溶解氧含量是衡量水体自净能力的一个重要指标,也是表征水质的重要指标之一。溶解氧在湖泊、水库中的时空分布,是理解水生生物分布、行为和生理发育的基础。因此,弄清湖泊、水库中溶解氧的时空变化特征可以为湖泊、水库的水质管理提供理论依据。本文以青岛浮山前水库为例,于2018年3月至2018年12月进行现场监测,结合水库水体的分层和混合,探究受地形遮蔽的小水库中溶解氧的时空分布特征;本次研究基于AQUASIM软件建立垂向一维湍流水温-溶解氧模型,揭示暴风雨后,不同于大型水体的小水库中溶解氧快速降低的原因;夏季,水库底层通常会形成缺氧环境,但目前关于底层水缺氧的形成仍未给出充分的解释,本次研究利用R语言(ReacTran)建立溶解氧扩散-反应模型,探究水库底层缺氧的形成机理;目前,在研究沉积物-水界面溶解氧的传输过程中,扩散边界层内的耗氧往往被忽略,但其内部含有大量的有机质和微生物,存在非常活跃的化学作用,耗氧过程会对沉积物-水界面溶解氧的扩散通量产生一定影响。本文通过数值模拟的方法,探究扩散边界层内的耗氧过程对沉积物-水界面溶解氧通量的影响,确定可以忽略扩散边界层内耗氧过程的临界Da值。研究结果表明:(1)水库中溶解氧的垂向分布受水体分层和混合影响显著,具有明显的季节变化特征。分层形成期(3月-4月),溶解氧在垂向上逐渐形成分层,在温跃层内形成过饱和的溶解氧“峰值”,水库底层逐渐形成缺氧环境;稳定分层期(4月-8月),温跃层内的溶解氧“峰值”仍存在,水库底层的缺氧层逐渐增厚;分层消亡期(8月-10月),水库中的混合层逐渐大于真光层,溶解氧“峰值”逐渐消失,库底缺氧层的厚度逐渐减小;水体混合期(11月-12月),水库中的缺氧层彻底消失,溶解氧浓度在垂向上均接近饱和浓度。(2)热对流主导的小水库表层水中溶解氧的垂向分布具有明显的日变化特征,白天水体表层吸收太阳辐射形成分层,溶解氧扩散受阻也随之形成分层,夜间表层水体降温,冷水下沉使表层水混合,促使表层水中溶解氧浓度均匀分布。水库水体处于分层和“翻池”的不同时期,水库中溶解氧含量的日变化和主要影响因素也稍有不同。在水库稳定分层时期,溶解氧的日变化受热对流影响小,主要受藻类光合和呼吸影响。秋季“翻池”时期,水库中溶解氧含量受对流混合影响显著,大幅度降温后,水库中溶解氧含量呈逐渐增加的过程。(3)暴风雨会直接改变水库中溶解氧和浮游植物的垂向分布,而浮游植物通过光合产氧和呼吸耗氧进一步影响溶解氧的剖面分布。暴风雨后,一方面光衰减系数增大,真光层厚度减小,浮游植物有效光合时间减少,水库中的净产氧量降低;另一方面透明度降低,促使暴风雨前位于真光层之内的叶绿素“峰值”处于真光层之下,该“峰值”附近大量浮游植物的呼吸作用大于光合作用,加快了水体中溶解氧的消耗,因而水库中溶解氧的消耗量大于产出量,引起溶解氧水平快速降低。(4)浮山前水库的数值模拟结果表明,水库底层水中的耗氧过程,加速了库底缺氧的形成,是底层水中溶解氧浓度降低和垂向上浓度梯度变小的重要原因。在缺氧形成的初始阶段,沉积物耗氧占较大比重,同时底层水中的耗氧过程使沉积物-水界面的溶解氧浓度梯度逐渐变小,直至缺氧形成,溶解氧浓度的垂向剖面接近垂直(溶解氧向沉积物中的扩散通量接近于零),水柱中耗氧成为缺氧层增厚的主要原因。(5)扩散边界层内的耗氧过程会改变沉积物-水界面溶解氧的垂向分布,降低沉积物-水界面溶解氧的扩散通量,而且反应越强,扩散边界层越厚对界面溶解氧通量的影响越大。本次研究基于扩散边界层内的耗氧过程对沉积物-水界面溶解氧扩散通量的降低量小于10%,确定出在扩散-反应系统中的临界Da值为0.6,即当Da<0.6时,认为在数值模拟研究中可以忽略扩散边界层内的耗氧过程。