季节变化影响下的水库时空变化规律研究—以四丰山水库为例①

季诗文， 孙楠雅， 马忠强， 张跃华,2， 赵晨晨*

(1.佳木斯大学理学院，黑龙江 佳木斯 154007；2.农业与环境生物技术研究所，黑龙江 佳木斯154007)

0 引言

四丰水库位于佳木斯市西南郊区6km处的英格吐河中游，截英格吐河成四丰水库，控制流域面积88km2，总库容1.1×107m3[1]，由于受当地游客数量的增多及农作废弃物的排入等外源污染的影响,使得水库水质不断恶化，水库水质安全等问题日渐突出。以四丰水库为研究对象，对4月至10月期间库区的温度、pH值、BOD、COD、总磷、高锰酸盐指数、大肠杆菌菌群总数7项指标进行连续检测，探究水库水质的时空变化规律，结合监测指标对水库水质进行综合评价。

1 水质检测方法

1.1 检测项目与实验方法

根据我国《地表水环境质量标准》(GB38388-2002)，结合水库自身水体环境及水库对周边环境产生的影响，确定水样的7个主要检测指标，分别为：温度、pH、BOD5[2]、大肠杆菌菌群总数、高锰酸盐指数、CODGr和总磷。其中大肠杆菌菌群总数的测定采用多管发酵法，其他指标均采用国家标准分析方法测定，水库水质的分析方法见表1。

表1 水库水样检测方法

1.2 采样时间及采样点布设

由于自然因素的限制，水样采集时间设定在4月至10月期间，每月采样1次，采样时间均为每月中旬[3]。根据水库实际情况，结合水库取样位置与采样点的布设原则，选取水库固定点为监测点，于表面及距表层1m处取样，根据测定分析后的结果可预测四丰水库水质状况。结合国家对以上7个评价因子的规定标准，对水质进行空间变化分析。

2 水质监测指标时空变化

2.1 水库水质各项指标分析

2.1.1 pH测定

水库监测流域水质pH的变化见图2.1。其中5月监测点pH值最高，7月监测点pH值最低，总体pH值变化趋于稳定。表面水体pH值变化范围为7.34～8.91。距表层1m的水体pH值变化范围为7.04～8.42。

2.1.2 温度

水库监测流域水质温度的变化见图2.2。水温的变化主要受气温影响。垂直分布水温差值较小，各月份水温差值平稳，均在6.2℃左右。7-10月，相对于其他月份，其表层水温波动较大，差值变化范围为1.87～11.18℃。

图1 监测时段内部pH变化情况

图2 监测时段内部温度变化情况

图3 监测时段内部总磷值变化情况

2.1.3 总磷时空变化

水库监测流域水质总磷的变化见图3。水体表层水质在5、8、9月的总磷浓度差异显著。夏季气温较高导致水温升高，水体初级生产力比较旺盛，水体表层透光带中浮游植物群落分布不均匀，在浮游植物密度大的区域，磷迅速被消耗，而浮游植物密度小的区域磷消耗则相对缓慢[5]，这使得总磷含量在空间上分布不均匀。

图4 监测时段内部高锰酸盐指数变化情况

图5 监测时段内部BOD5变化况

图6 监测时段内部COD值变化情况

图7 监测时段内部大肠杆菌菌群值变化情况

2.1.4 高锰酸盐指数时空变化

水库监测流域水质高锰酸盐指数的变化见图4。垂线上，高锰酸盐指数在不同季节的变化为水体表面数值偏高于距表层1m处水体数值，这与水温的变化趋势有关。

2.1.5 BOD5与CODG r时空变化

水库监测流域水质BOD5的变化见图5。水温分层造成水体垂向混合性弱，溶解氧向下传输缓慢，底层溶解氧消耗后补给不足[6]，整个监测时段，溶解氧在垂向上浮动均匀，不同时期溶解氧空间分布变化差异不大。

水库监测流域水质COD的变化见图6。夏季(丰水期)，距表层1m的水体的COD值变化范围较大，由117.7 mg/L变化至186.2mg/L；春、秋季(平水期)，大部分监测点位处COD浓度高于夏季的相应值，其浓度变化范围为159.8～292.2mg/L。总体上，COD与BOD 同样在垂向分布上的数值有一定的差异。

2.1.6 大肠杆菌菌群数时空变化

水库监测流域水质大肠杆菌菌群总数变化见图7。从图7中明显看出，大肠杆菌在夏季时段繁殖旺盛，最多达到3500个/L，符合Ⅲ类水环境质量标准。总体上，表层水体的大肠杆菌菌群总数偏高于距表层1m处的数量。

2.2 各项指标评价结果

通过对水库水质检测资料的分析，采用均值法，将各评价因子的平均值与其对应的地表水环境质量标准相比较见表2，结果表明四丰水库在检测时段内未有超标现象，水质条件满足水库水域功能，符合相应的Ⅲ类地表水环境质量标准，可继续作为集中式生活用水水源地，旅游、垂钓等综合利用型水库。

表2 与地表水环境质量标准比较结果 单位：mg/L

3 结 论

通过对不同月份水库水质进行定点监测，多次现场勘察取样，确定了监测目标物含量的动态分布。利用均值法分别对表层水质和距表层1m处水质情况进行计算，直接反映水库各项指标及总体的达标状况，分析表明，由于受降雨、人类经济活动等综合因素的影响，水库流域水质呈现季节性差异，且在夏季水质空间分布差异最为显著。

对照地表水环境质量标准，从监测时段的水质情况来看，水中高锰酸盐指数随季节变化显著，且整体数值呈上升趋势；生化需氧量、化学耗氧量峰值集中于6月份，尤其在6月份之后，水体表面COD值呈线性增长，水中COD含量均较高；夏季时期大肠杆菌菌群总数明显高于其他季节，而在6月份后呈下降趋势；水库中总磷状况较好，且达到了Ⅰ类水环境质量标准。垂向水体的检测结果显示，各指标的垂直变化趋势稳定，距水面1m处水质优于表面水质。结果表明四丰水库水域功能符合《地表水环境质量标准-GB3838-2002》中的Ⅲ类标准，可继续作为佳木斯市农田灌溉以及渔业养殖水源地。

为预防水体富营养化，库区应适量放养鱼类，尤其是草鱼、鲤鱼、鲫鱼等，可以抑制水中藻类的大量繁殖，控制浮游动物等的数量，限制水体的浊度、总磷、高锰酸盐指数等指标；该库区一带应设置警告标识，严禁向库区丢弃秸秆等农作废弃物；在水库上游农村设立公共垃圾堆放点，将生活垃圾转移后进行无害化处理；提高流域和库区周围山坡植被覆盖率，防治水土流失。此外，还要在公众中进行环境保护的科普教育，提高观光游客及库区周围群众的环保意识。

[1] 刘成才. 佳木斯地区高铁高锰地下水生物净化工艺效能与应用研究[D]. 哈尔滨工业大学, 2013.

[2] 苗晓雨. 基于EFDC的尹府水库水质数值模拟及预测[D]. 中国海洋大学, 2012.

[3] Lan D, Daishe W U, Ping L I, et al. Influence of high-fluorine environmental background on crops and human health in hot spring-type fluorosis-diseased areas[J]. Acta Geochimica, 2008, 27(4):335-341.

[4] Tsuzuki Y, Fujii M, Mochihara Y, et al. Natural purification effects in the river in consideration with domestic wastewater pollutant discharge reduction effects[J]. 环境科学学报(英文版), 2010, 22(6):892-7.

[5] 魏杨. 青岛王圈水库水环境立体监测与现状评价[D]. 中国海洋大学, 2012.

[6] 王俊莉. 安徽太平湖浮游植物群落结构及其对环境指示作用的研究[D]. 上海师范大学, 2014.