于桥水库叶绿素a的浓度特征及其影响因子分析.pdf

1 8 水科学与工程技术2 0 1 0 年第5 期 于桥水库叶绿素a 的浓度特征及其影响因子分析 周平1 陈东升2 赵卫国2 1 天津市水务局北三河管理处 天津3 0 1 8 0 0 2 天津市引滦工程于桥水库管理处 天津3 0 1 9 0 0 摘要 分析了2 0 9 年于桥水库叶绿素a 的浓度特征 并运用相芙系数法 探讨了0 t 绿素浓度与当日及前期水质和气象因子的关系 在目前营养盐条件卜 于桥水库主要受磷限制 高含量的氮也可能对蓝藻水华有抑制作用 控制磷是目前于桥水库蓝藻水华的核心 关键 而氮含量控制需要慎重 关键词 于桥水库 叶绿素a 浓度特征 环境因子 中图分类号 T V 2 11文献标识码 A文章编号 1 6 7 2 9 9 0 0 2 0 1 0 0 5 0 0 1 8 0 3 1 基本情况 于桥水库是天津市唯一的水源地 也是引滦人津工程的 大型调蓄水库 于桥水库水质状况直接影响天津市1 0 0 0 万人 的供水安全 近年来 于桥水库水环境条件不容乐观 水库富 营养化由通水初期的 贫 中 水平 变为目前的 中一富 水平 加之最近几年在全球气候变化的背景下 于桥水库流域气温 升高 降水减少 午枯频率变化 气候极端事件发生的风险性 大大增加 基于叶绿素特征及影响因素分析 可以为了解及预 测于桥水库蓝藻在富营养化及全球气候变化背景下的发展趋 势提供依据 为管理部门进行水资源规划及保障供水资源安 伞提供科技支撑 目前 很多学者对叶绿素a 及其与环境冈子研究作了大量 工作 但几乎没有将气象条件纳入考虑 更没有考虑前期 水质及气象条件对叶绿素的影响 只分析了以T P T N 为代表的 少量的水环境因子 因子个数一般不超过1 0 个 研究结果可能 不能较全面地反映叶绿素a 的变化原冈 而且仅利用当日环境 因子进行分析 难以区分环境因子与叶绿素的因果关系 就研 究结果表明 普遍认为叶绿素a 与营养盐的关系较为复杂 氮或 磷与叶绿索有正负相关或无相关的结论都存在 考虑到于 桥水库叶绿索的影响因子目前还未做系统分析 本研究分析 了于桥水库项水质参数与气象因子对叶绿素a 的影响 为于桥 水库进行监藻水华防治提供依据 2 采样及数据 2 0 0 9 年度 在于桥水库设置库心 库北 库两 库南4 个采 样点 监测频率为每半个月一次 其中库心采样时间自1 月开 始到1 2 月底 其他3 个采样点自4 月中旬到I O 月中旬 水质指标由国家计量认证单位 天津市水环境中心于桥 水库分中心进行分析 指标有1 9 项 包括总磷 总氮 磷酸盐 氨氮 硝酸盐氮 亚硝酸盐氮 叶绿素a 水温 p H 值 总固体 悬浮物 溶解性固体 透明度 氯化物 总硬度 电导率 溶解 氧 高锰酸盐指数 生化需氧量 分析方法参照地面水分析国 家标准 为分析气象因子对于桥水库叶绿素的影响情况 本研究 向国家气象局信息中心收集了天津2 0 0 8 2 0 0 9 年逐日气象资 料 包括平均气压 乍 最高气压 日最低气压 平均气温 日最 高气温 日最低气温 2 0 2 0 h 降水量 平均风速 最大风速 最 大风速的风向 极大风速 极大风速的风向 日照时数 共1 3 项 指标 3 结果与分析 3 1于桥水库叶绿素a 的浓度特征 2 0 0 9 年于桥水库4 个采样点的逐半月的叶绿素a 调查结果 见图1 分析表明 誊 蕃 鬈 凳 日期 围l于桥水库2 伽1 9 年时绿素浓度监测结果 1 誊季 夏初及冬季 1 2 H 至次年7 月初 叶绿素维持在 较低水平 各监测点差异不大 表层叶绿索a 浓度的变化幅度 为0 0 0 2 0 0 6 m g L 平均为0 0 0 4 5 m g L 2 夏秋季节 7 月初至1 1 月底 叶绿素浓度有如下特征 各监测点叶绿素浓度差异较大 如库东9 月中上旬叶绿素浓 度达到0 0 2 8 0 0 3 3 m g L 约为另外3 个监测点 库心 库北 库 西 两倍 库东出现蓝藻水华 水库叶绿素浓度与气温变化 基本同步 水库自7 H 卜旬开始 随着气温增加叶绿素浓度逐 步升高 9 月中上旬达到最大值 而后随着气温降低 叶绿素浓 度逐步降低 3 叶绿素增加具有突发性特征 以库东为例 8 月中旬 8 月1 5 日 叶绿素浓度仅为0 0 1 1 5 m g h 9 H 初 9 月1 日 叶绿素 浓度急增为0 0 2 8 5 m g L 短短1 5 d 叶绿素增加了1 倍多 说明 叶绿素加密观测对跟踪蓝藻水华具有重要意义 收稿日期 2 0 1 0 0 8 2 3 作者简介 周平 1 9 8 3 一 女 汉族 天津人 助理工程师 主要从事水质监测工作 T e l 1 3 5 1 2 0 6 4 6 1 4 万方数据 2 0 1 0 年第5 期 周 平 陈东升 赵卫国 于桥水库叶绿素a 的浓度特征及其影响因子分析 1 9 3 2 叶绿素a 的影响因子分析 为了筛选于桥水库叶绿素a 的影响因子及表征各凶子 的影响强度 本研究计算了各因了 与叶绿素浓度的相关系 数 R 一般而言 相关系数的绝对值 I R I 越大 则该项指 标影响越强 为此 设定了I R l 的3 个范围 I R I 0 5 0 I R l 0 6 5 I R I 0 8 0 本研究选取了水质及气象因子两大类指标 分别从内 因和外因上说明叶绿素a 的变化原因 同时 为了分析前期 水质及气象条件对叶绿素的影响 选择了前1 5 3 0 6 0 d 的相 关指标 针对仅用当日指标分析叶绿素浓度变化存在因果难辨的 问题 尝试组合分析当日及前期指标 即假设叶绿素与某因子 当口指标的相关系数偏小 而与前期指标的相关系数偏大 则 反映该指标是 因 叶绿素浓度变化是 果 反之亦然 如果 叶绿素与某因子的当日指标和前期指标的相关系数差不多 则表明该项冈子与叶绿素变化即是 因 也是 果 3 2 1 水质对叶绿素a 的影响 水质指标对叶绿素的影响强度有如下趋势 1 前3 0 d 指标水质影响强度大于前1 5 d 指标 如I R I 0 5 0 I R I 0 6 5 I R l 0 8 0 的水质指标中 前3 0 d 水质指标个数分别为 1 0 6 2 个 前1 5 d 水质指标个数分别为9 4 0 个 这说明 为了 准确分析水质对叶绿素浓度的影响 必须联系前期水质情况 且时间尺度不能小于1 个月 2 于桥水库2 0 0 9 年影响的叶绿素主要营养盐是氮 磷的 影响相对较小 其中氮又以硝酸盐氮为主 相关系数I R I 0 8 0 的指标均与氮有关 如当日总氮 当日硝酸盐氮 前3 0 d 当日硝 酸盐氮 而I R I 0 8 表明悬浮物 透明度对叶绿素的影响较 大 其他指标如水温 前1 5 d 前3 0 d 水温 高锰酸盐指数 当 日 前1 5 d 前3 0 d 高锰酸盐指数 总硬度 溶解氧 当日 前 1 5 d 前3 0 d 高锰酸盐指数 的相关系数J R I 在0 5 0 8 之间 对叶 绿素浓度有一定影响 3 2 2 气象条件对叶绿素a 的影响 1 与水质指标相比 气象因子对叶绿索的影响强度相对 偏小 如就单因子而言 气象因子与叶绿素浓度的相关系数I R l 没有超过0 8 而水质因子中 共有5 项因子超过O 8 2 气象条件对叶绿素的影响强度有如下趋势 前6 0 d 气 象条件大于前3 0 d 气象条件大于前1 5 d 气象条件大于当日气 象条件 如I R I 0 5 0 I R I 0 6 5 的各项指标巾 前6 0 d 气象条件个 数分别为1 1 4 个 前3 0 d 气象条件个数分别为5 2 个 前1 5 d 气 象条件个数分别为2 0 个 当日气象条件个数分别为0 0 个 可 见 叶绿素变化与长期的气象条件有关 与短期气象条件关系 较小 水样采集当天气象条件影响可以忽略 3 叶绿素与气压 日照时数关系较小 它们的相关系数 I R I 均没有超过O 5 4 采样时间前1 一2 月的气温 平均气温 日最高气温 日 最低气温 对叶绿素有一定影响 如前3 0 d 气温与叶绿素的相 关系数I R I 为0 5 0 6 5 而前6 0 d 气温的相关系数I R I O 6 5 5 降水对叶绿素的影响较小 虽然前6 0 d 的降水与叶绿 素的相关系数I R I 0 5 但其他时间尺度 前1 5 3 0 d 均小于0 5 总体来看 降水对于桥叶绿素影响较小 这与于桥水库的实际 条件是符合的 因为于桥水库流域降水不多 自产径流小 主 要依靠外调水 降水对其水环境条件影响不大 6 风速影响较明显 风向影响较小 除当日风速以外 于 桥水库前期风速 前1 5 3 0 6 0 d 的平均风速 最大风速 与叶绿 素的相关系数I R I 0 5 风向 最大风速的风向 极大风速的风 向 的相关系数I R I 0 5 可见 风速对叶绿索的影响强度大于 风向 4 蓝藻水华的防治措施探讨 4 1 控磷是于桥水库蓝藻水华防治的核心内容 2 0 0 9 资料分析发现 于桥水库氮越高 磷越低 则叶绿 素浓度越低 这说明 在目前营养盐条件 于桥水库主要受 磷限制 高含量的氮可能对蓝藻水华有抑制作用 因此 控 制磷是目前于桥水库蓝藻水华的核心关键 而氮含量控制 需要慎重 针对于桥水库情况 控磷从以下几个方面进行考虑 1 控制外源性磷 于桥水库营养盐大部分来自于外调 水 流域跨越2 个省市的5 个县 水库涉及环保 工商 卫生 旅 游 水利等多个方面 单靠一个地区 一个部门或者两个部门 是解决不了问题 因此 必须从流域的角度加强管理 成立具 有实权的流域保护及管理部门 制定专门的于桥水库流域管 理条例 呼吁国家尽快出台饮用水水源地保护法 2 利用生物操控和水生植物恢复等生态手段削减内 源磷 生物控制是绿色技术 是目前最为推崇的方法 但该 方法既能控磷也能控氮 也可能促使底泥中的氮磷营养盐 释放 并加快空气中的氮沉降 因此 利用生物控磷 建立一 个动态生态平衡系统难度较大 需要多学科多部门的系统 研究 万方数据 2 0 水科学与工程技术 2 0 1 0 年第5 期 利用风险评估方法进行水库洪水标准风险分析 赵继军 刘宏伟 王洪钢 吉林省水文水资源局吉林分局 吉林1 3 2 0 1 3 摘要 将标准风险评估方法应用到水库洪水标准的风险分析中 并以二龙山水库为例 说明水库洪水标准的风险分析方法具有一 定的推广价值 关键词 风险评估方法 水库洪水超标准 风险分析 中图分类号 T V 6 9 7文献标识码 A文章编号 1 6 7 2 9 9 0 0 2 0 1 0 0 5 0 0 2 0 0 2 1 提出问题 水库洪水标准是指水库抗御洪水能力的大小 目前水库 所选定的设计洪水和校核洪水相应的重现期T 即为水库的洪 水标准 洪水标准是一个非常重要的指标 是水库水工建筑的 防洪安全标准 水库在最初设计时 对洪水标准进行风险分析 可使设计 者对该标准的风险颁布有比较可靠的了懈 对于已运行多年 的水库 对其洪水标准进行风险分析更为重要 水库设计采 用的是流域建库前的水文资料 建库后 流域的径流情势和水 文地质条件均发生了较大改变 随着时间的推移 雨洪资料 系列延长 雨型 大洪水 特大洪水的过程线形状也会有较大 的变化 上述两个原因会使水库洪水标准的风险分布发生改变 而尽可能准确地了解这一分布对大坝的安全监测和水库控制 运用都是非常重要的 2 论证采用的方法 风险分析已积累了很多方法 其中 标准风险评估方法比 较特殊 D 对于某一随机系列 标准风险评估方法首先推求其 总体分布 然后以分布函数为基础 计算某一事件超过某一标 准的概率 这样风险的计算结果针对性较强 使用标准风险 评估方法时 只要确定其总体分布即可 而无论它是何种分 布 不必像 改进的一次二阶矩法 和 均值一次二阶矩法 那 样要求所有的基本变量均呈正态分布或转化成正态分布 标准风险评估方法可以对某一区域内的频率分布进行内插 然后分别计算此范围内各级别的风险率 从而使风险分析结 果实用性强 而且还可以进行计算结果的自行校核 标准风险评估方法的上述特点特别适合水库洪水标准的 风险分析 因此 本文采用标准风险评估方法进行水库洪水标 准的风险分析 3 风险的定义及计算方法 3 1 风险的定义 水库洪水标准的风险定义为 占可能最大洪水一定比例 的各种洪水事件超过其相应标准的概率 3 2 风险的计算方法 所谓标准风险评估方法 具体到洪水标准的风险分析中 就是用1 0 0 a 到P M F 之间洪水的频率分布进行 分别计算各项 收稿日期 2 0 1 0 0 7 0 2 作者简介 赵继军 1 9 7 7 一 男 汉族 吉林舒兰人 工程师 主要从事水文测验r 作 T e l 1 5 0 4 4 6 6 6 8 8 1 o p o 二 o o o o o o o o o C o o o o o o o o o o o o o o f S O 4 2 探明气候变化背景下于桥水库蓝藻水华爆发风险 气象条件是蓝藻水华爆发的主要外因 而全球气候变化 已是不争的事实 弄清气候变化背景下 气温升高 降雨减少 极端气候事件频发 水文丰枯变化等对于桥水库蓝藻水华爆 发的影响 制定相应的应急预案及采取防治措施 是保障天津 市供水安全的重要方面 参考文献 1 吕唤春 王飞儿 陈英旭 等 千岛湖水体叶绿素a 与相关环境因子 的多元分析 J 应用生态学报 2 0 0 3 1 4 8 1 3 4 7 1 3 5 0 2jB o c kM T M i l l e rB S B o w m a nA W A s s e s s m e n to fe u t r o p h i c a t i o n i n t h ef i r t ho fc l y d e A n a l y s i so fc o a s t a lw a t e rd a t af r o m1 9 8 2t o1 9 9 6 J M a rP o l lB u l l 1 9 9 9 3 8 2 2 2 2 3 1 3 R o m oS V a nD o n kE G y l s t r aR e t 以 Am u l t i v a r i a t ea n a l y s i so fp h y t o p l a n k t o na n df o o dw e bc h a n g e si nas h a l l O Wb i o m a n i p u l a t e dl a k e J F r e s h w a t e rB i o l o g y 1 9 9 6 3 6 6 8 3 6 9 6 4 W a n gX L L uY L H eG Z e t4 M u l t i v a r i a t ea n a l y s i so fi n t e r a c t i o n s b e t w e e np h y t o p l a n k t o nb i o m a s sa n de n v i r o n m e n t a lv a r i a b l e si n T a i h uL a k e C h i n a E n v i r o nM o n i tA s s e s s 2 0 0 7 1 3 3 1 3 2 4 3 2 5 3 5 黄伟建 陈菊芳 徐宁 等 鄱阳湖水环境要素与叶绿素a 的灰关联 模型 G M 1 n JJ 水生生物学报 2 0 0 1 2 5 4 4 1 6 4 1 9 f 6 葛大兵 吴小玲 朱伟林 岳阳南湖叶绿素a 及其水质关系分析 J 中国环境监测 2 0 0 5 2 1 4 6 9 7 1 7 胡韧 林秋奇 段舜山 等 热带亚热带水库浮游植物叶绿素a 与磷 分布的特征 J 生态科学 2 0 0 2 2 1 4 3 1 0 3 1 5 f 8 1 阮晓红 石晓丹 赵振华 等 苏州平原河网区浅水湖泊叶绿素a 与 环境因子的相关关系 J 湖泊科学 2 0 0 8 2 0 5 5 5 6 5 6 2 万方数据 于桥水库叶绿素a的浓度特征及其影响因子分析于桥水库叶绿素a的浓度特征及其影响因子分析 作者 周平 陈东升 赵卫国 ZHOU Ping CHEN Dong sheng ZHOU Wei guo 作者单位 周平 ZHOU Ping 天津市水务局北三河管理处 天津 301800 陈东升 赵卫国 CHEN Dong sheng ZHOU Wei guo 天津市引滦工程于桥水库管理处 天津 301900 刊名 水科学与工程技术 英文刊名 WATER SCIENCE