沈阳市重要输（供）水工程富营养化评价分析_由钰婷.pdf

68 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）沈阳市重要输（供）水工程富营养化评价分析由钰婷（辽宁省沈阳水文局，沈阳 110094）摘 要：水体富营养化是目前比较严峻的生态污染问题，富营养化会造成鱼类死亡，有益水生植物的大量死亡。对水体进行富营养化评价，可以评估水体的营养化程度，佐证污染项目。对 2020 年沈阳市重要输（供）水工程进行富营养化评价，在不同水期均为中营养，可知总磷能够达到地表水类标准，总氮均为劣类水。关键词：输供水工程；富营养化；水质评价；综合营养状态指数法中图分类号：X524文献标识码：B富营养化评价，是水质评价中非常重要的一项内容。通过水质的富营养化评价，可以清楚了解评价对象的富营养化状况，从而了解其水生态状况。沈阳市重要输（供）水工程是沈阳市居民用水的重要部分，了解其富营养化状态，对保护居民饮用水安全至关重要1。文章根据 2020 年沈阳市重要输（供）水工程监测资料，选取总磷（TP）、总氮（TN）、叶绿素 a（chla）、高锰酸盐指数（CODMn）作为富营养化状况评价指标，采用综合营养状态指数法，依据地表水资源质量评价规程（SL395-2007），对沈阳市重要输（供）水工程富营养化情况进行评价2-3。1 富营养化评价方法根据 2020 年沈阳市重要输（供）水工程监测资料，对沈阳市重要输（供）水工程富营养化情况进行评价。评价营养状态评价标准及分级方法，如表 1 所示。表 1 营养状态评价标准及分级方法 mg/L营养状态分级(EI=营养状态指数)评价项目赋分值(En)叶绿素（a）总磷总氮高锰酸盐指数贫营养(0 EI 20)100.00050.0010.0200.15200.00100.0040.0500.4中营养(20EI 50)300.00200.0100.101.0400.00400.0250.302.0500.0100.0500.504.0富营养轻度富营养(50EI 60)600.0260.101.08.0中度富营养(60EI 80)700.0640.202.010800.160.606.025重度富营养(80E 100)900.400.909.0401001.01.316.060文章编号:1007-7596（2023）05-0001-04收稿日期 2022-05-07作者简介 由钰婷（1987-），女，辽宁本溪人，工程师，主要从事水文水资源工作。DOI:10.14122/ki.hskj.2023.05.002 69 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）根据表 1 采用指数法进行营养状态评价的具体步骤为：1）采用线性插值法将水质项目浓度值转换为赋分值。2）按公式（1）计算营养状态指数（EI）。3）参照表 1，根据营养状态指数确定营养状态分级。EI=n=1NEn/N （1）式中：EI 为营养状态指数；En为为评价项目赋分值；N为评价项目个数。2 评价频次及评价范围2020 年 510 月监测，每月监测 2 次，范围为沈阳东配水站、沈阳西配水站、沈阳东净水站和沈阳西净水站。3 富营养化分期评价结果按营养化指标评价，采用高锰酸盐指数、总氮、总磷、叶绿素 4 个参数分别评价。沈阳东配水站、沈阳西配水站、沈阳东净水站、沈阳西净水站在汛期、非汛期、全年富营养化指数均处于中营养状态，详，如表 2 所示。表 2 沈阳市重要输（供）水工程分期富营养化评价统计表序号断面名称评价水期评价项目评价项目赋分值En营养状态分级EI=营养状态指数备注总磷总氮叶绿素 高锰酸盐指数贫营养 0 EI 20；中营养 20 EI 50；轻度富营养 50 EI 60；中度富营养 60 EI 80；重度富营养 80 EI 100；1东配水站全年营养状态指数 EI46.071.621.843.445.7中营养汛期营养状态指数 EI50.071.022.344.246.9中营养非汛期营养状态指数 EI42.071.920.042.944.2中营养2西配水站全年营养状态指数 EI46.071.816.443.644.4中营养汛期营养状态指数 EI50.071.017.644.445.7中营养非汛期营养状态指数 EI42.072.112.643.242.5中营养3东净水站全年营养状态指数 EI46.071.813.843.443.7中营养汛期营养状态指数 EI52.071.016.044.245.8中营养非汛期营养状态指数 EI42.072.27.642.941.2中营养4西净水站全年营养状态指数 EI46.071.811.443.543.2中营养汛期营养状态指数 EI52.071.013.844.145.2中营养非汛期营养状态指数 EI42.072.24.243.240.4中营养全年来看，2020 年重要输（供）水工程监测断面，综合营养状态指数在 43.245.7 之间，营养状态为中营养；总磷营养状态指数为 46，营养状态为中营养；总氮营养状态指数在71.671.8之间，营养状态为中度富营养；叶绿素 营养状态指数在 11.421.8 之间，营养状态为贫营养至中营养；高锰酸盐指数营养状态指数在 43.443.6 之间，营养状态为中营养5。总体看来重要输（供）水工程四个断面，各参评指数相差不大，富营养化指数均能够保持在中营养之内。全年各评价项目营养状态指数，如图 1 所示。图 1 全年各评价项目营养状态指数图 70 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）汛期来看，2020 年重要输（供）水工程监测断面，综合营养状态指数在 45.246.9 之间，营养状态为中营养；总磷营养状态指数为 42.052.0之间，营养状态为中营养；总氮营养状态指数在71.0 到 72.0 左右，营养状态为中度富营养；叶绿素 营养状态指数在 13.822.3 之间，营养状态为贫营养至中营养；高锰酸盐指数营养状态指数在44.144.4 之间，营养状态为中营养。总体看来重要输（供）水工程四个断面，各参评指数相差不大，富营养化指数均能够保持在中营养之内。汛期各评价项目营养状态指数，如图 2 所示。图 2 汛期各评价项目营养状态指数图非汛期来看，2020 年重要输（供）水工程监测断面，综合营养状态指数在 41.244.2 之间，营养状态为中营养；总磷营养状态指数为 42，营养状态为中营养；总氮营养状态指数在 71.972.1 之间，营养状态为中度富营养；叶绿素 营养状态指数在 4.220.0 之间，营养状态为贫营养；高锰酸盐指数营养状态指数在 42.943.2 之间，营养状态为中营养。总体看来重要输（供）水工程 4 个断面，各参评指数相差不大，富营养化指数均能够保持在中营养之内。非汛期各评价项目营养状态指数，如图 3 所示。图 3 非汛期各评价项目营养状态指数图4 富营养化趋势分析对 2020 年沈阳市重要输（供）水工程进行富营养化趋势分析，包括总磷、总氮、叶绿素 a 及高锰酸盐指数。4.1 总磷趋势分析水中的总磷和总氮含量是衡量水质的重要指标之一，其测定有助于评价水体被污染和自净状况。地表水中氮、磷物质超标时，会造成水中藻类和水生生物大量繁殖，超出水体承载能力，水体中氧气缺少，出现富营养化状态，影响有益种群的生存6。2020年沈阳市重要输（供）水工程总磷均为类水，其中汛期总磷含量稍高，为0.050.06mg/L之间，非汛期总磷含量稍低，均为0.03mg/L左右。表 3 2020 年沈阳市重要输（供）水工程 总磷含量表站点名称含量（mg/L）全年汛期非汛期东配水站0.040.050.03西配水站0.040.050.03东净水站0.040.060.03西净水站0.040.060.032020 年沈阳市重要输（供）水工程总磷按月份进行比较，从图 4 中可见，9 月份的 4 个站点总磷较大，达到 0.070.09mg/L，10 月、11 月四个站点均为 0.04mg/L。图 4 2020 年沈阳市重要输（供）水工程 总磷含量趋势图4.2 总氮趋势分析2020 年 沈 阳 市 重 要 输（供）水 工 程 总 氮均为劣类水，其中非汛期总氮含量稍高，为2.762.86mg/L 之间，汛期总氮含量稍低，均为2.40mg/L 左右。71 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）表 4 2020 年沈阳市重要输（供）水工程 总氮含量站点名称含量/mgL-1全年汛期非汛期东配水站2.652.422.76西配水站2.702.382.86东净水站2.702.402.86西净水站2.712.402.862020 年沈阳市重要输（供）水工程总氮按月份进行比较，从图 5 中可见，八月份的四个站点总氮较小，达到 1.702.00mg/L，11 月西配、东净、西净三个站点总氮达到 3.00mg/L 以上。八月份的总氮较小应该与汛期降水量较大有关。图 5 2020 年沈阳市重要输（供）水工程 总氮含量趋势图4.3 叶绿素 a 趋势分析叶绿素 a 主要来自于水体周围环境中植物落叶，过多的叶绿素 a 会影响水体的透光，使水中鱼类缺少阳光照射，影响其生存。2020 年沈阳重要输（供）水工程四个站点测定了叶绿素 a，含量如表 5 所示。表 5 2020 年沈阳市重要输（供）水工程 叶绿素 a 含量月份站点名称东配西配东净西净5 月1.00 0.11 0.11 0.116 月0.800.550.550.577 月 0.11 0.11 0.11 0.118 月1.470.760.640.769 月1.431.321.200.7510 月 0.110.630.380.212020 年沈阳市重要输（供）水工程叶绿素 a按月份进行比较，从图 6 中可见，8、9 月叶绿素 a含量明显升高，与沈阳夏季绿色植物茂盛有关。图 6 2020 年沈阳市重要输（供）水工程 叶绿素 a 含量趋势图4.4 高锰酸盐指数趋势分析高锰酸盐指数能够影响水体的富营养化程度，2020 年沈阳重要输（供）水工程四个站点测定了高锰酸盐指数，含量如表 6 所示。表 6 2020 年沈阳市重要输（供）水工程 高锰酸盐指数含量站点名称含量/mgL-1全年汛期非汛期东配水站2.682.852.59西配水站2.722.882.64东净水站2.672.852.58西净水站2.72.822.632020 年沈阳市重要输（供）水工程高锰酸盐指数按月份进行比较，从图 7 中可见，9 月高锰酸盐指数含量明显升高，其他月份含量变化不大。图 7 2020 年沈阳市重要输（供）水工程高锰酸盐指数含量趋势图5 结 论2020 年沈阳市重要输（供）水工程共监测四个站点，进行了富营养化评价，四个站点在不同水 72 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）期均为中营养，可知总磷能够达到地表水类标准，总氮均为劣类水，应该引起重视，采取措施消除影响；叶绿素 a 的含量变化不大，8、9 月含量稍有升高；高锰酸盐指数 9 月份含量较大。参考文献：1 周宇.碧流河水库富营养化分析与评价 J.水土保持应用技术，2020(06)：39-40.2 刘振宇.石佛寺水库水质富营养化评价 J.水土保持应用技术，2019(02)：21-22.3 全占东.基于生态水文理念下的流域水资源评价 J.黑龙江水利科技，2016(12)：108-111.4 丛子健，李娜.农业耕作措施对旱坡地面源污染物拦截的影响 J.水土保持应用技术，2021(01)：22-24.5 李选彧.基于改进有限差分算法 ELM 模型的径流模拟 J.水土保持应用技术，2021(03)：18-19.6 胡庆武.OBS-3A 浊度仪在锦州地区含沙量测验中的初探 J.水土保持应用技术，2021(04)：38-40.混凝土结构具有填充效应，混凝土属于多组分多相复杂结构体系，各组分之间存在一定的紧密堆积难度，组分颗粒之间的空隙受到矿物掺合料填充后胶凝材料级配可得到改善，混凝土密实度及渗透性能也会因水泥浆体及界面结构的致密性而提升5。硅灰比表面积是粉煤灰及矿渣比表面积的 38倍和 50 倍，故其火山灰效应也更加显著，在混凝土中掺加硅灰后能促进水泥生成更多的水化硅酸钙凝胶；此外，硅灰粒径均值明显小于粉煤灰和矿渣，能发挥更好的空隙填充效果。3.6 水工混凝土抗渗性能的尺寸效应根据以上试验，水工大体积混凝土渗透系数及抗渗性能的变动趋势与湿筛小试件混凝土一样，均随着水灰比的降低和龄期的增大而减小，但是水工大体积混凝土的渗透系数取值远大于湿筛小试件混凝土渗透系数；且在其他条件不变的情况下，前者为后者的 1.4112.8 倍，这意味着两者之间存在一定程度的尺寸效应。这种尺寸效应包含两方面含义，一方面指骨料粒径增大而对混凝土抗渗性能产生的影响程度；另一方面则指混凝土体积增大对其抗渗性能的影响程度。通过分析水灰比和水工混凝土渗透系数尺寸效应的关系，在以大理岩为母岩制备骨料时，水灰比从 0.42 增大至 0.55，尺寸效应系数增大倍数可达到 1.5 倍，而以正长岩为母岩所制备的人工骨料，水灰比从0.45增大至0.53，尺寸效应系数仅增大1.2倍，表明水工混凝土渗透系数尺寸效应与水灰比呈正向变动关系。相反，水工混凝土渗透系数尺寸效应随混凝土龄期的增大而减小。总之，水工混凝土渗透系数尺寸效应系数并非恒定值，其取值主要与水灰比和龄期有关。4 结 论综上所述，为保证水工堤坝大体积混凝土施工质量及抗渗性能，必须结合工程实际展开大体积混凝土抗渗特性试验研究，对水工混凝土抗渗性能展开准确评估。文章应用NEL方法展开水工混凝土抗氯离子渗透性能试验，根据试验结果，随着混凝土水灰比的增大、混凝土养护龄期的延长、含气量增加、骨料吸水率增大、矿物掺合料的使用，混凝土渗透系数均减小，抗渗性能得到提升。但是该试验方法预饱和技术因试件干燥时微裂缝的存在，会对混凝土原有孔隙结构造成损害，反而使其渗透性增大；溶液在试件结构中也无法分布均匀，对于大体积水工混凝土内部很难达到完全饱和。此类问题只能随着试验技术及试验设备的不断发展而逐步 解决。参考文献：1 张晶.双掺纤维膨胀剂水工混凝土抗裂性能试验研究 J.吉林水利，2021(06):35-37.2 范华峰，翟盛通，张坤强，等.外掺花岗岩石粉对水工混凝土抗渗、抗冻性能的影响 J.混凝土，2021(04):61-66.3 任玉杰.三种掺粉煤灰水工混凝土抗渗性能对比试验研究 J.水利科学与寒区工程，2021，4(02):42-45.4 肖延亮，袁琼，周钟.水工混凝土限制水灰比研究J.水电站设计，2020，36(03):95-99.5 宋峰.水工混凝土表面不同防护材料抗渗性能对比试验研究 J.江苏水利，2020(03):43-46，50.（上接第 27 页）