我国北方分层型水库水质演变规律及富营养化研究——以枣庄周村水库为例

摘要

周村水库位于山东省枣庄市东北角，是枣庄市重要的饮用水水源地。目前，周村水库仍存在较严重的水质污染和水体富营养化问题。本研究以周村水库为例，通过2012~2015年对水库物理、化学及浮游植物等指标的现场监测，结合水文气候条件，系统研究了水库水质及水体富营养化的季节演变规律，探讨了入库径流、热分层和厄尔尼诺现象引起的干旱对水库水质的影响，主要研究成果如下：
　　（1）入库河流对周村水库水质和藻类的空间分布影响显著：周村水库入库径流营养盐污染严重，三条河流总氮的平均浓度为3.14~12.48mg/L，硝态氮是氮元素的主要形态，总磷的平均浓度为0.024~1.630mg/L；丰水期三个河流入库口附近的电导率、总氮、硝态氮、氨氮和总磷均高于主库区；由于徐洼河和下十河入库口和过渡区的营养盐浓度较高，该区域藻类丰度明显高于水库其他区域；受入库潜流的影响，正常年夏季周村水库主库区总氮和硝态氮在5m水深处出现明显的浓度突增。
　　（2）分层对周村水库水质影响显著：周村水库属单混合循环水库，分层期为4月到11月，混合期为12月到次年3月；随着热分层的形成，水库出现溶解氧分层，恒温层水体在水体耗氧和沉积物耗氧的作用下于每年5月中旬达到厌氧状态；受沉积物释放的影响，恒温层水体污染严重，氨氮、总磷、锰和硫化物分别超过地表水Ⅲ类水质标准1.9倍、2.2倍、8.9倍和5.0倍；此外，分层促进了藻类的生长，5月至8月藻类的过量繁殖使得水库光补偿点的水深仅为1~3m，当周村水库风力扰动较小时，变温层水体存在较大的温度梯度和溶解氧梯度，造成周村水库3m以下变温层水体易进入缺氧状态。
　　（3）厄尔尼诺现象促进了水库水质恶化：厄尔尼诺现象导致周村水库全年降雨量和入库径流量减少，水库水位持续降低，恒温层容积减小，恒温层氨氮、总磷、铁、锰和硫化物的浓度均高于正常年同期；水位的下降引起温跃层上、下界面同时下移，使得温跃层内污染物（如锰、总磷）浓度突增；此外，厄尔尼诺年较低的水位条件使得翻库历时较短，翻库期间水库变温层锰和总磷浓度均超标，最高浓度分别为0.222mg/L和0.122mg/L。
　　（4）不同营养状态下周村水库藻类季节演替规律不同：正常年（2012和2013年）周村水库6月至11月处于富营养状态，12月到次年5月为中营养状态，夏季水库爆发微囊藻水华，藻类丰度最高达1.9×108cells/L；厄尔尼诺年（2014年和2015年）周村水库全年处于中营养状态，夏季藻类以绿藻为主，没有发生水华；RDA（冗余）分析和广义线性模型结果表明正常年水温、Schmidt指数和总磷是影响藻类群落结构的主要环境因子，总磷是影响藻类丰度的主导因素，而厄尔尼诺年水温、Schmidt指数和硝态氮是影响藻类群落结构的主要因素，总磷是影响藻类丰度的关键因素。

目录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 研究内容及技术路线

2 入库径流对库区水质的影响

2.1 材料与方法

2.2 正常年（2012~2013年）与厄尔尼诺年（2014~2015年）水文条件对比

2.3 入库径流水质特征及污染物负荷估算

2.4 入库径流对主库区水质垂向分布的影响

2.5 入库径流对库区水质空间差异性的影响

2.6 本章小结

3 水库热分层特征及其对水质的影响

3.1 材料与方法

3.2 主库区水温及热分层特征

3.3 热分层对富营养水体溶解氧的影响

3.4 热分层对主库区污染物释放的影响

3.5 厄尔尼诺现象对水库水质的影响

3.6 本章小结

4 水库营养盐季节演变规律

4.1 材料与方法

4.2 正常年周村水库营养盐来源分析

4.3 2012~2015年水库营养盐季节变化规律

4.4 水库春季硝态氮浓度变化分析

4.5 厄尔尼诺现象对水库营养盐的影响分析

4.6 本章小结

5 水库富营养化及藻类时空分布规律

5.1 材料与方法

5.2 2012~2015年水库富营养化评价

5.3 2012~2015年水库浮游植物季节演替规律

5.4 浮游植物垂向分布规律以及空间异质性

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要研究成果和结论

6.2 主要创新点

6.3 建议与展望

致谢

参考文献

攻读博士期间主要研究成果