文档介绍：水动力条件对湖泊水体磷素质量浓度的影响
彭进平1,逄勇1,李一平1,丁玲1,陆玉忠2,李景波2
1. 河海大学环境科学与工程学院,江苏南京 210098;2. 河海大学水资源环境学院,江苏南京 210098
摘要:以环形水槽为研究手段,利用其可控的流速及可模拟的无限长,解决了前人未解决的湖泊水体水动力难以真实模拟的难题,模拟研究了不同流速对湖泊(太湖)水体中磷素质量浓度的影响。研究表明,随着水体流速的变化,湖泊水体中TP质量浓度的变化呈现3个阶段,即下降期、上升期和突增期。从物理化学和泥沙起动理论两方面,结合水流对悬浮物和沉积物的作用,分析了各阶段产生的原因。文章认为下降期的产生是因为在低流速下,一部分磷被悬浮物的絮凝沉淀带走所引起;上升期的产生则是因为流速上升扰动沉积物,使其达到少量动状态所引起;突增期的产生则是因为流速导致了沉积物普遍动而产生的。在研究范围内,溶解性磷质量浓度与水体流速有着明显的正相关关系;而在低流速下,溶解性磷是TP的主要组成成分,其质量浓度的相对比例可高达87%。结合太湖的有关研究,文章认为这是水华现象产生的关键原因。
关键词:水动力;磷;环形水槽;太湖;泥沙起动
中图分类号:X143 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2003)04-0388-05
湖泊水动力学是湖泊研究的重要方面,它是基于风生流、风涌增减水、定振波、风浪等直接或间接地影响湖泊生态系统的演变与发展而进行研究的,其方法主要有野外观察、物理模型模拟以及数值模拟等[1]。其成果很多,但研究的着重点均在于各种风场、风浪模型的建立及相关理论的分析。
水动力对湖泊水体的作用,主要表现为风生流、波浪等对水体,并通过水体对湖泊沉积物产生作用,致使水体环境中的各种物质发生混搅、溶解、沉积、悬浮、吸附、挟带、浊积、粘结等。在水动力作用下,湖泊水体中的物质和沉积物会发生各种各样的变化,并最终导致湖泊水体的质量发生变化。研究[2, 3]表明,太湖水华就是因风(水)动力导致湖泊某些部分营养盐富集,风浪过后,藻类爆发而发生的。水华会严重破坏水体的各种功能及其可持续利用的基础,对湖泊水体有着极其深远的影响。但上述的研究亦是着眼于模型的研究,而对于水动力对湖泊水体的具体营养因子的影响及如何影响,并没有涉及。
磷素是水体中藻类繁殖、生长的主要营养成分,是水体富营养化的控制因子之一。人们对湖泊水体磷素的研究已很多,既有从外源[4]入手的,也有从内源入手的。从内源入手的研究主要是研究包括水动力在内的各种环境条件对水体沉积物磷释放的影响,这些都以室内模拟研究为主,虽取得一定的成果,但多为相关性研究,没有较为具体的数值关系。特别是在水动力方面,仅研究了扰动强度对水体磷素的影响[5],结果难以令人满意。此外,也有野外研究的,包括野外观测[6]和原位围隔模拟实验法[7],但前者操作性不强,而后者虽结果比较真实,但围隔必需大到足以消除边界效应,且必须采用柔性围隔以保持湖水原有的动力状况,实验时间至少要维持1年以上。
太湖是我国第三大淡水湖泊,近年来,由于经济的发展,其水体的富营养化问题已越来越严重,制约了该地区的发展。太湖地处北亚热带,湖面开阔,水浅,风浪大。因而了解湖泊水动力对水体磷素质量浓度的影响,可有助于对太湖水体富营养化的认识。本研究是在前人研究的基础上,以太湖为对象