不同覆蓋物對(duì)水體蒸發(fā)及藻類繁殖的影響研究

夏玉婷，于常武，馬紫怡，萬宗振，付佳偉，劉月月

（遼寧工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院， 遼寧 錦州 121001）

水是生命之源，我國(guó)人均淡水水資源占有量?jī)H為世界平均水平的 1/4，尤其我國(guó)北方和西北干旱區(qū)尤為嚴(yán)重。“南水北調(diào)”、“引灤入津”均是為緩解水源短缺而進(jìn)行的重大引水工程。但水進(jìn)入旱區(qū)的水源水庫，均面臨蒸發(fā)作用而導(dǎo)致巨大水量損失。以遼西干旱區(qū)白石水庫為例，庫區(qū)面積為 6.6×107m2，按當(dāng)?shù)啬暾舭l(fā)量1 200 mm計(jì)算，年損失水量 8千萬 m3，如水價(jià)按 3.0元/t計(jì)算，年損失 2.4億元人民幣。因此，巨資引來的水資源，會(huì)因蒸發(fā)作用而損失。

為減少水體蒸發(fā)損失，各國(guó)學(xué)者研究認(rèn)為水體覆蓋法可以有效防止蒸發(fā)[1-3]。但是該方法在我國(guó)一直未開展工程實(shí)施，其主要原因在于浮板等覆蓋物工程造價(jià)較高[4]。尋找造價(jià)較為低廉的覆蓋物就成為該項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)施的瓶頸之一。此外，水體被覆蓋物覆蓋后，覆蓋物對(duì)水體藻類的繁殖是否具有抑制作用以及效果如何，目前鮮有報(bào)道。

因此，本文選用黑色橡膠球、黑色防水布、透明塑料布作為覆蓋物，與浮板（苯板）和自由水面對(duì)比，探討其防蒸發(fā)效果和對(duì)藻類繁殖的抑制效果，以期為水面防蒸發(fā)技術(shù)的實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與檢測(cè)方法

實(shí)驗(yàn)儀器：751紫外可見分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司），恒溫箱，抽濾裝置，壓力鍋，電爐板，分析天平，蒸發(fā)桶、玻璃器皿等。

葉綠素 a測(cè)定方法：水質(zhì)-葉綠素的測(cè)定（SL88-1994）[5]。

TN的測(cè)定：水質(zhì) 總氮的測(cè)定[6]。

TP的測(cè)定：水質(zhì) 總磷的測(cè)定[7]。

實(shí)驗(yàn)所用試劑均采用分析純或化學(xué)純，檢測(cè)過程實(shí)行質(zhì)量控制。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用的材料：黑色橡膠球、黑色防水布、透明塑料布、苯板、鐵絲等。

實(shí)驗(yàn)用水取自遼寧錦州某公園水塘，水取回立即進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

為和實(shí)際應(yīng)用情況接近，實(shí)驗(yàn)置于室外進(jìn)行。分別設(shè)置5只蒸發(fā)桶，類別及條件如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置方法

1.4 水樣理化指標(biāo)測(cè)定

水樣取回后進(jìn)行各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定（表2）。

表2 理化指標(biāo)

1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算

蒸發(fā)效率計(jì)算如方程（1）所示：

式中：Γ——蒸發(fā)效率，%；

H——蒸發(fā)桶初水深，mm；

H1——實(shí)驗(yàn)結(jié)束后蒸發(fā)桶水深，mm。

2 結(jié)果與討論

物對(duì)藻類繁殖的抑制效果為：苯板＞黑色防水布＞透明塑料布＞黑色橡膠球。研究表明，光照對(duì)藻類繁殖具有重要影響[12]，因覆蓋物遮光效應(yīng)，光合作用被抑制。本研究中，苯板遮光效應(yīng)最強(qiáng)，黑色防水布其次，對(duì)葉綠素a的濃度影響最大，其濃度僅增了 40%～44%，而自由水面，葉綠素 a的濃度增了3.7倍。因此，苯板和黑色防水布對(duì)藻類繁殖的抑制效果最佳。

2.1 不同覆蓋物蒸發(fā)抑制效果

覆蓋物對(duì)水源水庫的蒸發(fā)抑制作用很大，其抑制效果如圖1所示。

圖1 各蒸發(fā)桶水位降深

自由水面的蒸發(fā)桶與有覆蓋物的蒸發(fā)桶蒸發(fā)降深差異顯著。防蒸發(fā)效果為苯板＞黑色防水布≈透明塑料布＞黑色橡膠球。不同覆蓋物下各蒸發(fā)桶的蒸發(fā)效率如表3所示。

表3表明，與自由水面作對(duì)比，苯板、黑色橡膠球、黑色防水布、透明塑料布蒸發(fā)量分別減少了54%、38%、47%、48%，苯板的防蒸發(fā)效果最佳。這與國(guó)內(nèi)一些學(xué)者研究結(jié)果相同[8-10]。但是從經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性考慮，苯板或塑料空心板作為覆蓋材料成本較高[11]，黑色防水布和透明塑料布因成本較低，可作為覆蓋物的備選材料。

表3 不同覆蓋物下蒸發(fā)效率

2.2 葉綠素a濃度隨時(shí)間變化規(guī)律

不同覆蓋物下蒸發(fā)桶葉綠素a濃度如圖2。

圖2表明，與自由水面的蒸發(fā)桶相比，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，覆蓋物下藻類繁殖受到明顯抑制。各覆蓋

圖2 不同覆蓋物葉綠素a繁殖情況

2.3 TN、TP變化情況

研究表明，水體中的氮、磷元素是藻類繁殖的必要條件[13]。為進(jìn)一步表明覆蓋物對(duì)水體藻類繁殖的影響，研究檢測(cè)了各蒸發(fā)桶內(nèi)TN和TP的濃度變化情況。TN和TP的濃度變化情況分別如圖3和圖4所示。

圖3 不同覆蓋物下TN濃度變化

由圖3、圖4可知，葉綠素a的生長(zhǎng)要消耗N和P元素，TN、TP濃度隨時(shí)間呈降低趨勢(shì)，自由水面蒸發(fā)桶TN和TP的消耗量最大，而苯板和黑色防水布的TN和TP的消耗量最低。與圖2對(duì)比表明，TN、TP的濃度與葉綠素 a濃度的變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。研究也進(jìn)一步證實(shí)，TN和TP是藻類繁殖的重要影響物質(zhì)，其原因在于苯板和黑色防水布阻斷了陽光的直射，藻類的光合作用受到明顯抑制。TN和 TP的濃度變化情況進(jìn)一步證明了苯板和黑色防水布對(duì)藻類繁殖的抑制作用。

圖4 不同覆蓋物下TP濃度變化

因此，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素，黑色防水布因其良好的防蒸發(fā)效果和對(duì)藻類繁殖的抑制作用，應(yīng)作為水體防蒸發(fā)的首選材料。但是黑色防水布的岸基張拉方式需要進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論

采用苯板、黑色橡膠球、黑色防水布和透明塑料布覆蓋蒸發(fā)桶，研究水體降深和葉綠素a濃度變化情況，得到以下結(jié)論：

（1）覆蓋物對(duì)水體蒸發(fā)具有明顯抑制作用；

（2）覆蓋物覆蓋水體可有效降低藻類繁殖；

（3）水中的TN和TP的濃度變化與葉綠素a的濃度變化呈負(fù)相關(guān)規(guī)律；

結(jié)論表明，黑色防水布是水體防蒸發(fā)較佳的覆蓋材料，且覆蓋后可以有效抑制藻類的繁殖。

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