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北大港水库是天津滨海新区内重要的蓄淡水库和备用水源地,由于受地理条件影响,长期存在水质咸化问题。水库的成化造成水库物种单一化,水生态系统脆弱,再加上水量减少、库周面源污染以及库区底泥污染物的释放,水库富营养化的问题也日益突显出来。
本文针对北大港水库的水质咸化及富营养化问题,通过野外采样调查和室内模拟实验,系统研究了北大港水库水体咸化机理和底泥中氮磷的释放规律,以期为滨海地区水库水质咸化及富营养化防治工作提供数据支持及理论指导。
本论文主要得出了以下研究结论:
(1)野外采样调查表明,北大港水库水体存在较严重的咸化问题,Cl-含量长期超过250 mg/L,全盐量在1000 mg/L以上。水体盐分空间分布差异较大,库内水体盐分含量总体高于库周水体。
北大港水库水体存在一定程度的富营养化问题。总磷和总氮随季节变化规律不明显。库区营养盐空间分布差异较小,库周和库内水体富营养化程度基本相当。
(2)北大港水库底泥Cl-含量在0.030%-0.298%之间,库心底泥Cl-含量总体高于库周;全盐量含量在0.095%-0.818%之间,总体属轻盐化土和中盐化土。库区底泥有机质含量在1.00%-4.32%之间,全磷含量在0.54-0.74 g/kg之间,全氮含量在0.49-1.25 g/kg之间。
(3)底泥盐分释放模拟实验表明,底泥Cl-含量越高,单位时间内向上覆水释放Cl-越多,水体达咸化平衡的时间越短;水体扰动能显著提高底泥Cl-的释放量和释放速率,短期内使水体迅速咸化;上覆水Cl-浓度越高,对底泥Cl-释放抑制作用越明显;上覆水深度越高,水体Cl-浓度越低,2m水深的上覆水对水体咸化有显著的抑制作用。
(4)底泥中氮磷的吸附/解吸实验表明,目前北大港水库底泥仍具有向上覆水体释放氮磷的较大潜力。尤其是底泥中磷的释放,可能会使水体总磷长期超过0.05 mg/L。底泥中磷的形态分析表明,北大港水库底泥向上覆水体大量释放磷的潜力较小。水环境条件以及底泥中磷浓度可能是导致底泥中的磷向上覆水体释放的主要原因。
(5)底泥氮磷释放模拟实验表明,水体pH值是影响北大港水库底泥磷释放的一个敏感因素;而水体Cl-浓度是影响底泥氮释放的一个关键因素;温度升高及水体扰动会大大增加底泥氮、磷的释放量。夏季高温多风,是北大港水库发生水体富营养化风险较高的时段。
(6)天津滨海盐碱地区水库底泥磷的释放是一个复合动力学过程,符合拟二级动力学模型。底泥中磷的释放与底泥中磷的含量密切相关,并受底泥中全铁含量、粘粒含量和全盐量含量等因素的共同影响。