長(zhǎng)江流域某水庫(kù)pH值與環(huán)境因子的相關(guān)性研究

陸文彬，鄭 健

（上海城投原水有限公司，上海 200125）

青草沙是中國(guó)長(zhǎng)江河口的一個(gè)沖積沙洲，位于長(zhǎng)興島的西北方。青草沙擁有大量?jī)?yōu)質(zhì)淡水，總面積約70 km2。pH值是水溶液最重要的理化參數(shù)之一，表示溶液酸性或堿性程度。研究pH值與各類水質(zhì)因子之間的相關(guān)性，可以為pH值的調(diào)控提供理論依據(jù)。本文通過每日一次測(cè)定長(zhǎng)江流域某水庫(kù)pH值及相關(guān)水質(zhì)因子，分析pH值與水質(zhì)因子之間的相關(guān)性及影響pH值的因素，采用SPSS19.0軟件計(jì)算統(tǒng)計(jì)上游庫(kù)外和輸水區(qū)的數(shù)據(jù)，并開展相關(guān)性分析和偏相關(guān)分析，以期對(duì)水庫(kù)pH值進(jìn)行有效調(diào)控。

1 方法

1.1 采樣點(diǎn)

在長(zhǎng)江流域某水庫(kù)內(nèi)設(shè)立兩個(gè)采樣點(diǎn)，分別為上游庫(kù)外和輸水區(qū)。采樣時(shí)間為上午8點(diǎn)至9點(diǎn)。

1.2 分析方法

pH值的測(cè)定：玻璃電極法；儀器：哈希sensION+MM340臺(tái)式pH分析儀；葉綠素a：丙酮法；其他水質(zhì)指標(biāo)按《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》（GB5750-2006）進(jìn)行檢測(cè)分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS19.0軟件對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析和偏相關(guān)分析。

2 討論

2.1 pH值的時(shí)空分布

長(zhǎng)江流域某水庫(kù)輸水區(qū)pH值在2013年3月到2013年5月呈較低的平穩(wěn)狀態(tài)。它在2013年5月到2013年12月這七個(gè)月中呈上升趨勢(shì)，峰值為9.0，pH值平均值為8.5。12月開始逐漸下降，pH值總體變化范圍為8.0～8.5。上游庫(kù)外pH值整體趨勢(shì)與輸水區(qū)pH值整體趨勢(shì)基本相同，峰值為8.7，pH均值為8.2。

2013年10月15日到2013年12月1日，兩個(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)走勢(shì)不同，其間上游庫(kù)外pH值整體較低，輸水區(qū)pH值呈上升趨勢(shì)。輸水區(qū)葉綠素a高于上游庫(kù)外。

2.2 pH值與水質(zhì)因子的相關(guān)性分析

由表1、表2可知，2013年3月至2014年3月，兩個(gè)站點(diǎn)的pH值與水質(zhì)因子間的相關(guān)性存在明顯差異。上外pH值與水溫呈正相關(guān)，輸水區(qū)pH值則與水溫、葉綠素a呈顯著正相關(guān)，與溶解氧、總堿度、總硬度呈顯著負(fù)相關(guān)。

表1 上游庫(kù)外pH值與水質(zhì)因子的相關(guān)性

表2 輸水區(qū)pH值與水質(zhì)因子的相關(guān)性

2.2.1 pH值與水溫、葉綠素a的相關(guān)性

溫度升高，水電離出的氫離子和氫氧根離子的濃度都會(huì)升高，氫離子濃度的上升導(dǎo)致pH值下降。溫度上升會(huì)使CO2在水中的溶解度下降，使pH值上升。同時(shí)，溫度升高使水庫(kù)的藻類在更適宜的環(huán)境中生長(zhǎng)發(fā)育，藻類進(jìn)行光合作用消耗水中的游離CO2，導(dǎo)致水中OH-濃度增加，而水的光解產(chǎn)生的氫離子在暗反應(yīng)中充當(dāng)還原劑，使得氫離子大量減少，導(dǎo)致pH值上升。

相關(guān)分析表明，上游庫(kù)外和輸水區(qū)的pH值與水溫都呈正相關(guān)，其中輸水區(qū)pH值與水溫呈顯著正相關(guān)。

上游庫(kù)外的pH值僅與水溫呈顯著正相關(guān)，與其他水質(zhì)因子關(guān)系相對(duì)不大。2013年3月到2013年6月、2013年9月到2013年11月與2014年1月上游庫(kù)外水溫與pH值呈正相關(guān)，其他時(shí)間則無明顯相關(guān)性，在2013年11月到2014年12月呈負(fù)相關(guān)，整體趨勢(shì)不明顯。

輸水區(qū)的pH值與水溫、葉綠素a都呈顯著正相關(guān)，2013年3月至2014年3月，輸水區(qū)水溫與pH值總體趨勢(shì)基本相同。不同于上游庫(kù)外葉綠素a含量偏低（葉綠素a濃度在1～4 μg/L，均值為2 μg/L）的情況，輸水區(qū)的葉綠素a含量相對(duì)較高（濃度在1～66 μg/L，均值為13 μg/L）。需以葉綠素a為控制變量對(duì)輸水區(qū)水溫與pH值進(jìn)行偏相關(guān)分析，以得出結(jié)論。

對(duì)比輸水區(qū)的pH值與水溫、葉綠素a之間相關(guān)性，人們不難發(fā)現(xiàn)，pH值除了和水溫有很好的相關(guān)性以外，pH值與葉綠素a也有很好的相關(guān)性。進(jìn)一步對(duì)輸水區(qū)pH值、葉綠素a與水溫進(jìn)行偏相關(guān)發(fā)現(xiàn)，在以葉綠素a為控制變量的條件下，輸水區(qū)pH值與水溫?zé)o相關(guān)性，這表明影響輸水區(qū)pH值的主要原因是葉綠素a[1]。

2.2.2 pH值與總硬度、葉綠素a的相關(guān)性

上游庫(kù)外pH值與總硬度無明顯相關(guān)，輸水區(qū)pH值與總硬度呈顯著負(fù)相關(guān)。在水體中，pH值、暫時(shí)硬度、CO2有著非常密切的聯(lián)系，CO2在水體中以 CO2、HCO3-、CO32-存在，光合作用只吸收CO2，從而導(dǎo)致HCO3-、CO32-通過電離與水解平衡（消耗H+）轉(zhuǎn)變成CO2。另外，Ca2+與CO32-生成CaCO3沉淀，導(dǎo)致暫時(shí)硬度和pH值的下降。進(jìn)行偏相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，在控制變量為葉綠素a的條件下，輸水區(qū)pH值與總硬度無相關(guān)性，表明葉綠素a是導(dǎo)致輸水區(qū)pH值與總硬度呈負(fù)相關(guān)的主要原因。

2.2.3 pH值與溶解氧的相關(guān)性

水體溶解氧是反映該水體中生物生長(zhǎng)狀況和污染狀態(tài)的重要指標(biāo)，受水溫影響較大，同時(shí)受到水中藻類以及光照強(qiáng)度等多種因素的影響[2]。相關(guān)分析表明，上游庫(kù)外pH值與溶解氧不相關(guān)。輸水區(qū)pH值與溶解氧呈顯著負(fù)相關(guān)。在控制變量為水溫的情況下，輸水區(qū)pH值與溶解氧無相關(guān)性，說明水溫對(duì)溶解氧的影響相對(duì)pH要大得多。

2.3 探究降低水庫(kù)pH值的方法

pH值的降低是一個(gè)很緩慢的過程，硬度決定水的酸堿穩(wěn)定性，想降pH值就要從軟化水質(zhì)入手，治本的方法是降低水的碳酸鹽硬度，降低水的緩沖能力。

pH值過高的主要原因是藻類的大量生長(zhǎng)繁殖，而造成藻類大量繁殖的原因是水中的營(yíng)養(yǎng)鹽，可以用生物凈水方法來提高水庫(kù)表層水體水質(zhì)，從根本上達(dá)到降低水庫(kù)pH值的目的。同時(shí)，可通過釋放水庫(kù)表層水體，使含有大量浮游生物的水體流出水庫(kù)，使水庫(kù)水達(dá)到最大限度的置換。這能有效降低水體中污染物的濃度，有利于各種有機(jī)物的生化降解，使水域生態(tài)系統(tǒng)形成良性循環(huán)，通過水量調(diào)節(jié)，達(dá)到降低水庫(kù)pH值的目的。

3 結(jié)論

上游庫(kù)外及輸水區(qū)的pH值在空間分布上差異比較明顯，輸水區(qū)pH值整體比上游庫(kù)外pH值要高，受葉綠素a的影響比較大，季節(jié)變化比明顯，呈夏季高、冬季低的趨勢(shì)。兩個(gè)站點(diǎn)pH值受相關(guān)水質(zhì)因子的影響基本不同。上外pH值與水質(zhì)因子關(guān)系不大，僅與水溫呈顯著正相關(guān)。輸水區(qū)pH值與溶解氧、總堿度、總硬度呈顯著負(fù)相關(guān)，與水溫、葉綠素a呈顯著正相關(guān)。因此，要降低水的碳酸鹽硬度，控制水中的營(yíng)養(yǎng)鹽，避免藻類大量繁殖，人們可以通過下游庫(kù)外合理排水，置換水庫(kù)水體來降低pH值[3]。

參考文獻(xiàn)

1 王志紅，崔福義，安 全，等.pH與水庫(kù)水富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程的相關(guān)性研究[J].給水排水，2004，30（5）：37-41.

2 張軍毅，黃 君，嚴(yán) 飛，等.梅梁湖水體溶解氧特征及其與pH的關(guān)系分析[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)，2009，48（5）：623-627.

3 代堂剛.漁洞水庫(kù)pH值超標(biāo)的成因分析及其處理措施[J].水資源研究，2009，30（3）：37-38.