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

第46卷第4期2015年2月人民长江YangtzeＲiverVol．46，No．4Feb．，2015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:杨鹍，男，工程师，主要从事水库水资源管理与保护工作。E－mail:yangkun241@sohu．com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杨昆鸟，张茂林(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最佳取水深度，利用水质垂直剖面自动监测系统在陆水水库坝前选定断面，连续进行了近1a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层现象。结果表明:水库坝前断面水质参数在当年11月到次年2月为混合期，无显著分层现象;3月到10月为分层期，出现分层现象;表层水体受光合作用影响，易爆发蓝藻，深层水体浊度较高。因此，水厂最佳取水深度为水下5～6m范围。关键词:水质垂直剖面;水温;叶绿素;水质分层;陆水水库中图法分类号:X824文献标志码:ADOI:10．16232/j．cnki．1001－4179．2015．04．024陆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(Ⅱ)型水利枢纽。水库总库容7．42亿m3，为不完全年调节水库，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、低氧区和缺氧区，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［1］。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10月期间该断面垂直剖面水温、溶解氧、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量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，人工维护工作量较少;测量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可靠性。应用此技术能够在任何时间、任何地点快速准确地测量和及时掌握水源水质污染信息，同时，通过剖面管理软件可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11月11日～2014年10月31日。监测期间，系统每2h完成1次垂直剖面监测，第4期杨鹍，等: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1)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，随着太阳辐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1～4m处形成“表温层”，5～10m之间形成“温跃层”，10～15m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［2］。图1水温年度变化示意图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的最大温差达15℃;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节，水温分层现象进入稳定期，表层与底层水温温差保持在10℃左右。从测验结果来看，水下6～10m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