? 4 衡水湖補水水質影響因素分析
由于自然和人為因素的雙重影響,黃河水資源日漸短缺,水土流失嚴重,荒漠化現象突出,生態環境日趨退化,致使黃河水質局部河段已達不到相應水質標準。
多年來雖采取了一系列的措施來保護衡水湖,但湖體自身的保護很難保證在整個大環境高營養水平的態勢下,水質不受影響。湖周圍的匯水富營養化程度已經處于一個較高的水平,大多數水質狀況總氮在10 mg/L以上,將大大增加湖水的保護難度[10]。
引水線沿途進入衡水市(油故閘)以前,清涼江上游清河縣城生活及工業污水的排入(主要有清河縣造紙廠)和衛-千渠,自油故閘至入湖口(王口閘)段,棗強縣境內部分城鎮污水及工業污水的排入(主要有棗強的皮革、皮毛、染料等廢水)。
衡水湖周邊污染源影響,主要是冀州市部分工業和城市污水通過西線引水渠經冀州市南關進水閘排入東湖。另有部分污水直接排入冀州小湖。
湖內網箱養魚,追求水產品的經濟效益,高放餌料增加了湖水中的營養物質,以及湖內養鴨、養鵝等,動物的排泄物也增加了湖水中的營養物質,污染水體。
在衡水湖流域內,上游河道水質不同程度受到污染,水質為Ⅴ類或劣Ⅴ類,汛期來水進入衡水湖,對衡水湖水質構成威脅。另外,衡水湖上游流域主要以農業種植為主,農業生產中使用大量的農藥、化肥,在汛期,隨地表水流進入水體,也對衡水湖水質構成威脅。
由于旅游業的開發產生的生活污水和生活垃圾,對水體造成污染。由于衡水湖主要靠引黃河水補充,因此,所引黃河水質的好壞,引水渠道沿途污染源的排污狀況及衡水湖周邊的排污情況決定了衡水湖水質的狀況。
5 泥沙對水質的影響
黃河是世界上罕見的多泥沙河流,衡水湖目前主要水源是引黃河水,泥沙與水系相互作用對水質影響顯著。
5.1 黃河泥沙對重金屬的吸持特征
由于泥沙具有巨大的比表面積,含有大量活性基團,是水體中重金屬污染物最主要的載體,決定著重金屬在水體中的化學行為和生物效應。早在20世紀80年代初,金向燦研究了黃河中游干流龍門、潼關、三門峽斷面和支流渭河華縣與汾河河津斷面的懸浮泥沙對銅、鉛和鋅離子的吸持行為,發現黃河懸浮泥沙對鉛的吸持量特別高,鉛的吸附量在豐水期達550.29×10-3 meq/g;在枯水期達318.53×10-3 meq/g。他從泥沙中鐵錳氧化物含量較高和在較高pH條件下鉛離子易生成羥基化合物兩個方面對此現象進行解釋。
李麗娟、徐云麟等研究了黃河三門峽庫區的懸浮泥沙對銅、鋅、鉛離子的吸持能力,發現被吸持的銅、鋅和鉛離子中有50%~70%與泥沙中的碳酸鹽物質結合,有15%~33%與鐵錳氧化物結合,認為這與黃河泥沙的優勢地球化學相有關[11]。
20世紀90年代,高宏和暴維英等對黃河泥沙吸持重金屬的行為進行了較為全面的研究,除銅、鉛、鋅以外,還研究了鎘、錳和汞等。研究了不同吸附質的差別,還研究了吸附劑濃度對吸持量的影響;并對吸持作用和泥沙中重金屬的溶出作用進行了深入研究。研究發現,在個別河段(如洛河漫水橋斷面),當泥沙-水的比例達10 g/L時,從泥沙中溶出的銅離子可達0.049 mg/L,超過漁業水質標準,少數斷面由于泥沙中汞的溶出,使河水中的汞達Ⅲ類水質標準[12]。
2000年以后,趙蓉等人研究了在泥沙吸持重金屬過程中碳酸鹽物質所起的作用。他們用含3.91%碳酸鹽的黃土樣品與洗除掉碳酸鹽(含量僅0.83%)的樣品分別進行對銅離子的吸持實驗,發現去除掉碳酸鹽的泥沙樣品對銅離子的吸持量大大低于未洗除碳酸鹽的樣品對銅離子的吸持量。研究發現,含3.91%碳酸鹽的黃土樣品所吸持的銅離子90%以上與碳酸鹽形成沉淀。同期,張嵐等研究了不同化合態的銅離子(Cu(NO3)2與CuSO4)對泥沙吸持銅離子的影響,發現當水中銅離子濃度達到500 mg/L以上時,Cu(NO3)2中的銅離子不能被吸持,而CuSO4中的銅離子仍能被泥沙繼續吸持[13]。
5.2 黃河泥沙對微量有毒有機物的吸持特征
關于黃河泥沙對微量有毒有機物的吸持作用,嚴舜鈞于20世紀80年代研究黃河干流蘭州、包頭和龍門3個斷面的懸浮泥沙對有機農藥殺蟲瞇和殺草快的吸持作用,發現蘭州斷面懸浮泥沙對殺蟲瞇和殺草快的吸持量均顯著低于包頭和龍門懸浮泥沙的吸持量,對離子型化合物殺草快尤為顯著。研究認為原因是蘭州懸浮物中蒙脫石與陽離子交換量大大低于包頭、龍門的懸浮物與陽離子交換量。實驗觀測到,殺蟲瞇與殺草快兩種農藥之間存在著競爭吸持,殺草快有相對強的競爭力,表現為隨著殺蟲瞇濃度的增加,殺草快的吸持量下降,而殺蟲瞇的濃度對殺草快的吸持量無影響[14]。
20世紀90年代,暴維英等研究了黃河龍門斷面的泥沙對硝基氯苯類化合物的分配作用,通過實驗查明,1,2-氯苯、甲基對硫磷和對硝基氯苯在黃河泥沙與水之間的分配系數分別為0.967、3.073和2.28;1,2-二氯苯的泥沙-水分配系數與黃河泥沙中有機質含量呈顯著的正相關關系。
5.3 黃河泥沙對氨氮的吸附作用及對氮化合物形態轉化的影響
由于氨氮是黃河最主要的污染物,氨轉化為亞硝酸再轉化為硝酸的過程對水生態系統極為重要,研究泥沙對氨氮的吸附作用和氮化合物形態轉化的影響尤為重要。
20世紀90年代末,高宏等人的研究發現,當泥沙濃度為10 g/L時,水中10 mg/L的氨氮有16%為泥沙所吸附;當泥沙濃度大于10 g/L時,水中10 mg/L的氨氮有60%為泥沙所吸附。研究查明,泥沙的存在可大大促進黃河水中的氨轉化為硝酸,在不含黃河泥沙的水中注入10 mg/L氨氮,其全部消化需要30天以上時間,當水中含有5 g/L黃河泥沙,其全部消化時間縮短到10天以下。研究認為這與黃河泥沙中含有消化細菌有關[15]。
?? 湖底沉積的泥沙是有機體的重要來源。微生物能被吸附在顆粒的表面上,隨水體進入湖泊。國外對廢水或水體中吸附在顆粒上的病毒數實驗:有顆粒物的水體中病毒和經過過濾后水體中病毒數的關系為:
r=3N(1)
式中:r-顆粒物中病毒的濃度;N-水體中的病毒濃度。
2004年,余暉、張學青和夏星輝等從化學和微生物兩個方面對這一問題做了較細致的研究,得到了以下主要結論:在其他條件一致的情況下,泥沙含量的增加使固相載體上吸附的氨氮總量增加,但就單位質量顆粒物所吸附的量而言,低含量條件下吸附的氨氮量較高;在溫度、培養時間和充氧等條件一致的情況下,泥沙含量高低對氨氮消化速率存在顯著影響,泥沙含量越高,消化速率越快。泥沙含量分別為0、184 g/L和5.0 g/L時,其平均消化速率分別為1.15 mg/(L·d)、1.63 mg/(L·d)與2.45 mg/(L·d);水中泥沙含量的高低對氨化細菌、亞硝化細菌和硝化細菌的數量均有顯著影響,泥沙含量越高,這3種細菌的數量越多(在泥沙含量為184 g/L的水中硝化細菌的峰值為30萬個,在泥沙含量為5.0 g/L的水中硝化細菌的峰值增加至95萬個),且細菌主要生長于泥沙-水的界面附近,固相載體上的細菌數明顯高于液相中的細菌數[16]。
排入水體的細菌和病毒可能吸附在顆粒物表面,然后被顆粒物帶入湖泊和懸浮污染顆粒上。比起水體中,微生物能夠在底泥沉積中生存更長時間。
如果底泥中吸附高濃度的微生物,底泥沙子再懸浮和解吸就成為湖泊污染的重要來源。
6 結論
隨著社會經濟活動的發展,人類活動的各種影響迅速滲透到衡水湖濕地流域生態系統的每一個部分。衡水湖水源供給安全問題是濕地恢復和保護的首要問題。
由于上游大量水利工程以及用水量巨大,保護和恢復衡水湖濕地,要靠外流域調水來維持。衡水湖水源主要靠引黃河水為主。
在引黃河水的過程中產生一系列水安全問題。一是引黃河水過程中沿途河道污染對水質的影響;二是黃河水含沙量對水質產生的影響。
針對衡水湖濕地脆弱性特征,濕地保護對策主要包括控制上游來水質量,盡量減少入湖污染;加強生態監測與研究;制定濕地保護規劃,加強和完善管理制度;堅持開發與保護并舉,從而實現湖區的可持續發展。衡水湖濕地脆弱性的表現要求我們要更好的保護。
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