我國濱海城市高鹽度景觀水體特征及富營養(yǎng)化控制措施

1、我國濱海城市高鹽度景觀水體特征及富營養(yǎng)化控制措施 一、引言隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高， 城市生態(tài)環(huán)境 的改善越來越受到人們的重視。景觀水的建造和修復(fù)往往是城市水環(huán) 境要素的重要組成部分，不僅美化城市環(huán)境，而且還為市區(qū)提供生態(tài) 氧源和大氣濕度。景觀水在調(diào)節(jié)降水、減少熱島效應(yīng)、增強人類抵御 災(zāi)害和瘟疫等方面具有重要作用。由于大部分城市景觀水體都是封閉 或半封閉水體，其自凈能力較弱，當(dāng)水體受到過量的營養(yǎng)物質(zhì)，容易 發(fā)生富營養(yǎng)化。水體富營養(yǎng)化造成的水質(zhì)惡化會導(dǎo)致一系列問題，使得水生態(tài)系統(tǒng)的完整性、可持續(xù)性以及安全利用性喪失。雖然對水體 富營養(yǎng)化已廣泛深入研究了數(shù)十年，但是卻很少有與高鹽

2、度相關(guān)的富 營養(yǎng)化的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，而對沿海城市來說，鹽度也可能是水體營養(yǎng)狀況 的指標(biāo)。位于北部的沿海大城市-天津，這座中國-新加坡生態(tài)城在渤海 沿岸地區(qū)已在建設(shè)中。生態(tài)城市建設(shè)的其中一個重要部分就是水域的 修復(fù)建設(shè)，該水域是由三個封閉或半封閉的水體組成。由于有限的匯水面積和極少的降雨導(dǎo)致水體不能得到很好補充以及鹽度的增加，成為人們關(guān)注的問題，為了找到處理問題的方法，對三個水體的水質(zhì)及 營養(yǎng)化狀況進行了比較研究。本文主要關(guān)注的是鹽度對富營養(yǎng)化的影 響及控制富營養(yǎng)化的措施。二、材料與方法2.1 實驗地點中國-新加坡天健生態(tài)城(n 39 514-39。8,45，e 117 43 34 -117 461

3、48 )位于天津濱海新區(qū)，距離渤海海岸線僅1公里。清經(jīng)湖和薊運河，作為該生態(tài)城市的地表水系統(tǒng)的重要組成部分，是我國海水入侵 影響下的典型景觀水域。清經(jīng)湖是水面大約 1.1平方公里，平均深度 2m;薊運河故道水面約2.88平方公里，平均水深2.3m?，F(xiàn)在，薊運 河故道是封閉的水體，清湖為半封閉水體。潮汐閘門的安裝使得薊運 河故道和上游的其他水體分開，這樣它在全年大多時間里都處于封閉 狀態(tài)。除偶爾的降雨之外，根據(jù)需要水體會接受有限淡化的海水及水 庫水的補充。2.2 樣品采集與分析如圖1所示，從這些景觀水體中挑選了 7個采樣點進行采樣，其 中薊運河故道布置1個采樣點，清經(jīng)湖4個，薊運河2個，從201

4、3 年11月到2014年6月進行每月監(jiān)測。tp采用鋁酸鏤分光光度法，tn采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光 光度法，用丙酮萃取分光光度法測定葉綠素 a,插入磁盤法測透明度， cod和bod5用高鎰酸鉀法和稀釋接種法，電導(dǎo)率、tds ph和溫度使用便攜式儀器測定。采用 spss 17.軟件進行相關(guān)分析fig. 1. location map of the sampling points. 采樣點位置圖三、水質(zhì)的時空變化3.1 鹽度變化由于研究區(qū)位于濱海新區(qū)，土壤含鹽量較高，景觀水體中鹽分含 量較高。如圖2所示，薊運河故道tds（總?cè)芙夤腆w，又稱溶解性固 體總量）含量最高，范圍15.1a22.59g/l

5、,這主要是由于潮汐入侵造 成水和土壤中鹽分積累的緣故。清經(jīng)湖 tds含量很低4.33-5.53g/l, 這是由于使用淡化水補給，在不明顯的季節(jié)性變化下，使得水和土壤 中鹽含量有效地減少。薊運河的tds含量在1.62-5.56g/l之間，在冬 季和早春之后有增加的趨勢，在五月份可能達到高峰。tds增加的原因可能是來自穿過閘門的高鹽度水的侵入。30g i 1 1 l l - l l h3013 ii 3013.12 2014 i 2q14.2 20143 2014.4 20143 20146fig. 2. spatial and temporal variation of tds content.

6、tds含量的時空變化圖3.2 tn和tp的變化如圖3所示，薊運河的tn含量高于薊運河故道和清湖。對于薊 運河，其tn濃度隨時間而變化，在一月和五月出現(xiàn)兩個峰值，分別 是35.7mg/l和如8mg/l。薊運河故道的tn含量相對較低，最高濃度 是h一月的6.4mg/l。對于清湖雖大多數(shù)月份 tn濃度都較低，但是 在一月監(jiān)測到12.8mg/l的高濃度。hffig. 3. spatial and temporal variation of tn content.tn含量的時空變化2013 11 201?.12 2014.1 2014.2 2di43 20m4 2014 5 201464口。 q 4 2

7、 o s 4jh2 i l i二生壽ml圖4所示tp含量的時空分布。一般來說，薊運河的 tp濃度比其它兩個水體較高，且兩個峰值分別出現(xiàn)在一月和四月，分別是5.59mg/l和1.32mg/l。對于清湖，兩個峰值也出現(xiàn)在一月和四月， 但是tp濃度卻較低，分別是0.42mg/l和0.63mg/l。而薊運河故道tp濃度在這期間往往較低，在四月顯現(xiàn) 1.37mg/l的峰值。2ch3,ll 2013.12 201j i 2014.? 20143 20h 4 2014.5 2014 6hl卜i m- afig. 4. spatial and temporal variation of tp content.

8、tp含量的時空變化5 5 口 5 27 5 :4|l l0r吐乳.i 工=dj.除了 tn和tp的濃度外，n/p|也能表明藻類的生長潛力。對于封閉或半封閉的水體，n/p14時，則p可能被視為限制因子。從監(jiān)測結(jié)果看，n/p總是在 25.3-39.4之間變化，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于14,因此，p被鑒定為這些藻類生長的限制因子3.3 cod的變化圖5所示為三個水體的cod含量的時空分布。其趨勢大體上與tds相似，即tds濃度高的水其 cod濃度也較高。薊運河故道 cod 含量一直都是最高的，并且逐漸增加，在六月達到78.2mg/l。清湖的cod濃度在38mg/l-65.75mg/l之間波動，而薊運河cod濃度

9、相對穩(wěn) 定在41-49mg/l。總的來說，每個水體的 cod含量在監(jiān)測期間變化 不是很大。這可能表明在鹽水水域有機物不易降解也不易被植物吸收。bod5/cod仰b/c值）實際上在很低的0.1-0.2之間，這就是難降 解的證據(jù)。2013 it 13.12 2014.1 2q14.2 20j4 3 201j j 2014.5 2oej6fig. 5. spatial and temporal variation of cod content.cod含量的時空變化3.4 葉綠素a的變化圖6所示，葉綠素a含量的分布與tm tp一致，即薊運河有較 高的葉綠素a含量，然后再是薊運河故道和清河。但葉綠素a含

10、量均 是隨溫度的升高而上升趨勢。正如預(yù)期的一樣，葉綠素含量在冬季較 低，因為水溫低不利于藻類生長，尤其是在一月份。冬季過后，葉綠 素含量逐漸增加，在夏季達到高值，部分原因是由于較高的溫度，部 分則是由于增加的太陽輻射有利于藻類利用在冬季積累的養(yǎng)分。薊運河較高的葉綠素含量也是由于順流而下的海水的闖入，導(dǎo)致較高的 n、p含量，促進了藻類的生長。2013.1! 2oij.i2 20m i 2014 2 2014 j 2014 4 2014 5 2014.6fig. 6. spatial and temporal variation of chl-a content and water tempera

11、ture.葉綠素a和溫度的時空變化os o 5 o 5 4 s 2 3 i四、水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析4.1 cod和tds的相關(guān)關(guān)系水中cod和tds之間的顯著的相關(guān)性已在一些研究報告中報道過。通過四個季節(jié)的數(shù)據(jù)分析，這些水中 cod和tds濃度均呈現(xiàn)出 明顯的正相關(guān)，尤其是在春季、夏季和秋季都有很高的相關(guān)系數(shù)如表 1所示。table 1.correlative relation between cod and tds in each season.autumn winter spring summer -*15 g/lapproximately 4 g/lcod40-60 mg/l70-80 m

12、g/l60 mg/l4 mg/l (occasionally6 mg/l (uccasioinally verytnhigh)higher)1 (frequently)iphigher)higher)higher in spring andhigher in spring andhigher in spring and summer (thechl-asummersummerhighest)tlimild eutrophicationmoderate eut叩hicationoccasionally severe eutrophicationtable 4. summary of water

13、quality and eutrophication status of the three water bodies.三水體水質(zhì)及水體富營養(yǎng)化狀況綜述三個水體中，清湖在監(jiān)測期間表現(xiàn)出輕度富營養(yǎng)化， 相對較低的tp濃度(1mg/l)、低的tn濃度(4mg/l)以及適中的鹽度(4-5g/l)是其主要的水質(zhì)特征。與此相比，薊運河故道是典型的鹽水河（tds15g/l ,雖然它tp濃度（約0.1mg/l）較低，但是呈現(xiàn)中度富營養(yǎng)化狀態(tài)，相對較高的tn濃度（6mg/l）可能是有利貢獻，但是由于tp才是這些水體中的限制因素，因此其中度富營養(yǎng)化的狀態(tài)的原因被認(rèn)為是由于其水體鹽度太大。而薊運河適中的鹽度（約4

14、g/l）,表現(xiàn)出的嚴(yán)重富營養(yǎng)化主要是由于其高的tp濃度（1mg/l）。比較清湖與薊運河故道，可以發(fā)現(xiàn)水體的富營養(yǎng)化狀況主要是由于較高的鹽度而非tp濃度。就拿與清湖鹽度相似的薊運河來說，較高的tp濃度肯定會帶來嚴(yán)重的富營養(yǎng)化。因此，研究區(qū)域水體的富營養(yǎng)化控制，減少鹽度和營養(yǎng)鹽都應(yīng)該被考慮。5.2削減鹽度和營養(yǎng)鹽的綜合計劃圖8是一個綜合計劃，將三個水體的水納入到一個由幾個設(shè)施組成的地表水系統(tǒng)，根據(jù)當(dāng)前各水體的鹽度及營養(yǎng)水平以及考慮低鹽度水源的可用性之下，來降低鹽度、控制營養(yǎng)物以及水流量調(diào)節(jié)等。purinaeht rainy seaicmsupply water of dry bieason ret

15、ytlcd wilcr rtpkrnishflirnlwastewater plantr)ungffnirol 悔cllhy 產(chǎn)i .而irvqjlnurunnltccr l rol fa hfysa wattr mejm najton eplitnj.1rmitn、*5fig. 8. comprehensive plan for salinity and nutrients reduction 消減鹽度和營養(yǎng)鹽的綜合計劃圖如圖所示，水體含鹽量的減少主要原因是來自水庫水、淡化的海水以及附近再生水的淡水補給。天津市是中國北部最缺水的城市之一，景觀用水的持 續(xù)供應(yīng)將非常困難。因此，從現(xiàn)在的研究結(jié)果來看，計劃水補給設(shè)施 將是在“根據(jù)需要”的基礎(chǔ)上來運作。原則上，減少水體的鹽度可通過淡水的稀釋作用和/或鹽水的排放來實現(xiàn)。因此，計劃在鹽度高 的薊運河故道和鹽度適中薊運河之間設(shè)置雙向泵站，進行兩水體間鹽度的調(diào)節(jié)。另一方面，新鮮水的補充也可以使得水中營養(yǎng)物減少。然而，由 于地表徑流是主要的本地營養(yǎng)來源，所以設(shè)置徑流控制設(shè)施來協(xié)助減 少其中的營養(yǎng)物。tp是公認(rèn)的水體富營養(yǎng)化的限制因素，徑流中磷 的去除可以采用化學(xué)沉淀法。通過水體間水循環(huán)或內(nèi)循環(huán)也是控制富營養(yǎng)化的重要措施，雖然 不是本文研究的主題。如圖8中的箭頭指示，使水沿著計劃的方向流動的徑流調(diào)節(jié)來削減富營養(yǎng)化程度