青岛浮山前分层小水库溶解氧时空变化特征

摘要

溶解氧是大部分水生生物赖以生存的必要条件，溶解氧的分布直接影响生物的生存、生长和繁殖。溶解氧的过高或过低都会对水生生物（尤其是鱼类）产生不利影响。本文的研究对象山前分层小水库处于浮山半山腰上，风对其影响较小，基本没有地表入流，水质较好，对于研究溶解氧的垂向分布具有天然优势。本文开始于2014年4月，于2015年2月结束。研究的初期对该水库进行了富营养化评价，为中营养水库，说明水库水质较好。研究期间对该水库垂向溶解氧，水温，pH值进行了平均每月2次的连续监测，并同时记录监测时的透明度、水面上空3m的风速以及当时的天气情况，另外还不定期的对其它点位做了同样的监测，以了解水库中溶解氧等参数的水平分布情况。在此基础上，探讨温度分层的时空变化特征、溶解氧分层的时空变化特征、溶解氧分层与温度分层变化的关系以及溶解氧时空分布特征与环境因子的关系，得出如下结论：
　　（1）该水库为单混合型水库，温度分层具有明显的季节性变化特征。温度分层的形成期、稳定期、消失期、混合期分别发生在该地区的春、夏、秋、冬四个季节。形成期该水库分为混合层、温跃层、湖下层三层，混合层厚度为3 m，斜温层厚度为3 m，湖下层的厚度为2 m，白天水体温度低于空气温度，水体温度呈整体上升状态，垂向最大温度梯度3.12℃/m；稳定期水库依旧分为三层，但是混合层厚度变小为2 m，温跃层厚度变大，湖下层的厚度变小为1 m，白天水温略高于气温，水温不再整体变化，混合层温度随时间先升高后降低，而湖下层水体温度一直升高，但是幅度很小，稳定期最大温度梯度为4.2℃/m；消失期水温下降，混合层厚度逐渐增大，9月份湖泊的混合层深度达到5 m，10月份达到7 m，到11月初湖泊基本混合，上下温度基本一致，整体温差小于1℃，这个阶段，混合层温度不断下降，但是湖下层温度基本不变。混合期温度继续降低，湖泊整体处于强混合状态，温度整体下降，到了1月份温度降到4℃以下出现逆温现象，到了2月份，天气有所转暖，温跃层最初在表层形成，但是此阶段的分层不稳定。
　　（2）该水库溶解氧分层具有明显的季节性特征，而且溶解氧时空分布变化与水库温度分层时空变化均具有一致性。春季溶解氧在空间上的分布为正异级剖面分布，在温跃层底部有最大值的出现，溶解氧的变化范围在1 mg/L-13 mg/L，第一层溶解氧浓度分布比较均匀，第二层溶解氧浓度随着水深的增加而增加，溶解氧差值为2.5 mg/（L·m），第三层溶解氧浓度随深度增加而急剧减小并在底部达到最小值，底部的溶解氧差值为4 mg/（L·m）；夏季溶解氧分布仍为正异级剖面分布，不同的是最大值出现在温跃层的中部，且湖下层的溶解氧浓度均小于1 mg/L的状态，属于缺氧状态，溶解氧浓度水平整体与春天相比减少，溶解氧的变化范围在0 mg/L-12 mg/L。秋季溶解氧分布发生了较大的变化，大部分时间，第一层的厚度随天气变冷而逐渐增大，溶解氧含量与夏季相比增多，表层溶解氧浓度达到9 mg/L，溶解氧浓度在温跃层的顶部出现最大值，然后溶解氧浓度随深度增加急剧减小，如果遇到连续的晴天，也会在温跃层中部出现最大值，但是不稳定，如果出现降温等天气变化温跃层溶解氧就会与混合层溶解氧发生混合。湖下层依旧是缺氧状态。冬季溶解氧分布上下均匀，2月水体中的溶解氧增大，达到全年溶解氧的最大值，达到14 mg/L甚至15mg/L，同时库底由于温度升高开始出现溶解氧的降低。该水库分层的水平分布是一致的。
　　（3） Schmidt稳定度指数的计算表明，在20 J/m2时已经形成分层，文献中提到的用40 J/m2作为判断分层的标准的方法并不适用于该水库，而且通过计算发现，Schmidt稳定度指数在稳定期会有一个较大的增长。混合层深度的求解表明以温度梯度为1℃/m为标准的判断方法适用于该水库，而密度梯度为0.5 Kg/(m3·m)的标准并不适用于盐度可忽略的淡水湖，文中提到的其它的标准也不是普遍适用的。Wedderburn数的计算则表明该水库在不会发生上涌现象，不会形成水平梯度，因此，可以用坝前监测点的数据来代表湖泊的分层情况，同时也说明风对该水库的影响很小。水库温度分层通过物理、化学和生物作用影响着溶解氧的分层，水库温度分层与溶解氧分层具有密切的联系。
　　（4）对于湖上层，在垂向上由于混合作用，溶解氧在一天内不是很稳定，相关性较低，但是从时间角度来看，温度和溶解氧浓度成反比，且相关性较高。透明度的增加会引起水体中的溶解氧的含量升高，同时，透明度与溶解氧垂向最大值所在的水深密切联系。水体中溶解氧的浓度与pH值显著正相关关系，pH值的大小在一定程度反应了溶解氧的浓度。尽管目前浮山前水库为中营养状态，但是考虑到水库自身条件（降雨冲刷有机质进入水体，底泥有机质较多），该水库存在富营养化的可能。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

引言

第1章 文献综述

1.1 湖泊水库温度分层变化特征

1.2 湖泊水库溶解氧时空分布特征

1.3 湖泊溶解氧分层与温度分层的关系

1.4 湖泊溶解氧分布与透明度、pH值、叶绿素的关系

1.5 研究内容及研究意义

第2章 研究区概况与研究方法

2.1 研究区概况

2.2 研究区采样点设计

2.3 研究方法

第3章 温度分层时空变化特征

3.1 温度分层形成期

3.2 温度分层稳定期

3.3 温度分层消失期

3.4 温度分层混合期

3.5 小结

第4章 溶解氧分层时空变化特征

4.1 溶解氧的时间变化特征

4.2 溶解氧的空间变化特征

4.3 气候变化对溶解氧垂直分布的影响

4.4 小结

第5章 溶解氧分层与温度分层变化的关系

5.1 Schmidt稳定度指数

5.2 湖泊水库混合层深度

5.3 Wedderburn 数

5.4 溶解氧变化特征与湖泊温度分层的关系

5.5 小结

第6章 溶解氧时空分布特征与环境因子的关系

6.1 溶解氧与温度的关系

6.2 溶解氧与透明度的关系

6.3 溶解氧与pH关系

6.4 浮山小水库富营养化评价

6.5 小结

第7章 结论及展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

声明