长江流域某水库pH值与环境因子的相关性研究

陆文彬，郑 健

（上海城投原水有限公司，上海 200125）

青草沙是中国长江河口的一个冲积沙洲，位于长兴岛的西北方。青草沙拥有大量优质淡水，总面积约70 km2。pH值是水溶液最重要的理化参数之一，表示溶液酸性或碱性程度。研究pH值与各类水质因子之间的相关性，可以为pH值的调控提供理论依据。本文通过每日一次测定长江流域某水库pH值及相关水质因子，分析pH值与水质因子之间的相关性及影响pH值的因素，采用SPSS19.0软件计算统计上游库外和输水区的数据，并开展相关性分析和偏相关分析，以期对水库pH值进行有效调控。

1 方法

1.1 采样点

在长江流域某水库内设立两个采样点，分别为上游库外和输水区。采样时间为上午8点至9点。

1.2 分析方法

pH值的测定：玻璃电极法；仪器：哈希sensION+MM340台式pH分析仪；叶绿素a：丙酮法；其他水质指标按《生活饮用水标准检验方法》（GB5750-2006）进行检测分析。

1.3 数据处理

采用SPSS19.0软件对统计数据进行相关性分析和偏相关分析。

2 讨论

2.1 pH值的时空分布

长江流域某水库输水区pH值在2013年3月到2013年5月呈较低的平稳状态。它在2013年5月到2013年12月这七个月中呈上升趋势，峰值为9.0，pH值平均值为8.5。12月开始逐渐下降，pH值总体变化范围为8.0～8.5。上游库外pH值整体趋势与输水区pH值整体趋势基本相同，峰值为8.7，pH均值为8.2。

2013年10月15日到2013年12月1日，两个站点数据走势不同，其间上游库外pH值整体较低，输水区pH值呈上升趋势。输水区叶绿素a高于上游库外。

2.2 pH值与水质因子的相关性分析

由表1、表2可知，2013年3月至2014年3月，两个站点的pH值与水质因子间的相关性存在明显差异。上外pH值与水温呈正相关，输水区pH值则与水温、叶绿素a呈显著正相关，与溶解氧、总碱度、总硬度呈显著负相关。

表1 上游库外pH值与水质因子的相关性

表2 输水区pH值与水质因子的相关性

2.2.1 pH值与水温、叶绿素a的相关性

温度升高，水电离出的氢离子和氢氧根离子的浓度都会升高，氢离子浓度的上升导致pH值下降。温度上升会使CO2在水中的溶解度下降，使pH值上升。同时，温度升高使水库的藻类在更适宜的环境中生长发育，藻类进行光合作用消耗水中的游离CO2，导致水中OH-浓度增加，而水的光解产生的氢离子在暗反应中充当还原剂，使得氢离子大量减少，导致pH值上升。

相关分析表明，上游库外和输水区的pH值与水温都呈正相关，其中输水区pH值与水温呈显著正相关。

上游库外的pH值仅与水温呈显著正相关，与其他水质因子关系相对不大。2013年3月到2013年6月、2013年9月到2013年11月与2014年1月上游库外水温与pH值呈正相关，其他时间则无明显相关性，在2013年11月到2014年12月呈负相关，整体趋势不明显。

输水区的pH值与水温、叶绿素a都呈显著正相关，2013年3月至2014年3月，输水区水温与pH值总体趋势基本相同。不同于上游库外叶绿素a含量偏低（叶绿素a浓度在1～4 μg/L，均值为2 μg/L）的情况，输水区的叶绿素a含量相对较高（浓度在1～66 μg/L，均值为13 μg/L）。需以叶绿素a为控制变量对输水区水温与pH值进行偏相关分析，以得出结论。

对比输水区的pH值与水温、叶绿素a之间相关性，人们不难发现，pH值除了和水温有很好的相关性以外，pH值与叶绿素a也有很好的相关性。进一步对输水区pH值、叶绿素a与水温进行偏相关发现，在以叶绿素a为控制变量的条件下，输水区pH值与水温无相关性，这表明影响输水区pH值的主要原因是叶绿素a[1]。

2.2.2 pH值与总硬度、叶绿素a的相关性

上游库外pH值与总硬度无明显相关，输水区pH值与总硬度呈显著负相关。在水体中，pH值、暂时硬度、CO2有着非常密切的联系，CO2在水体中以 CO2、HCO3-、CO32-存在，光合作用只吸收CO2，从而导致HCO3-、CO32-通过电离与水解平衡（消耗H+）转变成CO2。另外，Ca2+与CO32-生成CaCO3沉淀，导致暂时硬度和pH值的下降。进行偏相关分析发现，在控制变量为叶绿素a的条件下，输水区pH值与总硬度无相关性，表明叶绿素a是导致输水区pH值与总硬度呈负相关的主要原因。

2.2.3 pH值与溶解氧的相关性

水体溶解氧是反映该水体中生物生长状况和污染状态的重要指标，受水温影响较大，同时受到水中藻类以及光照强度等多种因素的影响[2]。相关分析表明，上游库外pH值与溶解氧不相关。输水区pH值与溶解氧呈显著负相关。在控制变量为水温的情况下，输水区pH值与溶解氧无相关性，说明水温对溶解氧的影响相对pH要大得多。

2.3 探究降低水库pH值的方法

pH值的降低是一个很缓慢的过程，硬度决定水的酸碱稳定性，想降pH值就要从软化水质入手，治本的方法是降低水的碳酸盐硬度，降低水的缓冲能力。

pH值过高的主要原因是藻类的大量生长繁殖，而造成藻类大量繁殖的原因是水中的营养盐，可以用生物净水方法来提高水库表层水体水质，从根本上达到降低水库pH值的目的。同时，可通过释放水库表层水体，使含有大量浮游生物的水体流出水库，使水库水达到最大限度的置换。这能有效降低水体中污染物的浓度，有利于各种有机物的生化降解，使水域生态系统形成良性循环，通过水量调节，达到降低水库pH值的目的。

3 结论

上游库外及输水区的pH值在空间分布上差异比较明显，输水区pH值整体比上游库外pH值要高，受叶绿素a的影响比较大，季节变化比明显，呈夏季高、冬季低的趋势。两个站点pH值受相关水质因子的影响基本不同。上外pH值与水质因子关系不大，仅与水温呈显著正相关。输水区pH值与溶解氧、总碱度、总硬度呈显著负相关，与水温、叶绿素a呈显著正相关。因此，要降低水的碳酸盐硬度，控制水中的营养盐，避免藻类大量繁殖，人们可以通过下游库外合理排水，置换水库水体来降低pH值[3]。

参考文献

1 王志红，崔福义，安 全，等.pH与水库水富营养化进程的相关性研究[J].给水排水，2004，30（5）：37-41.

2 张军毅，黄 君，严 飞，等.梅梁湖水体溶解氧特征及其与pH的关系分析[J].复旦学报，2009，48（5）：623-627.

3 代堂刚.渔洞水库pH值超标的成因分析及其处理措施[J].水资源研究，2009，30（3）：37-38.