水质垂直剖面自动监测在水库分层取水中的应用--以湖北赤壁市陆水水库为例.docx

1、人民长江YangtzeKiverVol.46,No.4Feb.2015文章编号：1001-4179(2015)04-0098-04水质垂直剖面自动监测在水库分层取水中的应用以湖北赤壁市陆水水库为例（长江水利委员会陆水试验枢纽管理局，湖北赤壁437300）摘要：为确定陆水水库自来水厂的族佳取水深度，利用水质垂览剖而自动监测系统在陆水水库坝前选定断面，连续进行了近la的监测根据监测资料分析了陆水水库坝前断面垂向水质随季节，性变化所呈现的分屡现象“站果表明：水库坝前断而水质参教在当年H月列次年2月为混合期，无显著分展现象；3月到10月为分层期，出现分屡现象；表层水体受光合作用影响，易爆发蓝藻，深层水

2、体浊度较高，因此，水厂最佳取水深度为水下56m范圆°关键词：水质港直剖而；水温；叶绿素；水质分层；陆水水阵中图法分类号：X824文献标志码：ADOI：1（）.16232/ki.1（X）1-4179.2015.04.024收稿日期：2014-12-07基金项目：水利部引进国际先进水利科学技术计划（“948”计划）（201307）作者简介：杨眄，男，工程师，主要从事水库水资源管理与保护工作。E-mail:yangkun241陆水水库位于湖北省赤壁市，与城区相邻，是一座以防洪为主.兼有灌溉、发电、航运、养殖、供水、旅游及试验等综合任务的大（n）型水利枢纽。水库总库容7.42亿湿，为不完全年

3、调节水库，是赤壁市城区25万居民唯一的饮用水地表水源。水库水体受水温影响，存在季节性分层现象，例如温度跃层、盐度跃层、富氧层、低轼区和缺氧区，藻类垂向含量随日照度衰减，浊度受洪水影响，不同深度分布不同等。水体分层现象对水生生物和水质有着巨大的影响.不同水层水质差别明显。因此，自来水厂应根据不同水层的水质状况选取水质最优的断面取水，否则将增加水处理的难度和成本。为了研究水厂最佳取水口设置深度，本文以陆水水库坝前断面为研究对象，利用2013年11月到2014年【0月期间该断而垂直剖面水温、溶解轼、pH值、浊度和叶绿素a等连续的监测数据，分析水库断面垂向水体分层结构发生、发展和消亡的演化过程，并探讨

4、水体水质变化的原因，为确定水厂最佳取水水深和类似水源地水库水质分层研究提供一些参考。1测验设备和方法陆水水库水质测验使用的垂直剖面自动监测系统由美国YSI公司最新研发，系统由五大功能模块组成:垂直剖面绞车及其控制系统、水质监测设备、供电系统、安全防护系统以及安装平台。该系统通过绞车控制多参数水质监测仪测最不同水深处的水质参数，包括水温、电导率、pH值、溶解氧、浊度、盐度、氧化还原电位、叶绿素a等。系统可在水下长时间连续工作，人工维护工作昼较少；测最探头的工作机理与常规的探头相比更完善，测验精度更高，使用寿命更长；各传感器均可以独立更换、校准和维护，具有极大的灵活性和便利性，保证了数据的稳定性和

5、可琵性。应用此技术能够在任何时间、任何地点快速准确地测域和及时掌握水源水质污染信息，同时，通过剖面管理软件"以实现监测数据报告、分析和输出等。监测断面选取在坝前800m处（距离水厂取水点50m）,监测时间为2013年II月11日-2014年10月31Uo监测期间，系统每2h完成1次垂直剖面监测,监测从水深1m处开始下潜，每隔1m测量一次，直至距离河底2.5m处。数据由系统自带软件LoggerNet中用MicrosoftExcel2003软件导出并处理。2测验结果分析2.1水温从水温年度变化示意图（图I）和水温垂向分布图（图2）可以看出：从11月开始到2月中下旬，随着气温的快速下降，水

6、库表层水与底层水混合，温差变小,没有明显的水温分层现象;3月以后，随着太阳福射的增强和气温的升高，表层水温逐渐升高，与底层水温温差逐渐变大，出现明显的水温分层现象，水下14m处形成“表温层”，510m之间形成“温跃层”，1015m以下逐渐形成“滞温层”。这一结果和戴凌全等人的研究结论基本一致。图1水温年度变化示意木溜/c510152025303540I月旧5月旧月旧14，««16,.18图2水温剖面分布另外，水温受洪水影响较大，例如：5月11日，受当年第一场大洪水的影响，底层水温受到扰动，有个突高的过程；洪水过后，表层和底层水温温差又逐渐拉大，水下1m和水下15m的最大温差

7、达15T；7月3日，受连续两场大洪水影响，底层水温受到扰动，15m水深处的水温迅速升高至21进入夏季持续高温季存，水温分层现象进入稳定期，表层与底层水温温差保持在10Y左右。从测验结果来看，水下610m之间水温受洪水影响较小，仅随季节变化。2.2pH值对pH值的垂向变化（图3）进行分析，可以看出：1月，受水温混合影响，各水层pH值在78之间，上下变幅不大;5月，pH值逐渐产生分层现象，表层水的pH值升高至8.5；8月，pH值存在明显分层现象，水深14m的表层水pH值较高，最高达到10,4in以下，pH值快速回落至8,并向F逐渐接近7。夏季pH值出现明显分层现象的原因是表层水藻生长旺盛，光合作用

8、消耗了水中的CO使水体呈碱性，pH值升高，而温跃层水体的光合作用减弱，pH值向下逐渐接近7,恢复正常。同时，表层水的pH值容易受洪水影响，洪水来临时有个下降的过程，洪水过后，又迅速上升，这可能是因为洪水改变了水文条件导致藻类生长条件发生变化导致的结果。图3pH值剖面分布2.3溶解氧从溶解氧（DO）年度变化示意图（图4）和剖面分布图（图5）可以看出，冬季受水温混合影响，上F水层溶解氧逐渐保持一致；夏季，水深410m之间溶解氧存在突变层，即“氧跃层”，氧跃层以上的水体藻类大量繁殖，由于光合作用释放。2,溶解氧含量较高；氧跃层以下，由于光合作用减弱以及浮游生物的死亡、沉降、氧化分解，消耗氧气&quo

9、t;F,溶解氧逐渐降低，形成低氧区和缺氧区;7月，气温上升，表层水藻类爆发，溶解氧含量:最高达到18.9mg/L,饱和度达到252%；5m以下水体溶解氧含最受洪水影响较大，洪水使溶解氧含技增高，底部各层溶解氧含鼠均有明显的突然升高图4DO年度变化示意图5I）。剖面分布2.4叶绿素a叶绿素a是水蚱富营养化评价的重要参数。通过测定叶绿素a可以掌握水库中藻类含鼠并直观地描述水体的富营养化状况。从叶绿素a年度变化示意图（图6）可以看出：全年大部分时间叶绿素a的含堇都在10bbp以下，但1月份出现过一次短暂的显著上升过程,78月出现过一次较长时间的显著上升过程。冬季受水温混合影响，表层和底层水体的叶绿素

10、a含鼠相差不大，1月出现的叶绿素a显著上升过程（超过60ppb,为全年最大），原因可能是水库来水减少，入库竹芥物质增多，导致坝前局部藻类爆发。夏季78月，表层I4m水体受11照影响，藻类大量繁殖，叶绿素a含量快速升高，最大达25ppb,随着水深的增加,光照作用减弱，藻类繁殖受到影响，5m以下叶绿素a含量迅速降低，恢复到10ppb以内。从叶绿素a含量上分析，当叶绿素&含量上升至10ppb以上并有迅速增加的趋势时，就可以预测水体将可能发生“水华”。2.5浊度从浊度年变化示意图（图7）可以看出，除了儿次浊度升高过程外，全年大部分时期浊度都在I。NTU以内，浊度仅受来水和水体混合的影响。冬季为

11、水温混合期，水体发生对流混合，浑水完全扩散，使表层和底层水体的浊度基本一致；在I月，发生过一次浊度明显升高过程，原因是蓝藻爆发，影响了水体浊度。在夏季，水体浊度受洪水影响较大,3月，5月中旬和7月的几次浊度升高过程，均发生在洪水入库期间，大量浊度较高的水流进入水库。另外，水体浊度还受水温分层现象的影响，15m的表层水，浊度快速下降到5NTU以内，而6m以F的水层浊度F降较缓。从以上5个参数的分析来看，水摩的水温分层现象是水库不同水层水质变化的关键因素。陆水水库水温分层受季节影响较明显。夏季，水体形成稳定的水温分层，由于垂向水体水温不同，水体密度也不同，上下层水体难混合，水库来水、出水只形成水平

12、的层状流动，水库水体被分为层状的流动部分和停滞部分，其结果是上下层水体水质产生了差别。冬季，由于上下水层温差较小，产生冷却对流现象，上下层水体强烈混合，水质也趋于相同。图6叶绿素u年度变化示意图7浊度年度变化示意3陆水水库水厂取水水层研究3.1影响水厂原水质量的因素（I）浊度°浊度不仅是项感官指标.也是指示微生物污染的指标之一，它可以反映水质的优劣，是水厂处理工艺选择以及设备选型的重要参数，也是水厂运行和投药量控制的重要指标。我国的生活饮用水标准规定浊度不超过1NTU,因此水库取水水层的浊度是影响原水质量最重要的因素之一。(2) pH值。我国生活饮用水水质标准规定pH值为6.58.5

13、。由于pH值对水厂不同水处理单元的污染物的去除效果影响较大，各处理单元都有其最佳运行范围，取水水层中的pH值过高或过低均不利于水质净化，最好在6.5-8.5之间。(3) 叶绿素8。叶绿素a可间接反映水中藻类的含量。藻类的存在将增加水中的有机物，使水体含氧量降低；另外，含藻水体消毒后水体会产生卤代烷谿等有毒物质。因此，取水水层中的叶绿素a越低越好。(4) 含氧量。水库表层水含氧量过高表明水中藻类活动频繁；而深层水由于缺氧，有害矿物质含量比较大，更容易滋生厌氧性细菌。因此.取水水层中的含氧量:一般在6mg/L以上。3.2水厂取水水层的确定监测结果表明，陆水水库坝前(水厂取水口附近)断面水质存在分层

14、现象。夏天水库入摩流鼠大，氨氮、有机物等含量相对较少，藻类较多，洪水期或者暴雨之后，常常由于雨水的冲刷效应，地面上大量的有机物进入推中，水库水体有机物含量会突然升高，表层水(水下14m)在阳光照射F极易爆发蓝藻，并导致pH值升高，因此表层水不宜作为水厂取水层。6m以下的水层，受温跃层的影响，越是接近底层，水体浊度越高，浑浊时间越长，含氧量越低，有害矿物质含量越高，水处理工艺越复杂，也不宜作为水厂的取水层。因此，位于表温层和温跃层之间的水层，即水下56m的水层较适宜水厂取水。4结论(1) 陆水水库水体存在季节性垂向水温分层现象，每年11月到次年2月为水温混合期，表层和底层水温差不大；3月到10月

15、为水温分层期，且分层现象明显。(2) 受水温分层的影响，水体中的pH值、溶解氧、叶绿素a和浊度的垂向分布也出现分层现象，夏季尤为明显。其中表层(水下14m)水受光合作用影响明显，藻类繁殖较快，叶绿素a、pH值、溶解量迅速升高，而5m以下的温跃层，又逐渐恢复正常。(3) 受夏季水库水体分层和洪水影响，特别是夏季洪水期或者暴雨之后，14m的表层水体在阳光照射下极易爆发蓝藻，而6m以下水的浊度较高，含氧量过低，都不适宜作为水厂的取水层。因此，水库的取水水层建议为水下56mo参考文献：1 董春顾，虞左明，笑志旭，千.千岛沏湖泊区水体季节桂分届特征研环境科学，2013,34(7)：2574-2581.2

16、 戴凌全，李华，陈小燕.水库水浪结构及其对瘁区水质影响研充J.红水河,2010,29(5)：30-34.3 殷燕，吴志艳，刘明亮，等.千岛湖溶解就的动态分布於征及其影响因素分析J.环境科学，2014,35(7)：2539-2546.4 李建民，毛,小英.大王事水库溶解戴及pH变化现律与原因分析JJ.广东水利水电.2012,(12):37-40.5 朱源辉.水座水质虞彖分析及水库时环境的影响C.福建省科协第八届学术年会水利分论坛论丈集，2008,143-146.常汉生)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