程發(fā)生改變，進(jìn)而引起水質(zhì)惡化。湖水溫度的變化取決于湖泊的熱量收支狀態(tài)，太陽(yáng)輻射、空氣的紊流熱交換、水汽凝結(jié)潛熱和湖底的熱量變化都會(huì)引起湖溫的變化。[4]

從圖2可發(fā)現(xiàn)，沋河公園人工湖湖水的水溫變化與氣溫變化相關(guān)，冬季湖面有結(jié)冰現(xiàn)象。但同一季節(jié)內(nèi)不同測(cè)點(diǎn)上的水溫有微小差別。這與測(cè)點(diǎn)所處的方位和周圍環(huán)境有關(guān)，方位朝向和周圍環(huán)境的植被郁閉度等都會(huì)影響太陽(yáng)輻射的時(shí)長(zhǎng)和強(qiáng)度。

3.1.4 pH值

pH值是衡量水的酸堿度的指標(biāo)。根據(jù)pH的大小，可將水劃分為五類：1pH<5，為強(qiáng)酸水；2pH=5～6.5,為弱酸性水；3pH=6.5～8，為中性水；4pH=8～10，為弱堿性水；5pH>10,為強(qiáng)堿性水。天然水中的pH受二氧化碳、重碳酸鹽、碳酸鹽平衡的影響，一般為4.5～5.08。[4]

從圖2可發(fā)現(xiàn)，沋河公園人工湖湖水的pH值變化不明顯，基本穩(wěn)定在6～7。符合地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[5]對(duì)一般景觀水pH值的要求。

3.2 有機(jī)物吸光度的季節(jié)變化

如圖3所示，沋河公園人工湖湖水的有機(jī)物變化，夏季最大，秋(春)季、冬季基本相同。根據(jù)水中紫外吸光度與COD的相關(guān)性[6]分析其原因，夏季氣溫較高，藻類生長(zhǎng)較快，人工湖富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，COD偏大。

4 建議與對(duì)策

針對(duì)沋河公園的水質(zhì)情況，建議引入生態(tài)水處理系統(tǒng)，通過(guò)在水域中人為建立一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)[7]，以強(qiáng)化水體自凈能力，輔以人工處理措施，使人工湖水體恢復(fù)其生態(tài)功能，解決水質(zhì)惡化、藻類繁殖、觀賞價(jià)值降低等一系列問(wèn)題。具體措施如圖4所示。

圖4 生態(tài)水處理系統(tǒng)模式圖

4.1 截污處理

修建配套的截污設(shè)施，攔截隨降雨徑流進(jìn)入人工湖水體的污染物質(zhì)，防止湖水水質(zhì)惡化，并減少降水?dāng)y帶的泥沙入湖量，使水體保持澄澈。目前外源污染是造成人工湖水體惡化的主要原因，水質(zhì)各指標(biāo)的季節(jié)變化幅度也受到外源污染物入湖量變化的影響。外源污染主要包括固體污染物質(zhì)和污水兩類。因此，要修建配套的截污設(shè)施減少固體污染物的入湖量。結(jié)合沋河公園人工湖的實(shí)地情況，可在人工湖上游河道修建攔污壩，以攔截汛期隨洪水進(jìn)入人工湖水域的固體垃圾、土石和雜草樹(shù)枝，并加強(qiáng)攔污壩的日常管理與維護(hù)，及時(shí)清理攔截的固體污染物。與此同時(shí)為減少入湖污水量，還應(yīng)修建相應(yīng)的污水處理設(shè)施。如可修建污水沉淀池，將生活污水經(jīng)沉淀處理后排放。

4.2 生態(tài)防滲

建議采用生態(tài)防滲措施，以減少湖水滲漏損失量，使湖水保持一定水量，有利于湖水硬度維持穩(wěn)定，并最大程度地保持湖水和周圍地下水環(huán)境之間的聯(lián)系。沋河公園人工湖地處溫帶地區(qū)，水面蒸發(fā)量受氣溫季節(jié)變化影響，加之湖水的滲漏損失，使人工湖的水量和水面高度呈現(xiàn)出季節(jié)變化，進(jìn)而影響人工湖水質(zhì)各指標(biāo)的季節(jié)變化。因此，采用生態(tài)防滲措施減少湖水的滲漏量對(duì)改善人工湖水質(zhì)十分必要?？稍诤兹藶殇佋O(shè)自然黏土以便防滲。

4.2.1 生態(tài)護(hù)岸

修建生態(tài)護(hù)岸工程，以增加堤岸植被覆蓋度，利用植被遮擋陽(yáng)光的作用，使湖水溫度變化幅度減小，同時(shí)植被還可以提高公園的觀賞性。太陽(yáng)輻射是造成湖水溫度變化的主要原因，尤其夏季充足的太陽(yáng)輻射使湖水溫度迅速增高，水溫增高會(huì)增強(qiáng)藻類的繁殖速度，大量的藻類瘋長(zhǎng)會(huì)引起人工湖水質(zhì)的惡化。因此利用生態(tài)護(hù)岸工程上增種的植被遮擋陽(yáng)光，對(duì)減小水溫變動(dòng)幅度、防止藻類過(guò)快繁殖、改善人工湖水質(zhì)意義重大。

4.2.2 生物浮島

采用生物浮島技術(shù)，利用植物的作用，吸收湖水中的無(wú)機(jī)鹽類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，防止藻類繁殖過(guò)快，以改善水質(zhì)狀況。生物浮島技術(shù)主要是采用輕浮材料在湖面上搭建浮床，在浮床上采用無(wú)土栽培技術(shù)培植水生植物，利用植物對(duì)水中無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收作用，而達(dá)到水質(zhì)凈化目的的一種技術(shù)。沋河公園人工湖可引進(jìn)生物浮島技術(shù)解決水質(zhì)污染問(wèn)題。

4.2.3 景觀復(fù)氧、噴泉跌水

建議增設(shè)噴泉、跌水等復(fù)氧設(shè)施，以增強(qiáng)水體流動(dòng)性，防止水質(zhì)惡化。沋河公園人工湖是人工攔截沋河河道蓄水形成的湖泊。蓄水后改變了原來(lái)河流的流動(dòng)性，形成靜水水域。這種靜水水域的人工湖水體流動(dòng)性差，水體更新和污染自凈速率慢，極易造成水質(zhì)惡化。因此要人工修建一系列復(fù)氧設(shè)施，提高水體流動(dòng)性、加速水體更新、提高水體自凈速率，防止水體水質(zhì)惡化。沋河公園的人工復(fù)氧設(shè)施宜采用噴泉和人工跌水，可營(yíng)造人工景觀，提升公園美感，提高公園觀賞游玩性。

4.2.4 景觀植被、植物降解

人為構(gòu)建一個(gè)完整的水域生態(tài)系統(tǒng)，合理篩選布設(shè)水生動(dòng)植物，利用水生動(dòng)植物對(duì)水中營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收利用、減少入湖通光量、抑制藻類生長(zhǎng)等作用，以增強(qiáng)湖體自凈能力。水生動(dòng)植物的選取應(yīng)結(jié)合渭南本地氣候，選擇出具有耐污染、凈化能力較強(qiáng)而又適宜觀賞的水生動(dòng)植物種類，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)這些水生植物的生產(chǎn)能力和水生動(dòng)物的消費(fèi)水平，對(duì)其種類和數(shù)量進(jìn)行合理的配比，設(shè)計(jì)出一個(gè)結(jié)構(gòu)合理、功能高效的綜合水生態(tài)系統(tǒng)。[8]

另外，沋河公園管理方應(yīng)加強(qiáng)對(duì)沋河公園人工湖水質(zhì)的日常監(jiān)測(cè)，根據(jù)水質(zhì)變化情況及時(shí)做出相應(yīng)治理措施。同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)公園人工湖水質(zhì)保護(hù)宣傳，提高公園游客的環(huán)保意識(shí)，以減少游客游玩過(guò)程中將垃圾丟進(jìn)湖里造成的污染。

5 結(jié)語(yǔ)

沋河公園人工湖相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)季節(jié)變化影響人工湖水質(zhì)狀況，在水質(zhì)保護(hù)方面應(yīng)結(jié)合水質(zhì)季節(jié)變化特征采取相應(yīng)的治理措施，以改善公園人工湖水質(zhì)，使其充分發(fā)揮景觀、觀賞、游玩價(jià)值。

(指導(dǎo)教師 楊秀英)

[1] 李娟.關(guān)于在沋河公園修建人工湖的設(shè)想[J].陜西水利,2008,(1):63-64.

[2] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.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,2002：197-254.

[3] 陳光,孫宗光,劉延良,等.水中紫外吸光度與COD的相關(guān)性[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù),2005,17(6):11-13.

[4] 管華.水文學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2010：98-165.

[5] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-88)[S].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002.

[6] 尹洧.COD水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀[R].北京：北京自動(dòng)化學(xué)會(huì)中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)節(jié)能分會(huì)環(huán)境測(cè)控儀器與應(yīng)用專業(yè)委員會(huì), 2003：17-23.

[7] 孫麗娟,費(fèi)壽娥,曹緒峰.城市景觀水生態(tài)修復(fù)方法研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)[J].金陵科技學(xué)院學(xué)報(bào),2008,24(2):77-80.

[8] 王志平.渭南師范學(xué)院鏡面湖的生態(tài)水處理技術(shù)初探[J].渭南師范學(xué)院學(xué)報(bào),2011,26(2):76-78.

【責(zé)任編輯 馬小俠】

A Study on Seasonal Variation of the Artificial Lake Water Quality of Youhe River Park in Weinan City

ZHU Xian-liang, HE Jia-lin, SUN Xiao-juan

(School of Chemistry and Materials Science, Weinan Normal University, Weinan 714099, China)

The artificial lake of Youhe River Park located in Weinan City. For a long time the artificial lake water quality has significantly deteriorated. In order to explore the relationship of the water quality changes and the seasonal changes, the four phases in spring, summer, autumn and winter are selected, as well as water temperature, hardness, turbidity, organic matter and other indicators. The artificial lake water quality is sampled and measured. Through experimental analysis we can conclude that the characteristics of the artificial lake water quality indexes have changed with the seasons and the reasons are briefly analyzed. For Youhe Park artificial lake water quality deterioration, it is recommended to artificially build an ecological water treatment system, enhance self-purification capacity of water body, in order to solve the deterioration of water quality.

Youhe River Park; artificial lake; water quality; seasonal variation; management

X824

A

1009-5128(2017)04-0093-05

2016-07-03

渭南師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目：城市小型淺水人工湖水質(zhì)季節(jié)變化及成因探討(2014XK045)

朱顯亮(1992—),男,陜西安康人,渭南師范學(xué)院化學(xué)與材料學(xué)院資源環(huán)境系本科生。