季節(jié)變化影響下的水庫(kù)時(shí)空變化規(guī)律研究—以四豐山水庫(kù)為例①

季詩文， 孫楠雅， 馬忠強(qiáng)， 張躍華,2， 趙晨晨*

(1.佳木斯大學(xué)理學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007；2.農(nóng)業(yè)與環(huán)境生物技術(shù)研究所，黑龍江 佳木斯154007)

0 引言

四豐水庫(kù)位于佳木斯市西南郊區(qū)6km處的英格吐河中游，截英格吐河成四豐水庫(kù)，控制流域面積88km2，總庫(kù)容1.1×107m3[1]，由于受當(dāng)?shù)赜慰蛿?shù)量的增多及農(nóng)作廢棄物的排入等外源污染的影響,使得水庫(kù)水質(zhì)不斷惡化，水庫(kù)水質(zhì)安全等問題日漸突出。以四豐水庫(kù)為研究對(duì)象，對(duì)4月至10月期間庫(kù)區(qū)的溫度、pH值、BOD、COD、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、大腸桿菌菌群總數(shù)7項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，探究水庫(kù)水質(zhì)的時(shí)空變化規(guī)律，結(jié)合監(jiān)測(cè)指標(biāo)對(duì)水庫(kù)水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1 水質(zhì)檢測(cè)方法

1.1 檢測(cè)項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)我國(guó)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB38388-2002)，結(jié)合水庫(kù)自身水體環(huán)境及水庫(kù)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響，確定水樣的7個(gè)主要檢測(cè)指標(biāo)，分別為：溫度、pH、BOD5[2]、大腸桿菌菌群總數(shù)、高錳酸鹽指數(shù)、CODGr和總磷。其中大腸桿菌菌群總數(shù)的測(cè)定采用多管發(fā)酵法，其他指標(biāo)均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法測(cè)定，水庫(kù)水質(zhì)的分析方法見表1。

表1 水庫(kù)水樣檢測(cè)方法

1.2 采樣時(shí)間及采樣點(diǎn)布設(shè)

由于自然因素的限制，水樣采集時(shí)間設(shè)定在4月至10月期間，每月采樣1次，采樣時(shí)間均為每月中旬[3]。根據(jù)水庫(kù)實(shí)際情況，結(jié)合水庫(kù)取樣位置與采樣點(diǎn)的布設(shè)原則，選取水庫(kù)固定點(diǎn)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，于表面及距表層1m處取樣，根據(jù)測(cè)定分析后的結(jié)果可預(yù)測(cè)四豐水庫(kù)水質(zhì)狀況。結(jié)合國(guó)家對(duì)以上7個(gè)評(píng)價(jià)因子的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行空間變化分析。

2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)時(shí)空變化

2.1 水庫(kù)水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)分析

2.1.1 pH測(cè)定

水庫(kù)監(jiān)測(cè)流域水質(zhì)pH的變化見圖2.1。其中5月監(jiān)測(cè)點(diǎn)pH值最高，7月監(jiān)測(cè)點(diǎn)pH值最低，總體pH值變化趨于穩(wěn)定。表面水體pH值變化范圍為7.34～8.91。距表層1m的水體pH值變化范圍為7.04～8.42。

2.1.2 溫度

水庫(kù)監(jiān)測(cè)流域水質(zhì)溫度的變化見圖2.2。水溫的變化主要受氣溫影響。垂直分布水溫差值較小，各月份水溫差值平穩(wěn)，均在6.2℃左右。7-10月，相對(duì)于其他月份，其表層水溫波動(dòng)較大，差值變化范圍為1.87～11.18℃。

圖1 監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)部pH變化情況

圖2 監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)部溫度變化情況

圖3 監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)部總磷值變化情況

2.1.3 總磷時(shí)空變化

水庫(kù)監(jiān)測(cè)流域水質(zhì)總磷的變化見圖3。水體表層水質(zhì)在5、8、9月的總磷濃度差異顯著。夏季氣溫較高導(dǎo)致水溫升高，水體初級(jí)生產(chǎn)力比較旺盛，水體表層透光帶中浮游植物群落分布不均勻，在浮游植物密度大的區(qū)域，磷迅速被消耗，而浮游植物密度小的區(qū)域磷消耗則相對(duì)緩慢[5]，這使得總磷含量在空間上分布不均勻。

圖4 監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)部高錳酸鹽指數(shù)變化情況

圖5 監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)部BOD5變化況

圖6 監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)部COD值變化情況

圖7 監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)部大腸桿菌菌群值變化情況

2.1.4 高錳酸鹽指數(shù)時(shí)空變化

水庫(kù)監(jiān)測(cè)流域水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)的變化見圖4。垂線上，高錳酸鹽指數(shù)在不同季節(jié)的變化為水體表面數(shù)值偏高于距表層1m處水體數(shù)值，這與水溫的變化趨勢(shì)有關(guān)。

2.1.5 BOD5與CODG r時(shí)空變化

水庫(kù)監(jiān)測(cè)流域水質(zhì)BOD5的變化見圖5。水溫分層造成水體垂向混合性弱，溶解氧向下傳輸緩慢，底層溶解氧消耗后補(bǔ)給不足[6]，整個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段，溶解氧在垂向上浮動(dòng)均勻，不同時(shí)期溶解氧空間分布變化差異不大。

水庫(kù)監(jiān)測(cè)流域水質(zhì)COD的變化見圖6。夏季(豐水期)，距表層1m的水體的COD值變化范圍較大，由117.7 mg/L變化至186.2mg/L；春、秋季(平水期)，大部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)位處COD濃度高于夏季的相應(yīng)值，其濃度變化范圍為159.8～292.2mg/L。總體上，COD與BOD 同樣在垂向分布上的數(shù)值有一定的差異。

2.1.6 大腸桿菌菌群數(shù)時(shí)空變化

水庫(kù)監(jiān)測(cè)流域水質(zhì)大腸桿菌菌群總數(shù)變化見圖7。從圖7中明顯看出，大腸桿菌在夏季時(shí)段繁殖旺盛，最多達(dá)到3500個(gè)/L，符合Ⅲ類水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)?？傮w上，表層水體的大腸桿菌菌群總數(shù)偏高于距表層1m處的數(shù)量。

2.2 各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果

通過對(duì)水庫(kù)水質(zhì)檢測(cè)資料的分析，采用均值法，將各評(píng)價(jià)因子的平均值與其對(duì)應(yīng)的地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相比較見表2，結(jié)果表明四豐水庫(kù)在檢測(cè)時(shí)段內(nèi)未有超標(biāo)現(xiàn)象，水質(zhì)條件滿足水庫(kù)水域功能，符合相應(yīng)的Ⅲ類地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可繼續(xù)作為集中式生活用水水源地，旅游、垂釣等綜合利用型水庫(kù)。

表2 與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)比較結(jié)果 單位：mg/L

3 結(jié) 論

通過對(duì)不同月份水庫(kù)水質(zhì)進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，多次現(xiàn)場(chǎng)勘察取樣，確定了監(jiān)測(cè)目標(biāo)物含量的動(dòng)態(tài)分布。利用均值法分別對(duì)表層水質(zhì)和距表層1m處水質(zhì)情況進(jìn)行計(jì)算，直接反映水庫(kù)各項(xiàng)指標(biāo)及總體的達(dá)標(biāo)狀況，分析表明，由于受降雨、人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等綜合因素的影響，水庫(kù)流域水質(zhì)呈現(xiàn)季節(jié)性差異，且在夏季水質(zhì)空間分布差異最為顯著。

對(duì)照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從監(jiān)測(cè)時(shí)段的水質(zhì)情況來看，水中高錳酸鹽指數(shù)隨季節(jié)變化顯著，且整體數(shù)值呈上升趨勢(shì)；生化需氧量、化學(xué)耗氧量峰值集中于6月份，尤其在6月份之后，水體表面COD值呈線性增長(zhǎng)，水中COD含量均較高；夏季時(shí)期大腸桿菌菌群總數(shù)明顯高于其他季節(jié)，而在6月份后呈下降趨勢(shì)；水庫(kù)中總磷狀況較好，且達(dá)到了Ⅰ類水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。垂向水體的檢測(cè)結(jié)果顯示，各指標(biāo)的垂直變化趨勢(shì)穩(wěn)定，距水面1m處水質(zhì)優(yōu)于表面水質(zhì)。結(jié)果表明四豐水庫(kù)水域功能符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)-GB3838-2002》中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，可繼續(xù)作為佳木斯市農(nóng)田灌溉以及漁業(yè)養(yǎng)殖水源地。

為預(yù)防水體富營(yíng)養(yǎng)化，庫(kù)區(qū)應(yīng)適量放養(yǎng)魚類，尤其是草魚、鯉魚、鯽魚等，可以抑制水中藻類的大量繁殖，控制浮游動(dòng)物等的數(shù)量，限制水體的濁度、總磷、高錳酸鹽指數(shù)等指標(biāo)；該庫(kù)區(qū)一帶應(yīng)設(shè)置警告標(biāo)識(shí)，嚴(yán)禁向庫(kù)區(qū)丟棄秸稈等農(nóng)作廢棄物；在水庫(kù)上游農(nóng)村設(shè)立公共垃圾堆放點(diǎn)，將生活垃圾轉(zhuǎn)移后進(jìn)行無害化處理；提高流域和庫(kù)區(qū)周圍山坡植被覆蓋率，防治水土流失。此外，還要在公眾中進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的科普教育，提高觀光游客及庫(kù)區(qū)周圍群眾的環(huán)保意識(shí)。

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