1 概述

水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，是指在氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在水庫(kù)中達(dá)到一定濃度時(shí)，藻類(lèi)以及其他浮游生物迅速繁殖，水體中溶解氧含量大幅下降，導(dǎo)致水生生物大量死亡，同時(shí)釋放出的藻毒素和嗅味物質(zhì)，使得水環(huán)境變得非常惡劣，影響日常用水健康。

漢江水華發(fā)生在枯水期，水流速度緩慢，水體自?xún)裟芰Σ睢Ｔ诜▏?guó)Bay of the Brest 的研究中發(fā)現(xiàn)，雖然海灣區(qū)域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較高，但由于良好的水動(dòng)力條件，海灣與外海水力交換條件良好，因此海灣并沒(méi)發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化。即使在營(yíng)養(yǎng)鹽、水溫等富營(yíng)養(yǎng)化條件滿(mǎn)足的情況下，水動(dòng)力條件也可能成為水體富營(yíng)養(yǎng)化的制約因子。水動(dòng)力條件包括: 流量、流速和水位。

2 水動(dòng)力對(duì)水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化影響

2．1 水庫(kù)概況

水庫(kù)不同于湖泊，主要是因?yàn)樗畮?kù)的補(bǔ)給系數(shù)較大，流域的水質(zhì)水量對(duì)水庫(kù)起主導(dǎo)性影響。因此，水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化的形成除了與營(yíng)養(yǎng)元素、溫度及光照等因素影響外，主要還受到水庫(kù)類(lèi)型和功能，以及當(dāng)?shù)厮�文情�?shì)的影響。區(qū)別于湖泊富營(yíng)養(yǎng)化，水庫(kù)還具備以下特征:

2．1．1 水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化受水庫(kù)類(lèi)型的影響

水庫(kù)的類(lèi)型(河道型和湖泊型) 主要受地形、地勢(shì)的影響。河道型水庫(kù)多在山區(qū)，河流徑流量大、坡度大，使得水庫(kù)中水體交換量大，同時(shí)又因?yàn)槿丝诿芏刃。�所以�?dǎo)致入庫(kù)的污染負(fù)荷小。而湖泊型水庫(kù)多為丘陵或平原地區(qū)，水流勢(shì)較為平緩。枯水期時(shí)，或周邊河流的汛期比其早，會(huì)對(duì)水庫(kù)產(chǎn)生“頂托”作用，使得水庫(kù)水流速度更加緩慢，呈現(xiàn)湖泊水的狀態(tài)，為藻類(lèi)及浮游生物的生長(zhǎng)繁殖創(chuàng)造了有利條件; 又因?yàn)槠皆�地區(qū)人口密度較大，導(dǎo)致入庫(kù)的污染負(fù)荷大，因此湖泊型水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于河道型水庫(kù)。

2．1．2 水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化受水庫(kù)功能的影響

不同用途的水庫(kù)其水滯留時(shí)間、出庫(kù)水流深度、流速和出水位置各不相同，這主要是由于不同水庫(kù)的不同使用功能，導(dǎo)致不同調(diào)度方式的時(shí)空異質(zhì)性。不同水層的水質(zhì)是不同的，因?yàn)樗畬娱g的粘滯力，導(dǎo)致流速隨著深度的增加而減緩。因此，水庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度在豎向存在明顯分層，深層的營(yíng)養(yǎng)物濃度明顯高于表層。王慶鎖等(2009) 對(duì)密云水庫(kù)研究表明總磷濃度垂直變化的總體趨勢(shì)自上而下逐漸升高。

不同的水庫(kù)調(diào)用方式，導(dǎo)致了庫(kù)中營(yíng)養(yǎng)物水平及其分布的改變。在實(shí)際的水庫(kù)運(yùn)行管理過(guò)程中，出庫(kù)的水流會(huì)影響水庫(kù)的水流及垂直分布，進(jìn)而影響水庫(kù)的水動(dòng)力學(xué)過(guò)程，使得水質(zhì)發(fā)生變化。比如，以發(fā)電為主的水庫(kù)多為底層出流，這樣的出流方式使得水位的落差大、水流量大、水滯留時(shí)間短，水體的自?xún)裟芰��?qiáng)，這些都不利于浮游生物及藻類(lèi)的生長(zhǎng)，保證了較好的水質(zhì)，如湖南江埡水庫(kù)、湖北隔河巖水庫(kù)等; 而另一種以灌溉或者飲用為主的水庫(kù)多以表層出水為主，且?guī)靸?nèi)水滯留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，水位的變化較小，這有利于浮游生物以及藻類(lèi)生長(zhǎng)，通常這樣的水庫(kù)水質(zhì)相對(duì)較差，如江蘇的大溪水庫(kù)、沙河水庫(kù)和橫山水庫(kù)等。由此可以發(fā)現(xiàn)水庫(kù)用途不同，出水的位置以及出水量都不相同，從而影響水體滯留時(shí)間，較長(zhǎng)滯留時(shí)間導(dǎo)致較慢水流速度，有利浮游生物及藻類(lèi)生長(zhǎng)，加速水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程。因此可采用深層出水和減少水滯留時(shí)間，改善水質(zhì)，降低水體富營(yíng)養(yǎng)化可能。

2．2 水文情勢(shì)對(duì)水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的影響

水文情勢(shì)包括滯留時(shí)間、水位變化和水流運(yùn)動(dòng)。水文對(duì)水質(zhì)的作用主要表現(xiàn)在對(duì)水位、水滯留時(shí)間的調(diào)節(jié)，改變水流運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而改變浮游生物以藻類(lèi)種類(lèi)組成，稀釋或降低浮游生物及藻類(lèi)的現(xiàn)存量，破壞其生存條件。

2．2．1 水滯留時(shí)間對(duì)水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的影響

水在庫(kù)區(qū)的滯留情況和水交換情況直接影響懸浮物的沉淀以及磷等有機(jī)物的滯留。水庫(kù)通過(guò)改變懸浮物的沉淀以及磷等有機(jī)物的滯留時(shí)間決定水庫(kù)中浮游生物種群能否維持: 滯留時(shí)間太短，一方面導(dǎo)致懸浮物沉淀較差，有機(jī)物富集程度較差; 另一方面，較短的滯留時(shí)間，浮游生物及藻類(lèi)由于缺乏足夠的時(shí)間進(jìn)行繁殖，于玲紅(2011) 以引黃水庫(kù)位原水研究發(fā)現(xiàn)較高流速抑制了藻類(lèi)的生長(zhǎng)，縮短了藻類(lèi)的生長(zhǎng)周期。這兩方面都將減少水體富營(yíng)養(yǎng)化的可能。

枯水期或枯水年，或者附近河流的汛期較早而產(chǎn)生“頂托”作用，導(dǎo)致吞吐水量少，庫(kù)區(qū)與庫(kù)外的水流交換較少，庫(kù)區(qū)內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生富集，同時(shí)因?yàn)橥掏滤�量少，�?kù)區(qū)內(nèi)水流變緩，庫(kù)水滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，也給浮游生物及藻類(lèi)足夠的時(shí)間生長(zhǎng)，易發(fā)生水華。Straskbraba M 等(1995) 分析世界各地的水庫(kù)發(fā)現(xiàn)，年均滯留時(shí)間對(duì)水庫(kù)的水動(dòng)力學(xué)、化學(xué)(營(yíng)養(yǎng)鹽) 和生物過(guò)程有著直接的相關(guān)性。增大水交換量，縮短水滯留時(shí)間，是有效防止水溫分層，增加水體混合層，破壞浮游生物及藻類(lèi)繁殖和生存條件，進(jìn)而達(dá)到減緩富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程的目的。

OsmiKawara 等(1998) 對(duì)Asahi 水庫(kù)研究表明，根據(jù)氮磷等指標(biāo)判斷，Asahi 水庫(kù)在1980 年已經(jīng)達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化程度，但卻很少發(fā)現(xiàn)浮游生物及藻類(lèi)瘋長(zhǎng)的情況，通過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)水滯留時(shí)間超過(guò)2 周或更長(zhǎng)時(shí)間，浮游生物及藻類(lèi)才能維持較高的種群數(shù)量。因此，庫(kù)區(qū)滯留時(shí)間將直接影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入輸出，而水的滯留時(shí)間長(zhǎng)短則直接影響水庫(kù)的水質(zhì)狀況和富營(yíng)養(yǎng)化程度。加大水庫(kù)與外界的水量交換，或者縮短水庫(kù)水滯留時(shí)間，這都不利于營(yíng)養(yǎng)鹽的富集和浮游生物及藻類(lèi)的生長(zhǎng)，抑制水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)展。

2．2．2 水位對(duì)水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的影響

水庫(kù)的各項(xiàng)功能運(yùn)轉(zhuǎn)是通過(guò)人工對(duì)水量的調(diào)蓄來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種調(diào)蓄作用是通過(guò)改變進(jìn)出水量的平衡和水庫(kù)平面形態(tài)決定水位的變化。同時(shí)水中溶解和懸浮的各種物質(zhì)都隨水的流動(dòng)而相互之間發(fā)生物理、化學(xué)和生物的混合、分布、遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程。因此，水庫(kù)調(diào)蓄作用即水位的變化不但影響水體水量的平衡，也將影響水庫(kù)的理化現(xiàn)象和生態(tài)過(guò)程。一般水庫(kù)的調(diào)蓄決定水庫(kù)的水位，水量平衡則由水位的高低反映。當(dāng)水庫(kù)出現(xiàn)高水位則表明水流量大，反之則小。蓄水區(qū)水體密度決定著庫(kù)區(qū)水質(zhì)，入庫(kù)水量越大，水位越高，說(shuō)明庫(kù)區(qū)的水動(dòng)力條件就越好，營(yíng)養(yǎng)鹽不易富集，水體自?xún)裟芰��?qiáng)，水質(zhì)就越好; 反之，入庫(kù)水量少，則水位越低，導(dǎo)致水中營(yíng)養(yǎng)鹽富集，導(dǎo)致水質(zhì)變差。

許多研究表明，浮游生物及藻類(lèi)的現(xiàn)存量與水位存在顯著的負(fù)相關(guān)性，枯水期(年) ，盡可能保持高水位有益于水質(zhì)的改善。因?yàn)閹?kù)區(qū)水位高，則水庫(kù)庫(kù)容量大，對(duì)浮游生物及藻類(lèi)有稀釋作用，使得浮游生物及藻類(lèi)現(xiàn)存量較低，保證較好出水水質(zhì);同時(shí)高水位可擴(kuò)大魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵場(chǎng)和魚(yú)群補(bǔ)充群體，增加了對(duì)藍(lán)綠藻的攝食能力，通過(guò)生態(tài)體系更加完善的建立，表現(xiàn)在食物鏈及營(yíng)養(yǎng)級(jí)聯(lián)作用增強(qiáng)。可以控制浮游生物及藻類(lèi)的種群密度，有益于防止浮游生物及藻類(lèi)大量滋生，從而降低水華爆發(fā)的可能性。

2．2．3 水流運(yùn)動(dòng)對(duì)水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化影響

水流運(yùn)動(dòng)除了在研究滯留時(shí)間和水位有影響之外，還會(huì)對(duì)常年沉積在底泥中的營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)遷移起著重要的作用。沉積在水庫(kù)底部的底泥有著較大的表面積，因此可以吸附下層流速較慢而沉降的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這些物質(zhì)又會(huì)隨著沉積物間隙水與上覆水進(jìn)行物理、化學(xué)以及生物等作用，使得物質(zhì)再次進(jìn)行交換。所以在不同的水流運(yùn)動(dòng)條件下，這些吸附在沉積物上的污染物會(huì)再次釋放出來(lái)。主要表現(xiàn)在:

(1) 在水體水位較高時(shí)，下層水體由于水層間粘滯力保持相對(duì)靜止，使得水體下層出現(xiàn)躍溫層現(xiàn)象。庫(kù)底的沉積物質(zhì)由于相對(duì)靜止的水流條件，不會(huì)大量向水中釋放，保證了濃度較高的營(yíng)養(yǎng)鹽存在于底泥中，保持中上層水體的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度不高，抑制了浮游生物以及藻類(lèi)的生長(zhǎng)，使得它們的現(xiàn)存量較低。

(2) 當(dāng)水流運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)時(shí)，庫(kù)底的沉積物則會(huì)因?yàn)樗�流的作用力，再次向水體釋放。這就導(dǎo)致底泥中富集的營(yíng)養(yǎng)鹽擴(kuò)散到上層水體中，浮游生物以及藻類(lèi)則會(huì)因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)鹽濃度的增高而大量生長(zhǎng)，現(xiàn)存量較大，從而增加水華爆發(fā)的可能。孫欽鑫等(2011) 研究徒駭河發(fā)現(xiàn)，徒駭河沉積物中TP 的釋放隨著水體擾動(dòng)強(qiáng)度的增強(qiáng)而增強(qiáng)，呈現(xiàn)一定的正相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)語(yǔ)

水動(dòng)力對(duì)水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化影響從水庫(kù)的類(lèi)型，水庫(kù)功能方面表明: 河道型水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化可能性比湖泊型小; 用于發(fā)電等功能的大流量深層取水的水庫(kù)比用來(lái)灌溉的表層取水的水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化可能性小。這主要因?yàn)椋�河道型水�?kù)和大流量深層取水的水庫(kù)，吞吐量，流速，滯留時(shí)間不利于浮游生物及藻類(lèi)生長(zhǎng)的，使得富營(yíng)養(yǎng)化得到抑制。具體參見(jiàn)http://www.jianfeilema.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

進(jìn)一步研究滯留時(shí)間、水位變化和水流運(yùn)動(dòng)發(fā)現(xiàn): 較大的吞吐水量，較短滯留時(shí)間，較高水位和底層較小的水流變化都會(huì)影響庫(kù)區(qū)水體營(yíng)養(yǎng)鹽的富集，和營(yíng)養(yǎng)鹽的擴(kuò)散，浮游生物及藻類(lèi)的生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較低，浮游生物及藻類(lèi)的現(xiàn)存量較低，同時(shí)建立起較復(fù)雜的生物鏈和營(yíng)養(yǎng)級(jí)作用增強(qiáng)，抑制水華爆發(fā)的進(jìn)程。