湖湖连通工程对查干湖水质的影响

湖湖连通工程对查干湖水质的影响

1水生态系统及其制约查干湖自然保护区的水生景观由松运河、新庙湖、查干湖和辛店湖组成。另外,查干湖作为松嫩平原第四系潜水的地质“天窗”,水量水质还与各水系地下水环境有关。因此查干湖水质及水生态系统受到来自诸多方面的动态影响,地表各水域水体不同的水化学环境、生态环境,对查干湖的水循环及生物循环、沉积循环具有不同的驱动和制约作用。分析和研究相关水系对查干湖水质的影响,尤其是找出在河湖联通条件下驱动和制约查干湖水域水质及水生态系统变化的特征和客观规律,将为保护和修复查干湖水生态系统提供科学依据。2前消能型低影响内容测定,本项目成为消能指标。据初,明查干湖水面面积约350km2,其地表联通水系包括作为主要补给水通道的引松渠道、前置湖新庙泡、湖内湖辛甸泡。1)引松渠道是一条人工河,渠道全长53.85km,比降1:13800,底宽50m,边坡比1:3,水深2.5m始建于1976年9月,于1984年8月23日建成通水,最初作为查干湖的补给水道,后作为前郭灌区的排水干渠,年退水量1.3亿m3,同时汇集了沿程约10km范围内的第四系孔隙潜水,汇水量约1.7亿m3。各标志点具体桩号见表1:年内监测表明:引松渠道在灌溉期汇集地表、地下水体经新庙泡流入查干湖,而在非灌溉期的12月初至次年的5月初,引松渠道地下水位高于第二松花江一侧,表明引松渠道及新庙泡的水体通过渗流进入第二松花江,见图1。2)新庙泡是查干湖的前置湖,水面面积约35km2,库容为5000m3,水位高出查干湖0.5m,两湖间由川头闸节制,故对查干湖的影响是单向的。近年来由于芦苇湿地面积萎缩,曾适当提高了川头闸堰顶高程,新增加湿地面积300hm2。3)辛店泡水面面积约60km2,是查干湖的内湖,水面与查干湖相连,连接部分宽约800m,平均水深不足1m,挺水植物群落较茂密,属于查干湖自然保护区的核心区之一,与查干湖水体间存在相互影响。3苏氏原螯虾主要查干湖t根据2009—2012年对新庙泡及引松渠道、辛甸泡、查干湖水体水质的逐月监测结果,绘制各主要参数沿新庙泡及引松渠道、辛甸泡、查干湖变化的趋势曲线。监测点位分别为引松渠道上游17km的前乾桥、新庙泡入口的高家桥、新庙泡出口的川头闸、查干湖中心、辛甸泡中心,监测密度为每月1次。分析各水域主要参数沿程变化特点,可分为如下4个基本类型:1)单增型其特点是:参数曲线沿新庙泡及引松渠道、查干湖、辛甸泡基本呈单调增长。具有这种特征的曲线包括pH值、重碳酸盐、碳酸盐、电导率、CODcr、CODMn、BOD5、盐酸盐、硫化物、硫酸盐、镁、铝,叶绿素a也基本具有这个特点。另外,由于pH值呈现出沿程增长趋势,也导致非离子氨浓度呈单调增长。详见图2。水质参数曲线具有单增的变化趋势,表明查干湖在同时受引松渠道及新庙泡、辛甸泡水质的双重影响时,辛甸泡的影响相对较大,在查干湖具有这种曲线特征的11个参数中,与辛甸泡呈现出相关或显著相关的占2/3。进一步对查干湖具有上述特征的各月参数与引松渠道及新庙泡、辛甸泡连续两年(2009-2010)的各月水质参数系列进行相关分析,见表2:结合上述变化曲线,对查干湖与引松渠道及新庙泡、辛甸泡各水质参数的相关系数进行分析,可基本得出如下结论:1)pH值与辛甸泡的相关系数最高,因此可认为辛甸泡对提高查干湖年内的pH值影响程度相对较大,引松渠道(前郭灌区)的影响较低;2)碳酸盐、电导率、硫化物、硫酸盐、镁等只表现出与辛甸泡呈相关关系,而与引松渠道及新庙泡未表现出相关,因此可以认为:查干湖水体中的镁、碳酸盐、电导率、硫化物、硫酸盐受辛甸泡的影响程度较大,受引松渠道(前郭灌区)影响不明显。3)CODcr、CODMn、BOD5与新庙泡出口端川头闸的相关系数相对较高,与叶绿素a浓度的相关程度也较高,表明受新庙泡的影响较明显,这与新庙泡周边旅游开发造成的污染、水生植物(包括沉水植物菹草、香蒲及芦苇、浮游植物等)凋落物腐烂有关。而引松渠道出口、新庙泡进口的高家桥各参数并未表现出相关,表明前郭灌区退水对查干湖CODcr、CODMn、BOD5的影响并不明显,而内源性无机物污染是主要影响因素。4)盐酸盐与新庙泡、辛甸泡均未表现出相关关系,表明查干湖中的盐酸盐(氯化物)还具有某种自我变化的机制,这种机制产生的影响远大于新庙泡和辛甸泡。调查发现查干湖底的表层沉积物中,有数量较大、存在形式不详的氯元素,显然还存在某种转换、释放盐酸盐的机制,包括一定条件下的与铝元素的凝絮与反凝絮作用等。5)铝是入湖水流携带铝元素长期积累的结果,在相对封闭水域(辛甸泡)积累数量相对较多。铝容易受絮凝作用影响,尤其是存在硫酸盐、盐酸盐环境下,可发生凝絮现象。已查明查干湖底存在较多的铝悬浮物、氧化铝表层沉积物。在一定条件下,铝还会与水体中的可溶性硅结合,形成溶解性水合硅铝酸盐铝(HAS),而偏碱性环境对硅酸与单核铝间的反应具有促进作用。因此水体中铝的大量存在,会攫取组成硅藻的细胞壁的硅元素,影响硅藻生成条件,并使硅藻门生物量降低。分析2010年监测结果也可以看出:随着自新庙泡至辛甸泡pH值的增加,硅藻的数量生物量表现出降低趋势,辛甸泡为最低(图3)。6)叶绿素a同时与新庙泡末端、辛甸泡表现出相关关系,表明查干湖的叶绿素a同时受到新庙泡(川头闸)、辛甸泡影响,而引松渠道(前郭灌区退水)影响不显著。7)氨氮中的离子氨态氮(NH4+—N)能够被藻类直接吸收利用,但非离子氨态氮(NH3-N)不能够被藻类直接吸收利用,但能透过细胞膜,具有脂溶性,对水生生物有毒性。水体中非离子氨浓度取决于水体的温度、pH值、氨氮浓度。当这些水化学条件改变时,会导致非离子氨浓度增加,尽管藻类对非离子氨的毒性有很大的耐力,但由于水体中的氮素不能被藻类利用,藻类生长受到胁迫,导致生物量减低。单增型曲线也表明:影响查干湖水质的主要污染物,并不是来自汇集了前郭灌区退水的引松渠道。2)以新庙泡为底点的近似V字型曲线特点是参数沿引松渠道-新庙泡呈减少趋势,至新庙泡达到最低点(图4),表明沿程削减作用和新庙泡的前置削减作用较明显;进入查干湖后开始增加,辛甸泡的浓度高于查干湖,体现出辛甸泡对查干湖若干个水质参数存在较明显的影响。总氮、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、铁、重碳酸盐基本具有这个特征。对查干湖与引松渠道及新庙泡、辛甸泡连续两年(2009-2010)的各月水质总氮、氨氮、硝酸盐氮、总铁的相关分析如表3:辛甸泡的总氮、硝酸盐氮、总铁、重碳酸盐与查干湖表现出相关关系。尤其总铁表显出显著相关。其中:总氮和氨氮表现出在引松渠道和新庙泡沿程受到了削减,根据“国家水体污染控制与治理科技重大专项课题”子课题“松花江农田面源污染水质水量调控与工程示范”研究结果,在引松渠道前乾桥-高家桥段的17.2公里流程中,TN削减率达到35%。硝酸盐氮表现出的与辛甸泡相关关系,同辛甸泡水生植物相对茂密、凋落物提供了大量的碳源有关,促进了亚硝酸盐氮向硝酸盐氮的转化,硝酸盐氮/亚硝酸盐氮的比例增加,且与BOD5的相关系数达到0.7397,也为这一推断提供了佐证;而氨氮除了与辛甸泡相关外,在川头闸表现出较显著的相关,这与附近旅游饭店较多、生活污水排放量较大有关。亚硝酸盐氮的浓度除在灌溉-洗碱期有所增高外,主要受引松渠道汇集的灌区地下水影响,较硝化作用更明显。据监测,前乾桥-高家桥间地下潜水的亚硝酸盐氮浓度高达0.501mg/l,是引松渠道年均值的15倍、新庙泡的29倍、辛甸泡的41倍。地下潜水汇入引松渠道并进入新庙泡后,由于渠道两岸及新庙泡有较茂密的挺水植物群落,植物的枯萎物、凋落物提供了相对丰富的碳源,尤其在秋、冬季更为丰富,促进了亚硝酸盐氮进一步向硝酸盐氮的转化,沿程浓度受到削减。因此,抚育和维护引松渠道两岸及新庙泡的水生植物群落,对削减亚硝酸盐氮浓度至关重要。辛甸泡的水生植物群落更为发育,碳源更为丰富,同时受地下潜水中亚硝酸盐氮影响较小,使得亚硝酸盐氮浓度较引松渠道低。引松渠道沿程对铁的削减作用也十分明显,对遏制土壤含铁量较高的前郭灌区及周边汇流区铁的进入查干湖具有重要作用,从前乾桥到高家桥削减率高达91.6%,因此减少对引松渠道及新庙泡底泥的扰动,对遏制土壤含铁量较高的前郭灌区及周边汇流区铁的输入、维持查干湖总铁浓度水平甚为重要。重碳酸盐浓度体现出沿引松渠道减少趋势,这与下游pH值逐渐升高并使部分重碳酸盐转化为碳酸盐有关。辛甸泡重碳酸盐的浓度高于查干湖,而新庙泡出口端的川头闸重碳酸盐浓度低于查干湖,因此辛甸泡水体对维持查干湖的重碳酸盐浓度和pH值起着重要作用,但也有助于削减查干湖钙的浓度。以新庙泡为底点的近似V字型曲线也表明:汇集了前郭灌区退水的引松渠道并不是影响查干湖水质的污染物主要来源。3)以查干湖为峰值型曲线特点是参数沿引松渠道及新庙泡变化不大,但进入查干湖后出现最高点,而辛甸泡又低于查干湖(图5),体现出查干湖对这些参数具有主导变化作用。总磷及磷酸盐、氟化物、铝、溶解氧、粪大肠菌基本具有这种特点,但各自的驱动机制、影响方式有所不同。对查干湖与引松渠道及新庙泡、辛甸泡连续两年(2009-2010)的各月水质总磷、磷酸盐、氟化物、溶解氧、粪大肠菌、铝的相关分析如表4:1)新庙泡、辛甸泡的总磷对查干湖未表现出相关,而磷酸盐表现出相关甚至显著相关,表明来自新庙泡、辛甸泡的磷酸盐对查干湖磷酸盐浓度有较明显影响;而总磷受新庙泡、辛甸泡的外源性影响相对较弱,进一步佐证了查干湖及辛甸泡自身存在着导致总磷以及磷酸盐浓度变化的内源性因素,即自引松渠道至新庙泡沿程pH值的逐渐升高,导致磷沉积的可能性和能力增加;而查干湖水化学环境的变化,尤其是非灌溉期pH值的变化,导致总磷的吸附-解吸附、沉淀-溶解条件不断发生改变,并释放出总磷,其中查干湖的磷释放能力大于相对封闭的辛甸泡;查干湖的湖底沉积柱、表层沉积物、水中悬浮物均存在大量的磷素,既为总磷的吸附-解吸附、沉淀-溶解提供了充足的来源和充分条件,也证明了上述推断。2)查干湖的氟化物主要来自于入湖径流的汇集与积累作用,由于水体中的氟化物主要以氟酸盐形式存在,在自然界中很少被动植物吸收和富集,属不完全循环,大部分留在水体中,因此浓度不断增高,使辛甸泡氟化物浓度与查干湖也呈现出相关关系。3)粪大肠菌群来源于水域周边人畜的排泄物,而引松渠道及新庙泡、查干湖、辛甸泡周边旅游业快速发展,人口密度增加,人类活动日益频繁,相互关联,因此导致排泄物及粪大肠菌逐年同步增加。4)溶解氧的增加因素主要是液面溶解氧气和水生植物(沉水植物)、浮游植物的光合产氧作用,减少因素主要是COD、BOD,以及亚硝酸盐、亚硫酸盐等无机耗氧物的作用。因此引松渠道及新庙泡、辛甸泡都会对查干湖溶解氧浓度产生一定影响,其中查干湖水面面积大致为新庙泡的10倍、辛甸泡的5.8倍,因此液面溶氧能力大于新庙泡和辛甸泡;浮游植物的平均质量生物量是新庙泡的2倍,光合产氧能力也较大;未发现有明显的沉水植物群落。辛甸泡的浮游植物的平均质量生物量是查干湖的1.5倍,光合产氧能力较大;但CODcr浓度是查干湖的1.3倍、新庙泡的1.7倍,无机耗氧物浓度较大,特别是硫化物浓度为查干湖的3倍,硫化物可在生物作用下转化为硫酸盐并消耗水中氧气;因此尽管其浮游植物的平均质量生物量较大,但耗氧能力较高,使溶解氧浓度低于查干湖和新庙泡。另外在植物生长期,水系溶解氧浓度均较低,也表明水系汇集的低溶解氧浓度的地下水是查干湖水系补给水的主要来源。4)单减型曲线特点是参数沿引松渠道及新庙泡、查干湖后、辛甸泡基本为单调降低(图6),体现出水质参数受到了某些固有的水化学环境因素的影响,并在辛甸泡受到的影响最大。钙具有这种特点。钙是影响和制约查干湖水生态系统的重要元素之一。对查干湖与引松渠道及新庙泡、辛甸泡连续两年(2009-2010)的各月钙浓度进行相关分析如表5:查干湖的钙浓度与引松渠道及新庙泡、辛甸泡都表现出了相关关系,表明具有基本相同的影响机制。进一步分析各监测点与钙的沉积循环有关参数的相关情况(表6):pH值对钙浓度的影响较为明显,主要是在一定的pH值水平上,钙既可以与正磷酸盐形成不溶物而沉淀,也可以通过磷酸根与粘土矿物颗粒吸附产生沉降。同时当pH值超过9时,不溶性的碳酸钙所占比例会大幅度增加,降低了水体中钙浓度。由于辛甸泡的pH值较高,尤其在5—10月的平均值达到9.15,对降低查干湖钙浓度贡献较大。重碳酸盐在进入新庙泡后(高家桥)的多个监测点表现出与钙的相关和显著相关,而在