長江流域某水庫pH值與環境因子的相關性研究

陸文彬，鄭 健

（上海城投原水有限公司，上海 200125）

青草沙是中國長江河口的一個沖積沙洲，位于長興島的西北方。青草沙擁有大量優質淡水，總面積約70 km2。pH值是水溶液最重要的理化參數之一，表示溶液酸性或堿性程度。研究pH值與各類水質因子之間的相關性，可以為pH值的調控提供理論依據。本文通過每日一次測定長江流域某水庫pH值及相關水質因子，分析pH值與水質因子之間的相關性及影響pH值的因素，采用SPSS19.0軟件計算統計上游庫外和輸水區的數據，并開展相關性分析和偏相關分析，以期對水庫pH值進行有效調控。

1 方法

1.1 采樣點

在長江流域某水庫內設立兩個采樣點，分別為上游庫外和輸水區。采樣時間為上午8點至9點。

1.2 分析方法

pH值的測定：玻璃電極法；儀器：哈希sensION+MM340臺式pH分析儀；葉綠素a：丙酮法；其他水質指標按《生活飲用水標準檢驗方法》（GB5750-2006）進行檢測分析。

1.3 數據處理

采用SPSS19.0軟件對統計數據進行相關性分析和偏相關分析。

2 討論

2.1 pH值的時空分布

長江流域某水庫輸水區pH值在2013年3月到2013年5月呈較低的平穩狀態。它在2013年5月到2013年12月這七個月中呈上升趨勢，峰值為9.0，pH值平均值為8.5。12月開始逐漸下降，pH值總體變化范圍為8.0～8.5。上游庫外pH值整體趨勢與輸水區pH值整體趨勢基本相同，峰值為8.7，pH均值為8.2。

2013年10月15日到2013年12月1日，兩個站點數據走勢不同，其間上游庫外pH值整體較低，輸水區pH值呈上升趨勢。輸水區葉綠素a高于上游庫外。

2.2 pH值與水質因子的相關性分析

由表1、表2可知，2013年3月至2014年3月，兩個站點的pH值與水質因子間的相關性存在明顯差異。上外pH值與水溫呈正相關，輸水區pH值則與水溫、葉綠素a呈顯著正相關，與溶解氧、總堿度、總硬度呈顯著負相關。

表1 上游庫外pH值與水質因子的相關性

表2 輸水區pH值與水質因子的相關性

2.2.1 pH值與水溫、葉綠素a的相關性

溫度升高，水電離出的氫離子和氫氧根離子的濃度都會升高，氫離子濃度的上升導致pH值下降。溫度上升會使CO2在水中的溶解度下降，使pH值上升。同時，溫度升高使水庫的藻類在更適宜的環境中生長發育，藻類進行光合作用消耗水中的游離CO2，導致水中OH-濃度增加，而水的光解產生的氫離子在暗反應中充當還原劑，使得氫離子大量減少，導致pH值上升。

相關分析表明，上游庫外和輸水區的pH值與水溫都呈正相關，其中輸水區pH值與水溫呈顯著正相關。

上游庫外的pH值僅與水溫呈顯著正相關，與其他水質因子關系相對不大。2013年3月到2013年6月、2013年9月到2013年11月與2014年1月上游庫外水溫與pH值呈正相關，其他時間則無明顯相關性，在2013年11月到2014年12月呈負相關，整體趨勢不明顯。

輸水區的pH值與水溫、葉綠素a都呈顯著正相關，2013年3月至2014年3月，輸水區水溫與pH值總體趨勢基本相同。不同于上游庫外葉綠素a含量偏低（葉綠素a濃度在1～4 μg/L，均值為2 μg/L）的情況，輸水區的葉綠素a含量相對較高（濃度在1～66 μg/L，均值為13 μg/L）。需以葉綠素a為控制變量對輸水區水溫與pH值進行偏相關分析，以得出結論。

對比輸水區的pH值與水溫、葉綠素a之間相關性，人們不難發現，pH值除了和水溫有很好的相關性以外，pH值與葉綠素a也有很好的相關性。進一步對輸水區pH值、葉綠素a與水溫進行偏相關發現，在以葉綠素a為控制變量的條件下，輸水區pH值與水溫無相關性，這表明影響輸水區pH值的主要原因是葉綠素a[1]。

2.2.2 pH值與總硬度、葉綠素a的相關性

上游庫外pH值與總硬度無明顯相關，輸水區pH值與總硬度呈顯著負相關。在水體中，pH值、暫時硬度、CO2有著非常密切的聯系，CO2在水體中以 CO2、HCO3-、CO32-存在，光合作用只吸收CO2，從而導致HCO3-、CO32-通過電離與水解平衡（消耗H+）轉變成CO2。另外，Ca2+與CO32-生成CaCO3沉淀，導致暫時硬度和pH值的下降。進行偏相關分析發現，在控制變量為葉綠素a的條件下，輸水區pH值與總硬度無相關性，表明葉綠素a是導致輸水區pH值與總硬度呈負相關的主要原因。

2.2.3 pH值與溶解氧的相關性

水體溶解氧是反映該水體中生物生長狀況和污染狀態的重要指標，受水溫影響較大，同時受到水中藻類以及光照強度等多種因素的影響[2]。相關分析表明，上游庫外pH值與溶解氧不相關。輸水區pH值與溶解氧呈顯著負相關。在控制變量為水溫的情況下，輸水區pH值與溶解氧無相關性，說明水溫對溶解氧的影響相對pH要大得多。

2.3 探究降低水庫pH值的方法

pH值的降低是一個很緩慢的過程，硬度決定水的酸堿穩定性，想降pH值就要從軟化水質入手，治本的方法是降低水的碳酸鹽硬度，降低水的緩沖能力。

pH值過高的主要原因是藻類的大量生長繁殖，而造成藻類大量繁殖的原因是水中的營養鹽，可以用生物凈水方法來提高水庫表層水體水質，從根本上達到降低水庫pH值的目的。同時，可通過釋放水庫表層水體，使含有大量浮游生物的水體流出水庫，使水庫水達到最大限度的置換。這能有效降低水體中污染物的濃度，有利于各種有機物的生化降解，使水域生態系統形成良性循環，通過水量調節，達到降低水庫pH值的目的。

3 結論

上游庫外及輸水區的pH值在空間分布上差異比較明顯，輸水區pH值整體比上游庫外pH值要高，受葉綠素a的影響比較大，季節變化比明顯，呈夏季高、冬季低的趨勢。兩個站點pH值受相關水質因子的影響基本不同。上外pH值與水質因子關系不大，僅與水溫呈顯著正相關。輸水區pH值與溶解氧、總堿度、總硬度呈顯著負相關，與水溫、葉綠素a呈顯著正相關。因此，要降低水的碳酸鹽硬度，控制水中的營養鹽，避免藻類大量繁殖，人們可以通過下游庫外合理排水，置換水庫水體來降低pH值[3]。

參考文獻

1 王志紅，崔福義，安 全，等.pH與水庫水富營養化進程的相關性研究[J].給水排水，2004，30（5）：37-41.

2 張軍毅，黃 君，嚴 飛，等.梅梁湖水體溶解氧特征及其與pH的關系分析[J].復旦學報，2009，48（5）：623-627.

3 代堂剛.漁洞水庫pH值超標的成因分析及其處理措施[J].水資源研究，2009，30（3）：37-38.