本文關(guān)鍵詞：分層型富營(yíng)養(yǎng)化水源水庫(kù)水質(zhì)演變機(jī)制與水質(zhì)污染控制

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【摘要】：石砭峪水庫(kù)是黑河引水系統(tǒng)的重要備用水源,每年向西安市供水3000萬(wàn)m3,同時(shí)還承擔(dān)著600萬(wàn)m3城市應(yīng)急供水任務(wù),因此,良好的水庫(kù)水質(zhì)對(duì)保障城市供水安全起到重要作用。然而,近年來(lái)該水庫(kù)水質(zhì)不斷惡化,有害藍(lán)藻周期性爆發(fā),嚴(yán)重破壞了水庫(kù)生態(tài)平衡。但由于水庫(kù)水質(zhì)污染成因不明,水庫(kù)尚未建立有效的控制措施。本文以石砭峪水庫(kù)水質(zhì)演變機(jī)制及水質(zhì)污染控制研究為切入點(diǎn),在現(xiàn)場(chǎng)大量水質(zhì)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上,通過(guò)內(nèi)外污染源解析,雨水水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析,原位及實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn),同時(shí)結(jié)合原位揚(yáng)水曝氣器水質(zhì)改善試驗(yàn),重點(diǎn)研究了:石砭峪水庫(kù)分層結(jié)構(gòu)演變特征及其對(duì)水庫(kù)水質(zhì)影響;石砭峪水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)鹽、堿度及有機(jī)物季節(jié)性演變特征;水庫(kù)浮游植物群落演替規(guī)律及水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià);揚(yáng)水曝氣器原位水質(zhì)改善效果。研究結(jié)果表明:(1)石砭峪水庫(kù)熱分層期長(zhǎng)(3~11月),水體混合期短(12~次年2月),全年呈現(xiàn)單循環(huán)混合模式。暴雨徑流是影響石砭峪水庫(kù)水體分層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的最重要因素,渾水異重流潛入水庫(kù)底部會(huì)提高底部水溫,誘導(dǎo)水庫(kù)水體提前混合。水體長(zhǎng)期分層導(dǎo)致水庫(kù)深水區(qū)底部厭氧時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)5~6個(gè)月,厭氧條件下內(nèi)源污染物大量釋放,導(dǎo)致水庫(kù)底部氨氮、總磷、鐵、錳濃度分別達(dá)到1.52 mg/L、0.171 mg/L、0.976 mg/L、1.124 mg/L。暴雨徑流對(duì)水庫(kù)底部缺氧持續(xù)時(shí)間影響較大,渾水異重流潛入水庫(kù)底部會(huì)立即提高水庫(kù)底部溶解氧水平,但大量懸浮物匯入增加了水體耗氧速率,暴雨徑流后水庫(kù)底部是否會(huì)再次形成厭氧環(huán)境取決于暴雨徑流發(fā)生的時(shí)間及發(fā)生頻率。(2)石砭峪水庫(kù)主庫(kù)區(qū)總氮多年平均濃度為2.8 mg/L,最高濃度達(dá)到4.7 mg/L,顯著高于金盆水庫(kù)(t-test,p0.01)。雨水總氮構(gòu)成主要以氨氮為主,經(jīng)土壤形成徑流過(guò)程中,雨水中氨氮被土壤快速吸附,同時(shí)土壤中硝酸鹽氮淋溶進(jìn)入水體。相同雨水經(jīng)不同土壤淋溶的硝酸鹽氮濃度差異較大,因此土壤差異是造成兩水庫(kù)上游徑流總氮差異的主要原因。低堿度雨水經(jīng)土壤形成徑流過(guò)程中,土壤中的堿性物質(zhì)被淋溶進(jìn)入水中,土壤溶出堿度差異是導(dǎo)致石砭峪水庫(kù)堿度低于金盆水庫(kù)的主要原因。而雨水與土壤接觸時(shí)間不同,是驅(qū)動(dòng)兩水庫(kù)堿度季節(jié)性演變的主要原因。石砭峪水庫(kù)總磷濃度全年大部分時(shí)段能滿足地表水環(huán)境Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),暴雨沖刷及分層期間內(nèi)源污染物釋放是造成水庫(kù)總磷季節(jié)性超標(biāo)的主要原因。水庫(kù)CODMn濃度變化范圍為2.8~8.6 mg/L,主要由腐殖質(zhì)及類蛋白等構(gòu)成,暴雨徑流沖刷是造成石砭峪水庫(kù)有機(jī)物濃度季節(jié)性超標(biāo)的主要原因。(3)石砭峪水庫(kù)藻類生長(zhǎng)主要集中在5月至10月。春季以硅藻為主,硅藻生長(zhǎng)高峰一般出現(xiàn)在6月份,藻細(xì)胞密度最高接近50×106 cells/L。7月至10月水庫(kù)藍(lán)藻水華現(xiàn)象嚴(yán)重,藻細(xì)胞密度高達(dá)1億cells/L。對(duì)浮游植物群落和環(huán)境因子進(jìn)行冗余度分析(RDA),結(jié)果表明,水溫及水體分層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化的最重要環(huán)境因素。石砭峪水庫(kù)藍(lán)藻水華時(shí)期,水中胞外微囊藻毒素濃度變化范圍為13.0~148.5 ng/L,而水中總微囊藻毒素變化范圍為0.09~1.12μg/L。基于相關(guān)加權(quán)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明,石砭峪水庫(kù)已處于輕度富營(yíng)養(yǎng)化水平。暴雨徑流污染及熱分層效應(yīng)的存在是加劇水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程的重要驅(qū)動(dòng)因素。(4)新型材質(zhì)淹沒(méi)式揚(yáng)水曝氣器能夠有效解決水庫(kù)分層期間內(nèi)源污染釋放及藍(lán)藻水華問(wèn)題:設(shè)備運(yùn)行30天后,水體底部溶解氧從0 mg/L提高至5.75 mg/L;沉積物上覆水體氨氮、總磷、鐵、錳濃度分別從0.725 mg/L、0.154 mg/L、0.615 mg/L、0.713 mg/L降至0.281 mg/L、0.031 mg/L、0.210 mg/L和0.103 mg/L;底部水體pH從6.38升至8.01,堿度從28 mg/L升至40 mg/L;影響半徑60 m范圍內(nèi),垂向藻類平均削減量達(dá)到90%;此外揚(yáng)水曝氣系統(tǒng)的運(yùn)行提高了水中微生物的代謝活性,加快了有機(jī)物的生物降解速率。基于石砭峪水庫(kù)上游流域特征,建議采用旁側(cè)渠技術(shù)可以有效控制暴雨期間外源污染物匯入,避免水庫(kù)豐水期出水高濁度問(wèn)題。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X524

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1174687