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悬浮物在自然水体环境中无处不在,获取洁净安全的饮用水是与人类生存息息相关的问题。随着城市化进程的不断加快,越来越多的水库成为城市的主要饮用水水源地,水库的水质问题逐渐成为人们关注的焦点。在流域内的点源和非点源污染物随径流进入水库的同时,悬浮物颗粒与污染物之间的物理、化学以及生物作用也对水库的水质产生了重要影响。本文在碧流河水库开展分层水质及悬浮物调查与分析研究,构建分层水库悬浮物采样与多尺度分析方法体系,探讨悬浮物的环境特性及其对水库水质的影响。本文的主要研究内容和成果如下:(1)水库建成后,水动力条件改变,水环境复杂变化大,且水库中悬浮物存在含量少、结构松散和密度低等特点,深层悬浮物样品的采集分析存在困难。针对这些问题,本文研发和设计了一系列悬浮物原位保真采集设备。通过多级过滤和辅助搅拌的方式富集样品,提高了过滤效率;采用多种传感器实时获得水深、浊度等条件的变化和设备的运行状态,通过上位监控平台进行设备动作命令操作。与原有设备相比,具备采样水深准、采样效率高、过滤通量大、滤膜不易堵塞和操作轻便快捷等优点。(2)受限于常规分析手段的精度和分辨率,目前研究对水库环境中的絮凝悬浮物的赋存状态和微观特征所知甚少。本文构建了基于原位摄像-光学显微-扫描电子显微技术的图像分析方法,分析水库中絮凝悬浮物的中细微尺度的环境特性。采用水下摄像实现了絮凝悬浮物的原位观测,比常规重量分析方法操作简便、时效性更高,解决了浊度传感器对絮状悬浮物不敏感的缺陷,发现水库在水深超过15 m的水域底层普遍存在大量絮凝悬浮物。基于光学显微以及扫描电子显微技术在微观尺度上观测碧流河水库的絮凝悬浮物的结构,观测结果表明碧流河水库的絮凝悬浮物是由胞外聚合物将各种微小的悬浮颗粒包裹成的多孔絮凝体,孔隙度在34%～49%之间。(3)水库中许多生物地球化学循环过程都必须有微生物的参与,悬浮颗粒吸附着大量的细菌等微生物,自由生活(FL)细菌群落和颗粒吸附(PA)细菌群落的系统发育组成和生态功能对水质的影响并不清楚。本文通过两种孔径滤膜提取的细菌16s rDNA,进行高通量测序分析。PCoA、NMDS和LEfSe等生物信息学的分析结果表明,PA细菌的丰富度和均匀度显著高于FL细菌,种类组成存在显著差异。FAPROTAX数据库分析结果表明,与FL细菌和PA细菌群落的物种组成的差异相比,生态功能的差异更能反映其对水质的影响差异。(4)以往的研究认识到水库水温分层使底部形成厌氧环境,引起沉积物中的铁和锰释放到水体中,但并没有考虑悬浮物行为在铁和锰的迁移转化过程中作用。本文在优化改进悬浮物中磷、铁和锰的分析方法基础上,分析深水型水库中悬浮物以及颗粒态磷、铁和锰在不同水温分层时期的动态特性,着重研究了碧流河水库中铁和锰在水-悬浮物-沉积物之间的迁移规律,揭示了不同时期悬浮物行为的变化对水库中铁和锰迁移规律的影响。同时根据以上研究结论,建立水源水库多维监测与预警的初步框架。考虑悬浮物对碧流河水库水质的影响,提出分层供水、深层曝气、多源供水、生态削减以及流域管理等适用于碧流河水库的管理对策。