水下推流對(duì)北京筒子河水質(zhì)及藻類生長(zhǎng)影響研究資料

1、水下推流對(duì)北京筒子河水質(zhì)及藻類生長(zhǎng)影響研究大量研究表明， 水體中浮游生物的種群演替和數(shù)量變化， 受到水體的水動(dòng)力作用影響。 在大型淺水湖泊中， 水動(dòng)力對(duì)浮游生物的數(shù)量、 分布的影響十分明顯。 水動(dòng)力過(guò)程與理化因 子是影響水體富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)和水華暴發(fā)的重要因素， 為探討水動(dòng)力條件對(duì)浮游植物數(shù)量變動(dòng) 以及對(duì)水體環(huán)境的作用， 筆者對(duì)實(shí)施水下推流工程的筒子河進(jìn)行了監(jiān)測(cè)， 以期為水資源短缺 地區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化水體的水質(zhì)改善提供參考。1 材料與方法1.1 筒子河推流工程概況筒子河作為故宮護(hù)城河，是故宮的重要組成部分。全長(zhǎng)3.5 km,水面寬52 m以神武門、午門為南北軸線，東、西華門為東西軸線，分為西北、東北、西

2、南及東南等四部分。西 華門和神武門門前路面下各有涵洞將四部分連通。 由于北京市連續(xù)干旱, 上游補(bǔ)充水量減少, 水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益突出, 夏秋季節(jié)出現(xiàn)水華現(xiàn)象, 嚴(yán)重影響了水體功能的正常發(fā)揮。 為 在現(xiàn)有水資源條件下, 有效改善水體水質(zhì), 提高水體景觀價(jià)值, 筒子河分期實(shí)施水質(zhì)改善工 程,安裝水下推流裝置 54 臺(tái),擬通過(guò)增加水體流動(dòng),改善筒子河水體現(xiàn)狀。1.2 采樣點(diǎn)設(shè)置推流裝置通常為葉輪通過(guò)高性能電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn),使吸氣室產(chǎn)生真空低壓區(qū),空 氣經(jīng)過(guò)吸氣管吸入的壓縮空氣與水充分混合, 最后通過(guò)葉輪強(qiáng)力向水平方向噴入水中, 達(dá)到 曝氣充氧，推動(dòng)水流的目的，最遠(yuǎn)的可輸入水中35 m以上。為考察

3、推流技術(shù)的實(shí)施效果，選取筒子河西華門一側(cè)作為研究區(qū)（如圖1 ）。在推流器前0.5 m、5 m、10 m、大于40 m及推流器側(cè)向5m處共設(shè)置5個(gè)取樣點(diǎn)，其中大于 40m為對(duì)照點(diǎn)，對(duì)水質(zhì)及藻細(xì)胞密度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每一取樣點(diǎn)分別在水體表面、水下0.5 m水下1.2 m設(shè)置3個(gè)斷面（研究區(qū)水深約1.2 m ），其中，流速由于設(shè)備原因只監(jiān)測(cè)水體表面和水下0.5 m。采樣時(shí)間為2010年8月6日。水下推流設(shè)備性能參數(shù)見(jiàn)表1。 bg （M連通剛* n d Irl圖1采樣點(diǎn)示意圖表1水下推流設(shè)備性能參數(shù)asr 號(hào)葉陀直輕moi葉 Jfeft 適!事IB 環(huán) iS f1 im1 h151M1J6Omm1.3分析方

4、法筒子河水體目前存在主要問(wèn)題是富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，在未采取工程措施前，夏季藻密度較高，部分時(shí)段出現(xiàn)水華，嚴(yán)重影響水體景觀。 本次監(jiān)測(cè)針對(duì)筒子河水體特點(diǎn)，選取與富營(yíng)養(yǎng)化水體有關(guān)的環(huán)境因子、營(yíng)養(yǎng)因子和生物指標(biāo)， 主要包括水溫、溶解氧（DO、酸堿度（pH）、總氮（TN）、總磷（TP）、葉綠素a （ Chia ）及藻細(xì)胞密度等，各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定參照水和廢水監(jiān)測(cè)和分析方法（第四版）及富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范。其中pH、DO及水溫采用spectroFlex6100多功能水質(zhì)分析儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。流速采用HSLGY-H流速儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，測(cè)定范圍為3100 cm / s 。Chia水樣采集后現(xiàn)場(chǎng)用飽和碳酸鎂固定，浮游植物采用25#浮

5、游生物網(wǎng),現(xiàn)場(chǎng)用魯哥試劑固定。2結(jié)果與分析2.1推流對(duì)水體流速的影響水下推流對(duì)水體最直接的影響是水體流速的變化。筒子河由于補(bǔ)水量較小，通常只補(bǔ)充蒸發(fā)和滲漏的水量，河水基本沒(méi)有流動(dòng)。 在沒(méi)有實(shí)施推流工程之前，水體運(yùn)動(dòng)主要是風(fēng)引起的水面波動(dòng)。圖2為各采樣點(diǎn)水體表面和垂向流速的變化情況，可以看出，水體表面流速的變化距推流器由近及遠(yuǎn)呈下降趨勢(shì)，對(duì)照點(diǎn)流速降至3 cm /s，基本不再受推流器影響。從各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水體表面流速看，與對(duì)照點(diǎn)相比，距推流器0.5m流速提高6.2倍，距推流器10 m流速提高2.2倍，較好地達(dá)到了推動(dòng)水體流動(dòng)的作用，側(cè)向的推動(dòng)作用稍差，但仍有一定的推動(dòng)作用，在距推流器側(cè)向5 m處，水

6、體表面流速可以達(dá)到 5 cm /s，較對(duì)照提高0.4倍。各釆樣點(diǎn)流逮變牝從監(jiān)測(cè)結(jié)果看，水下流速提高不多，距推流器0.5 m處，水下0.5 m的流速為5.23 cm/s，只比對(duì)照點(diǎn)提高0.6倍。這是由于本次監(jiān)測(cè)為水平流速，而水下推流主要通過(guò)壓入的空氣推動(dòng)水體流動(dòng)，而空氣受浮力作用迅速向上運(yùn)動(dòng)，接近水面后壓力驟減而體積膨脹推動(dòng)水面 水平移動(dòng)。 所以，推流器主要作用在于水體表面， 而對(duì)水體下部的水平流速影響甚小。 水平 流速值只是水體運(yùn)動(dòng)的一個(gè)較小分量。2.2 推流對(duì)水體 DO、pH 的影響通常淺水水體極少分層，各項(xiàng)指標(biāo)質(zhì)量濃度隨水深變化不大。而富營(yíng)養(yǎng)化水體，由于 浮游植物光合作用等因素影響， 水體

7、溶解氧濃度隨水深加大而明顯降低。從圖 3、圖 4 看出，筒子河推流器周圍 pH 及水體表層（包括水體表面和水下 0.5 m ） DO 濃度變化不大，其中 DO濃度接近飽和值（監(jiān)測(cè)時(shí)水溫28C），但水體底層 DO濃度隨著與推流器距離的加大逐漸減小。與表層 DO濃度相比，對(duì)照點(diǎn)底層 DO濃度降低達(dá)到54.0%，為2.56 mg / L,不滿 足地表水”類水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可見(jiàn)，在自然狀態(tài)下，富營(yíng)養(yǎng)化的淺水水體雖然表層DO濃度接近飽和，但底層仍然可能出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象。與對(duì)照點(diǎn)相比，其他各監(jiān)測(cè)點(diǎn)底層DO 濃度都有所增加，距推流器最近的點(diǎn)增加最多， 達(dá)到1.82倍，距推流器側(cè)向5 m處增加最少，為0.91 倍，

8、但DO濃度達(dá)到5.15 mg / L ，能夠滿足地表水川類水體水質(zhì)要求。從各監(jiān)測(cè)點(diǎn)DO濃度總體變化情況來(lái)看，推流有效增加了上下水體混合，提高了水體底層DO 濃度，并起到了一定的增氧作用，改善了水體底層生物的生存條件。2.3 推流對(duì)水體 TN、TP 的影響從圖 5、圖 6 可以看出， 水體中 TN 濃度沒(méi)有明顯的趨勢(shì)變化， 說(shuō)明推流對(duì)于水體 TN 濃 度影響不大， 但水體中總磷濃度， 特別是底層水體 TP 濃度與推流器距離呈現(xiàn)較好的相關(guān)性， 隨著距離的增加，底層水體 TP 濃度有逐漸減小的趨勢(shì)。分析原因，可能是由于研究區(qū)域水 深較淺， 水體推流造成擾動(dòng)增加， 使底質(zhì)再懸浮， 同時(shí)， 擾動(dòng)也可能加

9、快了底質(zhì)中磷的釋放。km03 m os L2m2?f 理霽50.ooeo.o.(.oe93C76.4,ar4 ft!和洛解氯（ftS0S8S88S12!.00.x().60.4fi080000080080?0.S niS m10 m 對(duì)照點(diǎn)團(tuán)3 各與樣點(diǎn)DO變化圖4各采樣點(diǎn)pH變化ES h Ml E (15 m 0 12mdJ! m 5 m 10 m時(shí)照人E需,ra圖$各釆癢點(diǎn);1、濁度變化 04015亠n 02C1IF械度妾化H a *r FMm6各釆樣點(diǎn)2.4各監(jiān)測(cè)點(diǎn)澡細(xì)胞變化2.4.1藻細(xì)胞密度的變化藻細(xì)胞密度是浮游植物生長(zhǎng)情況的重要表征指標(biāo)。大量研究表明，小擾動(dòng)有利于藻類細(xì)胞的生長(zhǎng)，而

10、中強(qiáng)擾動(dòng)則不利于其生長(zhǎng)，龍?zhí)煊宓仍谘芯克畡?dòng)力條件對(duì)嘉陵江重慶主城段藻類生長(zhǎng)影響時(shí)，提出流速在0.04 m /s 左右最有利于藻類的生長(zhǎng)繁殖；王紅萍等在研究漢江水華水文因素作用機(jī)理時(shí)，提出漢江宗關(guān)斷面發(fā)生水華的警戒流速為0.225 m/s。圖7為各監(jiān)測(cè)斷面水中藻細(xì)胞密度情況?？梢钥闯?，藻細(xì)胞密度與推流器距離呈現(xiàn)較好的相關(guān)性，隨著與推流器距離的減小，水中藻細(xì)胞密度呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。與對(duì)照點(diǎn)相比，距推流器0.5 m處藻細(xì)胞密度降低最多，藻細(xì)胞總密度和水體表層藻細(xì)胞密度降低分別達(dá)到50.2%和70.7%，藻細(xì)胞總密度降低最少的為距推流器10 m的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，表層藻密度降低最少的為距推流器側(cè)向5 m的監(jiān)測(cè)斷面，

11、分別為 21.4%和6.0%。說(shuō)明推流工程的實(shí)施有效降低了水體中藻細(xì)胞密 度，達(dá)到了抑制藻類生長(zhǎng)的目的。tn:c* U % m H二 1.2 ni-I- -I li MF6fw-M21m 二云二-?ftfK5 m 10 m.J“OOHU 口 “- -If 1 n TtMw-MMloH 仆酣r各采琴點(diǎn)著朗胞密度變化242藻類聚集程度變化藍(lán)藻具有根據(jù)環(huán)境條件而調(diào)節(jié)自身在水體中垂直位置以適應(yīng)生長(zhǎng)需要的能力，這種調(diào)節(jié)能力有利于藍(lán)藻形成優(yōu)勢(shì)?？追毕杼岢鏊{(lán)藻水華暴發(fā)的4階段假設(shè)，認(rèn)為藍(lán)藻尤其微囊藻上浮是水華暴發(fā)的關(guān)鍵階段，微囊藻只有上浮才會(huì)在水體表面形成與空氣隔離的藻團(tuán)，形成肉眼可見(jiàn)的水華。華錦彪等7對(duì)水體中的藻類進(jìn)行分層采樣，建立藻類聚集趨勢(shì)的關(guān)系式，得到形如式(1)的聚集參數(shù)：0 = C1 / CO (1)式中，C1為水體表層藻類生物量/ (10 cells/ml ), CO為水體中平均藻類生物量/(10 cells/ml )。本文參照式(1)計(jì)算各采樣點(diǎn)的藻細(xì)胞表面聚集參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)圖8,可以看出，藻細(xì)胞的表面聚集情況與采樣點(diǎn)距推流器的距離具有較好的相關(guān)性，隨著與推流器距離的減小，藻細(xì)胞的聚集參數(shù)逐漸變小， 說(shuō)明推流工程的實(shí)施較好地抑制了藻細(xì)胞的表面 聚集，減少了水華的發(fā)生。圖&各采樣點(diǎn)牌細(xì)胞X!廉禪數(shù)變化3結(jié)論與討論筒子河水下推流水質(zhì)改善工程的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明以下幾點(diǎn)。(1)水下推流