湖湖連通工程對(duì)查干湖水質(zhì)的影響

湖湖連通工程對(duì)查干湖水質(zhì)的影響

1水生態(tài)系統(tǒng)及其制約查干湖自然保護(hù)區(qū)的水生景觀由松運(yùn)河、新廟湖、查干湖和辛店湖組成。另外,查干湖作為松嫩平原第四系潛水的地質(zhì)“天窗”,水量水質(zhì)還與各水系地下水環(huán)境有關(guān)。因此查干湖水質(zhì)及水生態(tài)系統(tǒng)受到來(lái)自諸多方面的動(dòng)態(tài)影響,地表各水域水體不同的水化學(xué)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境,對(duì)查干湖的水循環(huán)及生物循環(huán)、沉積循環(huán)具有不同的驅(qū)動(dòng)和制約作用。分析和研究相關(guān)水系對(duì)查干湖水質(zhì)的影響,尤其是找出在河湖聯(lián)通條件下驅(qū)動(dòng)和制約查干湖水域水質(zhì)及水生態(tài)系統(tǒng)變化的特征和客觀規(guī)律,將為保護(hù)和修復(fù)查干湖水生態(tài)系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù)。2前消能型低影響內(nèi)容測(cè)定,本項(xiàng)目成為消能指標(biāo)。據(jù)初,明查干湖水面面積約350km2,其地表聯(lián)通水系包括作為主要補(bǔ)給水通道的引松渠道、前置湖新廟泡、湖內(nèi)湖辛甸泡。1)引松渠道是一條人工河,渠道全長(zhǎng)53.85km,比降1:13800,底寬50m,邊坡比1:3,水深2.5m始建于1976年9月,于1984年8月23日建成通水,最初作為查干湖的補(bǔ)給水道,后作為前郭灌區(qū)的排水干渠,年退水量1.3億m3,同時(shí)匯集了沿程約10km范圍內(nèi)的第四系孔隙潛水,匯水量約1.7億m3。各標(biāo)志點(diǎn)具體樁號(hào)見(jiàn)表1:年內(nèi)監(jiān)測(cè)表明:引松渠道在灌溉期匯集地表、地下水體經(jīng)新廟泡流入查干湖,而在非灌溉期的12月初至次年的5月初,引松渠道地下水位高于第二松花江一側(cè),表明引松渠道及新廟泡的水體通過(guò)滲流進(jìn)入第二松花江,見(jiàn)圖1。2)新廟泡是查干湖的前置湖,水面面積約35km2,庫(kù)容為5000m3,水位高出查干湖0.5m,兩湖間由川頭閘節(jié)制,故對(duì)查干湖的影響是單向的。近年來(lái)由于蘆葦濕地面積萎縮,曾適當(dāng)提高了川頭閘堰頂高程,新增加濕地面積300hm2。3)辛店泡水面面積約60km2,是查干湖的內(nèi)湖,水面與查干湖相連,連接部分寬約800m,平均水深不足1m,挺水植物群落較茂密,屬于查干湖自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)之一,與查干湖水體間存在相互影響。3蘇氏原螯蝦主要查干湖t根據(jù)2009—2012年對(duì)新廟泡及引松渠道、辛甸泡、查干湖水體水質(zhì)的逐月監(jiān)測(cè)結(jié)果,繪制各主要參數(shù)沿新廟泡及引松渠道、辛甸泡、查干湖變化的趨勢(shì)曲線。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分別為引松渠道上游17km的前乾橋、新廟泡入口的高家橋、新廟泡出口的川頭閘、查干湖中心、辛甸泡中心,監(jiān)測(cè)密度為每月1次。分析各水域主要參數(shù)沿程變化特點(diǎn),可分為如下4個(gè)基本類型:1)單增型其特點(diǎn)是:參數(shù)曲線沿新廟泡及引松渠道、查干湖、辛甸泡基本呈單調(diào)增長(zhǎng)。具有這種特征的曲線包括pH值、重碳酸鹽、碳酸鹽、電導(dǎo)率、CODcr、CODMn、BOD5、鹽酸鹽、硫化物、硫酸鹽、鎂、鋁,葉綠素a也基本具有這個(gè)特點(diǎn)。另外,由于pH值呈現(xiàn)出沿程增長(zhǎng)趨勢(shì),也導(dǎo)致非離子氨濃度呈單調(diào)增長(zhǎng)。詳見(jiàn)圖2。水質(zhì)參數(shù)曲線具有單增的變化趨勢(shì),表明查干湖在同時(shí)受引松渠道及新廟泡、辛甸泡水質(zhì)的雙重影響時(shí),辛甸泡的影響相對(duì)較大,在查干湖具有這種曲線特征的11個(gè)參數(shù)中,與辛甸泡呈現(xiàn)出相關(guān)或顯著相關(guān)的占2/3。進(jìn)一步對(duì)查干湖具有上述特征的各月參數(shù)與引松渠道及新廟泡、辛甸泡連續(xù)兩年(2009-2010)的各月水質(zhì)參數(shù)系列進(jìn)行相關(guān)分析,見(jiàn)表2:結(jié)合上述變化曲線,對(duì)查干湖與引松渠道及新廟泡、辛甸泡各水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行分析,可基本得出如下結(jié)論:1)pH值與辛甸泡的相關(guān)系數(shù)最高,因此可認(rèn)為辛甸泡對(duì)提高查干湖年內(nèi)的pH值影響程度相對(duì)較大,引松渠道(前郭灌區(qū))的影響較低;2)碳酸鹽、電導(dǎo)率、硫化物、硫酸鹽、鎂等只表現(xiàn)出與辛甸泡呈相關(guān)關(guān)系,而與引松渠道及新廟泡未表現(xiàn)出相關(guān),因此可以認(rèn)為:查干湖水體中的鎂、碳酸鹽、電導(dǎo)率、硫化物、硫酸鹽受辛甸泡的影響程度較大,受引松渠道(前郭灌區(qū))影響不明顯。3)CODcr、CODMn、BOD5與新廟泡出口端川頭閘的相關(guān)系數(shù)相對(duì)較高,與葉綠素a濃度的相關(guān)程度也較高,表明受新廟泡的影響較明顯,這與新廟泡周邊旅游開(kāi)發(fā)造成的污染、水生植物(包括沉水植物菹草、香蒲及蘆葦、浮游植物等)凋落物腐爛有關(guān)。而引松渠道出口、新廟泡進(jìn)口的高家橋各參數(shù)并未表現(xiàn)出相關(guān),表明前郭灌區(qū)退水對(duì)查干湖CODcr、CODMn、BOD5的影響并不明顯,而內(nèi)源性無(wú)機(jī)物污染是主要影響因素。4)鹽酸鹽與新廟泡、辛甸泡均未表現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系,表明查干湖中的鹽酸鹽(氯化物)還具有某種自我變化的機(jī)制,這種機(jī)制產(chǎn)生的影響遠(yuǎn)大于新廟泡和辛甸泡。調(diào)查發(fā)現(xiàn)查干湖底的表層沉積物中,有數(shù)量較大、存在形式不詳?shù)穆仍?顯然還存在某種轉(zhuǎn)換、釋放鹽酸鹽的機(jī)制,包括一定條件下的與鋁元素的凝絮與反凝絮作用等。5)鋁是入湖水流攜帶鋁元素長(zhǎng)期積累的結(jié)果,在相對(duì)封閉水域(辛甸泡)積累數(shù)量相對(duì)較多。鋁容易受絮凝作用影響,尤其是存在硫酸鹽、鹽酸鹽環(huán)境下,可發(fā)生凝絮現(xiàn)象。已查明查干湖底存在較多的鋁懸浮物、氧化鋁表層沉積物。在一定條件下,鋁還會(huì)與水體中的可溶性硅結(jié)合,形成溶解性水合硅鋁酸鹽鋁(HAS),而偏堿性環(huán)境對(duì)硅酸與單核鋁間的反應(yīng)具有促進(jìn)作用。因此水體中鋁的大量存在,會(huì)攫取組成硅藻的細(xì)胞壁的硅元素,影響硅藻生成條件,并使硅藻門生物量降低。分析2010年監(jiān)測(cè)結(jié)果也可以看出:隨著自新廟泡至辛甸泡pH值的增加,硅藻的數(shù)量生物量表現(xiàn)出降低趨勢(shì),辛甸泡為最低(圖3)。6)葉綠素a同時(shí)與新廟泡末端、辛甸泡表現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系,表明查干湖的葉綠素a同時(shí)受到新廟泡(川頭閘)、辛甸泡影響,而引松渠道(前郭灌區(qū)退水)影響不顯著。7)氨氮中的離子氨態(tài)氮(NH4+—N)能夠被藻類直接吸收利用,但非離子氨態(tài)氮(NH3-N)不能夠被藻類直接吸收利用,但能透過(guò)細(xì)胞膜,具有脂溶性,對(duì)水生生物有毒性。水體中非離子氨濃度取決于水體的溫度、pH值、氨氮濃度。當(dāng)這些水化學(xué)條件改變時(shí),會(huì)導(dǎo)致非離子氨濃度增加,盡管藻類對(duì)非離子氨的毒性有很大的耐力,但由于水體中的氮素不能被藻類利用,藻類生長(zhǎng)受到脅迫,導(dǎo)致生物量減低。單增型曲線也表明:影響查干湖水質(zhì)的主要污染物,并不是來(lái)自匯集了前郭灌區(qū)退水的引松渠道。2)以新廟泡為底點(diǎn)的近似V字型曲線特點(diǎn)是參數(shù)沿引松渠道-新廟泡呈減少趨勢(shì),至新廟泡達(dá)到最低點(diǎn)(圖4),表明沿程削減作用和新廟泡的前置削減作用較明顯;進(jìn)入查干湖后開(kāi)始增加,辛甸泡的濃度高于查干湖,體現(xiàn)出辛甸泡對(duì)查干湖若干個(gè)水質(zhì)參數(shù)存在較明顯的影響?？偟?、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、鐵、重碳酸鹽基本具有這個(gè)特征。對(duì)查干湖與引松渠道及新廟泡、辛甸泡連續(xù)兩年(2009-2010)的各月水質(zhì)總氮、氨氮、硝酸鹽氮、總鐵的相關(guān)分析如表3:辛甸泡的總氮、硝酸鹽氮、總鐵、重碳酸鹽與查干湖表現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系。尤其總鐵表顯出顯著相關(guān)。其中:總氮和氨氮表現(xiàn)出在引松渠道和新廟泡沿程受到了削減,根據(jù)“國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)課題”子課題“松花江農(nóng)田面源污染水質(zhì)水量調(diào)控與工程示范”研究結(jié)果,在引松渠道前乾橋-高家橋段的17.2公里流程中,TN削減率達(dá)到35%。硝酸鹽氮表現(xiàn)出的與辛甸泡相關(guān)關(guān)系,同辛甸泡水生植物相對(duì)茂密、凋落物提供了大量的碳源有關(guān),促進(jìn)了亞硝酸鹽氮向硝酸鹽氮的轉(zhuǎn)化,硝酸鹽氮/亞硝酸鹽氮的比例增加,且與BOD5的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.7397,也為這一推斷提供了佐證;而氨氮除了與辛甸泡相關(guān)外,在川頭閘表現(xiàn)出較顯著的相關(guān),這與附近旅游飯店較多、生活污水排放量較大有關(guān)。亞硝酸鹽氮的濃度除在灌溉-洗堿期有所增高外,主要受引松渠道匯集的灌區(qū)地下水影響,較硝化作用更明顯。據(jù)監(jiān)測(cè),前乾橋-高家橋間地下潛水的亞硝酸鹽氮濃度高達(dá)0.501mg/l,是引松渠道年均值的15倍、新廟泡的29倍、辛甸泡的41倍。地下潛水匯入引松渠道并進(jìn)入新廟泡后,由于渠道兩岸及新廟泡有較茂密的挺水植物群落,植物的枯萎物、凋落物提供了相對(duì)豐富的碳源,尤其在秋、冬季更為豐富,促進(jìn)了亞硝酸鹽氮進(jìn)一步向硝酸鹽氮的轉(zhuǎn)化,沿程濃度受到削減。因此,撫育和維護(hù)引松渠道兩岸及新廟泡的水生植物群落,對(duì)削減亞硝酸鹽氮濃度至關(guān)重要。辛甸泡的水生植物群落更為發(fā)育,碳源更為豐富,同時(shí)受地下潛水中亞硝酸鹽氮影響較小,使得亞硝酸鹽氮濃度較引松渠道低。引松渠道沿程對(duì)鐵的削減作用也十分明顯,對(duì)遏制土壤含鐵量較高的前郭灌區(qū)及周邊匯流區(qū)鐵的進(jìn)入查干湖具有重要作用,從前乾橋到高家橋削減率高達(dá)91.6%,因此減少對(duì)引松渠道及新廟泡底泥的擾動(dòng),對(duì)遏制土壤含鐵量較高的前郭灌區(qū)及周邊匯流區(qū)鐵的輸入、維持查干湖總鐵濃度水平甚為重要。重碳酸鹽濃度體現(xiàn)出沿引松渠道減少趨勢(shì),這與下游pH值逐漸升高并使部分重碳酸鹽轉(zhuǎn)化為碳酸鹽有關(guān)。辛甸泡重碳酸鹽的濃度高于查干湖,而新廟泡出口端的川頭閘重碳酸鹽濃度低于查干湖,因此辛甸泡水體對(duì)維持查干湖的重碳酸鹽濃度和pH值起著重要作用,但也有助于削減查干湖鈣的濃度。以新廟泡為底點(diǎn)的近似V字型曲線也表明:匯集了前郭灌區(qū)退水的引松渠道并不是影響查干湖水質(zhì)的污染物主要來(lái)源。3)以查干湖為峰值型曲線特點(diǎn)是參數(shù)沿引松渠道及新廟泡變化不大,但進(jìn)入查干湖后出現(xiàn)最高點(diǎn),而辛甸泡又低于查干湖(圖5),體現(xiàn)出查干湖對(duì)這些參數(shù)具有主導(dǎo)變化作用?？偭准傲姿猁}、氟化物、鋁、溶解氧、糞大腸菌基本具有這種特點(diǎn),但各自的驅(qū)動(dòng)機(jī)制、影響方式有所不同。對(duì)查干湖與引松渠道及新廟泡、辛甸泡連續(xù)兩年(2009-2010)的各月水質(zhì)總磷、磷酸鹽、氟化物、溶解氧、糞大腸菌、鋁的相關(guān)分析如表4:1)新廟泡、辛甸泡的總磷對(duì)查干湖未表現(xiàn)出相關(guān),而磷酸鹽表現(xiàn)出相關(guān)甚至顯著相關(guān),表明來(lái)自新廟泡、辛甸泡的磷酸鹽對(duì)查干湖磷酸鹽濃度有較明顯影響;而總磷受新廟泡、辛甸泡的外源性影響相對(duì)較弱,進(jìn)一步佐證了查干湖及辛甸泡自身存在著導(dǎo)致總磷以及磷酸鹽濃度變化的內(nèi)源性因素,即自引松渠道至新廟泡沿程pH值的逐漸升高,導(dǎo)致磷沉積的可能性和能力增加;而查干湖水化學(xué)環(huán)境的變化,尤其是非灌溉期pH值的變化,導(dǎo)致總磷的吸附-解吸附、沉淀-溶解條件不斷發(fā)生改變,并釋放出總磷,其中查干湖的磷釋放能力大于相對(duì)封閉的辛甸泡;查干湖的湖底沉積柱、表層沉積物、水中懸浮物均存在大量的磷素,既為總磷的吸附-解吸附、沉淀-溶解提供了充足的來(lái)源和充分條件,也證明了上述推斷。2)查干湖的氟化物主要來(lái)自于入湖徑流的匯集與積累作用,由于水體中的氟化物主要以氟酸鹽形式存在,在自然界中很少被動(dòng)植物吸收和富集,屬不完全循環(huán),大部分留在水體中,因此濃度不斷增高,使辛甸泡氟化物濃度與查干湖也呈現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系。3)糞大腸菌群來(lái)源于水域周邊人畜的排泄物,而引松渠道及新廟泡、查干湖、辛甸泡周邊旅游業(yè)快速發(fā)展,人口密度增加,人類活動(dòng)日益頻繁,相互關(guān)聯(lián),因此導(dǎo)致排泄物及糞大腸菌逐年同步增加。4)溶解氧的增加因素主要是液面溶解氧氣和水生植物(沉水植物)、浮游植物的光合產(chǎn)氧作用,減少因素主要是COD、BOD,以及亞硝酸鹽、亞硫酸鹽等無(wú)機(jī)耗氧物的作用。因此引松渠道及新廟泡、辛甸泡都會(huì)對(duì)查干湖溶解氧濃度產(chǎn)生一定影響,其中查干湖水面面積大致為新廟泡的10倍、辛甸泡的5.8倍,因此液面溶氧能力大于新廟泡和辛甸泡;浮游植物的平均質(zhì)量生物量是新廟泡的2倍,光合產(chǎn)氧能力也較大;未發(fā)現(xiàn)有明顯的沉水植物群落。辛甸泡的浮游植物的平均質(zhì)量生物量是查干湖的1.5倍,光合產(chǎn)氧能力較大;但CODcr濃度是查干湖的1.3倍、新廟泡的1.7倍,無(wú)機(jī)耗氧物濃度較大,特別是硫化物濃度為查干湖的3倍,硫化物可在生物作用下轉(zhuǎn)化為硫酸鹽并消耗水中氧氣;因此盡管其浮游植物的平均質(zhì)量生物量較大,但耗氧能力較高,使溶解氧濃度低于查干湖和新廟泡。另外在植物生長(zhǎng)期,水系溶解氧濃度均較低,也表明水系匯集的低溶解氧濃度的地下水是查干湖水系補(bǔ)給水的主要來(lái)源。4)單減型曲線特點(diǎn)是參數(shù)沿引松渠道及新廟泡、查干湖后、辛甸泡基本為單調(diào)降低(圖6),體現(xiàn)出水質(zhì)參數(shù)受到了某些固有的水化學(xué)環(huán)境因素的影響,并在辛甸泡受到的影響最大。鈣具有這種特點(diǎn)。鈣是影響和制約查干湖水生態(tài)系統(tǒng)的重要元素之一。對(duì)查干湖與引松渠道及新廟泡、辛甸泡連續(xù)兩年(2009-2010)的各月鈣濃度進(jìn)行相關(guān)分析如表5:查干湖的鈣濃度與引松渠道及新廟泡、辛甸泡都表現(xiàn)出了相關(guān)關(guān)系,表明具有基本相同的影響機(jī)制。進(jìn)一步分析各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與鈣的沉積循環(huán)有關(guān)參數(shù)的相關(guān)情況(表6):pH值對(duì)鈣濃度的影響較為明顯,主要是在一定的pH值水平上,鈣既可以與正磷酸鹽形成不溶物而沉淀,也可以通過(guò)磷酸根與粘土礦物顆粒吸附產(chǎn)生沉降。同時(shí)當(dāng)pH值超過(guò)9時(shí),不溶性的碳酸鈣所占比例會(huì)大幅度增加,降低了水體中鈣濃度。由于辛甸泡的pH值較高,尤其在5—10月的平均值達(dá)到9.15,對(duì)降低查干湖鈣濃度貢獻(xiàn)較大。重碳酸鹽在進(jìn)入新廟泡后(高家橋)的多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)表現(xiàn)出與鈣的相關(guān)和顯著相關(guān),而在