水質(zhì)垂直剖面自動(dòng)監(jiān)測(cè)在水庫(kù)分層取水中的應(yīng)用--以湖北赤壁市陸水水庫(kù)為例.docx

1、人民長(zhǎng)江YangtzeKiverVol.46,No.4Feb.2015文章編號(hào)：1001-4179(2015)04-0098-04水質(zhì)垂直剖面自動(dòng)監(jiān)測(cè)在水庫(kù)分層取水中的應(yīng)用以湖北赤壁市陸水水庫(kù)為例（長(zhǎng)江水利委員會(huì)陸水試驗(yàn)樞紐管理局，湖北赤壁437300）摘要：為確定陸水水庫(kù)自來(lái)水廠的族佳取水深度，利用水質(zhì)垂覽剖而自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在陸水水庫(kù)壩前選定斷面，連續(xù)進(jìn)行了近la的監(jiān)測(cè)根據(jù)監(jiān)測(cè)資料分析了陸水水庫(kù)壩前斷面垂向水質(zhì)隨季節(jié)，性變化所呈現(xiàn)的分屢現(xiàn)象“站果表明：水庫(kù)壩前斷而水質(zhì)參教在當(dāng)年H月列次年2月為混合期，無(wú)顯著分展現(xiàn)象；3月到10月為分層期，出現(xiàn)分屢現(xiàn)象；表層水體受光合作用影響，易爆發(fā)藍(lán)藻，深層水

2、體濁度較高，因此，水廠最佳取水深度為水下56m范圓°關(guān)鍵詞：水質(zhì)港直剖而；水溫；葉綠素；水質(zhì)分層；陸水水陣中圖法分類號(hào)：X824文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：1（）.16232/ki.1（X）1-4179.2015.04.024收稿日期：2014-12-07基金項(xiàng)目：水利部引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)水利科學(xué)技術(shù)計(jì)劃（“948”計(jì)劃）（201307）作者簡(jiǎn)介：楊眄，男，工程師，主要從事水庫(kù)水資源管理與保護(hù)工作。E-mail:yangkun241陸水水庫(kù)位于湖北省赤壁市，與城區(qū)相鄰，是一座以防洪為主.兼有灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、養(yǎng)殖、供水、旅游及試驗(yàn)等綜合任務(wù)的大（n）型水利樞紐。水庫(kù)總庫(kù)容7.42億濕，為不完全年

3、調(diào)節(jié)水庫(kù)，是赤壁市城區(qū)25萬(wàn)居民唯一的飲用水地表水源。水庫(kù)水體受水溫影響，存在季節(jié)性分層現(xiàn)象，例如溫度躍層、鹽度躍層、富氧層、低軾區(qū)和缺氧區(qū)，藻類垂向含量隨日照度衰減，濁度受洪水影響，不同深度分布不同等。水體分層現(xiàn)象對(duì)水生生物和水質(zhì)有著巨大的影響.不同水層水質(zhì)差別明顯。因此，自來(lái)水廠應(yīng)根據(jù)不同水層的水質(zhì)狀況選取水質(zhì)最優(yōu)的斷面取水，否則將增加水處理的難度和成本。為了研究水廠最佳取水口設(shè)置深度，本文以陸水水庫(kù)壩前斷面為研究對(duì)象，利用2013年11月到2014年【0月期間該斷而垂直剖面水溫、溶解軾、pH值、濁度和葉綠素a等連續(xù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析水庫(kù)斷面垂向水體分層結(jié)構(gòu)發(fā)生、發(fā)展和消亡的演化過(guò)程，并探討

4、水體水質(zhì)變化的原因，為確定水廠最佳取水水深和類似水源地水庫(kù)水質(zhì)分層研究提供一些參考。1測(cè)驗(yàn)設(shè)備和方法陸水水庫(kù)水質(zhì)測(cè)驗(yàn)使用的垂直剖面自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由美國(guó)YSI公司最新研發(fā)，系統(tǒng)由五大功能模塊組成:垂直剖面絞車及其控制系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備、供電系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)以及安裝平臺(tái)。該系統(tǒng)通過(guò)絞車控制多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀測(cè)最不同水深處的水質(zhì)參數(shù)，包括水溫、電導(dǎo)率、pH值、溶解氧、濁度、鹽度、氧化還原電位、葉綠素a等。系統(tǒng)可在水下長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，人工維護(hù)工作晝較少；測(cè)最探頭的工作機(jī)理與常規(guī)的探頭相比更完善，測(cè)驗(yàn)精度更高，使用壽命更長(zhǎng)；各傳感器均可以獨(dú)立更換、校準(zhǔn)和維護(hù)，具有極大的靈活性和便利性，保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和

5、可琵性。應(yīng)用此技術(shù)能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)快速準(zhǔn)確地測(cè)域和及時(shí)掌握水源水質(zhì)污染信息，同時(shí)，通過(guò)剖面管理軟件"以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)告、分析和輸出等。監(jiān)測(cè)斷面選取在壩前800m處（距離水廠取水點(diǎn)50m）,監(jiān)測(cè)時(shí)間為2013年II月11日-2014年10月31Uo監(jiān)測(cè)期間，系統(tǒng)每2h完成1次垂直剖面監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)從水深1m處開始下潛，每隔1m測(cè)量一次，直至距離河底2.5m處。數(shù)據(jù)由系統(tǒng)自帶軟件LoggerNet中用MicrosoftExcel2003軟件導(dǎo)出并處理。2測(cè)驗(yàn)結(jié)果分析2.1水溫從水溫年度變化示意圖（圖I）和水溫垂向分布圖（圖2）可以看出：從11月開始到2月中下旬，隨著氣溫的快速下降，水

6、庫(kù)表層水與底層水混合，溫差變小,沒有明顯的水溫分層現(xiàn)象;3月以后，隨著太陽(yáng)福射的增強(qiáng)和氣溫的升高，表層水溫逐漸升高，與底層水溫溫差逐漸變大，出現(xiàn)明顯的水溫分層現(xiàn)象，水下14m處形成“表溫層”，510m之間形成“溫躍層”，1015m以下逐漸形成“滯溫層”。這一結(jié)果和戴凌全等人的研究結(jié)論基本一致。圖1水溫年度變化示意木溜/c510152025303540I月舊5月舊月舊14，««16,.18圖2水溫剖面分布另外，水溫受洪水影響較大，例如：5月11日，受當(dāng)年第一場(chǎng)大洪水的影響，底層水溫受到擾動(dòng)，有個(gè)突高的過(guò)程；洪水過(guò)后，表層和底層水溫溫差又逐漸拉大，水下1m和水下15m的最大溫差

7、達(dá)15T；7月3日，受連續(xù)兩場(chǎng)大洪水影響，底層水溫受到擾動(dòng)，15m水深處的水溫迅速升高至21進(jìn)入夏季持續(xù)高溫季存，水溫分層現(xiàn)象進(jìn)入穩(wěn)定期，表層與底層水溫溫差保持在10Y左右。從測(cè)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，水下610m之間水溫受洪水影響較小，僅隨季節(jié)變化。2.2pH值對(duì)pH值的垂向變化（圖3）進(jìn)行分析，可以看出：1月，受水溫混合影響，各水層pH值在78之間，上下變幅不大;5月，pH值逐漸產(chǎn)生分層現(xiàn)象，表層水的pH值升高至8.5；8月，pH值存在明顯分層現(xiàn)象，水深14m的表層水pH值較高，最高達(dá)到10,4in以下，pH值快速回落至8,并向F逐漸接近7。夏季pH值出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象的原因是表層水藻生長(zhǎng)旺盛，光合作用

8、消耗了水中的CO使水體呈堿性，pH值升高，而溫躍層水體的光合作用減弱，pH值向下逐漸接近7,恢復(fù)正常。同時(shí)，表層水的pH值容易受洪水影響，洪水來(lái)臨時(shí)有個(gè)下降的過(guò)程，洪水過(guò)后，又迅速上升，這可能是因?yàn)楹樗淖兞怂臈l件導(dǎo)致藻類生長(zhǎng)條件發(fā)生變化導(dǎo)致的結(jié)果。圖3pH值剖面分布2.3溶解氧從溶解氧（DO）年度變化示意圖（圖4）和剖面分布圖（圖5）可以看出，冬季受水溫混合影響，上F水層溶解氧逐漸保持一致；夏季，水深410m之間溶解氧存在突變層，即“氧躍層”，氧躍層以上的水體藻類大量繁殖，由于光合作用釋放。2,溶解氧含量較高；氧躍層以下，由于光合作用減弱以及浮游生物的死亡、沉降、氧化分解，消耗氧氣&quo

9、t;F,溶解氧逐漸降低，形成低氧區(qū)和缺氧區(qū);7月，氣溫上升，表層水藻類爆發(fā)，溶解氧含量:最高達(dá)到18.9mg/L,飽和度達(dá)到252%；5m以下水體溶解氧含最受洪水影響較大，洪水使溶解氧含技增高，底部各層溶解氧含鼠均有明顯的突然升高圖4DO年度變化示意圖5I）。剖面分布2.4葉綠素a葉綠素a是水蚱富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)的重要參數(shù)。通過(guò)測(cè)定葉綠素a可以掌握水庫(kù)中藻類含鼠并直觀地描述水體的富營(yíng)養(yǎng)化狀況。從葉綠素a年度變化示意圖（圖6）可以看出：全年大部分時(shí)間葉綠素a的含堇都在10bbp以下，但1月份出現(xiàn)過(guò)一次短暫的顯著上升過(guò)程,78月出現(xiàn)過(guò)一次較長(zhǎng)時(shí)間的顯著上升過(guò)程。冬季受水溫混合影響，表層和底層水體的葉綠素

10、a含鼠相差不大，1月出現(xiàn)的葉綠素a顯著上升過(guò)程（超過(guò)60ppb,為全年最大），原因可能是水庫(kù)來(lái)水減少，入庫(kù)竹芥物質(zhì)增多，導(dǎo)致壩前局部藻類爆發(fā)。夏季78月，表層I4m水體受11照影響，藻類大量繁殖，葉綠素a含量快速升高，最大達(dá)25ppb,隨著水深的增加,光照作用減弱，藻類繁殖受到影響，5m以下葉綠素a含量迅速降低，恢復(fù)到10ppb以內(nèi)。從葉綠素a含量上分析，當(dāng)葉綠素&含量上升至10ppb以上并有迅速增加的趨勢(shì)時(shí)，就可以預(yù)測(cè)水體將可能發(fā)生“水華”。2.5濁度從濁度年變化示意圖（圖7）可以看出，除了兒次濁度升高過(guò)程外，全年大部分時(shí)期濁度都在I。NTU以內(nèi)，濁度僅受來(lái)水和水體混合的影響。冬季為

11、水溫混合期，水體發(fā)生對(duì)流混合，渾水完全擴(kuò)散，使表層和底層水體的濁度基本一致；在I月，發(fā)生過(guò)一次濁度明顯升高過(guò)程，原因是藍(lán)藻爆發(fā)，影響了水體濁度。在夏季，水體濁度受洪水影響較大,3月，5月中旬和7月的幾次濁度升高過(guò)程，均發(fā)生在洪水入庫(kù)期間，大量濁度較高的水流進(jìn)入水庫(kù)。另外，水體濁度還受水溫分層現(xiàn)象的影響，15m的表層水，濁度快速下降到5NTU以內(nèi)，而6m以F的水層濁度F降較緩。從以上5個(gè)參數(shù)的分析來(lái)看，水摩的水溫分層現(xiàn)象是水庫(kù)不同水層水質(zhì)變化的關(guān)鍵因素。陸水水庫(kù)水溫分層受季節(jié)影響較明顯。夏季，水體形成穩(wěn)定的水溫分層，由于垂向水體水溫不同，水體密度也不同，上下層水體難混合，水庫(kù)來(lái)水、出水只形成水平

12、的層狀流動(dòng)，水庫(kù)水體被分為層狀的流動(dòng)部分和停滯部分，其結(jié)果是上下層水體水質(zhì)產(chǎn)生了差別。冬季，由于上下水層溫差較小，產(chǎn)生冷卻對(duì)流現(xiàn)象，上下層水體強(qiáng)烈混合，水質(zhì)也趨于相同。圖6葉綠素u年度變化示意圖7濁度年度變化示意3陸水水庫(kù)水廠取水水層研究3.1影響水廠原水質(zhì)量的因素（I）濁度°濁度不僅是項(xiàng)感官指標(biāo).也是指示微生物污染的指標(biāo)之一，它可以反映水質(zhì)的優(yōu)劣，是水廠處理工藝選擇以及設(shè)備選型的重要參數(shù)，也是水廠運(yùn)行和投藥量控制的重要指標(biāo)。我國(guó)的生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濁度不超過(guò)1NTU,因此水庫(kù)取水水層的濁度是影響原水質(zhì)量最重要的因素之一。(2) pH值。我國(guó)生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定pH值為6.58.5

13、。由于pH值對(duì)水廠不同水處理單元的污染物的去除效果影響較大，各處理單元都有其最佳運(yùn)行范圍，取水水層中的pH值過(guò)高或過(guò)低均不利于水質(zhì)凈化，最好在6.5-8.5之間。(3) 葉綠素8。葉綠素a可間接反映水中藻類的含量。藻類的存在將增加水中的有機(jī)物，使水體含氧量降低；另外，含藻水體消毒后水體會(huì)產(chǎn)生鹵代烷谿等有毒物質(zhì)。因此，取水水層中的葉綠素a越低越好。(4) 含氧量。水庫(kù)表層水含氧量過(guò)高表明水中藻類活動(dòng)頻繁；而深層水由于缺氧，有害礦物質(zhì)含量比較大，更容易滋生厭氧性細(xì)菌。因此.取水水層中的含氧量:一般在6mg/L以上。3.2水廠取水水層的確定監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，陸水水庫(kù)壩前(水廠取水口附近)斷面水質(zhì)存在分層

14、現(xiàn)象。夏天水庫(kù)入摩流鼠大，氨氮、有機(jī)物等含量相對(duì)較少，藻類較多，洪水期或者暴雨之后，常常由于雨水的沖刷效應(yīng)，地面上大量的有機(jī)物進(jìn)入推中，水庫(kù)水體有機(jī)物含量會(huì)突然升高，表層水(水下14m)在陽(yáng)光照射F極易爆發(fā)藍(lán)藻，并導(dǎo)致pH值升高，因此表層水不宜作為水廠取水層。6m以下的水層，受溫躍層的影響，越是接近底層，水體濁度越高，渾濁時(shí)間越長(zhǎng)，含氧量越低，有害礦物質(zhì)含量越高，水處理工藝越復(fù)雜，也不宜作為水廠的取水層。因此，位于表溫層和溫躍層之間的水層，即水下56m的水層較適宜水廠取水。4結(jié)論(1) 陸水水庫(kù)水體存在季節(jié)性垂向水溫分層現(xiàn)象，每年11月到次年2月為水溫混合期，表層和底層水溫差不大；3月到10月

15、為水溫分層期，且分層現(xiàn)象明顯。(2) 受水溫分層的影響，水體中的pH值、溶解氧、葉綠素a和濁度的垂向分布也出現(xiàn)分層現(xiàn)象，夏季尤為明顯。其中表層(水下14m)水受光合作用影響明顯，藻類繁殖較快，葉綠素a、pH值、溶解量迅速升高，而5m以下的溫躍層，又逐漸恢復(fù)正常。(3) 受夏季水庫(kù)水體分層和洪水影響，特別是夏季洪水期或者暴雨之后，14m的表層水體在陽(yáng)光照射下極易爆發(fā)藍(lán)藻，而6m以下水的濁度較高，含氧量過(guò)低，都不適宜作為水廠的取水層。因此，水庫(kù)的取水水層建議為水下56mo參考文獻(xiàn)：1 董春顧，虞左明，笑志旭，千.千島沏湖泊區(qū)水體季節(jié)桂分屆特征研環(huán)境科學(xué)，2013,34(7)：2574-2581.2

16、 戴凌全，李華，陳小燕.水庫(kù)水浪結(jié)構(gòu)及其對(duì)瘁區(qū)水質(zhì)影響研充J.紅水河,2010,29(5)：30-34.3 殷燕，吳志艷，劉明亮，等.千島湖溶解就的動(dòng)態(tài)分布於征及其影響因素分析J.環(huán)境科學(xué)，2014,35(7)：2539-2546.4 李建民，毛,小英.大王事水庫(kù)溶解戴及pH變化現(xiàn)律與原因分析JJ.廣東水利水電.2012,(12):37-40.5 朱源輝.水座水質(zhì)虞彖分析及水庫(kù)時(shí)環(huán)境的影響C.福建省科協(xié)第八屆學(xué)術(shù)年會(huì)水利分論壇論丈集，2008,143-146.常漢生)Applicationofverticalwaterqualityautomaticmonitoringsysteminstra

17、tifiedwaterintakeofreservoir:caseofLushuiReservoirinChibi,HubeiProvinceYANGKun,ZHANGMaolin(ManagementBureauofLushuiExperimentalHydro-junction,ChangjiangWaterResourcesCommission,Chibi437300,China)Abstract：InordertodeterminethemostoptimalwalerintakedepthofLushuiwaterworksinLushuiReservoir,byusingverti

18、calwaterqualityautomaticmonitoringsystem.thewaterqualityattheselectedcross-sectioninfrontofLushuiReservoirDarnwascontinuouslymonitoredforalmostayear.Accordingtothemonitoreddata,thewaterqualitystratificationwithseasonalvariationatthecross-sectionisanalyzed.TheresultsshowthatthewaterqualitymixingperiodisfromNovember(onextFebruaryandnoobviouswaterstratiGcationoccurs；thewaterqualitystratificationperiodisfromMarchtoOctober,thewalerstratificationoccu