毕业设计（论文）-大河口水库表层沉积物氮、磷分布特征及释放规律分析.doc

内蒙古农业大学2016级学士学位毕业论文 摘要本科生毕业论文学 院 水利与土木建筑工程学院 论文题目 大河口水库表层沉积物氮、磷分布特征及释放规律分析学生姓名 学号 专 业 环境工程 年级 12级 指导教师 职称 实验师、教 授 内蒙古农业大学教务处制2016年 6月摘 要本文以位于内蒙古锡林郭勒盟多伦县境内的沙源区水库-大河口水库表层沉积物为研究对象，采用野外采样，室内实验分析的方法对大河口水库表层沉积物氮、磷的时空分布特征以及同期上覆水体的富营养化状态进行了分析；并通过室内模拟实验，探讨了当环境因子（pH值、DO、温度）变化时内源营养盐释放对上覆水体水质的影响。结果表明：(1)大河口水库表层沉积物类型以砂质壤土为主，其次有粉砂质壤土、壤质砂土；上覆水体总体为国家五类水质标准，水库总体呈现富营养化状态。（2）表层底泥总氮、总磷季节分布特征呈现冬季春季含量较低，夏季秋季含量较高的特点，从空间分布来看，水库东南部氮、磷含量高于西北部；水库表层沉积物氮磷比值为1:1.53。（3）水库底泥的温度越高，pH值越显弱碱性以及溶解氧含量越低时，其N、P释放强度越强。本次研究为以后大河口水库的治理、修复、保护与管理提供了数据支撑，也为社会各界提供了高原寒旱区湖泊水库表层沉积物研究的一些数据与心得。关键字：大河口水库 表层沉积物 总氮总磷 营养盐释放。Distribution and release of nitrogen and phosphorus in surface sediments of the Ricer EstuaryAbstract In this paper, Xilin Gol League in Inner Mongolia Duolun domestic sand source area Reservoir - Reservoir large estuary surface sediments as the research object, through the reservoir surface sediments of nitrogen and phosphorus analysis of the spatial and temporal characteristics. The article uses the field sampling, laboratory experiments analysis method for large estuarine reservoir surface sediments of nitrogen and phosphorus to overlying temporal distribution characteristics of the water body eutrophication over the same period were analyzed. And through the indoor simulation experiments to study the effects when environmental factors (pH value, DO temperature) changes in water quality of the overlying inner source nutrient release right.The results show: (1) large estuarine reservoir surface sediment types and sandy loam, followed by a silty loam, loamy sand; overlying water body overall national Grade III standards; and slight overall reservoir lakes (reservoirs) rich eutrophication. (2) of TN and TP in surface sediments seasonal distribution of content presented low winter spring, summer and autumn higher levels, the spatial distribution, the reservoir is higher than the concentration in the northwest southeast of spatial concentration distribution; nitrogen and phosphorus ratio of 1: 1.53, the ratio is small, indicating a lower degree of rich reservoir of the camp. (3) The higher the temperature of the reservoir sediment, pH value, the more significant the higher the weak acid and dissolved oxygen content, its N, P release strength is stronger. The study of governance, restoration, protection and management of future large estuary reservoir provides data support, but also for the community to provide a surface sediments Cold and Arid Regions Research highland lakes and reservoirs to some data and experience.Keywords: big estuary reservoir surface sediments TN and TP Nutrient release目录 目 录1引言11.1研究背景11.2沉积物营养盐氮，磷研究的进展11.2.1沉积物中氮的研究进展11.2.2沉积物中磷的研究进展21.3研究的意义22研究区域概况及研究方法42.1研究区域概况42.1.1地理位置42.1.2气候特征52.1.2.1地面气温特征52.1.2.2降水特征62.1.2.3蒸发特性72.1.2.4地面风速、风向特征72.1.3河流水系92.1.4社会经济状况102.2研究方法112.2.1监测点的布设112.2.2采集样品方法112.2.3实验方法122.2.3.1底泥中总磷的测定122.2.3.2底泥中全氮的测定（半微量开氏法）123大河口水库表层的沉积物营养盐氮、磷的分布特征143.1大河口水库表层沉积物的粒度特征143.1.1粒度对沉积物研究的意义143.1.2大河口表层沉积物粒度分析143.2上覆水体营养盐的分布情况163.3表层沉积物中的总氮分布特征173.4表层沉积物中的总磷分布特征193.5氮、磷比值分析204大河口水库底泥中氮、磷释放影响因素分析224.1水库温度对底泥氮、磷释放的影响224.1.1水库温度对底泥氮释放的影响224.1.2水库温度对底泥磷释放的影响234.2水库pH值对底泥氮、磷释放的影响254.2.1水库pH值对底泥TN释放的影响254.2.2水库pH值对底泥磷释放的影响264.3水库溶解氧对底泥氮、磷释放的影响284.3.1水库溶解氧对底泥TN释放的影响284.3.2水库溶解氧对底泥中TP释放的影响295结论与建议32致谢33参考文献34附录36I内蒙古农业大学学士学位毕业论文 2研究区概况及研究方法内蒙古农业大学学士学位毕业论文1引言1.1研究背景水库（湖泊）是陆地水文系统中重要的淡水蓄积体，它不仅是人类重要的饮用水源之一，同时还具有调节河川径流、防洪减灾、农业灌溉、水产养殖以及旅游发电等重要的使用功能1。沙源区水库（湖泊）更是保障当地生活用水、生态用水和区域经济发展十分珍贵且不可替代的重要环境资源，但是这些地区的水库（湖泊）近些年受到了不同程度的污染。水库（湖泊）在区域社会经济发展和生态环境建设中发挥着举足轻重的作用，由于湖泊水体氮、磷等营养物质的增加，导致近30年来富营养化问题发展迅速，给各国的经济发展带来很大影响。水体的沉积物又称底泥，通常是由勃土、泥沙、有机质及各种矿物质组成，经过长期物理、化学及生物等各类作用及水体的传输而沉积于水体底部形成2。底泥表面0-15cm的底泥称为表层底泥，超过15cm的底泥统称为深层底泥，是自然水体中的重要组成部分。沉积物是各类氮、磷等营养盐主要蓄积的场所。如果水域水体受到污染后，水中部分污染物会通过沉淀过程或者由颗粒物吸附过程而蓄存在底泥中，然后逐渐向水体中缓慢释放，造成二次污染3。同时，当水库水体与沉积物相互作用的过程中，当外源得到有效控制后，沉积物中相当一部分的营养物质会重新释放到水体中，形成湖泊营养盐的内源负荷。1.2沉积物营养盐氮，磷研究的进展1.2.1沉积物中氮的研究进展根据近期调查显示，全球范围内约有40%的水库与湖泊正遭受着氮、磷污染导致的富营养化的“病痛”折磨。而在我国，在20世纪的90年代中后期，便有70%的水库与湖泊患有富营养化的“癌症”。我国已经成为了世界上富营养化水库湖泊影响范围严重的国家之一。国外对氮在泥-水界面的迁移、转化和循环进行了许多研究，建立了较为系统的底泥氮循环模型4；国内对氮的研究侧重于面源流失5和水体中各形态氮的分布规律6，由于过去普遍认为磷是湖泊富营养化的限制因子，因此对底泥中泥-水界面氮的行为研究较磷而言相对较少。目前对底泥氮释放主要是研究底泥总氮、氨氮以及硝酸盐氮的释放。戴树桂7等曾对底泥中氮的主要迁移转化过程及转化模型进行了初步研究，泥-水界面氮的迁移转化规律的研究仅限于对NH4+-N和N03-N表观溶出速率(量)的估算8。氮在湖泊底泥-水界面间的迁移和交换是一个十分复杂的生物化学过程，吴丰昌9认为底泥氮循环主要发生在底泥表层2cm内，在底泥-水界面及其附近，可溶性N03-N浓度明显降低而NH4+-N浓度则显著增大，这种现象暗示了在底泥-水界面发生着强烈的氮循环。杨龙元等10通过实验分析认为NH4+-N有可能在浓度梯度驱动下通过间隙水向上扩散迁移，而N03-N则自上覆水体向底泥内部扩散迁移，底泥可能是湖泊N03-N主要的清除场所。湖泊中的氮主要是以颗粒氮的形式进入底泥的，底泥中氮含量高低与湖泊的污染和营养程度有关11。易降解有机氮在异养微生物作用下易降解、氨化，生成的NH4+-N可以被粘土矿物所吸附而成为可交换态NH4+-N，可交换态NH4+-N进入间隙水重新被微生物同化为有机氮或者扩散至底泥氧化层而氧化成N02-N和N03-N。底泥中可溶性和可交换性氮含量反映了湖泊的污染水平。硝化和反硝化作用是泥一水界面氮迁移和交换的主要形式12。1.2.2沉积物中磷的研究进展磷污染已然成为了我国湖泊最重要的环境问题之一，而水体中高营养盐负荷是引起湖泊富营养化的根本原因，控制、降低水体营养盐浓度作为湖泊富营养化治理的前提，已得到国内外湖泊生态管理者的共识。在各种营养元素中，磷是水体浮游藻类自然生长的限制因子14。因此控制湖泊磷负荷就成为许多湖泊富营养化治理的基本条件之一。湖泊中磷的来源主要包括外源输入和内源释放15。多年来人们治理富营养化水体的主要策略是减少外源磷的输入，但通过此法成功恢复湖泊生态的例子屈指可数，其主要原因是沉积物中磷的再释放起到了“二次污染”的作用16。国外一些科学家曾对磷在沉积物-水界面的交换及磷在水体环境的停留机制进行了综述，他们认为沉积物是水体中磷的源和汇，在大多数水体中，存在磷的净沉降，沉积物作为磷的“汇”。在某些高营养水平的水体中，在短时间内，磷从沉积物的释放可能超过磷的沉降，使得水体中磷的浓度保持较高的水平，沉积物便成为磷的“源”17。沉积物中磷向水体的释放是导致水体富营养化和水华暴发的直接原因之一，因此掌握导致磷向水体释放的沉积物-水界面过程十分重要，国内外已对这方面进行了大量研究，主要方面可分为两大部分：即沉积物中磷形态研究，包括磷的分级分离方法、磷在沉积物中的形态分布及其机理研究等18；水-沉积物界面磷的交换研究，主要包括磷的吸附、解吸及其动力学过程研究等19。1.3研究的意义大河口水库是国内高原干旱区比较典型的蓄水抗洪型水库，也是当地生活、工业污废水的排放渠道，其下游滦河更是天津地区的生活饮用水来源之一。并且也是国家级4A旅游景区。当下，大河口水库因为人为污染被取消了4A级景区，环境日渐恶化，水库水体不堪承受整个地区的污水接纳工作，富营养化情况日益严重，必须引起社会各界的关注，对其进行相应的管理、整治与修复工作。水库中底泥沉积物是湖泊营养盐的重要载体，就算是鱼塘养鱼，也要定期挖取塘泥方可持续进行水产养殖，可想而知其重要性。国内已经有很多学者对太湖，东湖等湖泊的沉积物污染进行了研究与分析，而对于我国北方的寒旱区湖泊研究寥寥无几。水体污染一般分为外源污染和内源污染。其中外源污染主要由大气沉降，废水排放，水土流失，雨水淋浴与冲刷引起。而内源污染主要由上覆水体污染物的沉积而形成，这些沉积物会对水体形成长期的污染。沉积物是湖泊营养盐的重要蓄积库,营养盐是制约湖泊富营养化发展的第一要素。因此,在湖泊富营养化的研究中,探明湖泊沉积物中营养盐的特征、含量及其分布情况,具有非常重要的意义，对评价湖泊（水库）水体生态系统潜在的富营养化风险和恢复自然生态环境及独特的生态调节功能有一定的价值和指导意义。随着流域点源面源污染治理的不断深入，对水体底泥污染的诊断和治理变得越来越重要。河流或湖泊内源污染物的释出，类似于非点源污染，释放面积大，释放时间、途径和释放量具有不确定性。因此，研究污染物静态释放，了解污染物在沉积物-水的迁移规律，对于控制沉积物中污染物向水体释放有着重要意义。本文通过对大河口水库表层沉积物的粒度特征，表层沉积物N、P时空分布特征进行分析，探讨了环境因子对营养盐N、P释放的影响，对外源污染可控情况下水库富营养化控制提供理论依据，对大河口水库资源的开发、利用与保护具有一定的指导作用,进而最终实现生态系统的良性循环,为水体污染治理和制定污染控制对策提供了理论依据，同时为进一步寻找与水库内源污染治理相适应的修复技术。352研究区域概况及研究方法2.1研究区域概况大河口水库又名多伦湖，于1995年第三季度建成。一直采用蓄洪的运行方式，是一座以水利发电为主要，兼顾着防洪、灌溉、水产养殖等为次要的各类功能齐全的中型水库。多伦湖为国内知名水利风景区，享有“滦上第一坝”的美誉，一度被评为国家4A级旅游景区，因环境问题、基础公共设施建设不完善等原因，于2015年取消资格。2.1.1地理位置大河口水库位于内蒙古锡林郭勒盟境内多伦县滦河干流上，坐标为北纬421319.17，东经116384.00。东部、南部分别与河北围场县、丰宁县毗邻，北与正蓝旗相邻，南端距离北京市300km，距张家口市仅有80km。水库距多伦县城区15km，距其下游西山湾水库仅15km，水库坝址以上控制流域面积8684.54km2。见图2-1。图2-1 大河口水库地理位置图2.1.2气候特征锡林郭勒盟多伦县属于温带大陆性季风气候区。由于其地理位置及地理环境从而该地的气候特征主要体现为：春天气温骤升，干旱而少雨，多大风；夏天短促温热，降水比较集中；然而秋季气温剧降；冬天严寒而漫长。根据当地气象局提供的近30年（19842014年）的气象资料显示如下。多伦县30年内各气象要素统计见表2-1。表2-1 多伦县气象站1984-2014年气象要素特征表项目数值项目数值年平均气温2.1年平均降水量321.4mm年极端最高气温37.8 年极端最高降水量564.5mm年极端最低气温-40.7 年最大风速、风向22.9m/s,WSW 年平均气压900.3hPa年最大冻土深度220cm年平均相对湿度58%年最大积雪深度28cm年平均水汽压5.6hPa年扬沙日数3.7d年平均蒸发量1713.6mm年沙暴日数1.5d年平均风速3.3m/s年雷暴日数30.0d年日照时数2808.4h年冰雹日数1.8d2.1.2.1地面气温特征表2-2是多伦县近30年内各月的平均气温，图2-2是多伦县30年内平均气温年变化曲线。表2-2 多伦气象局发布的1984-2014年月平均气温统计数据()月份123456789101112气温-18.8-14.8-6.54.31217.720.118.711.83.2-7.5-15.7图2-2 多伦县气象局发布的19842014年月平均气温年变化曲线图由表2-2、图2-2可知，多伦县年平均气温为2.1，全年最冷的月份是1月，年平均气温是-18.8，最热月份是7月，年平均气温多为20.1。2.1.2.2降水特征多伦县19842014年每年各月平均降水统计见表2-3，每年各月平均降水变化曲线见图2-3。图2-3 多伦县19842014年月平均降水量变化曲线表2-3 多伦县1984-2014年月平均降水量统计结果（mm）月份123456789101112降水1.412.415.6915.2829.1267.5101.382.8545.2619.75.721.45由图2-3可知，锡林郭勒盟多伦县近些年各月平均降水量变化较大，降水量分配不均匀，降水量主要是集中在5-9月份，7月降水量多为最大，年平均降水量为101.3mm，1月降水量最小为1.41mm。2.1.2.3蒸发特性下面分别是多伦县19842014年各月平均蒸发量统计结果表2-4，河多伦县多年各月平均蒸发量变化特征曲线图2-4。表2-4 多伦县1984-2014年月平均蒸发量统计结果(mm)月份1月2月3月4月5月6月蒸发量21.2547.31108.07207.32298.56247.19月份7月8月9月10月11月12月蒸发量204.48178.8158.6117.3468.736.6图2-4 多伦县19842014年月平均蒸发量变化曲线由图2-4得知，锡林郭勒盟多伦县近些年各月平均蒸发量变化非常明显，平均蒸发量为1713.6mm。年内，49月份的蒸发量占具全年蒸发量的76%之多，5月份蒸发量是为各月中最大的，约占全年蒸发总量的17.6%左右。2.1.2.4地面风速、风向特征地面风向、风速的统计分析是污染气象最基本的东西，其风况受季节变化的约束，而且还受地形以及其地表状况的影响。风况具有较大的年际变化。多伦县气象站位于内蒙古的中东部，地面风变化规律：冬春两季节，东亚的高空西风急流正好位于内蒙古的上空，但当蒙古气旋发展时，内蒙古就处于一种上下一致的西风气流中，这样非常有利于高空动量下传，使的低层偏西风增大，因此该地在冬春两季容易出现大风的天气；夏季呢，由于降水相对比较集中，正当锋面过境时可伴有雷雨和大风，瞬时的风速非常大，但是夏季平均风速则是四季当中最小的；秋季虽然是冷暖气团交替时期，但此时的气团活动远远不如春季气团活动频繁，为此风沙天气较为稀少。（1）地面风速变化特征通过多伦县气象站发布的近30年各月平均风速统计表（见表2-5）不难发现：多伦地区年平均风速3.3m/s。基本全年以春季的风速最为强大，平均风速最小的时候出现在夏季。表2-5 多伦县1984-2014年月平均风速数值（m/s）月份1月2月3月4月5月6月风速3.53.33.54.03.83.0月份7月8月9月10月11月12月风速2.62.52.83.23.53.6图2-5 多伦县19842014年月平均风速变化曲线（2）地面风向基本特征通过多伦县气象站发布的1984-2014年近30年地面平均风向频率及各风向下平均风速统计的知，多伦地区主导风向为WSW风，而次主导风向为W风。多伦县全年风向频率及风速玫瑰图见图2-6和图2-7。图2-6 多伦县近30年风向频率玫瑰图 图2-7 多伦县近30年风速玫瑰图2.1.3河流水系滦河水系上有大大小小很多的水库和灌区，给国民经济建设发挥了至关重要的作用。内蒙古境内就建有双山水库、大河口水库以及西山湾水库三大水库。滦河流域内蒙古境内就有红星水库灌区、黑城子牧场灌区、上都河灌区、五一牧场灌区、双山水库灌区、黑风河灌区等多个农田灌溉区，此外还有白音卜罗、吐力根河及小型引水、扬水灌区。多伦县为处滦河的源头，拥有常年性的河流47条，季节性的河流11条，泉水眼子81处。主要的河流抛去滦河干流之外，还拥有小河子、闪电河、黑风河、吐里根河这4条主要的支流。滦河经大河口水库西侧进行补给，吐力根河从水库的东侧进行补给。研究区主要河流水系分布见图2-8。图2-8 研究区内河流水系分布图2.1.4社会经济状况多伦县是一个以农为主、农牧林结合的经济类型区，同时也是一个以汉族为主体，蒙、满、回、达斡尔、朝鲜、藏、白、佟、壮等10个民族组成的多民族聚居区。据2013年人口统计资料，全县人口11.03万人，其中汉族人口8.77万人，占总人口的79.4%；少数民族人口2.26万人，占总人口的20.6%。全县农作物播种面积76.1万亩，与上年持平。全县粮食作物播种面积67.3万亩，比上年增长1.2%；全县油料播种面积1.3万亩，与上年持平；全县蔬菜播种面积6万亩，下降14.3%。全县牧业年度大小畜总头数19.0万头（只），比上年增加0.1万头（只），增长0.5%。其中，大畜13.5万头(只)，下降6.3%；小畜5.5万只，增长22.2%。2013年，全县地区生产总值完成73亿元，其中工业增加值48亿元。全社会固定资产投资完成55亿元。地方财政收入完成6.5亿元。全年城镇居民人均可支配收入22824元，比上年增加2243元，增长10.9%；城镇居民人均消费支出17072元，增长19.3%。农村居民人均纯收入9099元，比上年增加1047元，增长13.0%；农村居民人均生活消费支出6713元，增长44.2%。2.2研究方法2.2.1监测点的布设本研究先确定大河口水库地理位置，然后依据我国水环境及湖泊湿地调查规范，确定了大河口水库污染源分布以及水库面积，将大河口水库的采样断面划分为6个，6个常规监测断面为：吐力根河入库处为A-A断面、滦河与小河子汇合后入库处为B-B断面、库边为C-C断面、库中分别为D-D和E-E断面。采样点详细布置方案及地理位置见图2-9。图2-9 大河口水库底泥采样点2.2.2采集样品方法本研究在2014年6月-10月使用GPS全球定位系统定位，使用自制底泥采样器采集A-A、B-B、C-C、D-D、E-E共5个监测断面的中心线底部表层底泥下5cm厚度的沉积物样品，同时监测水温、水深、流速等情况。连夜运回实验室，然后放入白瓷盘中自然风干，经过研磨、过筛后测定各断面底泥中的TN、TP含量。2.2.3实验方法2.2.3.1底泥中总磷的测定 本研究中，底泥总磷测定使用了硝酸-硫酸消化法。配置如下试剂：1、（1/2/H2SO4）=6.5mol/L硫酸的钼锑贮存液，贮存于棕色瓶中。2、0.5%酒石酸锑钾溶液。3、钼锑抗混合显色剂。4、C（1/2/Na2CO3）=0.1mol/L的碳酸钠溶液。5、浓硫酸。6、硝酸。7、C（1/2/H2SO4）=6mol/L硫酸。8、C（1/2/H2SO4）=2mol/L硫酸。9、对二硝基酚指示剂。10、4mol/L的NaOH。11、五氧化二磷标准溶液。结果计算: 从标准曲线中查得待测液的磷含量后，可按下式进行计算：土壤全磷（P）量（mgkg-1）=式中：待测液中磷的质量浓度（gkg-1）； V样品制备溶液的mL数； m烘干土质量（g）； V1吸取滤液mL数； V2显色的溶液体积（mL）； 10-3将g数换算成的gkg-1乘数。 具体步骤请参阅附录1。2.2.3.2底泥中全氮的测定（半微量开氏法）本研究中，底泥全氮的测定使用的是半微量开氏法。配置如下试剂：1、硫酸。2、10molL-1NaOH溶液。3、甲基红溴甲酚绿混合指示剂。4、20gL-1 H2BO3指示剂。5、混合加速剂。6、0.02 molL-1（1/2 H2SO4）标准溶液。7、0.01 molL-1（1/2 H2SO4）标准液。8、高锰酸钾溶液。9、1:1硫酸（化学纯、无氮、=1.84gmL-1）。结果计算：沉积物总氮（TN）量（g/kg）=式中：V滴定试液时所用酸标准溶液的体积（mL）； V0滴定空白时所用酸标准溶液的体积（mL）； c0.01 mol/L（1/2 H2SO4）或HCl标准溶液浓度； 14.0氮原子的摩尔质量（g/mol）； 10-3将mL换算为L； m风干沉积物样品的质量（g）。具体步骤请参阅附录2。3大河口水库表层的沉积物营养盐氮、磷的分布特征3.1大河口水库表层沉积物的粒度特征粒度是指碎屑颗粒的大小尺寸，是碎屑颗粒最主要的结构特征。粒度的大小一般是以颗粒直径来计量的，因为测量方法的不同，颗粒直径的含义也相应有所不同。粒度的分析是主要研究沉积物中的各颗粒的物理组成以及沉积物的粒度大小、各粒级所占的百分含量。3.1.1粒度对沉积物研究的意义碎屑颗粒的大小决定着土壤的类型和性质，粒度分析的方法在岩石学研究中应用最早2。总体来说，粒度的大小主要的，是流水和风等作用应力的影响，与沉积物的形成环境关系密切。人们发现沉积物粒度的变化，也是特征气候变化的代替指标之一。通过粒度值能直接反映出水动力值得大小、季风活动的强与弱，可以进一步推测古气候的演变规律，以及水体的变动规律。3.1.2大河口表层沉积物粒度分析研究使用激光粒度分析仪对大河口水库表层沉积物的粒度分布情况进行测定。依据国际土壤质地分级标准（表3-1），对沉积物类型进行判定。表3-1 国际制土壤质地分级标准地 质名 称粘粒（0.002mm,%）粉砂（0.020.002mm,%）砾粒（20.02mm,%）1、壤质砂土015015851002、砂质壤土01504555853、壤 土015304540554、粉砂质壤土015451000555、砂质粘壤土152503055856、粘壤土1525204530557、粉砂质粘壤土152545850408、砂质粘土254502055759、壤质粘土2545045105510、粉砂质粘土25454575030本文对2015年6月、10月A-A、B-B、C-C、D-D、E-E五个采样断面的颗分数据进行了分析，结果如表3-2、3-3所示。采用的参考公式有：（1）平均粒径：（2）标准差：（3）偏度：（4）峰度：表3-2 2015年6月大河口水库沉积物颗粒径参数（%）序号0.002mm0.020.002mm20.02mm所属类型A-A均1.9925.3672.80砂质壤土59.1851.550.410.81B-B均1.129.8189.08壤质砂土84.7548.970.030.95C-C均1.1612.2086.66砂质壤土75.7755.880.011.11D-D均0.438.2891.30壤质砂土68.1737.080.181.12E-E均4.8549.9045.30粉砂质壤土35.6337.360.720.83表3-3 2015年10月大河口水库沉积物粒径参数（%）序号0.002mm0.020.002mm0.022mm所属类型A-A均0.494.2495.28壤质砂土200.0186.340.171.2B-B均3.0830,7366.29砂质壤土56.3961.180.551.1C-C均4.1737.8557.99砂质壤土79.0792.090.830.77D-D均9.7261.4728.81粉砂质壤土38.8168.080.945.52E-E均9.7860.3829.90粉砂质壤土80.87990.923.87根据粒度参数分级标准，其中6月数据显示其偏度值在0.01-0.72，属于正偏与极正偏，峰度值在0.81-1.12，为中等。7月数据显示其偏度值在0.17-0.94之间，属于极正偏，峰度值在0.77-5.52，跨度非常大，属于中等和尖窄。数据表明大河口水库表层沉积物类型以砂质壤土为主，其中6月数据在粒度在20.02mm,%颗粒含量占77.03%，10月数据中在20.02mm,%颗粒含量占55.65%。3.2上覆水体营养盐的分布情况选取同期上覆水体15个水质样品进行分析，如表3-4所示。大河口的水质较差，根据国家地表水环境质量标准（表3-5），属于五类水质。表3-4 同期水体上覆水质样品数据表（mg/L）采样点总氮总磷A-A2.4760.213B-B2.1490.227C-C2.8490.264D-D2.7880.218E-E2.8840.294均值2.6290.225表3-5 中国地面水环境质量标准（G3838-2002）（mg/L）项目一类二类三类四类五类总磷总氮0.020.10.20.30.40.01（湖、库）0.025（湖、库）0.050（湖、库）0.1（湖、库）0.2（湖、库）0.2（湖、库）0.5（湖、库）1（湖、库）1.5（湖、库）2（湖、库）由检测数据可知，2015年7月，大河口各监测点位上覆水体中TP总体含量在0.2010.564mg/L之间，平均值为0.299mg/L。TN总体含量在2.4768.702mg/L之间，平均值为4.037mg/L。TN主要来源为内源性污染源释放，大河口水库内源性TN含量高。TP随着供水河流滦河、吐力根河流入，及其沉积物释放，导致其浓度明显增高。根据富营养化评价结果显示，大河口水库全库污染较为严重，其中各点的TN含量标准均为国家五类水质标准，A-A、D-D、E-E、B-B、C-C处TP含量标准均为国家五类水质标准。TP以东北处浓度高，西北角浓度次之，水库出口西侧浓度较小的趋势。这种情况的出现，主要是因为大河口水库全库无节制放鱼捕鱼，严重破坏了水库应有的生态，导致水库出现恢复速度赶不上破坏速度，再加上游吐力根河带来的额外污染，加之常年少雨，蒸发量大，使得大河口水库N、P浓度较高。综上所述，大河口水库的上覆水污染源可能来源于沉积物释放，以及上游的污染排放。3.3表层沉积物中的总氮分布特征氮是植物生长繁殖的重要营养因素，但是水体中的氮只有转化成溶解状态氮3，如氨氮，硝态氮等才能被植物等充分吸收利用，首先是各类有机物经过微生物分解转化为氨，再经过硝化细菌和亚硝化细菌的分解转化变为植物可直接吸收的硝酸氮25。硝酸氮能够被水生植物与藻类吸收和利用，但当它的浓度到达一定程度之后对水生动物却有着致命的危害，因此氨氮的含量和比例一定程度上确定了水体污染的程度26。研究表明水体中氨氮浓度过高，会影响水生生物的健康，而过高的氨氮浓度会引起水中浮游植物，藻类等暴增、富集，引起水体变质，出现异味。并且会大量消耗水体中的溶解氧，造成水生生物大量死亡，进入恶性循环，演变成水体富营养化。本研究于2014年6月-10月，2015年5月、7月对大河口水库表层沉积物氮进行采样分析，检测数据如表3-6，表3-7所示。表3-6 2014年大河口水库TN含量表(mg/100g)时间A-AB-BC-CD-DE-E6月58.2239.45377.17106.55360.987月113.0647.3290.31401.12319.38月124.9455.5260.48420.82249.139月163.4670.76462.34261.11498.2310月183.46218.1254.35181.02406.61均值128.62886.234208.93274.124366.85表3-7 2015年大河口水库TN含量表（mg/100g）时间A-AB-BC-CD-DE-E5月169.381.3487.46115.2230.37月182.45104.33363.75538.6530.91均值175.8892.84225.60326.9380.60图3-1 2014-2015年度大河口水库各断面TN含量大河口水库表层沉积物中的TN含量在空间分布上面体现出了南部区域浓度高于北部区域浓度，水库中间区域浓度高于东西部区域浓度的总体趋势。并且随着时间的增加，TN含量也在明显的增加。其中，水库进水口A-A、B-B处浓度相比较低，滦河进水口处比吐力根河进水口处浓度大。几条支流汇集与C-C处的浓度明显有所增加。而水库出水口处的浓度却居高不下，是整个水库中浓度最高所在，TN最高含量为538.60mg/100g，平均含量高达222.77mg/100g。如上D-D，TN含量直逼水库出水口。大河口水库TN含量在39.45-538.60mg/100g之间变化，平均值为222.77mg/100g。表层沉积物中的TN在时间分布上面呈现总体增加的趋势，随着时间的增加，TN含量也在不断的增加。其中，八月较七月浓度有所降低，但是九月却与之前的含量增加不少。出库口处E-E的含量居高，变化大。水库中央C-C、D-D受水库自身调节能力的影响，TN浓度变化幅度较大。但是入水口处A-A、B-B处，TN含量却呈现较平稳的增长趋势。整体呈现B-B断面A-A断面C-C断面D-D断面E-E断面的趋势。3.4表层沉积物中的总磷分布特征进入水体的磷通常以磷酸盐的形式存在。磷与氨氮元素同为自养型水生动植物的主要元素，并且其相互制约着动植物的增殖，光有氮元素，不会造成水体富营养化，同样，光有足够的磷元素，也不会造成水体的富营养化。本研究于2014年6月-10月，2015年5月、7月对大河口水库表层沉积物磷进行采样分析，检测数据如表3-8，表3-9所示。表3-8 2014年大河口水库TP含量表(mg/100g)时间A-AB-BC-CD-DE-E6月27.8116.38167.0747.63150.767月3315.7524.15126.1105.088月31.6621.9622.35148.0576.279月37.3623.13120.179.54185.1910月3862.8916.6151.94112.28均值33.56628.02270.05690.652125.916表3-9 2015年大河口水库TP含量表（mg/100g）时间A-AB-BC-CD-DE-E5月59.388.34118.27190.05259.497月41.9035.5693.48179.51209.08均值317.45159.48188.09500.01566.99 大河口水库2014-2015年度TP含量数据总，选取月均值制作图3-2折线图。图3-2 2014-2015年度大河口水库TP含量大河口水库表层沉积物中TP值，与其同期TN数据相比，二者比较类似，都是南部区域浓度高于北部区域浓度，水库中间区域浓度高于东西部区域浓度的总体趋势。并且随着时间的增加，TP含量也在明显的增加。并且其他数据方面都非常类似。水库进水口A-A、B-B处浓度相比较低，滦河进水口处比吐力根河进水口处浓度大。几条支流汇集与C-C处的浓度明显有所增加。其含量在27.81-924.90mg/100g之间变化，平均值为148.71mg/100g。表层沉积物中的IP在时间分布上呈现出减少的趋势，但是起伏比较大，需要更多数据来进行更具体的测评。其中吐力根河进水口处B-B显示，吐力根河对水库TP总量的贡献最平稳，最小。其次是A-A处的滦河进水口，也相对比较平稳。由图表不难看出，E-E出库口的TP含量最高，起伏比较大， 表明该TP含量最靠近水库最大恢复临界值，以及D-D也同样表明水库的自我恢复已经可以影响到TP含量了。而支流汇合C-C处的起伏最为强烈，随着时间的变化，忽然最高。并且在2015年5月出现极大的增长现象。整体趋势与TN类似，都是B-B断面A-A断面C-C断面D-D断面E-E断面。3.5氮、磷比值分析在地表水、淡水系统中，磷酸盐通常是作为植物生长的限制因素出现的。这种导致富营养化以及水体腐败变质27的物质，是水系统中含量有限的营养物质，比如，在健康的淡水系统中，磷的含量是有限的，因而增加磷酸盐会导致水生植物的过度生长、繁殖，而在水系统中磷酸盐是不可或缺的28，而氨氮含量却是有限的，因而含氮污染物加入就会立马消除这一限制因素29，从而出现水生植物的过度生长，造成富营养化30及其水体变质。沉积物中N、P含量及比值通常为水中N、P的聚积、沉积及沉积物溶出、释放两种动态过程的综合反映31N/P的值，从某种程度上反映了湖泊的富营养状态32。计算大河口水库沉积物中TN与TP的比值，结果见图3-3。图3-3 大河口水库各断面表层沉积物中氮磷比值图3-3可知，大河口水库表层沉积物TN/TP比值在1.242.06之间变化，平均值为1.53，它的水平分布表现为水库北部N/P值最高，为2.06。A、B、D、E四断面比值相近，在1.39左右波动相差较小。4大河口水库底泥中氮、磷释放影响因素分析4.1水库温度对底泥氮、磷释放的影响本研究就水库温度对底泥氮、磷释放影响在室内做了模拟实验。4.1.1水库温度对底泥氮释放的影响温度对底泥氮释放影响模拟小实验从2015年8月28日到9月17日完成。总时长21天。本实验保持其他环境变量不变，仅对温度进行变更。设置温度为5、15、25三种情况进行实验。每隔48小时于模拟器中抽取5ml水样，测定上覆水中TN的浓度，取得实验数据整理如下表4-1。表4-1 不同温度环境条件下底泥TN释放浓度变化表（mg/L）天数时间5152508月30日1224.5 1035.6 1398.7 29月1日1780.5 1780.7 2171.0 49月3日2442.4 2558.7 2760.8 69月5日1561.8 1981.4 2381.2 89月7日1233.0 1723.9 2165.7 109月9日1242.6 1535.3 1696.9 129月11日1026.4 1094.5 1457.1 14