2021, Vol. 42
2. 西安建筑科技大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室, 西安 710055;
3. 西安水务集团黑河金盆水库管理公司, 西安 710401
, HUANG Ting-lin1,2
, LI Yang1,2 , LI Nan1,2 , QI Yun-zhi3 , SI Fan1,2 , HUA Feng-yao1,2 , ZHAO Ling-yun1,2
2. Key Laboratory of Northwest Water Resource, Environment and Ecology, Ministry of Education, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an 710055, China;
3. Xi'an Water Group Heihe Jinpen Reservoir Management Company, Xi'an 710401, China
大多数水库由于水坝拦截具有水力停留时间长, 水动力强度低等特点, 这导致高温时期水体的垂向温度差, 形成温度分层的现象[1~3].热分层的形成使水体恒温层的溶解氧传质受阻, 当水体底部耗氧速率超过复氧速率时, 厌氧区域逐渐出现, 加剧了沉积物的内源污染释放[4, 5].近年来强降雨极端天气出现次数递增[6], 汛期暴雨径流对地表的冲刷造成水土的大量流失.水库由于热分层的存在, 水体在垂向上存在一定的密度差, 不同的径流则以不同的等密度潜流方式进入水库[7, 8], 导致大量氮、磷营养盐等污染物质汇入水库, 造成水库水质污染问题.因此, 了解径流的潜流过程及径流前后水质响应对评估水库生态系统功能至关重要.
在分层水库中, 径流来水由于温度、浊度的差异导致每次入流密度的不同, 形成不同的潜入情况[9, 10], Marti等[11]研究多股径流进入Thomson水库时发现入流以有序的方式潜入水库, 其潜入深度取决于入流条件.根据入流条件的不同, 密度流可分为表层流、间层流和底部潜流, 国内外对此已有大量研究, Cortés等[12]通过贝兹纳尔湖流入地中海水库的示踪实验发现贝兹纳尔湖很大一部分以表层流进入地中海水库, Ma等[13]通过对三峡库区典型支流湘西湾的水动力和水温进行数值模拟发现三峡大坝主体的水位波动、干流与支流之间的水温差以及支流的进水流量是影响密度流的主要因素, 吕晓龙等[14]对2015年与2017年金盆水库汛期间层流对比发现入流水体密度与潜流区域均随径流量的增大而增加, Gelda等[15]模拟了纽约市Rondout水库极端降雨后入流的浊度异重流, 为选取有效的取水方式提供了依据.这些大多数都只单一研究径流的潜流形式, 然而, 对不同径流前后的潜流过程与水体水质响应研究甚少.
西安金盆水库是西安市的主要水源地, 2019年汛期8月初与9月中旬持续的径流形成不同的潜流过程, 水库水质均遭到严重破坏.本研究通过对西安金盆水库汛期多断面水质监测, 对比两场暴雨径流的时空演变过程, 探讨汛期径流前后水库库区水质响应, 以期为后续汛期径流研究提供有效数据, 也为水库汛期径流的管理提供科学的理论依据.
1 材料与方法 1.1 研究区域概况西安金盆水库(33°58′~34°03′N; 108°09′~108°13′E)位于陕西省黑河峪口以上约1.5 km处, 距西安市86 km, 属暖温带大陆性季风气候, 多年平均降水量为850.52 mm.水库位于秦岭山中, 从其河流汇入口至库区全长约13 km, 四周地势陡峭, 属于峡谷深水型水库, 上游森林覆盖率56%, 人类活动少, 是西安市主要水源地.水库总库容2亿m3, 有效库容1.77亿m3, 最大水域面积4.68 km2, 最大水深106 m, 平均水深70 m, 正常高水位594 m, 汛限591 m, 死水位高程520 m, 泄洪洞口底高程545 m, 引水塔的取水口分三层, 上、中、下底板高程分别为514.3、554和571 m.
金盆水库热分层一般出现每年4~9月, 其中4~5月处于热分层形成期, 6~9月处于热分层稳定期.库区流域降雨主要集中在5~9月, 其中7~9月为主汛期, 这也导致汛期径流进入稳定分层的库区, 形成不同的潜流情况.
1.2 采样时间与采样点设置根据水库上游实际地形与水位情况沿着中泓线沿程选取10个具有代表性的监测断面.如图 1所示, S1~S9为上游断面区, 其中S9为主库区入口, S10为水库的主库区靠近引水塔位置.2019年7~10月, 对S10断面每周一次原位水质监测, 径流期间对所有断面进行水质监测, 并根据雨情及上游情况增加监测频率, 极个别情况下, 上游断面无法到达, 能够监测的断面根据实际情况而定.在垂向上水体自表层0.5 m至底泥以上0.5 m进行分层取样, 根据水深分为表层(0.5~10 m)、中层(20~40 m)和底层(60 m~底泥以上0.5 m).
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图 1 金盆水库监测断面分布示意 Fig. 1 Map of monitoring section distribution of JPR |
水深、水温、浊度和溶解氧等参数用HACH Hydrolab DS5型多参数水质测定仪(美国哈希公司)进行垂向的原位监测, 深度间隔1~5 m.总氮、总磷、高锰酸盐指数和总有机碳等参数的测定均按照国家标准方法[16]进行测定.
1.3.2 水质评价采用《环境影响评价技术导则地表水环境》(HJ/T2.3-2018)中水质指数法[17]评价库区径流前后水质, 评价标准采用国家《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定的Ⅲ类水水质标准[18], 单因子选取溶解氧、pH、氨氮、总磷和高锰酸盐指数.同时采用水质综合污染指数[19, 20]来说明水库水质的综合情况.
1.3.3 数据的收集与处理降雨及水位等气象数据来自金盆水库水文监测站; 水质参数采用Microsoft Excel 2010软件建立数据库; 采用Origin 2018软件进行绘图.
2 结果与讨论 2.1 汛期入流与降雨量分析如图 2所示, 金盆水库全年降雨分布不均匀, 降雨主要集中于5~9月.1~4月连续为西安市供水, 水位持续降低至555 m左右, 经4月末~5月初的“桃花汛”时期, 累计降雨量111.11 mm, 水位迅速上升至582 m左右.7~9月为金盆水库的主汛期, 累计降雨量707.83 mm, 占全年降雨量的70.03%, 入库总量占全年的74.35%.在7~9月汛期中, 选取8月初(7月28~7日)与9月中旬(9月8~17日)两场持续径流, 其降雨与径流特征如表 1所示.
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图 2 2019年金盆水库水位、日出入库流量和日降雨量变化 Fig. 2 Changes in water level, daily inflow and outflow, and daily rainfall of JPR in 2019 |
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表 1 汛期降雨与径流特征 Table 1 Characteristics of rainfall and runoffs in the flood season |
2.2 汛期入流水体水质分析
汛期入流水体水质如表 2所示, 8月初径流演变中, 上游来水总氮由(1.47±0.02)mg·L-1升至(1.81±0.06)mg·L-1, 总磷由(0.043±0.010)mg·L-1升至(0.078±0.016)mg·L-1, 9月中旬的演变中总氮由(1.18±0.05)mg·L-1升至(1.49±0.17)mg·L-1, 总磷由(0.026±0.004)mg·L-1升至(0.076±0.010)mg·L-1, 总氮与总磷含量均超过国家《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)规定的Ⅲ类水水质标准, 表现出随着径流量的增大, 入流的污染负荷逐渐升高.同时8月初与9月中旬入流浊度与温度的变化, 也为不同的异重流提供了条件.
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表 2 汛期上游入流水体水质 Table 2 Water quality of upstream inflow water in the flood season |
土壤受降雨的冲刷作用, 造成土壤中大量污染物的流失[21~23].彭梦玲等[24]采用室内人工模拟降雨实验发现, 养分流失与坡面产流量具有较强的线性相关性, 与产沙量呈显著的幂函数关系, 郭怀成等[25]通过对滇池宝象河初期3场暴雨观测, 结果发现TSS和总磷负荷贡献率与降雨强度的变化趋势一致, 具有典型的颗粒态负荷冲刷特点, 而总氮和高锰酸盐指数负荷贡献率与降雨量的变化趋势一致, 更多地表现为溶解态负荷冲刷特征.Li等[26]对太湖流域暴雨、高、中、低强度的4次降雨径流的初期冲刷进行研究发现, 氮、磷流失与平均降雨强度和最大降雨强度密切相关, 当降雨强度较大时, 氮、磷流失更为严重.金盆水库上游位于秦岭山脉中, 地势陡峭, 人类活动少, 汛期受降雨冲刷及溅蚀, 8月初与9月中旬径流氮磷等污染物的流失均随降雨强度的增加而显著增大.
2.3 汛期暴雨径流时空演变过程 2.3.1 8月初径流时空演变过程由于汛期径流带来大量的颗粒态物质, 浊度能够直观地反映径流汇入情况[27].如图 3(a)~3(c)所示, 前期降雨历时短, 监测时径流已汇入至S3, 上游S1已无径流汇入, 导致S1和S2全断面浊度小(浊度 < 2NTU).自S3起由于入流的温度低和底部浊度的增加, 入流的密度与S3~S5底部水体密度相同, 形成底部潜流, 在565m处形成明显的清浑水界面.随着水深的增加和底部温度的降低, 在S6的535 m处形成新的清浑水界面, 间层流潜入位置在535~565 m处.由于断面水深的进一步增加和颗粒的沉降, 潜入位置下部清浑水界面不断上移, 到库区S10下部清浑水界面位置上升至545m.库区潜流区的溶解氧稀释至7.90 mg·L-1左右, 但并未影响底部厌氧状态.
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图 3 8月初径流过程中沿程各断面浊度、温度和溶解氧垂向变化 Fig. 3 Vertical variation of turbidity, temperature and dissolved oxygen of each section along the runoff process in early August |
经8月2日64.21 mm的降雨后, 入流浊度显著升高.如图 3(d)~3(f)所示, 由于此次来流量大, 浊度较大, 底部潜流发生在S2~S6, 清浑水界面出现在580 m, 相对初期, 底部潜流开始位置提前, 并且延至S6, 潜流范围也增大.和初期一样随着水深的增加和底部温度的降低, 在S7~S10形成间层流, 库区潜入位置为535~580 m[图 3(e)], 由于此次入流水温[(16.63±0.54)℃]比初期入流水温[(15.45±0.95)℃]大, 导致初期潜入区域下移, 下部清浑水界面相比前期降低至525 m.溶解氧在S1~S9分布基本一致, S10库区由于面积大, 入流溶解氧与初期库区相稀释, 在中部535~580 m处溶解氧稀释至8.80mg·L-1左右.值得注意的是, 在两次沿程中, 585 m左右处溶解氧都出现显著地降低, 这是由于连续的降雨天气, 表层浮游藻类缺乏光照死亡沉降, 微生物分解有机物消耗溶解氧[28].
2.3.2 9月中旬径流时空演变过程水体的异重流是由水体的密度差形成, 密度又与水体水温和浊度密切相关[29].由于9月12日入流的浊度小, 径流的潜入位置主要取决于水温, 是以温差为主导的异重流.由图 4(a)~4(c)可知, S3~S10垂向温度分布基本一致, 在垂向540~575 m处与来流的水温相似.根据各断面的高程和水温情况说明入流经S1和S2的全断面径流后, 进入S3~S5底部形成底部潜流, 再以间层流(540~575 m)的方式流入库区.溶解氧在540~575 m维持在8.5mg·L-1左右, 库区底部依旧处于厌氧状态, 进一步验证了初期以温差为主的异重流.
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图 4 9月中旬径流中水库沿程各断面浊度、温度和溶解氧垂向变化 Fig. 4 Vertical variation of turbidity, temperature and dissolved oxygen of each section along the runoff process in mid-September |
经9月13日与9月14日持续降雨, 9月15日日入库流量达908.93m3·s-1.此次径流流量大, 相对初期浊度明显提高, 异重流位置由浊度与温差共同控制.由图 4(d)可知, 在垂向上浊度不断升高, 在沿程中上游经S2的全断面径流后, 由于颗粒的沉降, 沿程潜入位置逐渐下降, 从S3在585 m处的清浑水界面沿程逐渐降至S10的575 m处的清浑水界面.从图 4(e)和4(f)也可以看出, 温度突变和溶解氧突变的界面沿程逐渐下降, 并且界面以下水体全部更换成来流水, 破坏了库区底部厌氧情况, 处于混合状态.
在径流演变中, 不同的入流情况会发展成沿程不同的潜流过程[11, 30]. Cherry等[31]对中国台湾Feitsui水库暴雨后产生的异重流进行跟踪和模拟发现悬浮固体浓度高、水温低的入流会向水库50~60 m深处移动.Chung等[32]通过模拟多个尺寸组的悬浮颗粒, 并利用特定的悬浮颗粒与浊度的关系进行转化, 研究了不同异重流进入水库的潜入情况.在2019年金盆水库汛期中, 8月初径流随着入流条件的改变, 由初期上游S3~S5潜入位置为565 m发展至S2~S6潜入位置为580 m的底部潜流, 进入库区间层流厚度由初期的20 m(545~565 m)升高至45 m(535~580 m), 下部清浑水界面从545 m降低至525 m. 9月中旬径流入流条件由初期的低流量、低浊度向9月15日高流量、高浊度变化, 初期的温差异重流使来流进入与来流温度相同的水层形成上游S3~S5的底部潜流, S6~S10的间层流, 在高程540~575 m进入库区, 高流量高浊度进入后, 使初期的以温差为主的异重流向以浊度与温差共同控制的异重流转变, 形成除S2全段面径流外S3~S10的沿程底部潜流情况, 潜入位置从S3的585 m沿程降至S10的575 m, 潜入位置以下水体全部发生更换.
2.4 汛期库区水体水质变化 2.4.1 汛期库区浊度、温度、溶解氧的变化对于饮用水源地, 极端降雨事件和随后持续的浊度是比较关心的问题.在8月初径流前库区整体浊度低(< 20 NTU), 从图 5(a)和5(d)可以看出, 经径流后大量污染物汇入库区, 浊度明显上升.径流初期以间层流的形式流入库区, 潜流位置为545~565 m, 随径流的演变, 在8月4日发展成潜流区域更大的间层流, 浊度垂向峰值由初期的124.2NTU增大至347.5NTU.径流结束后, 由于颗粒的不断沉降, 于9月2日整体浊度降低至70NTU以下.在9月中旬, 初期由于上游来水浊度底, 进入库区的浊度与径流前无明显差别.9月15日入流浊度(477.5±320.7)NTU, 库区从初期潜入位置540~575 m的间层流演变成575 m以下的潜流, 垂向浊度峰值达581.0NTU.为了防止径流后底部出现厌氧区域释放污染物导致混合时期水质污染问题, 金盆水库于9月26日~10月23日开启扬水曝气[33]使水体提前混合.虽然扬水曝气对颗粒的沉降有些影响, 但浊度在11月7日仍降低至30NTU以下.
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图 5 两次暴雨径流前、中、后库区浊度、温度和溶解氧垂向变化 Fig. 5 Vertical variation of turbidity, temperature and dissolved oxygen in the reservoir before, during and after two rainstorms |
Lee等[34]在2009年莫拉克台风期间对高平河浊度变化研究发现, 在降雨过程中浊度的增加率与降雨强度呈显著正相关.Park等[35]对高浊水汇入Soyanggang水库研究发现强热分层作用下, 高浊度水停留在水库温跃层内, 但当热分层较弱时, 高浊度水可以与周围水迅速混合.2019年金盆水库8月初与9月中旬径流中也表现出汇入水库的浊度随降雨强度的增加而增大.对于径流后持续的浊度问题, 水库通过泄洪塔的排放已极大程度达到排浊的目的, 但仍有部分颗粒物停留在水库中.由于8月初的间层流并未完全破坏水体的热分层, 弱分层使颗粒的沉降略微受到影响, 浊度从350NTU左右降底至8月12日的150NTU左右, 而9月中旬的潜流使水库热分层遭到严重破坏, 中下部水体混合, 径流后一周底部水体降至250NTU左右(9月23日).
水温与溶解氧是水库中的两个重要的环境因素变量[36].如图 5所示, 2019年8月初暴雨径流以间层流潜入库区, 来流水温、溶解氧由初期的(15.45±0.95)℃、(6.57±1.04)mg·L-1改变为(16.63±0.54)℃、(9.93±0.12)mg·L-1, 库区温度和溶解氧在潜流区明显提升, 底部处于厌氧状态.径流后, 由于径流带来大量氮磷营养物, 表层水体浮游植物大量生长, 死亡沉入580 m左右, 分解消耗大量溶解氧, 在中下层水体中, 微生物分解径流带来的有机物, 溶解氧在垂向上显著下降.2019年9月中旬暴雨径流间层流演变成底部潜流中, 受8月初径流影响, 径流前呈现出双温跃层, 径流初期间层流(540~575 m)后主温跃层从565 m上升至575 m.来流水温(14.65±1.05)℃、溶解氧(9.44±0.60) mg·L-1的潜流后, 潜流界面575 m以下水温一致, 溶解氧提升.径流后, 在人工诱导混合作用下表层水温逐渐降低, 于11月7日提前导致整个水体混合.
夏秋季水温分层时期表层与大气充分接触, 保持较高的溶解氧, 如果表层营养盐充足, 会使水中浮游植物大量生长出现富营养化现象, 而在库底恒温层由于紊动扩散小、传质受阻以及微生物分解耗氧形成底部厌氧环境, 导致溶解氧分层[37, 38].水库分层后径流潜入与来流密度相同的水层, 同时携带大量的溶解氧, 缓解水体缺氧情况[14, 27, 29].Liu等[39]研究表明, 降雨对热分层结构的影响很大程度上取决于降水量的大小, 中、强降雨事件会降低水库的热稳定性, 加深混合层深度, 而暴雨会彻底破坏水库的温跃层.Fink等[40]通过研究东部康斯坦斯湖底部潜流表明, 多次的径流将增加底部潜流的数量与深水区溶解氧更新的强度, 从而导致深水区更高的溶解氧浓度.金盆水库汛期8月初库区间层流发展中, 水库的热稳定性逐渐降低, 而9月中旬直接破坏了水体的热分层结构.库区潜流区在径流后期均展现出更高的溶解氧浓度：8月7日潜流区溶解氧浓度为8.80mg·L-1左右与9月17日潜流区溶解氧浓度为9.50mg·L-1左右, 表明持续的入流使潜流区的溶解氧得到更新, 溶解氧浓度随降雨量的增加而增大.
2.4.2 汛期库区营养盐变化汛期库区营养盐变化如图 6所示, 在汛期各营养盐变化趋势相似, 均在径流时期出现峰值.径流前总氮、总磷、高锰酸盐指数和总有机碳垂向平均浓度分别为2.00、0.014、3.79和3.38 mg·L-1, 其中总氮主要以硝态氮为主.经初期7月30日间层流后(545~565 m), 总氮在中层由于来流硝氮稀释的原因降至1.66mg·L-1, 氨氮、总磷、高锰酸盐指数和总有机碳在中层和底层均有升高.随着径流量的增加, 8月4日中层潜流区域增大, 总氮、总磷、高锰酸盐指数和总有机碳中层的浓度达1.66、0.094、5.51和3.76mg·L-1, 底层由于初期的沉降, 其总氮、总磷、高锰酸盐指数和总有机碳浓度升高至1.84、0.084、6.19和4.06 mg·L-1.径流后各营养盐浓度逐渐降低, 垂向趋于混合, 在9月3日总氮、总磷、高锰酸盐指数和总有机碳垂向平均浓度降低至1.24、0.019、3.81和1.98mg·L-1.由于径流带来营养物为表层浮游藻类繁殖提供有利条件, 9月3日叶绿素a含量达25.83 μg·L-1.
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图 6 汛期库区营养盐变化 Fig. 6 Changes in nutrients in the reservoir during the flood season |
9月中旬径流演变中, 9月12日由于来流浊度小, 总氮、高锰酸盐指数和总有机碳在中层和底层略有提升, 表层由于气温低光照弱引起藻类的死亡沉降导致营养盐的下降.9月16日来水在575 m以下潜流使垂向各营养盐的浓度显著上升, 中层总氮、总磷、高锰酸盐指数和总有机碳浓度升高至1.69、0.127、6.25和4.33mg·L-1, 底层总氮、总磷、高锰酸盐指数和总有机碳浓度增至1.62、0.092、5.87和3.50mg·L-1, 经一周后各指标都有一定的降低.9月26日扬水曝气开启, 在人工强制混合的作用下, 使营养盐垂向上分布基本一致, 同时加强微生物活性导致营养盐开始下降[41].
降水量、土地利用和土壤类型是影响污染负荷的重要因素[22, 24].曾康等[27]对2014年金盆水库的异重流的研究发现, 不同降雨量上、中水层总氮、总磷、总有机碳出现不同的响应, 中下层变化较为显著, 呈双峰式分布.Qiu等[42]在暴雨期间对密云水库上游流域的研究发现, 氮磷的流失与农业用地面积呈显著的正相关, 植被覆盖度高的林地能有效防止养分流失.金盆水库上游森林覆盖率高, 人类活动少, 汛期径流带来的污染物浓度主要受降雨量影响, 8月初与9月中旬库区总氮、总磷、高锰酸盐指数和总有机碳浓度均随降雨量的增加而升高, 中下层浓度显著高于表层水体.温成成等[43]通过扬水曝气对李家河水库诱导自然混合研究发现人工诱导混合后, 与同期自然混合期相比氨氮、总磷、铁和锰都极大地削减.金盆水库9月径流后扬水曝气的开启, 一方面保障了水体高溶解氧的状态, 改善水环境, 另一方面水体的混合加强水体中微生物的代谢活性.
2.4.3 单因子污染指数法评价采用单因子污染指数法计算得出汛期金盆水库各因子的Si值, 结果见表 3.从中可以看出在径流时期潜流位置处, 由于径流的汇入, 氨氮、总磷和高锰酸盐指数的Si值都有一定的增加, 具有较高的污染风险, 均表现出Si值随着径流的持续汇入而增大; 溶解氧受潜流位置的影响, 8月初与9月中旬初期的间层流未影响到底层, 中层由于溶解氧的补充使Si值略有减少, 而9月中旬径流末期的底部潜流使底层Si值迅速减少.除上述情况外, 其余各Si值均小于1, 符合地表水Ⅲ类水水质标准.
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表 3 汛期库区各单因子水质指数Si值 Table 3 The Si value of the water quality index of each single factor in the reservoir during the flood season |
2.4.4 综合水质污染指数评价
利用单因子水质污染指数得出汛期库区垂向上综合水质污染指数如图 7所示.从中可知, 水库汛期表层一直处于轻污染状态, 径流时期略有增大.中层与底层则受径流的影响较大, 8月初径流与9月中旬径流中层综合水质污染指数均随径流的发展逐渐上升, 8月初水质状态由轻污染升至中污染, 9月中旬则直接从轻污染升至重污染.底层水质状态变化主要受溶解氧影响, 8月初底层由于溶解氧的单因子水质污染指数较大, 并且径流带来的颗粒态污染物的沉淀, 导致径流后一周底层综合水质污染指数到达峰值, 而9月中旬末期底层富氧水的汇入导致水质状态从初期的重污染降至中污染.径流后由于泄洪洞的排放, 综合水质污染指数迅速下降, 8月初径流后2周底层降至中污染状态, 表层和中层降至轻污染状态, 而9月中旬径流造成中下层水体混合, 1周后整个水体都处于轻污染状态.
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图 7 汛期库区综合WQI指数的变化 Fig. 7 Changes in comprehensive WQI in the reservoir during the flood season |
汛期阶段性外源汇入使水库水质遭到严重污染, 为表层藻类的生长提供充足的营养盐[44].陈修康等[45]对广东高州水库研究表明, 洪水后水库的理化性质改变, 水库由以蓝藻和绿藻为优势类群的群落转变为洪水后以硅藻和甲藻为优势类群的群落.径流后大量的颗粒态污染物沉入水库底层, 增加内源污染负荷[46, 47]. 2017年金盆水库沉积物的研究表明随着入库流量的增加, 沉降颗粒中无机磷的占比也增加, 表层沉积物中的Ca-P和rest-P也随之增加[48].金盆水库2019年汛期8月初径流间层流的发展和9月中旬间层流向底部潜流的演变中, 中层和底层营养盐浓度显著增大, 并且都随着径流的发展, 汇入的污染物逐渐增多.通过两种水质评价表明了径流潜流位置处的短时高负荷污染, 尤其在8月初径流末期的底层与9月中旬径流的末期的中层水体水质都处于重污染状态.入库后水质对水库供水的水厂净化系统也会带来一定程度的冲击, 造成水厂运行困难, 制水成本大幅提高, 增大了自来水厂出厂水和供水管网水质超标风险.
为了应对汛期暴雨径流引起的污染, 金盆水库采取以下两种措施：①对于径流期间带来的外源污染, 利用高程为545 m的泄洪洞进行泄洪, 同时根据径流的潜流情况, 选取上层取水方式减少对水厂的影响; ②对于径流后水库热分层末期可能出现的内源污染, 通过人工强制混合使水库水体提前混合, 改善水环境.
3 结论(1) 汛期暴雨径流连续不同的来流条件会演变成不同的潜入情况, 径流初期水库潜流一般沿程经历全断面径流-底层潜流-中层潜流的过程, 随着入流量与密度的增大, 上游底层潜流位置提前, 中层潜流位置延后并且垂向潜流区域逐渐扩大, 当达到一定的入流量和密度时, 沿程演变成全断面径流-底层潜流两个阶段.
(2) 汛期由于入流水温与溶解氧的改变, 库区热分层遭到不同程度的破坏, 潜流区溶解氧得到补充, 同时高浊水的不断潜入, 造成库区的短时高负荷污染, 营养盐浓度表现为随降雨量的增加而升高.随着泄洪洞的泄洪与颗粒态污染物的沉降, 在潜流区浊度、营养盐和有机物逐渐下降, 底层则由于不断沉降聚集, 大大增加了内源污染负荷.
(3) 根据单因子污染指数知, 汛期径流的汇入使水库具有较高的污染风险.综合污染指数结果表明, 库区中层和底层的污染状态由于径流潜流的位置受到影响, 8月初中层污染指数随降雨强度的增大而升高, 处于中污染状态, 底层受厌氧与颗粒沉降的双重影响, 在径流一周后达到峰值, 9月中旬径流中层直接升至重污染状态, 底层由于富氧水的汇入, 水质污染状态由重污染降至中污染.
(4) 径流带来的外源污染通过泄洪洞的排放达到排浊蓄清的效果, 采用上层取水的方式有效规避高浊、高有机负荷原水对水厂的冲击, 以保证供水安全.径流后利用人工强制混合使水体提前混合来预防水库热分层末期出现的内源污染释放问题.
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