貴州某水庫pH異常成因分析及控制*

成國坤，茍銀寅，包文兵，姜雨婷，蒙洪濤，袁 麗

(貴州省檢測技術研究應用中心，貴州 貴陽 550025)

0 引言

水體中的pH值是反映水質性質和衡量水體富營養(yǎng)化的一個重要參數(shù)，也是反映水體中二氧化碳含量、有機酸的存在和水體污染的狀況的重要指標[1-3]?；诠ぷ鲗嶋H，貴州某水庫水質pH值出現(xiàn)異常，致水庫水質出現(xiàn)安全隱患。因而查清該水庫水體pH值異常原因，成為亟需解決的問題，同時，可為水質的治理和管理提供科技支撐，具有較好的應用前景。

1 材料與方法

1.1 水庫概況及采樣點設置

調查區(qū)水庫位于貴州省赫章縣城西20 km，水庫于1965年動工，1981年建成，2011年及2013年兩度實施了除險加固工程，最大壩高27.6 m，匯水區(qū)面積約2.67 km2，總庫容9.6×105m3，為?、裥退畮?。水庫周邊土地利用類型主要為林地，耕地分布少，無工業(yè)污染源及生活污染源。

2020年5月，調查區(qū)水庫pH值偏高，為查清水質異常原因，于2020年5月在水庫入口、庫中、出口布置3個采樣點；為進一步了解不同深度水庫水質情況，于2020年6月在水庫湖心處進行分層采樣(采樣深度0.5～7.5 m)，每次每個點位采集3組樣品，具體采樣點位見圖1。

圖1 調查區(qū)水庫采樣點位圖

1.2 樣品分析與數(shù)據(jù)處理

水體中的pH、水溫采用便攜式pH計和水溫計測定，溶解氧(DO)按照HJ 506—2009使用溶解氧測定儀測定，化學需氧量(COD)參照HJ828—2017測定，總磷(TP)參照GB11893—1989使用可見分光光度計測定，總氮(TN)參照HJ535—2009使用紫外可見分光光度計測定，葉綠素a采用紫外可見分光光度計測定。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析以及圖表制作采用Excel、Origin2021、ArcGIS10.2完成。

2 水庫pH值異常原因分析

2.1 水庫表層水體中pH值、DO、葉綠素a和富營養(yǎng)狀態(tài)評價

調查區(qū)水庫入口pH值為7.54、庫中pH值為9.39、庫尾pH值為10.09，表明調查區(qū)水庫入口水質滿足《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838—2002)Ⅲ類標準要求(6-9)，庫中至庫尾pH值異常，水質呈堿性。

調查區(qū)水庫入口表層水體中DO未飽和，庫中以及庫尾DO含量較高，均處于過飽和狀態(tài)；水庫入口至庫尾DO呈升高趨勢，與pH變化趨勢一致。入庫斷面葉綠素a較低，約為1.5 mg/m3，庫中以及庫尾葉綠素a指標則顯著較高，與pH變化趨勢無明顯相關性。三個監(jiān)測斷面TP、TN指標均處在較低水平，滿足Ⅲ類水質標準要求。

表1 調查區(qū)水庫表層水體監(jiān)測結果

采用中國環(huán)境監(jiān)測總站發(fā)布的《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術規(guī)定》(總站生字〔2001〕090號)[4]提出的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對水質進行富營養(yǎng)化評價，評價結果見表2。三個斷面水體的綜合營養(yǎng)狀態(tài)均為貧營養(yǎng)狀態(tài)，且其綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)顯著低于中營養(yǎng)狀態(tài)(30～50)。

表2 調查區(qū)水庫表層水體監(jiān)測斷面富營養(yǎng)評價

圖2 調查區(qū)水庫表層水質pH值及其他指標監(jiān)測值

2.2 水庫深層水體中pH值、DO及富營養(yǎng)狀態(tài)評價

水庫庫中0.5～2 m的淺層水pH在9.45～9.73之間，略微超Ⅲ類水質要求，水深2 m以下pH值正常，在6～9之間。0.5～7.5 m各種水深條件下，水溫在21.3～22.2 ℃之間，水溫縱向分布較為均勻，這表明調查區(qū)水庫水體未分層。水深0.5～2 m的淺層水樣溶解氧過飽和，較深的深層水則未出現(xiàn)溶解氧飽和；根據(jù)表4，調查區(qū)水庫湖心區(qū)域0.5～7.5 m水深水體的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在40.6～46.0之間，變化不大，處于中營養(yǎng)狀態(tài)。另一方面，與5月份相比較，富營養(yǎng)狀態(tài)有顯著提升。

表3 調查區(qū)水庫庫中不同深度監(jiān)測結果

表4 調查區(qū)水庫庫中不同深度監(jiān)測斷面富營養(yǎng)評價

圖3 調查區(qū)水庫庫中不同深度pH值與DO變化趨勢

2.3 pH升高的機理分析

水庫pH升高伴隨著溶解氧水平較高，且往往達到溶解氧過飽和狀態(tài)，與此同時，其葉綠素a處在相對較高水平，初步分析認為，是水庫中光合作用活躍所致。

水中光合作用方程式為：

CO2+H2O+hr→{CH2O}+O2

調查區(qū)水庫不同月份監(jiān)測結果與上述光合作用活躍的分析一致，調查區(qū)水庫中水體藻類植物的光合作用釋放氧氣，并減少了水體中的二氧化碳含量，改變了水體的碳酸平衡，使得水質偏堿性，可見調查區(qū)水庫水體pH值偏高的原因主要是水體中藻類植物光合作用顯著活躍的結果。

2.4 光合作用活躍的成因分析

5月對調查區(qū)水庫監(jiān)測時，水庫水體處于貧營養(yǎng)狀態(tài)，6月調查區(qū)水庫湖心水體則處于中營養(yǎng)狀態(tài)。表明貧營養(yǎng)狀態(tài)也能導致pH超標，富營養(yǎng)化狀態(tài)不是導致pH值偏高的原因。

5月及6月兩次監(jiān)測結果中，庫區(qū)水體中葉綠素a含量均較高，在10 mg/m3以上。水庫所在區(qū)域4月以來降雨偏少，水庫蓄水位持續(xù)下降，水體更新速率減緩。在營養(yǎng)水平總體不高的情況下，加之氣溫逐步升高，水文情勢、氣溫及光照條件適宜藻類植物生長，具備了較好的光合作用條件。

3 結論及控制措施

調查區(qū)水庫為高原山塘型水庫，根據(jù)調查分析：水庫中pH值偏高，水質偏堿性的主要原因是水庫蓄水量小，僅受降水量影響，水體流動性小、水體自凈能力較差，同時庫區(qū)水體中葉綠素a含量均較高，在10 mg/m3以上，可判斷藻類植物光合作用活躍，尤其在0～2 m的淺水體中藻類植物光合作用顯著活躍，從而改變了水體的碳酸平衡，使得水質偏堿性。針對水庫以上情況，提出以下相應控制措施：(1)水體更新，將調查區(qū)水庫表層水體抽離，并引入干凈水體，增加水庫蓄水量，從而提高水體自凈能力；(2)對于水體中藻類植物光合作用活躍導致pH值升高，可在水庫中種植水生高等植物[6-7]，水生植物能吸收氮、磷等藻類必需的營養(yǎng)鹽，水生植物的生長可以抑制藻類植物的生長，從而降低pH值；(3)為了持續(xù)保障水庫水質，可通過降低濾食性魚類[5]，來使藻類植物生物量減少。