棘洪灘水庫葉綠素a與水質因子關系分析

2015-07-28 07:36:26陳立國郭小雅山東省膠東調水局山東濟南250100

山東水利 2015年9期

陳立國，鄭　英，郭小雅（山東省膠東調水局，山東濟南 250100）

棘洪灘水庫葉綠素a與水質因子關系分析

陳立國，鄭英，郭小雅
（山東省膠東調水局，山東濟南 250100）

【摘要】本文依據2010—2014年棘洪灘水庫入水口與出水口水質監測資料，分析葉綠素a變化規律，水庫富營養化程度，同時對葉綠素a與水質因子進行多元回歸分析。結論表明：棘洪灘水庫葉綠素a含量呈明顯季節變化，水庫富營養化程度為中營養狀態，入水口與出水口葉綠素a含量與水質因子相關性不同，葉綠素a對數值與水質因子對數值存在線性關系，入水口擬合方程有實際指導意義。

【關鍵詞】棘洪灘水庫；葉綠素a；相關性分析；多元回歸分析

棘洪灘水庫是山東省引黃濟青工程的調蓄水庫，是全國最大的平原圍壩型水庫，水庫圍壩長14.2 km，總庫容1.568億m3，調蓄庫容1.102 億m3,自濱州境內的黃河打漁張引水閘引水后，經沉沙處理，沿260 km明渠輸送到水庫，日供水能力30萬m3，是青島市重要的飲用水水源地。本研究以5年水庫入、出水口水質檢測資料為基礎，分析不同季節水庫葉綠素a時空變化規律，并對水庫富營養化進行評價，利用spss軟件分析水庫葉綠素a與水質因子相關性，并分別建立多元回歸方程，為棘洪灘水庫葉綠色a變化規律提供參考。棘洪灘水庫進水口和出水口2個取樣點，采集水面以下0.5 m和4 m處的混合水樣，2010－01至2014－12青島市環境監測站及青島市水環境監測中心每月對上述2個采樣點測定，各項目的監測分析均采用標準分析方法。

1　葉綠素a變化規律及富營養評價

1.1葉綠素a變化規律

棘洪灘水庫葉綠素a含量變化范圍為1.36～36.8μg/L，平均值為5.02μg/L。由年際變化圖1，可以看出棘洪灘水庫總磷含量在2010—2012年緩慢上升，2013年出現快速上漲，2014年回落到平均值以下水平，其主要原因是2013年9月、10月葉綠素含量快速上升，達到36.8μg/L、28.7μg/L，說明水庫藻類在這2個月快速生長。藻類快速生長是因為當年8月從大沽河進行引水，源水總磷含量較高，均值為0.1mg/L，造成水庫總磷含量均值為0.05mg/L，加上氣溫、水溫適合藻類生長，導致藻類大量繁殖。同時從圖1可以發現，棘洪灘水庫入水口葉綠素a含量高于出水口含量。

圖1棘洪灘水庫葉綠素a出口和入口年際趨勢圖

葉綠素a含量季節變化趨勢如圖2，由圖2可以看出，葉綠素a含量1、2季度基本保持穩定，3季度明顯上升，4季度呈下降趨勢，利用移動平均趨勢去除法分析各季度總氮含量變化得出數值分別為－17.69、－11.66、15.91、13.44。從數值可以看出葉綠素含量在3、4季度數值為正，呈上升趨勢，1、2季度數字為負呈下降趨勢，與藻類在夏秋季快速繁殖有密切關系。

1.2水庫富營養化評價

棘洪灘水庫2010—2014年富營養評價采用葉綠素a評價及水體富營養化綜合評價。水體富營養化綜合狀態指數評分法選用5項評價參數，即葉綠素a、TN、TP、SD和CODMn，根據評價參數對應的評分標準求得評分值，并按照計算公式求得湖泊或水庫的評分指數值，然后根據該評分指數值的大小求得水體營養狀態。

2010—2014年棘洪灘水庫葉綠素a含量年平均值見表1。由表1知，2010—2014年棘洪灘水庫水體為中營養狀態；按照綜合評價法，結果表明2010—2014年棘洪灘水庫富營養程度均為中營養，詳見表2。該結果與葉綠素a評價法一致，因此日常水庫富營養化監測可以以葉綠素a作為監測對象，根據葉綠素a預測值來分析水庫富營養化程度。

圖2棘洪灘水庫葉綠素a年內季節趨勢圖

表1棘洪灘水庫葉綠素a評價指標

表2棘洪灘水庫水體富營養化綜合評價結果

2　葉綠素a與水質因子相關性分析

世界經濟合作與開發組織（OECD）的研究結果表明：大約80%的湖泊富營養化情況受磷元素的制約，約有10%的湖泊與氮元素有關，剩余的10%是由其他因素引起。研究表明，水體中總氮和總磷濃度的比值在10∶1～25∶1之間時，藻類較適宜生長且與氮、磷濃度有著直線的相關關系。本研究選取總氮、總磷、氮磷比、水溫、溶解氧、高錳酸鹽指數等指標分析與葉綠素a之間的相關性，結果見表3。在入水口葉綠素a與總磷、總氮相關性不顯著，但與氮磷比呈負相關，湖泊水體的氮磷比是表征湖泊富營養化的重要指標之一，而棘洪灘水庫氮磷比最小值為69∶1，遠遠大于14∶1。因此，磷的含量影響藻類對氮的利用率，即棘洪灘水庫水體中氮相對充足，藻類的生長繁殖速度決定于磷的濃度。與水溫呈極顯著正相關，表現為藻類生長隨著溫度的升高而上升，溫度對藻類生長具有促進作用。與溶解氧呈負相關，隨著水體中藻類大量繁殖增加，耗氧量增大，使水體中溶解氧含量降低，影響濃度水平，溶解氧是變化的被動因子而非限制因子。與高錳酸鉀指數呈極顯著正相關，隨著藻類的增加，有機物含量呈上升趨勢。在出水口至于水溫、溶解氧、高錳酸鉀指數有顯著關系。通過多元逐步回歸分析后得出，入水口葉綠素方程為：ρ（Chla）=1.218CODMn－0.536DO－0.003ρ（TN）/ρ（TP）+6.459，出水口方程為：ρ（Chla）=0.918CODMn－0.438DO+5.299。由于溶解氧、高錳酸鉀指數為不可控因素，因此方程實際意思不明顯。

表3葉綠素a與水質因子相關系數

3　葉綠素a與相關因子對數值分析

相關研究表明，葉綠素a的對數與總磷含量有一定關系，與氮磷比的對數呈顯著負相關，前文論述了棘洪灘水庫葉綠素與總磷、總氮相關性不顯著，取對數后分析其相關性見表4。大量研究表明，葉綠素a與TP的相關性為對數線性關系，也有研究表明兩者為顯著線性關系。本研究結果顯示，入水口葉綠素a的對數值與TP對數值呈正相關，呈線性關系，氮磷比的對數值呈負相關，與水溫對數值呈顯著正相關，與溶解氧對數值呈顯著負相關，與高錳酸鉀指數對數值呈正相關。在出水口葉綠素a的對數值與水溫、溶解氧、高錳酸鉀指數有相關性。通過多元逐步回歸分析后得出，入水口方程為：lgρ（Chla）=0.166lg（T）+ 0.222lgρ（TP）+0.794，出水口方程為：lgρ（Chla）=-1.014lg（DO）+1.522。其中入水口方程中含有總磷數值，對實際有指導意思。利用入水口方程對2014年數據進行實際值與預測值分析比較，見圖3。由圖3可知預測值與實際值吻合較好，但是7、8月出現較大差異，主要原因是2014年水庫水位較低，7、8月開始從黃河引水，源水中葉綠素a含量較低，隨著引水量的加大，水庫葉綠素a含量呈下降趨勢。