磨盤山水庫原水典型水質參數變化趨勢

舒 強，李亞強

(哈爾濱供水集團有限公司，黑龍江哈爾濱 150001)

磨盤山水庫是哈爾濱主要供水水源地，對其水質變化趨勢進行研究是保障該市供水安全的重要內容，本文通過對比位于北方寒冷地區的磨盤山水庫不同年份水質數據，掌握水庫典型指標的時空變化規律以及各指標之間相關性，為預判水庫未來水質變化和供水工藝控制提供了科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

水庫的地理坐標為東經127°41'20 ″，北緯44°23'40″，控制流域面積為1 151 km2。水庫壩址處多年平均年徑流量為5.61 ×108m3，徑流量主要集中在6 月～9 月，占全年徑流量的60%左右。水庫水溫常年變化區間在0.8 ～22 ℃;2012 年(枯水年)水位為298 ～305 m;2013 年(豐水年)水庫水位為313 ～318 m。水庫水溫年變化如表1 所示。

表1 2012 年與2013 年水庫水溫情況Tab.1 Summarization of Water Temperature in 2012 and 2013

1.2 監測點位置情況

按照試驗的要求，研究各監測點中層水質變化規律。由于磨盤山水庫取水深度在中層(約17 m處)，所以采樣點設置在水庫取水口(水下17 m)、庫中心(水下19 m)、拉林河(水下10 m)、灑沙河(水下10 m)、大沙河(水下9 m)5 個監測點的中層位置，監測水庫典型指標水質情況。監測點分布如圖1 所示。

圖1 監測點位置Fig.1 Monitoring Point Position

1.3 主要指標檢測及相關性分析方法

1.3.1 檢測方法

高錳酸鹽指數:《生活飲用水衛生標準》(GB/T 5750.7—2006)中酸性高錳酸鉀滴定法;

總氮:《中華人民共和國國家環境保護標準》(HJ 636—2012)中堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法;

藻類總數:1 L 水樣中加入10 ～15 mL 魯哥試劑，水樣經過24 ～36 h 沉淀后，取上清液，將剩下的40 mL沉淀物移入定量瓶中保存。從水樣中取出0.1 mL 放在比色皿，在500 倍顯微鏡下觀察，計算藻類數量。

1.3.2 相關性分析

目前，想要分析兩組數據的相關性，分析方法主要為圖形分析法和數值型分析法，直觀上看，圖形雖然能夠直觀地展現數據間的相關關系，但其準確性較差，利用SPSS［1］軟件確定相關系數R 的變化區間，得出相關系數，進而判斷不同指標間相關性強弱，具體如表2 所示。

表2 數據與相關系數Tab.2 Data and Correlation Coefficient

2 結果與分析

2.1 水庫水質典型指標篩選

依據《生活飲用水衛生標準》(GB 5759—2006)和《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)要求，分析了取水口處多年的結果。通過對109 項指標分析表明，該湖庫型水源水質常年達到Ⅰ類水體指標的項目為103 項，介于Ⅰ類和Ⅱ類水體指標項目為4 項，超過Ⅱ類水體標準的項目為2 項，即總氮和高錳酸鹽指數。因此，高錳酸鹽指數和總氮是需要關注的兩個指標。水庫水質主要指標情況如表3 所示。

表3 水庫水質主要指標情況Tab.3 Water Quality of Reservoir

2.2 高錳酸鹽指數

將水庫2012 年(枯水年)和2013 年(豐水年)各監測點中層高錳酸鹽指數的數據進行比較，得到其時空變化規律，結果如圖2 所示。

圖2 高錳酸鹽指數時空變化規律Fig.2 Spatio-Temporal Characteristics of Permanganate Index

由圖2 可知各監測點高錳酸鹽指數變化不十分顯著。水庫每年5 月份表面冰層開始融化，山上雪水融化混入三條入庫河流，水庫蓄水量增加，但高錳酸鹽指數逐漸升高，等到9 月份時達到最大值，說明高錳酸鹽指數的變化具有一定的滯后性;同時，在水庫出水量一定的情況下，受降雨的影響，豐水年水庫蓄水量較多，導致山區土壤中的有機物進入水庫，因此2013 年(豐水年高錳酸鹽指數最高值達到6.5 mg/L)高錳酸鹽指數含量比2012 年(枯水年高錳酸鹽指數為5 mg/L)含量高。

2.3 總氮

將水庫2012 年(枯水年)和2013 年(豐水年)月各監測點總氮的數據進行比較，待到其時空變化規律，結果如圖3 所示。

圖3 總氮時空變化規律圖Fig.3 Spatio-Temporal Characteristics of TN

由圖3 可知總氮指標變化主要與季節有關，當每年水庫冰封期過后，山上雪水融化混入三條入庫河流，水庫蓄水量增加，入庫后，總氮含量馬上升高，達到全年的最大值，因此凈水廠需要在同期注意凈水工藝參數調整，保障出廠水達標。

2.4 藻類總數

將水庫2012 年(枯水年)和2013 年(豐水年)月各監測點藻類總數的數據進行比較，得到其時空變化規律，結果如圖4 所示。

圖4 藻類總數時空變化規律圖Fig.4 Spatio-Temporal Characteristics of Total Number of Algae

由圖4 可知藻類總數與總氮變化情況一致，都是每年的6 月份達到最大值，主要由于5 月份水庫冰封期結束，庫區周邊開始降雨，導致大量的天然有機物隨著地表徑流流入庫區，增加了水庫內營養物質的含量。另外冬季水庫內各項生命活動較弱，消耗營養物質較少，同樣積累了一部分營養物質。因而造成6 月份水溫增加的同時，水庫內營養物質含量豐富，適宜藻類生長，藻類繁殖迅速。隨著藻類數量的不斷增加，營養物質減少，藻類數量開始降低。由于降雨的原因，2013 年水庫水量較2012 年豐沛，營養物質入庫量較多，所以出現2013 年藻類數量高于2012 年。

2.5 典型指標相關性分析

以上述分析為基礎，利用SPSS(V19.0 中文版)軟件對水溫相關性進行研究，結果如表4 所示。

表4 水溫、總氮、藻類總數、高錳酸鹽指數相關性Tab.4 Correlation of Water Temperature，TN，Total Number of Algae and Permanganate Index

通過相關系數可知水溫與藻類總數、水溫與總氮的R ＞0.8，有著極強的相關性，總氮與藻類總數也具有相關性，說明當兩項指標有一項開始升高或降低時，另一項指標變化規律是一致的;水溫與高錳酸鹽指數的R ＜0.3，相關性極弱，因此可以間接說明總氮、藻類總數與高錳酸鉀指數相關性較弱。

3 結論

(1)水庫常年達到Ⅰ類水體指標的項目為103項，介于Ⅰ類和Ⅱ類水體指標項目為4 項，超過Ⅱ類水體標準的項目為2 項。

(2)不同采樣點的高錳酸鹽指數受季節影響較為明顯，9 月份達到最大值，濃度變化具有一定的滯后性;總氮、藻類總數變化范圍一致，每年6 月份達到最大值，入庫后兩項指標馬上達到最大值，其變化與季節有關。

(3)水庫水質典型指標間具有明顯的相關性，其中總氮、藻類總數相關性極強，變化規律一致，高錳酸鹽指數與總氮、藻類總數相關性很弱。

［1］趙璧奎，王麗萍，張驗科，等.大型城市原水系統水質變化過程評價方法研究［J］.中國農村水利水電，2012，54(12):84-87.