我国北方分层型水库水质演变规律及富营养化研究——以枣庄周村水库为例

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周村水库位于山东省枣庄市东北角,是枣庄市重要的饮用水水源地。目前,周村水库仍存在较严重的水质污染和水体富营养化问题。本研究以周村水库为例,通过2012~2015年对水库物理、化学及浮游植物等指标的现场监测,结合水文气候条件,系统研究了水库水质及水体富营养化的季节演变规律,探讨了入库径流、热分层和厄尔尼诺现象引起的干旱对水库水质的影响,主要研究成果如下:  (1)入库河流对周村水库水质和藻类的空间分布影响显著:周村水库入库径流营养盐污染严重,三条河流总氮的平均浓度为3.14~12.48mg/L,硝态氮是氮元素的主要形态,总磷的平均浓度为0.024~1.630mg/L;丰水期三个河流入库口附近的电导率、总氮、硝态氮、氨氮和总磷均高于主库区;由于徐洼河和下十河入库口和过渡区的营养盐浓度较高,该区域藻类丰度明显高于水库其他区域;受入库潜流的影响,正常年夏季周村水库主库区总氮和硝态氮在5m水深处出现明显的浓度突增。  (2)分层对周村水库水质影响显著:周村水库属单混合循环水库,分层期为4月到11月,混合期为12月到次年3月;随着热分层的形成,水库出现溶解氧分层,恒温层水体在水体耗氧和沉积物耗氧的作用下于每年5月中旬达到厌氧状态;受沉积物释放的影响,恒温层水体污染严重,氨氮、总磷、锰和硫化物分别超过地表水Ⅲ类水质标准1.9倍、2.2倍、8.9倍和5.0倍;此外,分层促进了藻类的生长,5月至8月藻类的过量繁殖使得水库光补偿点的水深仅为1~3m,当周村水库风力扰动较小时,变温层水体存在较大的温度梯度和溶解氧梯度,造成周村水库3m以下变温层水体易进入缺氧状态。  (3)厄尔尼诺现象促进了水库水质恶化:厄尔尼诺现象导致周村水库全年降雨量和入库径流量减少,水库水位持续降低,恒温层容积减小,恒温层氨氮、总磷、铁、锰和硫化物的浓度均高于正常年同期;水位的下降引起温跃层上、下界面同时下移,使得温跃层内污染物(如锰、总磷)浓度突增;此外,厄尔尼诺年较低的水位条件使得翻库历时较短,翻库期间水库变温层锰和总磷浓度均超标,最高浓度分别为0.222mg/L和0.122mg/L。  (4)不同营养状态下周村水库藻类季节演替规律不同:正常年(2012和2013年)周村水库6月至11月处于富营养状态,12月到次年5月为中营养状态,夏季水库爆发微囊藻水华,藻类丰度最高达1.9×108cells/L;厄尔尼诺年(2014年和2015年)周村水库全年处于中营养状态,夏季藻类以绿藻为主,没有发生水华;RDA(冗余)分析和广义线性模型结果表明正常年水温、Schmidt指数和总磷是影响藻类群落结构的主要环境因子,总磷是影响藻类丰度的主导因素,而厄尔尼诺年水温、Schmidt指数和硝态氮是影响藻类群落结构的主要因素,总磷是影响藻类丰度的关键因素。
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