不同覆盖物对水体蒸发及藻类繁殖的影响研究

夏玉婷，于常武，马紫怡，万宗振，付佳伟，刘月月

（辽宁工业大学 化学与环境工程学院， 辽宁 锦州 121001）

水是生命之源，我国人均淡水水资源占有量仅为世界平均水平的 1/4，尤其我国北方和西北干旱区尤为严重。“南水北调”、“引滦入津”均是为缓解水源短缺而进行的重大引水工程。但水进入旱区的水源水库，均面临蒸发作用而导致巨大水量损失。以辽西干旱区白石水库为例，库区面积为 6.6×107m2，按当地年蒸发量1 200 mm计算，年损失水量 8千万 m3，如水价按 3.0元/t计算，年损失 2.4亿元人民币。因此，巨资引来的水资源，会因蒸发作用而损失。

为减少水体蒸发损失，各国学者研究认为水体覆盖法可以有效防止蒸发[1-3]。但是该方法在我国一直未开展工程实施，其主要原因在于浮板等覆盖物工程造价较高[4]。寻找造价较为低廉的覆盖物就成为该项技术得以实施的瓶颈之一。此外，水体被覆盖物覆盖后，覆盖物对水体藻类的繁殖是否具有抑制作用以及效果如何，目前鲜有报道。

因此，本文选用黑色橡胶球、黑色防水布、透明塑料布作为覆盖物，与浮板（苯板）和自由水面对比，探讨其防蒸发效果和对藻类繁殖的抑制效果，以期为水面防蒸发技术的实施奠定基础。

1 实验部分

1.1 仪器与检测方法

实验仪器：751紫外可见分光光度计（上海精密科学仪器有限公司），恒温箱，抽滤装置，压力锅，电炉板，分析天平，蒸发桶、玻璃器皿等。

叶绿素 a测定方法：水质-叶绿素的测定（SL88-1994）[5]。

TN的测定：水质 总氮的测定[6]。

TP的测定：水质 总磷的测定[7]。

实验所用试剂均采用分析纯或化学纯，检测过程实行质量控制。

1.2 实验材料

实验所用的材料：黑色橡胶球、黑色防水布、透明塑料布、苯板、铁丝等。

实验用水取自辽宁锦州某公园水塘，水取回立即进行实验。

1.3 实验方法

为和实际应用情况接近，实验置于室外进行。分别设置5只蒸发桶，类别及条件如表1所示。

表1 实验设置方法

1.4 水样理化指标测定

水样取回后进行各项水质指标测定（表2）。

表2 理化指标

1.5 数据计算

蒸发效率计算如方程（1）所示：

式中：Γ——蒸发效率，%；

H——蒸发桶初水深，mm；

H1——实验结束后蒸发桶水深，mm。

2 结果与讨论

物对藻类繁殖的抑制效果为：苯板＞黑色防水布＞透明塑料布＞黑色橡胶球。研究表明，光照对藻类繁殖具有重要影响[12]，因覆盖物遮光效应，光合作用被抑制。本研究中，苯板遮光效应最强，黑色防水布其次，对叶绿素a的浓度影响最大，其浓度仅增了 40%～44%，而自由水面，叶绿素 a的浓度增了3.7倍。因此，苯板和黑色防水布对藻类繁殖的抑制效果最佳。

2.1 不同覆盖物蒸发抑制效果

覆盖物对水源水库的蒸发抑制作用很大，其抑制效果如图1所示。

图1 各蒸发桶水位降深

自由水面的蒸发桶与有覆盖物的蒸发桶蒸发降深差异显著。防蒸发效果为苯板＞黑色防水布≈透明塑料布＞黑色橡胶球。不同覆盖物下各蒸发桶的蒸发效率如表3所示。

表3表明，与自由水面作对比，苯板、黑色橡胶球、黑色防水布、透明塑料布蒸发量分别减少了54%、38%、47%、48%，苯板的防蒸发效果最佳。这与国内一些学者研究结果相同[8-10]。但是从经济技术可行性考虑，苯板或塑料空心板作为覆盖材料成本较高[11]，黑色防水布和透明塑料布因成本较低，可作为覆盖物的备选材料。

表3 不同覆盖物下蒸发效率

2.2 叶绿素a浓度随时间变化规律

不同覆盖物下蒸发桶叶绿素a浓度如图2。

图2表明，与自由水面的蒸发桶相比，随着时间延长，覆盖物下藻类繁殖受到明显抑制。各覆盖

图2 不同覆盖物叶绿素a繁殖情况

2.3 TN、TP变化情况

研究表明，水体中的氮、磷元素是藻类繁殖的必要条件[13]。为进一步表明覆盖物对水体藻类繁殖的影响，研究检测了各蒸发桶内TN和TP的浓度变化情况。TN和TP的浓度变化情况分别如图3和图4所示。

图3 不同覆盖物下TN浓度变化

由图3、图4可知，叶绿素a的生长要消耗N和P元素，TN、TP浓度随时间呈降低趋势，自由水面蒸发桶TN和TP的消耗量最大，而苯板和黑色防水布的TN和TP的消耗量最低。与图2对比表明，TN、TP的浓度与叶绿素 a浓度的变化呈负相关关系。研究也进一步证实，TN和TP是藻类繁殖的重要影响物质，其原因在于苯板和黑色防水布阻断了阳光的直射，藻类的光合作用受到明显抑制。TN和 TP的浓度变化情况进一步证明了苯板和黑色防水布对藻类繁殖的抑制作用。

图4 不同覆盖物下TP浓度变化

因此，综合技术经济因素，黑色防水布因其良好的防蒸发效果和对藻类繁殖的抑制作用，应作为水体防蒸发的首选材料。但是黑色防水布的岸基张拉方式需要进一步研究。

3 结论

采用苯板、黑色橡胶球、黑色防水布和透明塑料布覆盖蒸发桶，研究水体降深和叶绿素a浓度变化情况，得到以下结论：

（1）覆盖物对水体蒸发具有明显抑制作用；

（2）覆盖物覆盖水体可有效降低藻类繁殖；

（3）水中的TN和TP的浓度变化与叶绿素a的浓度变化呈负相关规律；

结论表明，黑色防水布是水体防蒸发较佳的覆盖材料，且覆盖后可以有效抑制藻类的繁殖。

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