贵州某水库pH异常成因分析及控制*

成国坤，苟银寅，包文兵，姜雨婷，蒙洪涛，袁 丽

(贵州省检测技术研究应用中心，贵州 贵阳 550025)

0 引言

水体中的pH值是反映水质性质和衡量水体富营养化的一个重要参数，也是反映水体中二氧化碳含量、有机酸的存在和水体污染的状况的重要指标[1-3]。基于工作实际，贵州某水库水质pH值出现异常，致水库水质出现安全隐患。因而查清该水库水体pH值异常原因，成为亟需解决的问题，同时，可为水质的治理和管理提供科技支撑，具有较好的应用前景。

1 材料与方法

1.1 水库概况及采样点设置

调查区水库位于贵州省赫章县城西20 km，水库于1965年动工，1981年建成，2011年及2013年两度实施了除险加固工程，最大坝高27.6 m，汇水区面积约2.67 km2，总库容9.6×105m3，为小Ⅰ型水库。水库周边土地利用类型主要为林地，耕地分布少，无工业污染源及生活污染源。

2020年5月，调查区水库pH值偏高，为查清水质异常原因，于2020年5月在水库入口、库中、出口布置3个采样点；为进一步了解不同深度水库水质情况，于2020年6月在水库湖心处进行分层采样(采样深度0.5～7.5 m)，每次每个点位采集3组样品，具体采样点位见图1。

图1 调查区水库采样点位图

1.2 样品分析与数据处理

水体中的pH、水温采用便携式pH计和水温计测定，溶解氧(DO)按照HJ 506—2009使用溶解氧测定仪测定，化学需氧量(COD)参照HJ828—2017测定，总磷(TP)参照GB11893—1989使用可见分光光度计测定，总氮(TN)参照HJ535—2009使用紫外可见分光光度计测定，叶绿素a采用紫外可见分光光度计测定。

数据统计分析以及图表制作采用Excel、Origin2021、ArcGIS10.2完成。

2 水库pH值异常原因分析

2.1 水库表层水体中pH值、DO、叶绿素a和富营养状态评价

调查区水库入口pH值为7.54、库中pH值为9.39、库尾pH值为10.09，表明调查区水库入口水质满足《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅲ类标准要求(6-9)，库中至库尾pH值异常，水质呈碱性。

调查区水库入口表层水体中DO未饱和，库中以及库尾DO含量较高，均处于过饱和状态；水库入口至库尾DO呈升高趋势，与pH变化趋势一致。入库断面叶绿素a较低，约为1.5 mg/m3，库中以及库尾叶绿素a指标则显著较高，与pH变化趋势无明显相关性。三个监测断面TP、TN指标均处在较低水平，满足Ⅲ类水质标准要求。

表1 调查区水库表层水体监测结果

采用中国环境监测总站发布的《湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定》(总站生字〔2001〕090号)[4]提出的综合营养状态指数法对水质进行富营养化评价，评价结果见表2。三个断面水体的综合营养状态均为贫营养状态，且其综合营养状态指数显著低于中营养状态(30～50)。

表2 调查区水库表层水体监测断面富营养评价

图2 调查区水库表层水质pH值及其他指标监测值

2.2 水库深层水体中pH值、DO及富营养状态评价

水库库中0.5～2 m的浅层水pH在9.45～9.73之间，略微超Ⅲ类水质要求，水深2 m以下pH值正常，在6～9之间。0.5～7.5 m各种水深条件下，水温在21.3～22.2 ℃之间，水温纵向分布较为均匀，这表明调查区水库水体未分层。水深0.5～2 m的浅层水样溶解氧过饱和，较深的深层水则未出现溶解氧饱和；根据表4，调查区水库湖心区域0.5～7.5 m水深水体的综合营养状态指数在40.6～46.0之间，变化不大，处于中营养状态。另一方面，与5月份相比较，富营养状态有显著提升。

表3 调查区水库库中不同深度监测结果

表4 调查区水库库中不同深度监测断面富营养评价

图3 调查区水库库中不同深度pH值与DO变化趋势

2.3 pH升高的机理分析

水库pH升高伴随着溶解氧水平较高，且往往达到溶解氧过饱和状态，与此同时，其叶绿素a处在相对较高水平，初步分析认为，是水库中光合作用活跃所致。

水中光合作用方程式为：

CO2+H2O+hr→{CH2O}+O2

调查区水库不同月份监测结果与上述光合作用活跃的分析一致，调查区水库中水体藻类植物的光合作用释放氧气，并减少了水体中的二氧化碳含量，改变了水体的碳酸平衡，使得水质偏碱性，可见调查区水库水体pH值偏高的原因主要是水体中藻类植物光合作用显著活跃的结果。

2.4 光合作用活跃的成因分析

5月对调查区水库监测时，水库水体处于贫营养状态，6月调查区水库湖心水体则处于中营养状态。表明贫营养状态也能导致pH超标，富营养化状态不是导致pH值偏高的原因。

5月及6月两次监测结果中，库区水体中叶绿素a含量均较高，在10 mg/m3以上。水库所在区域4月以来降雨偏少，水库蓄水位持续下降，水体更新速率减缓。在营养水平总体不高的情况下，加之气温逐步升高，水文情势、气温及光照条件适宜藻类植物生长，具备了较好的光合作用条件。

3 结论及控制措施

调查区水库为高原山塘型水库，根据调查分析：水库中pH值偏高，水质偏碱性的主要原因是水库蓄水量小，仅受降水量影响，水体流动性小、水体自净能力较差，同时库区水体中叶绿素a含量均较高，在10 mg/m3以上，可判断藻类植物光合作用活跃，尤其在0～2 m的浅水体中藻类植物光合作用显著活跃，从而改变了水体的碳酸平衡，使得水质偏碱性。针对水库以上情况，提出以下相应控制措施：(1)水体更新，将调查区水库表层水体抽离，并引入干净水体，增加水库蓄水量，从而提高水体自净能力；(2)对于水体中藻类植物光合作用活跃导致pH值升高，可在水库中种植水生高等植物[6-7]，水生植物能吸收氮、磷等藻类必需的营养盐，水生植物的生长可以抑制藻类植物的生长，从而降低pH值；(3)为了持续保障水库水质，可通过降低滤食性鱼类[5]，来使藻类植物生物量减少。