大型深水水库溶解氧层化结构演化机制

深水水库溶解氧(DO)的演化成因目前尚不完全清楚,研究其演变机制对制定水库水质保护和管理策略十分重要.本文以我国京津冀地区重要的大型深水水源水库潘家口水库为例,系统分析了水库水温和DO浓度的时空分布特征、演化成因,以及水库的水质响应情况.结果表明:4月中旬-11月底该水库存在显著的季节性热分层,水库热分层为DO层化结构的形成提供了垂向分异性物理环境;与热分层类似,DO层化表现为3层结构,本文从上至下将其分别定义为混合层、氧跃层和氧亏层.垂向各层不同生化过程的作用为DO浓度空间差异性演变提供了驱动力,其中混合层受浮游藻类过量生长的影响,DO往往处于过饱和状态;氧跃层受大量生物的呼吸及有机物分解等耗氧的影响,DO浓度急剧下降,7-8月一般处于缺氧状态(DO<2 mg/L);氧亏层受重污染沉积物耗氧的影响,DO浓度持续下降,热分层末期水库底部可能出现缺氧.热分层末期DO浓度降低的同时,沉积物中会发生Mn的还原、Mn-P解吸释放等现象,但沉积物中含量较高的Fe没有发生还原以及Fe-P的解吸释放现象.潘家口水库目前正在逼近缺氧、内源污染大量释放的临界点,其水环境治理应予以高度重视.

深水水库隔水幕布透水率对下泄水温影响研究

隔水幕布作为分层取水设施可有效缓解由深水水库温度分层导致的低温水下泄影响。为探究幕布材料透水率对下泄水温及幕布总体受力的影响,依据一深水水库实测水文水温资料,建立并验证了该水库的三维水动力水温数值模拟模型,对比分析了不同工况下的流场、温度场及幕布总体受力结果。研究结果表明:随着幕布材料透水率增至7%,下泄水温逐渐降低,较未采用幕布时下泄水温提升幅度由2.31℃降至0.33℃。随着材料透水,幕布总体受力减小,不透水幕布所受总水平推力为1242 t,满足下泄水温需求的透水率为2%的幕布所受总力为293t。在工程应用中应根据水温提升需求,综合考虑幕布受力及经济性等因素选用幕布材料,对于该工程幕布材料平均透水率不应超过2%。

干旱期喀斯特高原深水水库微囊藻毒素含量的变化特征

为了解阿哈水库干旱期的环境生态因子与微囊藻毒素含量的变化关系,通过在不同区域布设采样点,在特殊的干旱时期进行为期半年(秋、冬、春3个季节)的微囊藻毒素含量监测,探讨了微囊藻毒素含量变化与环境因子间的关系。结果表明:阿哈水库中微囊藻毒素含量以MC-RR为主,含有少量的MC-LR。其中,在2009年10月MC-RR的含量达到最大值,为2.84μg/L。对环境因子的相关性分析表明,在特殊的干旱时期,喀斯特高原深水水库(阿哈水库)中微囊藻毒素的含量变化随温度的变化特征较明显,MC-RR的含量随温度的升高而稍有增加,而MC-LR的含量随温度的升高反而降低。在布设的5个采样点中,相对封闭、水体流动性较差的水域中微囊藻毒素含量比相对开阔、水体流动性较好的水域高。

大型深水水库环保疏浚方案设计及工程应用

针对国内深水水库环保疏浚工程应用案例较少,缺乏类似项目实施相关经验等问题,文章结合深水水库环保疏浚基本特点及相关要求,以泉州市山美水库环保疏浚工程为依托,对大型深水水库环保疏浚的工艺流程及技术方案进行探讨分析,提出一套适用于大型深水水库环保疏浚的设计方案。文章推荐"气力泵环保疏浚船+管道输送+脱水固结一体化处理+资源化利用"的底泥疏挖、输送及处理处置技术,能较好地实现深水水库环保疏浚要求,有效减小工程实施中的二次污染。项目的实施有效去除了库区内总氮、总磷、有机质及各类重金属污染,较好地改善了库区内的水环境,并为其他类似深水水库环保疏浚工程的设计、施工提供参考和借鉴。

永定河流域深水水库生态清淤装备探讨及技术研究

一、深水水库概述永定河因上游流经黄土高原,河水含沙量大,素有“小黄河”之称。永定河流域目前正在运行的水库达20余座,总库容10余亿m^3。近年,流域内的水库因河沙、工业固废、生活垃圾等原因淤积严重、水质逐步变差。同时,水库水深多在10~55 m之间,水深较深,尤以官厅水库最为典型,其控制的流域面积约为4.3万km^2,占永定河流域总面积4.7万km^2的92.8%,随着官厅水库上游水利工程以及水土保持设施持续建成,从20世纪50年代至2000年,入库水沙量呈逐步减少趋势。

丘陵山区水库沉积物-水界面磷源汇转换机制

以东南丘陵山区典型深水水库对河口水库为研究对象,开展了1a的原位调研,在主要水域内采集原位柱状沉积物样品,分析了沉积物磷的含量、赋存形态、间隙水剖面特征以及沉积物-水界面交换通量的时空变化特征.结果表明:对河口水库表层沉积物总磷(TP)含量变化范围为(470.8~1012.3)mg/kg,平均值达到(688.4±186.48)mg/kg,呈现从上游至下游逐渐增加的趋势,下游坝前区域磷污染最为严重;沉积物中各形态磷含量大小顺序依次为:铝结合态磷(352.61mg/kg)>铁结合态磷(Fe-P)(98.10mg/kg)>闭蓄态磷(88.77mg/kg)>钙结合态磷(72.42mg/kg)>有机磷(33.38mg/kg)>可交换态磷(1.64mg/kg).全库沉积物总体表现为磷的释放源,其中,秋季释放风险最高,冬季大部分区域沉积物从磷释放的源转变为汇;全年平均静态释放通量和扩散通量分别为(0.81±2.34)mg/(m^(2)·d)和(2.15±3.47)mg/(m^(2)·d),2种方法所得全年磷释放量分别为1.92和3.67t,秋季释放量最大.铁结合态磷(Fe-P)的转化可能是控制沉积物-水界面磷源-汇转换的重要原因,由氧分层导致的沉积物厌氧及铁结合态磷(Fe-P)溶解释放将增加下层水体磷浓度,并在水体逆温后增加水柱总体磷浓度.在秋季大量磷释放之后,应更加关注随后的逆温对整个水体磷浓度的影响.

亚热带深水水库——龙滩水库季节性分层与富营养化特征分析

为揭示亚热带大型深水水库——龙滩水库水体季节性分层和富营养化特征,于2012年11月(枯水期),2013年4月(平水期)和7月(丰水期)对其环境因子及富营养化指标进行研究.结果表明:1龙滩水库分层结构呈不完全混合型湖泊特征,枯水期为单温跃层结构,表层至60 m为混合层,60~80 m为温跃层,80 m以后为永滞层.平水期和丰水期为双温跃层结构,表层到10 m为混合层,10~20 m为温跃层,20~40 m为混合层,40~60 m为次温跃层,60 m以后为混合层.2水温分层主导其它环境因子的分层结构,分层结构限制了水体上下对流,尤其永滞层的存在减少了内源污染的危害.3水库枯水期综合营养指数(TLI)在23.4~32.8之间,平水期在27.1~38.6之间,丰水期在26.0~45.1之间,均呈贫营养到中营养状态,其中总氮营养状态指数TSIc(TN)在60.3~72.5之间,呈富营养到重度富营养状态,氮磷比为107∶1,呈磷限制型.

喀斯特深水型水库生态环境问题及其防治对策:以贵阳市两湖为例

贵阳市两湖(红枫湖、百花湖)是典型的喀斯特深水型水库,同时又是贵阳市城区及清镇市最主要的饮用水源,其生态环境的好坏直接关系到贵阳市市民身体健康甚至生命安全。有针对性地探讨了在两湖地区面临的工业"三废"污染、农业面源污染、地质灾害和生物多样受损等一系列的生态环境问题,分析了产生问题的原因、特征及发展趋势,提出了加强湖区涨落带土地的管理及合理利用、实施污染物控制工程及发展湖区环境友好型生态农业、加强污染物防治的制度建设及规范管理、建立湖区水质监测预警系统和实施湖区污染的生物修复技术等对策。

深水水库下泄低温水治理挡水幕布受力研究

挡水幕布是一种提高深水水库下泄低温水温度的结构,其受力研究对工程实施具有至关重要的作用。根据深水水库地形和总体布置,建立挡水幕布数值计算模型,应用FLUENT软件对流场、温度场及幕布受力进行数值模拟,并与模型试验进行对比。研究结果表明:挡水幕布实施后可提高下泄水温,流量越大,流态越不稳定,且幕布背流面负压区偏向电站一侧。距离电站越远、流量越大、过水高度越小,则幕布受力越大,水位变化对幕布受力影响不大,洪水时下放幕布是一种有效减小受力的方法。

岩溶深水水库干流及支流夏季二氧化碳分压及扩散通量

以云贵高原岩溶深水水库——万峰湖为例,于2016年9月对该水库水体进行连续走航观测及分层采样,测定水体温度(T)、酸碱度(pH)、电导率(Cond)、总溶解固体物(TDS)、氧化还原电位(ORP)及碱度(ALK),通过水化学平衡原理及亨利定律计算水体二氧化碳分压(pCO_2).结果表明:干流表层pCO_2为128.84~222.51 Pa,均值为184.03 Pa;支流表层pCO_2为140.32~285.00 Pa,均值为216.78 Pa.剖面上,干流pCO_2为128.84~1076.81 Pa;支流pCO_2为140.32~657.23 Pa,干、支流剖面pCO_2随水深度增加而升高.TDS浓度为203.0~286.7 mg·L-1,溶解无机碳(DIC)浓度为2.56~3.37 mmol·L-1.相关分析表明:水体pCO_2与ORP呈显著正相关,分析认为受水生生物作用影响,水生生物消耗表层溶解CO2使表层水体pCO_2较低.同时,pCO_2与TDS、DIC呈正相关,说明万峰湖流域内溶蚀作用控制的河流碳酸盐体系是影响水体pCO_2的主要原因.干、支流水体pCO_2处于过饱和状态,成为大气CO2的源.根据Wanninkhof提出的淡水水-气界面交换系数的通量模式,估算干、支流水-气界面CO2交换速率分别为0.16、0.19μmol·m-2·s-1,其扩散通量干流为9.77~20.84 mmol·m-2·d-1,均通量为15.30 mmol·m-2·d-1;支流为11.55~27.88 mmol·m-2·d-1,均通量为19.72 mmol·m-2·d-1.与世界其它河流、水库相比较,水库干、支流二氧化碳扩散通量比热带地区河流Amazon、Curua-Una、Tucurui小;与温带地区黄河相比,扩散通量要大;与亚热带岩溶区水库相比差异不明显.

深水型水库环保疏浚对水质的影响及敏感参数研究——以通济桥水库为例

国内对于作为饮用水水源地并具有水温分层特征的深水型水库环保疏浚,缺乏长期实测评价工程前后水质变化规律以及易于发生变化的水质参数的实例.因此,对于这种类型的环保疏浚,如何进行效果评价并在工程实施中控制敏感参数成为一个没有解决的问题.本文以典型的饮用水水源地、深水型的通济桥水库为对象,通过长期水质监测,研究了环保疏浚的影响.结果发现环保疏浚对总氮(TN)削减起到较好的效果,但是疏浚期间总磷(TP)浓度明显上升,完工半年后TP浓度仍略高于往年同期水平.其中,坝前库区TN浓度降低至疏浚前多年同期均值的56%~87%,而TP浓度却为疏浚前的1.87倍以上.并发现浊度、TN、TP和锰(Mn)对于环保疏浚敏感响应.其中,TP波动与底泥扰动引起的浊度变化有密切的关系;坝前库区疏浚新生底泥Mn含量较高(1251.25 mg/kg),夏季水温分层加剧了库底水体的厌氧状态,是Mn出现异常的主要原因.以通济桥水库为鉴,建议深水型环保疏浚重点考虑底泥扰动及后续季节性水温分层对水质控制效果产生的影响.

大型深水湖库溶解氧时空变化及驱动因素:以江西仙女湖为例

为探究深水湖库溶解氧的时空分布规律及其主控因素,本文以南方亚热带大型深水湖库——江西省仙女湖为研究对象,基于20082021年仙女湖4个国控站点溶解氧的历史数据分析其年际变化的规律及原因;另于2016年水污染事件发生前(2014年5月2015年4月)及水污染事件结束后(2018年1月2018年12月)对仙女湖进行加密逐月监测,采用结构方程模型(SEM)分析仙女湖溶解氧的主要驱动因素。研究结果表明,20082021年仙女湖水体溶解氧浓度先下降后上升,变化范围为5.1~18.7 mg/L,季节均值为春季>冬季>秋季>夏季。水污染事件发生前高溶解氧区域多出现在舞龙湖湖心区及湖出口位置,水温、叶绿素a浓度和浊度是溶解氧浓度变化的主要驱动因素;水污染事件结束后高溶解氧区域多出现在钤阳湖及舞龙湖枝杈状湖湾位置,叶绿素a浓度及营养盐浓度成为溶解氧浓度变化的主要驱动因素;而pH与溶解氧主要是协同变化的关系。根据对仙女湖最深点(江口)的垂向监测结果,溶解氧的垂向差异为夏季>秋季>春季>冬季,夏、秋季在5 m以下出现低溶解氧(DO<5 mg/L)区域,且夏季观察到明显的温跃层及温跃层内溶解氧的极小值现象。总体来说,水污染事件使得仙女湖水体营养平衡被打破,营养盐浓度大幅上升导致的浮游植物数量增多是仙女湖水体表层溶解氧浓度升高的主要原因,而深水溶解氧浓度变化则与水温、水深密切相关。

喀斯特地区深水型水库重金属分布特征、影响因素及来源——以龙滩水库为例

为了揭示喀斯特地区深水型水库溶解态重金属时空变化的影响因素及来源,选取珠江流域龙滩水库为研究对象,分析了 2019年7月和2020年1月库区分层水、汇入库区的支流表层水、下泄水的溶解态重金属,以及2019年4月、7月、10月和2020年1月库区的水化学参数.通过主要离子Piper图,不同种类重金属间的Pearson相关分析、聚类分析,环境因子与溶解态重金属间的典型对应分析(canonical correlation analysis,CCA),发现流域碳酸盐岩风化是龙滩水库溶解态重金属的重要外部来源.水库水体季节性热分层所导致的相对水柱稳定性(relative water column stability,RWCS)的变化是影响龙滩水库溶解态重金属时空分布的主要因素.较高的RWCS通常会促进Cr,Cu的释放,而较低的RWCS会促进Fe,As的释放.该研究为了解水动力条件与溶解态重金属间的关系提供了一定的理论依据,同时对喀斯特地区深水型水库水资源的科学利用与保护具有重要指导意义.

福建省山仔水库沉积物磷对水体磷浓度贡献的估算

从沉积物磷的化学形态特征、沉积物-水界面的环境条件和水库的水文参数等角度探讨了山仔水库沉积物磷对上覆水体的磷浓度贡献,并从沉积物间隙水与水体垂向溶解性磷的浓度梯度估算对水体磷浓度的贡献大小.结果表明:山仔水库沉积物具有大的释放磷的潜力,沉积物间隙水和水体之间存在着明显的溶解性磷的浓度梯度,沉积物的溶解性磷释放通量在0.0420-0.167μg/(cm2·d))之间,沉积物磷对水体营养贡献大小在0.7%-6%之间,其中秋冬季节沉积物磷对水体的贡献大于春夏季节,当外源减少时,沉积物磷负荷在一定时间内将成为水库营养状态的重要贡献因子.

热分层对水库水质的季节性影响——以西安黑河水库为例

深水水库作为城市的重要供水水源,通常由于热量在垂向水体上的不均匀分配形成热分层.热分层会阻碍垂向上水体交换引发水质分层现象,在冬季水库发生"翻库"之后,水体混合导致水库的整体水质下降.结合热分层指数可以客观、直接地表达水库热分层的稳定程度.综合水库的气温、水体更新率和水质参数(溶解氧、pH、总磷、氨氮)的年度变化,对陕西黑河水库2008 2010年的热分层状况进行研究.研究表明:水库的热分层形成会直接恶化底部水质尤其会加速底部水体中溶解氧的消耗;热分层的年度变化主要受气温控制,但在特定时期较大的水体更新率可以在一定程度上弱化水体热分层,减缓底部水质恶化.该结果可使水库管理者在水库分层最稳定、水质恶化最严重时期以人工调节水体更新率的方式弱化热分层,为保证水质安全提供参考.

二滩水库温度原型测试定位误差初探

由于大型深水水库测船定位困难,水温、流速测量只能采用动船测试方法。为确保测船在一定摆动范围内量测之水温满足测验精度要求,需研究船舶定位、测时及环境温度对测验精度的影响。本文在所研究的水库中央选一50m×50m试验区,采用差分GPS定位技术分成编号为1-28的正方形网格,随机测量每网格的水温。试验结果表明采用船舶测试水库同一断面水温,在施测始末环境温度差值小于6℃,必须在2h内完成;当施测始末环境温度差值大于6℃时,水库断面水温测试应在更短时间内完成。船舶摆动振幅在25m内,可以保证测试的水温满足精度要求。

福建山美水库表层沉积物不同形态硅分布特征及其环境意义

采用Tessier连续提取法研究了亚热带典型山区深水水库-福建泉州山美水库沉积物中不同形态硅（可交换离子态硅[IEF-Si]、碳酸盐结合态硅[CF-Si]、铁锰氧化物结合态硅[IMOF-Si]和有机硫化态硅[OSF-Si]）的时空分布特征及其环境意义.结果表明,山美水库平水期、丰水期、枯水期表层沉积物中不同形态硅总含量分别为3043.50～4414.24,2711.17～3676.89,3198.44～4444.28mg/kg平水期＞枯水期＞丰水期;其空间分布特征为：库尾区＞水库中部区＞近坝区＞入库区.该水库中IEF-Si和CF-Si相对含量少,活性大.虽然可交换态硅的含量较少,其释放潜能有可能对水生生态系统营养状况及初级生产产生影响;CF-Si对环境因子尤其是pH值特别敏感;IMOF-Si和OSF-Si相对含量高,IMOF-Si可能是山美水库硅补充的最主要途径;而OSF-Si是比较稳定形态的硅,其分布规律与受不同时期沉积下来的沉积物类型和环境影响有关.平水期、丰水期CF-Si与IMOF-Si呈显著正相关关系（P＜0.05,r=0.728;P＜0.05,r=0.672）,丰水期、枯水期IMOF-Si与OSF-Si均呈显著正相关关系（P =0.05,r=0.757;P ＜0.01,r=0.832）.

城市蓄水水库水质污染预测模型的研究

根据深水非分层化水库的水动力学特征,建立了适用于快速过水城市蓄水水库的水动力生态水质预测模型。模型状态变量包括水库形态、库容、水位、温度、光照、透明度、悬浮物、可溶解磷、颗粒磷、氨氮、硝态氮、叶绿素、溶解氧、BOD等。模型经过率定有效好的精确度和可靠性,并应用于南方某水库的水资源保护和水污染控制规划。