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石河水庫分層水質(zhì)監(jiān)測初探

文檔作者：衣志國文檔來源：秦皇島市石河水庫管理處		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年03月03日
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2018年8月
收稿日期：2018—03—15
基金項(xiàng)目：2017年度河北省社會科學(xué)發(fā)展研究課題（201705120102）；
2016年度河北省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目河北省高等
學(xué)校教育科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目（GH161008）
作者簡介：衣志國（1969—），男，工程師，主要從事水利水電方面研究
工作。
DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2018.04.005
石河水庫分層水質(zhì)監(jiān)測初探
衣志國
（秦皇島市石河水庫管理處，河北秦皇島066200）
摘要：水庫水質(zhì)問題已成為目前人們生產(chǎn)和生活的重點(diǎn)關(guān)注對象。為了使水庫下游用戶能夠得到更優(yōu)質(zhì)的水源，
并降低用戶水處理的難度和成本，2017 年3—7 月接連對石河水庫進(jìn)行了水質(zhì)監(jiān)測，以期確定水庫水層水質(zhì)情況，進(jìn)
而選取最優(yōu)取水層，確保下游水質(zhì)需求。
關(guān)鍵詞：石河水庫；分層水質(zhì)；監(jiān)測；取水層
中圖分類號：TV213.4；X824 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7328（2018）04-0016-04
1 前言
水庫的建設(shè)和運(yùn)行導(dǎo)致了許多生態(tài)和環(huán)境問
題，其中水溫的變化是導(dǎo)致這些問題最重要的誘因
之一[1]。水庫建成后，水體長期滯留水庫，流動性
差，混合能力較弱。在氣象條件的影響下，水庫水溫
沿垂直方向發(fā)生時間周期性變化，并產(chǎn)生分層[2]。
水體分層后，水庫底部往往處于缺氧狀態(tài)，容易導(dǎo)致
內(nèi)源性磷的增加，加速了沉積物中磷的釋放。隨著
季節(jié)的變化，當(dāng)水體分層較弱時，沉積物釋放的磷很
容易浮到水面，為上層水體的富營養(yǎng)化提供了豐富
的養(yǎng)分，增加了水質(zhì)惡化的潛在危險[3]。
實(shí)踐表明，從水庫不同深度的水層取水，將提
供不同的水質(zhì)，進(jìn)而直接影響下游的取水。因此，
研究水庫的水質(zhì)分布特性，探索水質(zhì)的合理調(diào)度
措施，合理利用水庫水質(zhì)特性，具有一定的理論意
義與應(yīng)用價值[4-5]。為此，筆者于2017年3—7月對
石河水庫進(jìn)行了長時間的現(xiàn)場水溫及水質(zhì)監(jiān)測，
以期確定不同水層水質(zhì)狀況，進(jìn)而選取最優(yōu)取水
斷面，為下游用戶提供優(yōu)質(zhì)水源，降低用戶水處理
的難度和成本。
2 研究對象與方法
2.1 研究區(qū)概況
石河發(fā)源于河北省秦皇島市撫寧縣，于山海關(guān)
田莊附近入渤海，全長約67.5 km，流域面積600 km2。
根據(jù)多年統(tǒng)計(jì)資料[6]，流域年均降雨量約700 mm，年
均徑流量為1.68億m3，100 a一遇和1 000 a一遇洪
峰流量分別為5 140 和8 350 m3/s。石河水庫位于石
河中游，于1972年4月開工建設(shè)，1975年6月竣工并
投入使用。水庫壩址控制流域面積560 km2，占總流
域面積的90.6％。水庫總庫容7 000萬m3，死庫容
240萬m3，興利庫容5 163萬m3，每年調(diào)節(jié)水量1.01
億m3，是一座以城市供水為主兼顧防洪、發(fā)電等功
能的年調(diào)節(jié)水庫。本研究監(jiān)測地點(diǎn)位于水庫壩前輸
水洞斷面前30 m。
2.2 監(jiān)測設(shè)備和方法
本次監(jiān)測實(shí)驗(yàn)采用品牌水質(zhì)監(jiān)測傳感器，由
pH、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、葉綠素a、水溫、水位、氣
象傳感器組成，秦皇島莫鐳特環(huán)境科技有限公司配
套垂直剖面絞車及控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、無線傳輸系
統(tǒng)、安防系統(tǒng)以及水質(zhì)監(jiān)測載體——浮標(biāo)體。
以浮標(biāo)為載體的分層水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，可長期連
續(xù)在水下工作。監(jiān)測人員可通過遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺，控
制監(jiān)測時間、監(jiān)測水層位置、監(jiān)測次數(shù)；通過氣象、水
質(zhì)監(jiān)測傳感器，實(shí)時監(jiān)測氣溫、氣壓、風(fēng)力、風(fēng)向、降
雨量、水溫、pH、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、葉綠素a、水
位等氣象、水質(zhì)數(shù)據(jù)；通過互聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)時將各項(xiàng)
監(jiān)測數(shù)據(jù)回傳，及時反映監(jiān)測水域各項(xiàng)氣象、水質(zhì)
情況；通過定期的實(shí)驗(yàn)室比對，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確
性；通過建立在多參數(shù)大數(shù)據(jù)擬合基礎(chǔ)上的分層取
水?dāng)?shù)據(jù)模型，根據(jù)實(shí)時氣象、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，最終確
定最優(yōu)取水?dāng)嗝妗?
2.3 監(jiān)測方案
（1）日監(jiān)測數(shù)據(jù)量。每天完成6次監(jiān)測，時間為
·16· 海 河 水 利
萬方數(shù)據(jù)
2018.No.4
8∶00、10∶00、14∶00、16∶00、22∶00、02∶00，遇到有水
質(zhì)變化明顯日期增加監(jiān)測次數(shù)。
（2）監(jiān)測水深間距為1.0 m。
（3）監(jiān)測方式。首先測量水深，根據(jù)實(shí)時水深情
況，系統(tǒng)控制軟件自動計(jì)算出測量的點(diǎn)位數(shù)量。測
量點(diǎn)位數(shù)量=（測量點(diǎn)水深-表層水深0.5 m-底層水
深0.5m）/測量點(diǎn)間隔水深。以測量點(diǎn)實(shí)測水深為15m、
測量點(diǎn)間隔水深1 m 為例，測量點(diǎn)位數(shù)量=（15 m-
0.5 m-0.5 m）/1 m=14。
（4）監(jiān)測過程。從水下0.5 m 開始監(jiān)測，每隔
1.0 m監(jiān)測1次，直至距離庫底0.5 m處。
3 監(jiān)測結(jié)果分析
3.1 水溫
水庫的水溫特性研究是水質(zhì)研究的重要內(nèi)容，
這不僅因?yàn)樗疁厥撬|(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而且還因
為其它水質(zhì)因子均與水溫有直接關(guān)系。圖1和圖2
分別為測點(diǎn)不同深度水溫變化情況和典型日水溫垂
向分布。由圖1—2可知，在本監(jiān)測時間段，隨著太
陽輻射的增強(qiáng)和氣溫的逐漸升高，水體表層水溫逐
漸升高，水體表底溫差逐漸變大，出現(xiàn)明顯的水溫分
層現(xiàn)象，尤其在5月底至6月下旬期間。
3.2 pH
測點(diǎn)pH 的垂向分布如圖3所示，水庫水質(zhì)中的
pH 值始終保持在7～9，屬于弱堿性水，但是同樣出
現(xiàn)分層現(xiàn)象，總體上隨水深的增加而減小。產(chǎn)生這
樣現(xiàn)象的原因是，隨著水深增加，光照強(qiáng)度衰減，藻
類豐度急劇下降，溶解氧濃度不斷降低，兼性厭氧菌
逐漸變得活躍，它們在自身的新陳代謝及對水中有
機(jī)質(zhì)礦化降解的過程中不斷產(chǎn)生并積累CO2，致使
底部水體pH降低。水庫周期性分層與混合對水體
酸堿度體系存在著重要的影響，pH降低將加快沉積
物的釋放，進(jìn)而對水質(zhì)產(chǎn)生影響。
3.3 溶解氧
水中溶解氧的多少在很大程度上反映了水的干
凈程度，隨著溶解氧濃度的變化，硝酸鹽氮、總磷和
藻類細(xì)胞密度也會變化，進(jìn)而影響水質(zhì)安全。從溶
解氧（DO）垂向分布圖（圖4）和年度變化趨勢圖（圖
5）可以看出，在所監(jiān)測階段，溶解氧的濃度也出現(xiàn)了
明顯的分層現(xiàn)象。通常來說，水體溫度越高，溶解氧
含量越少，即水庫內(nèi)底層水體溶解氧含量高于表層
水體內(nèi)含量。然而，事實(shí)恰好相反，如圖5所示，表
層溶解氧濃度明顯高于底層，這是由于水庫蓄水后
被淹沒的天然植被和進(jìn)入水庫的有機(jī)物腐爛等都要
耗氧，而表層水體可以從大氣和藻類光合作用中補(bǔ)
充氧氣，底層則難以得到補(bǔ)充，進(jìn)而形成了表層溶解
氧濃度高于底層的現(xiàn)象。同時，監(jiān)測結(jié)果顯示溶解
氧濃度的季節(jié)性變化也十分明顯，隨著氣溫的增加，
溶解氧濃度也有所增加，如圖5所示。圖5中出現(xiàn)的
溶解氧突然增加的現(xiàn)象可能與外部水源大流量進(jìn)入
有關(guān)。
圖1 不同深度水溫變化趨勢
圖2 典型日水溫垂向分布
圖3 pH 垂向分布
衣志國：石河水庫分層水質(zhì)監(jiān)測初探
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水溫/℃
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5 m水深
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日期
水溫/℃
水深/m
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pH值
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2018年8月
3.4 葉綠素a
葉綠素a 主要反映水中藻類的含量，藻類一直
是水庫需要嚴(yán)格控制和注意的外界因素，藻類會階
段性地增加水中的有機(jī)物，使水體含氧量降低，形成
水體富營養(yǎng)化；另外，含藻水體消毒后水體會產(chǎn)生鹵
代烷烴等有毒物質(zhì)。因此，取水水層中的葉綠素a
越低越好。從葉綠素a的變化趨勢圖（圖6）可以看
出，葉綠素a的變化呈現(xiàn)出劇烈的波動態(tài)，這與前面
所分析的其它水質(zhì)參數(shù)不同，波峰十分鋒利，這就意
味著水庫的葉綠素a濃度可能由于藻類的繁殖出現(xiàn)
了短期的劇烈增高，但是隨后葉綠素a的濃度會有
所降低，表明水庫水體富營養(yǎng)狀態(tài)可能與外部污染
物的進(jìn)入有重要關(guān)系；同時，葉綠素a的濃度也出現(xiàn)
了分層現(xiàn)象，底層的濃度較低。
3.5 濁度
從濁度的變化趨勢圖（圖7）可以看出，除了幾
次濁度升高過程外，全年大部分時期濁度都在5
NTU以內(nèi)，完全符合自來水廠的取水要求，此外濁
度也存在一定的分層現(xiàn)象。由圖7還可以發(fā)現(xiàn)，6月
底表層水體濁度突然升高，這是由于外部水流的進(jìn)
入會嚴(yán)重影響水質(zhì)濁度，尤其影響表層水的濁度。
因此，為不影響自來水廠的水處理效果，應(yīng)選擇濁度
較低的水層進(jìn)行供水，同時要注意水中懸浮粒子的
顆粒直徑，因?yàn)橛行┧畬訚岫入m然低，但是懸浮顆粒
的直徑較小，也很難處理，需要進(jìn)一步檢測。
3.6 電導(dǎo)率
電導(dǎo)率可反映水質(zhì)中導(dǎo)電性金屬含量，通過對
電導(dǎo)率的監(jiān)測，可以有效預(yù)防由于水庫內(nèi)部沉積物
中污染物的釋放影響造成的水質(zhì)超標(biāo)事件。圖8為
電導(dǎo)率變化趨勢圖，由圖8可知，電導(dǎo)率亦存在季節(jié)
性分層現(xiàn)象，且伴隨著水溫分層狀況的持續(xù)，庫底水
環(huán)境逐步向缺氧/厭氧狀態(tài)過渡，氧化還原電位的降
低致使沉積污染內(nèi)源釋放加劇，底泥附近電導(dǎo)率迅
速升高；庫底達(dá)到厭氧狀態(tài)，沉積物附近電導(dǎo)率也隨
之升高，對水質(zhì)產(chǎn)生影響。
通過對水庫各水層的水質(zhì)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在所
監(jiān)測的時間范圍內(nèi)，水質(zhì)的分層現(xiàn)象比較明顯，綜合
考慮各種水質(zhì)因素，取水層在水下4.5～6.5 m左右
更為適宜。
4 結(jié)語
在不同時間段和不同的季節(jié)點(diǎn)，隨著水庫內(nèi)部
圖4 溶解氧垂向分布
圖5 溶解氧變化趨勢
圖6 葉綠素a 變化趨勢
圖7 濁度變化趨勢
圖8 電導(dǎo)率變化趨勢
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葉綠素a/ppb
1 m水深5 m水深
10 m水深15 m水深
1 m水深5 m水深
10 m水深15 m水深
電導(dǎo)率（/ μs.cm-1）
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DO/（mg·L-1）
0
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12
14
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水深/m
14
12
10
86420
DO/（mg·L-1）
2017-03-15 2017-04-15 2017-05-15 2017-06-15 2017-07-15 日期
1 m水深5 m水深10 m水深15 m水深
2017-03-15 2017-04-15 2017-05-15 2017-06-15 2017-07-15
日期
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20
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濁度/NTU
1 m水深5 m水深
10 m水深15 m水深
1 000
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600
500
400
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2018.No.4
沉積物中污染物釋放的影響以及外界點(diǎn)源、面源等
污染物的輸入，水庫水質(zhì)容易遭受威脅，甚至?xí)谏?
層水體水質(zhì)較好的情況下爆發(fā)出嚴(yán)重的水質(zhì)超標(biāo)事
件，進(jìn)而影響水庫的安全、健康供水，所以要對水庫
水質(zhì)進(jìn)行分層檢測。
本次石河水庫水體季節(jié)性分層實(shí)驗(yàn)監(jiān)測，是對
石河水庫水體分層情況的初步監(jiān)測。受時間和監(jiān)測
儀器影響，只能對水庫水體的分層情況做出初步結(jié)
論。如需精準(zhǔn)確定最優(yōu)取水水層，需通過全年度連
續(xù)多點(diǎn)的斷面測試，并結(jié)合年度流域降雨量、入庫流
量、庫容量、出庫流量和氣象因素等多方面數(shù)據(jù)，進(jìn)
行大數(shù)據(jù)擬合，構(gòu)建更準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。
參考文獻(xiàn)
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《海河水利》稿約
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中。圖中所有變量符號均為斜體。變量與單位之間用“/”分隔，如降雨量/mm。
4. 計(jì)量單位一律采用國家標(biāo)準(zhǔn)，注明外文字母的大小寫、正斜體及上下角標(biāo)。
5. 參考文獻(xiàn)采用順序編號制，并在正文引用處右上角作方括號標(biāo)注。參考文獻(xiàn)著錄項(xiàng)目如下：
（1）專著、論文集、學(xué)位論文、報告：[序號] 主要責(zé)任者.文題[文獻(xiàn)類型標(biāo)識].出版地：出版者，出版年：起止頁碼.
（2）期刊文章：[序號] 主要責(zé)任者.文題[J].刊名，年份,卷（期）：起止頁碼.
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（5）國際、國家標(biāo)準(zhǔn)：[序號] 標(biāo)準(zhǔn)編號，標(biāo)準(zhǔn)名稱[S].
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外文文獻(xiàn)著錄規(guī)則同上。外國人名，姓前名后，名用縮寫，不加縮寫點(diǎn)。注：①文獻(xiàn)類型標(biāo)識：M-專著，C-論文集，J-期刊，
D-學(xué)位論文，R-報告，S-標(biāo)準(zhǔn)，P-專利；②電子文獻(xiàn)類型標(biāo)識：DB-數(shù)據(jù)庫，CP-計(jì)算機(jī)程序，EB-電子公告；③載體類型：MT-磁
帶，CD-光盤，OL-聯(lián)機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
6. 基金項(xiàng)目、基金資助項(xiàng)目及攻關(guān)課題論文，請?jiān)谑醉撓路阶⒚黜?xiàng)目名稱和編號，并優(yōu)先錄用。
7. 來稿文責(zé)自負(fù)，不得一稿多投。自稿件發(fā)出之日起3個月內(nèi)未接到錄取通知的，作者可自行處理稿件。論文刊登后，贈
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