棘洪滩水库叶绿素a与水质因子关系分析

2015-07-28陈立国郭小雅山东省胶东调水局山东济南250100

山东水利 2015年9期

陈立国，郑　英，郭小雅（山东省胶东调水局，山东济南 250100）

棘洪滩水库叶绿素a与水质因子关系分析

陈立国，郑英，郭小雅
（山东省胶东调水局，山东济南 250100）

【摘要】本文依据2010—2014年棘洪滩水库入水口与出水口水质监测资料，分析叶绿素a变化规律，水库富营养化程度，同时对叶绿素a与水质因子进行多元回归分析。结论表明：棘洪滩水库叶绿素a含量呈明显季节变化，水库富营养化程度为中营养状态，入水口与出水口叶绿素a含量与水质因子相关性不同，叶绿素a对数值与水质因子对数值存在线性关系，入水口拟合方程有实际指导意义。

【关键词】棘洪滩水库；叶绿素a；相关性分析；多元回归分析

棘洪滩水库是山东省引黄济青工程的调蓄水库，是全国最大的平原围坝型水库，水库围坝长14.2 km，总库容1.568亿m3，调蓄库容1.102 亿m3,自滨州境内的黄河打渔张引水闸引水后，经沉沙处理，沿260 km明渠输送到水库，日供水能力30万m3，是青岛市重要的饮用水水源地。本研究以5年水库入、出水口水质检测资料为基础，分析不同季节水库叶绿素a时空变化规律，并对水库富营养化进行评价，利用spss软件分析水库叶绿素a与水质因子相关性，并分别建立多元回归方程，为棘洪滩水库叶绿色a变化规律提供参考。棘洪滩水库进水口和出水口2个取样点，采集水面以下0.5 m和4 m处的混合水样，2010－01至2014－12青岛市环境监测站及青岛市水环境监测中心每月对上述2个采样点测定，各项目的监测分析均采用标准分析方法。

1　叶绿素a变化规律及富营养评价

1.1叶绿素a变化规律

棘洪滩水库叶绿素a含量变化范围为1.36～36.8μg/L，平均值为5.02μg/L。由年际变化图1，可以看出棘洪滩水库总磷含量在2010—2012年缓慢上升，2013年出现快速上涨，2014年回落到平均值以下水平，其主要原因是2013年9月、10月叶绿素含量快速上升，达到36.8μg/L、28.7μg/L，说明水库藻类在这2个月快速生长。藻类快速生长是因为当年8月从大沽河进行引水，源水总磷含量较高，均值为0.1mg/L，造成水库总磷含量均值为0.05mg/L，加上气温、水温适合藻类生长，导致藻类大量繁殖。同时从图1可以发现，棘洪滩水库入水口叶绿素a含量高于出水口含量。

图1棘洪滩水库叶绿素a出口和入口年际趋势图

叶绿素a含量季节变化趋势如图2，由图2可以看出，叶绿素a含量1、2季度基本保持稳定，3季度明显上升，4季度呈下降趋势，利用移动平均趋势去除法分析各季度总氮含量变化得出数值分别为－17.69、－11.66、15.91、13.44。从数值可以看出叶绿素含量在3、4季度数值为正，呈上升趋势，1、2季度数字为负呈下降趋势，与藻类在夏秋季快速繁殖有密切关系。

1.2水库富营养化评价

棘洪滩水库2010—2014年富营养评价采用叶绿素a评价及水体富营养化综合评价。水体富营养化综合状态指数评分法选用5项评价参数，即叶绿素a、TN、TP、SD和CODMn，根据评价参数对应的评分标准求得评分值，并按照计算公式求得湖泊或水库的评分指数值，然后根据该评分指数值的大小求得水体营养状态。

2010—2014年棘洪滩水库叶绿素a含量年平均值见表1。由表1知，2010—2014年棘洪滩水库水体为中营养状态；按照综合评价法，结果表明2010—2014年棘洪滩水库富营养程度均为中营养，详见表2。该结果与叶绿素a评价法一致，因此日常水库富营养化监测可以以叶绿素a作为监测对象，根据叶绿素a预测值来分析水库富营养化程度。

图2棘洪滩水库叶绿素a年内季节趋势图

表1棘洪滩水库叶绿素a评价指标

表2棘洪滩水库水体富营养化综合评价结果

2　叶绿素a与水质因子相关性分析

世界经济合作与开发组织（OECD）的研究结果表明：大约80%的湖泊富营养化情况受磷元素的制约，约有10%的湖泊与氮元素有关，剩余的10%是由其他因素引起。研究表明，水体中总氮和总磷浓度的比值在10∶1～25∶1之间时，藻类较适宜生长且与氮、磷浓度有着直线的相关关系。本研究选取总氮、总磷、氮磷比、水温、溶解氧、高锰酸盐指数等指标分析与叶绿素a之间的相关性，结果见表3。在入水口叶绿素a与总磷、总氮相关性不显著，但与氮磷比呈负相关，湖泊水体的氮磷比是表征湖泊富营养化的重要指标之一，而棘洪滩水库氮磷比最小值为69∶1，远远大于14∶1。因此，磷的含量影响藻类对氮的利用率，即棘洪滩水库水体中氮相对充足，藻类的生长繁殖速度决定于磷的浓度。与水温呈极显著正相关，表现为藻类生长随着温度的升高而上升，温度对藻类生长具有促进作用。与溶解氧呈负相关，随着水体中藻类大量繁殖增加，耗氧量增大，使水体中溶解氧含量降低，影响浓度水平，溶解氧是变化的被动因子而非限制因子。与高锰酸钾指数呈极显著正相关，随着藻类的增加，有机物含量呈上升趋势。在出水口至于水温、溶解氧、高锰酸钾指数有显著关系。通过多元逐步回归分析后得出，入水口叶绿素方程为：ρ（Chla）=1.218CODMn－0.536DO－0.003ρ（TN）/ρ（TP）+6.459，出水口方程为：ρ（Chla）=0.918CODMn－0.438DO+5.299。由于溶解氧、高锰酸钾指数为不可控因素，因此方程实际意思不明显。

表3叶绿素a与水质因子相关系数

3　叶绿素a与相关因子对数值分析

相关研究表明，叶绿素a的对数与总磷含量有一定关系，与氮磷比的对数呈显著负相关，前文论述了棘洪滩水库叶绿素与总磷、总氮相关性不显著，取对数后分析其相关性见表4。大量研究表明，叶绿素a与TP的相关性为对数线性关系，也有研究表明两者为显著线性关系。本研究结果显示，入水口叶绿素a的对数值与TP对数值呈正相关，呈线性关系，氮磷比的对数值呈负相关，与水温对数值呈显著正相关，与溶解氧对数值呈显著负相关，与高锰酸钾指数对数值呈正相关。在出水口叶绿素a的对数值与水温、溶解氧、高锰酸钾指数有相关性。通过多元逐步回归分析后得出，入水口方程为：lgρ（Chla）=0.166lg（T）+ 0.222lgρ（TP）+0.794，出水口方程为：lgρ（Chla）=-1.014lg（DO）+1.522。其中入水口方程中含有总磷数值，对实际有指导意思。利用入水口方程对2014年数据进行实际值与预测值分析比较，见图3。由图3可知预测值与实际值吻合较好，但是7、8月出现较大差异，主要原因是2014年水库水位较低，7、8月开始从黄河引水，源水中叶绿素a含量较低，随着引水量的加大，水库叶绿素a含量呈下降趋势。