1 概述

水庫富營(yíng)養(yǎng)化問題，是指在氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在水庫中達(dá)到一定濃度時(shí)，藻類以及其他浮游生物迅速繁殖，水體中溶解氧含量大幅下降，導(dǎo)致水生生物大量死亡，同時(shí)釋放出的藻毒素和嗅味物質(zhì)，使得水環(huán)境變得非常惡劣，影響日常用水健康。

漢江水華發(fā)生在枯水期，水流速度緩慢，水體自凈能力差。在法國(guó)Bay of the Brest 的研究中發(fā)現(xiàn)，雖然海灣區(qū)域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較高，但由于良好的水動(dòng)力條件，海灣與外海水力交換條件良好，因此海灣并沒發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化。即使在營(yíng)養(yǎng)鹽、水溫等富營(yíng)養(yǎng)化條件滿足的情況下，水動(dòng)力條件也可能成為水體富營(yíng)養(yǎng)化的制約因子。水動(dòng)力條件包括: 流量、流速和水位。

2 水動(dòng)力對(duì)水庫富營(yíng)養(yǎng)化影響

2．1 水庫概況

水庫不同于湖泊，主要是因?yàn)樗畮斓难a(bǔ)給系數(shù)較大，流域的水質(zhì)水量對(duì)水庫起主導(dǎo)性影響。因此，水庫的富營(yíng)養(yǎng)化的形成除了與營(yíng)養(yǎng)元素、溫度及光照等因素影響外，主要還受到水庫類型和功能，以及當(dāng)?shù)厮�文情�?shì)的影響。區(qū)別于湖泊富營(yíng)養(yǎng)化，水庫還具備以下特征:

2．1．1 水庫富營(yíng)養(yǎng)化受水庫類型的影響

水庫的類型(河道型和湖泊型) 主要受地形、地勢(shì)的影響。河道型水庫多在山區(qū)，河流徑流量大、坡度大，使得水庫中水體交換量大，同時(shí)又因?yàn)槿丝诿芏刃�，所以�?dǎo)致入庫的污染負(fù)荷小。而湖泊型水庫多為丘陵或平原地區(qū)，水流勢(shì)較為平緩�？菟�期時(shí)，或周邊河流的汛期比其早，會(huì)對(duì)水庫產(chǎn)生“頂托”作用，使得水庫水流速度更加緩慢，呈現(xiàn)湖泊水的狀態(tài)，為藻類及浮游生物的生長(zhǎng)繁殖創(chuàng)造了有利條件; 又因?yàn)槠皆�地區(qū)人口密度較大，導(dǎo)致入庫的污染負(fù)荷大，因此湖泊型水庫富營(yíng)養(yǎng)化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于河道型水庫。

2．1．2 水庫富營(yíng)養(yǎng)化受水庫功能的影響

不同用途的水庫其水滯留時(shí)間、出庫水流深度、流速和出水位置各不相同，這主要是由于不同水庫的不同使用功能，導(dǎo)致不同調(diào)度方式的時(shí)空異質(zhì)性。不同水層的水質(zhì)是不同的，因?yàn)樗畬娱g的粘滯力，導(dǎo)致流速隨著深度的增加而減緩。因此，水庫中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度在豎向存在明顯分層，深層的營(yíng)養(yǎng)物濃度明顯高于表層。王慶鎖等(2009) 對(duì)密云水庫研究表明總磷濃度垂直變化的總體趨勢(shì)自上而下逐漸升高。

不同的水庫調(diào)用方式，導(dǎo)致了庫中營(yíng)養(yǎng)物水平及其分布的改變。在實(shí)際的水庫運(yùn)行管理過程中，出庫的水流會(huì)影響水庫的水流及垂直分布，進(jìn)而影響水庫的水動(dòng)力學(xué)過程，使得水質(zhì)發(fā)生變化。比如，以發(fā)電為主的水庫多為底層出流，這樣的出流方式使得水位的落差大、水流量大、水滯留時(shí)間短，水體的自凈能力強(qiáng)，這些都不利于浮游生物及藻類的生長(zhǎng)，保證了較好的水質(zhì)，如湖南江埡水庫、湖北隔河巖水庫等; 而另一種以灌溉或者飲用為主的水庫多以表層出水為主，且?guī)靸?nèi)水滯留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，水位的變化較小，這有利于浮游生物以及藻類生長(zhǎng)，通常這樣的水庫水質(zhì)相對(duì)較差，如江蘇的大溪水庫、沙河水庫和橫山水庫等。由此可以發(fā)現(xiàn)水庫用途不同，出水的位置以及出水量都不相同，從而影響水體滯留時(shí)間，較長(zhǎng)滯留時(shí)間導(dǎo)致較慢水流速度，有利浮游生物及藻類生長(zhǎng)，加速水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程。因此可采用深層出水和減少水滯留時(shí)間，改善水質(zhì)，降低水體富營(yíng)養(yǎng)化可能。

2．2 水文情勢(shì)對(duì)水庫富營(yíng)養(yǎng)化的影響

水文情勢(shì)包括滯留時(shí)間、水位變化和水流運(yùn)動(dòng)。水文對(duì)水質(zhì)的作用主要表現(xiàn)在對(duì)水位、水滯留時(shí)間的調(diào)節(jié)，改變水流運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而改變浮游生物以藻類種類組成，稀釋或降低浮游生物及藻類的現(xiàn)存量，破壞其生存條件。

2．2．1 水滯留時(shí)間對(duì)水庫富營(yíng)養(yǎng)化的影響

水在庫區(qū)的滯留情況和水交換情況直接影響懸浮物的沉淀以及磷等有機(jī)物的滯留。水庫通過改變懸浮物的沉淀以及磷等有機(jī)物的滯留時(shí)間決定水庫中浮游生物種群能否維持: 滯留時(shí)間太短，一方面導(dǎo)致懸浮物沉淀較差，有機(jī)物富集程度較差; 另一方面，較短的滯留時(shí)間，浮游生物及藻類由于缺乏足夠的時(shí)間進(jìn)行繁殖，于玲紅(2011) 以引黃水庫位原水研究發(fā)現(xiàn)較高流速抑制了藻類的生長(zhǎng)，縮短了藻類的生長(zhǎng)周期。這兩方面都將減少水體富營(yíng)養(yǎng)化的可能。

枯水期或枯水年，或者附近河流的汛期較早而產(chǎn)生“頂托”作用，導(dǎo)致吞吐水量少，庫區(qū)與庫外的水流交換較少，庫區(qū)內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生富集，同時(shí)因?yàn)橥掏滤�量少，庫區(qū)內(nèi)水流變緩，庫水滯留時(shí)間過長(zhǎng)，也給浮游生物及藻類足夠的時(shí)間生長(zhǎng)，易發(fā)生水華。Straskbraba M 等(1995) 分析世界各地的水庫發(fā)現(xiàn)，年均滯留時(shí)間對(duì)水庫的水動(dòng)力學(xué)、化學(xué)(營(yíng)養(yǎng)鹽) 和生物過程有著直接的相關(guān)性。增大水交換量，縮短水滯留時(shí)間，是有效防止水溫分層，增加水體混合層，破壞浮游生物及藻類繁殖和生存條件，進(jìn)而達(dá)到減緩富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程的目的。

OsmiKawara 等(1998) 對(duì)Asahi 水庫研究表明，根據(jù)氮磷等指標(biāo)判斷，Asahi 水庫在1980 年已經(jīng)達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化程度，但卻很少發(fā)現(xiàn)浮游生物及藻類瘋長(zhǎng)的情況，通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)水滯留時(shí)間超過2 周或更長(zhǎng)時(shí)間，浮游生物及藻類才能維持較高的種群數(shù)量。因此，庫區(qū)滯留時(shí)間將直接影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入輸出，而水的滯留時(shí)間長(zhǎng)短則直接影響水庫的水質(zhì)狀況和富營(yíng)養(yǎng)化程度。加大水庫與外界的水量交換，或者縮短水庫水滯留時(shí)間，這都不利于營(yíng)養(yǎng)鹽的富集和浮游生物及藻類的生長(zhǎng)，抑制水庫富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)展。

2．2．2 水位對(duì)水庫富營(yíng)養(yǎng)化的影響

水庫的各項(xiàng)功能運(yùn)轉(zhuǎn)是通過人工對(duì)水量的調(diào)蓄來實(shí)現(xiàn)，這種調(diào)蓄作用是通過改變進(jìn)出水量的平衡和水庫平面形態(tài)決定水位的變化。同時(shí)水中溶解和懸浮的各種物質(zhì)都隨水的流動(dòng)而相互之間發(fā)生物理、化學(xué)和生物的混合、分布、遷移和轉(zhuǎn)化過程。因此，水庫調(diào)蓄作用即水位的變化不但影響水體水量的平衡，也將影響水庫的理化現(xiàn)象和生態(tài)過程。一般水庫的調(diào)蓄決定水庫的水位，水量平衡則由水位的高低反映。當(dāng)水庫出現(xiàn)高水位則表明水流量大，反之則小。蓄水區(qū)水體密度決定著庫區(qū)水質(zhì)，入庫水量越大，水位越高，說明庫區(qū)的水動(dòng)力條件就越好，營(yíng)養(yǎng)鹽不易富集，水體自凈能力強(qiáng)，水質(zhì)就越好; 反之，入庫水量少，則水位越低，導(dǎo)致水中營(yíng)養(yǎng)鹽富集，導(dǎo)致水質(zhì)變差。

許多研究表明，浮游生物及藻類的現(xiàn)存量與水位存在顯著的負(fù)相關(guān)性，枯水期(年) ，盡可能保持高水位有益于水質(zhì)的改善。因?yàn)閹靺^(qū)水位高，則水庫庫容量大，對(duì)浮游生物及藻類有稀釋作用，使得浮游生物及藻類現(xiàn)存量較低，保證較好出水水質(zhì);同時(shí)高水位可擴(kuò)大魚類產(chǎn)卵場(chǎng)和魚群補(bǔ)充群體，增加了對(duì)藍(lán)綠藻的攝食能力，通過生態(tài)體系更加完善的建立，表現(xiàn)在食物鏈及營(yíng)養(yǎng)級(jí)聯(lián)作用增強(qiáng)�？梢钥刂聘∮紊�物及藻類的種群密度，有益于防止浮游生物及藻類大量滋生，從而降低水華爆發(fā)的可能性。

2．2．3 水流運(yùn)動(dòng)對(duì)水庫富營(yíng)養(yǎng)化影響

水流運(yùn)動(dòng)除了在研究滯留時(shí)間和水位有影響之外，還會(huì)對(duì)常年沉積在底泥中的營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)遷移起著重要的作用。沉積在水庫底部的底泥有著較大的表面積，因此可以吸附下層流速較慢而沉降的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這些物質(zhì)又會(huì)隨著沉積物間隙水與上覆水進(jìn)行物理、化學(xué)以及生物等作用，使得物質(zhì)再次進(jìn)行交換。所以在不同的水流運(yùn)動(dòng)條件下，這些吸附在沉積物上的污染物會(huì)再次釋放出來。主要表現(xiàn)在:

(1) 在水體水位較高時(shí)，下層水體由于水層間粘滯力保持相對(duì)靜止，使得水體下層出現(xiàn)躍溫層現(xiàn)象。庫底的沉積物質(zhì)由于相對(duì)靜止的水流條件，不會(huì)大量向水中釋放，保證了濃度較高的營(yíng)養(yǎng)鹽存在于底泥中，保持中上層水體的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度不高，抑制了浮游生物以及藻類的生長(zhǎng)，使得它們的現(xiàn)存量較低。

(2) 當(dāng)水流運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)時(shí)，庫底的沉積物則會(huì)因?yàn)樗�流的作用力，再次向水體釋放。這就導(dǎo)致底泥中富集的營(yíng)養(yǎng)鹽擴(kuò)散到上層水體中，浮游生物以及藻類則會(huì)因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)鹽濃度的增高而大量生長(zhǎng)，現(xiàn)存量較大，從而增加水華爆發(fā)的可能。孫欽鑫等(2011) 研究徒駭河發(fā)現(xiàn)，徒駭河沉積物中TP 的釋放隨著水體擾動(dòng)強(qiáng)度的增強(qiáng)而增強(qiáng)，呈現(xiàn)一定的正相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)語

水動(dòng)力對(duì)水庫的富營(yíng)養(yǎng)化影響從水庫的類型，水庫功能方面表明: 河道型水庫的富營(yíng)養(yǎng)化可能性比湖泊型小; 用于發(fā)電等功能的大流量深層取水的水庫比用來灌溉的表層取水的水庫的富營(yíng)養(yǎng)化可能性小。這主要因?yàn)�，河道型水庫和大流量深層取水的水庫，吞吐量，流速，滯留時(shí)間不利于浮游生物及藻類生長(zhǎng)的，使得富營(yíng)養(yǎng)化得到抑制。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

進(jìn)一步研究滯留時(shí)間、水位變化和水流運(yùn)動(dòng)發(fā)現(xiàn): 較大的吞吐水量，較短滯留時(shí)間，較高水位和底層較小的水流變化都會(huì)影響庫區(qū)水體營(yíng)養(yǎng)鹽的富集，和營(yíng)養(yǎng)鹽的擴(kuò)散，浮游生物及藻類的生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較低，浮游生物及藻類的現(xiàn)存量較低，同時(shí)建立起較復(fù)雜的生物鏈和營(yíng)養(yǎng)級(jí)作用增強(qiáng)，抑制水華爆發(fā)的進(jìn)程。