高壩下游水中總?cè)芙鈿怏w過(guò)飽和研究進(jìn)展

張 政，肖 柏 青

(安徽理工大學(xué) 地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001)

1 研究背景

過(guò)飽和氣體問(wèn)題多出現(xiàn)于高壩泄洪期間。高壩下泄水流具有大流速和高水頭的特點(diǎn)，其下泄水流與空氣接觸相互混合一方面導(dǎo)致過(guò)量的空氣進(jìn)入水體內(nèi)部，使總?cè)芙鈿怏w(TDG)達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)[1];另一方面河道中的自然水流經(jīng)下泄水流沖擊作用使得河流的水流狀態(tài)、沉積物質(zhì)量、水質(zhì)、水溫等條件發(fā)生了改變[2-3]，二者將對(duì)下游水生態(tài)問(wèn)題產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

所謂TDG即溶解于水體中的總?cè)芙鈿怏w，主要包括氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、水蒸氣等。不同的氣體通常有著不同的溶解度，在一定溫度和壓力作用下，空氣中的氣體會(huì)依據(jù)自身溶解度的不同部分溶解于水體中，與此同時(shí)，水體溶解的氣體也會(huì)從表面逸出，當(dāng)氣體的溶解速度和逸出速度相等時(shí)，二者即可認(rèn)為達(dá)到了平衡狀態(tài)，我們稱(chēng)此時(shí)氣體在液體中的溶解狀態(tài)為飽和態(tài)。在某些特殊條件下，各氣體的濃度(例如氮?dú)狻⒀鯕?、氬氣、二氧化碳、水蒸氣等的濃?高于一定溫度和壓強(qiáng)下的平衡濃度，此時(shí)我們將這一現(xiàn)象稱(chēng)為T(mén)DG過(guò)飽和現(xiàn)象[4]。伴隨著高壩的不斷建成，TDG過(guò)飽和現(xiàn)象發(fā)生的越加頻繁，當(dāng)過(guò)飽和TDG隨著水流向下游遷移時(shí)，下游魚(yú)類(lèi)會(huì)因此患上氣泡病(GBD)，甚至造成魚(yú)類(lèi)的大規(guī)模死亡。研究表明:當(dāng)水體中TDG飽和度范圍在105%～110%時(shí)，就有可能使魚(yú)類(lèi)患?xì)馀莶?飽和度超過(guò)140%時(shí)，魚(yú)類(lèi)在幾小時(shí)內(nèi)就會(huì)迅速死亡[5-6]。在中國(guó)及一些西方國(guó)家，如美國(guó)和加拿大，已經(jīng)觀(guān)察到水體中TDG飽和度高達(dá)130%的現(xiàn)象[7]。1986年美國(guó)環(huán)境保護(hù)署在水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(WQC)中將110%的TDG飽和度確定為限制標(biāo)準(zhǔn),而我國(guó)目前還沒(méi)有相應(yīng)的環(huán)境控制標(biāo)準(zhǔn)。

高壩泄水造成的過(guò)飽和氣體問(wèn)題日漸突出，國(guó)內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行了大量的研究并取得了豐碩成果，但目前缺乏這方面的研究總結(jié)。本文從魚(yú)類(lèi)的耐受性、魚(yú)類(lèi)的規(guī)避效應(yīng)、促進(jìn)過(guò)飽和氣體釋放的影響以及對(duì)魚(yú)類(lèi)的致病機(jī)制等方面進(jìn)行綜合分析，為尋找促進(jìn)過(guò)飽和TDG釋放的方法提供理論依據(jù)，同時(shí)對(duì)水電工程魚(yú)類(lèi)保護(hù)方案的制定提供一定的參考。

2 過(guò)飽和TDG對(duì)魚(yú)類(lèi)的影響

2.1 魚(yú)類(lèi)的耐受效應(yīng)

高壩泄洪會(huì)導(dǎo)致河流中產(chǎn)生過(guò)飽和TDG，而TDG的釋放過(guò)程又非常緩慢，其影響區(qū)域達(dá)數(shù)百公里[8]。當(dāng)?shù)氐乃?，特別是魚(yú)類(lèi)，因長(zhǎng)時(shí)間受到過(guò)飽和氣體毒害而容易產(chǎn)生氣泡病(GBD)甚至死亡，總?cè)芙鈿怏w(TDG)過(guò)飽和對(duì)大壩下游魚(yú)類(lèi)的影響已成為高壩工程最重要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)之一。為研究不同濃度過(guò)飽和TDG對(duì)魚(yú)類(lèi)的影響，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量過(guò)飽和TDG脅迫下魚(yú)類(lèi)的耐受性試驗(yàn)。Chen等[9]將胭脂魚(yú)放入過(guò)飽和TDG濃度水平為120%～145%的水中暴露48 h，觀(guān)察過(guò)飽和TDG對(duì)胭脂魚(yú)的急性致死效應(yīng)。Dawley等[10]研究了不同濃度的過(guò)飽和TDG對(duì)幼年鮭魚(yú)和虹鱒魚(yú)的影響。黃翔等[11]將長(zhǎng)江上游特有魚(yú)種巖原鯉暴露于過(guò)飽和TDG水體中觀(guān)察其行為和生理活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)巖原鯉對(duì)過(guò)飽和TDG的耐受性隨著巖原鯉魚(yú)苗的生長(zhǎng)發(fā)育逐漸增強(qiáng)。宋明江等[12]發(fā)現(xiàn)當(dāng)過(guò)飽和度達(dá)到130%～140%時(shí)，半致死時(shí)間(Median Lethal Time,LT50)并無(wú)太大變化，高濃度的過(guò)飽和TDG已經(jīng)破壞了魚(yú)體的機(jī)能，魚(yú)類(lèi)無(wú)法通過(guò)自身的調(diào)節(jié)來(lái)減免外界環(huán)境帶來(lái)的傷害。吳松等[13]研究了不同濃度過(guò)飽和水體對(duì)鯽魚(yú)的影響，發(fā)現(xiàn)魚(yú)鰓和肌肉中的CAT活性先上升后下降。參考以前有關(guān)TDG過(guò)飽和水體條件下魚(yú)類(lèi)的耐受性研究，均得出了一致的結(jié)論：即隨著TDG飽和度的增加，對(duì)魚(yú)類(lèi)的影響越大，半致死時(shí)間越短。半致死時(shí)間[14]是指在動(dòng)物急性毒性實(shí)驗(yàn)中，不同濃度的藥物導(dǎo)致受試動(dòng)物出現(xiàn)半數(shù)死亡的時(shí)間，它是評(píng)估實(shí)驗(yàn)魚(yú)對(duì)不同濃度TDG過(guò)飽和水體耐受性的重要參數(shù)。袁嫄等[15]對(duì)長(zhǎng)薄鰍進(jìn)行急性致死試驗(yàn)和再暴露試驗(yàn)，將在低濃度暴露96 h后存活的長(zhǎng)薄鰍置于高濃度工況中，發(fā)現(xiàn)與原高濃度實(shí)驗(yàn)組相比，實(shí)驗(yàn)魚(yú)半致死時(shí)間縮短了25%～75%，得出TDG低飽和度水體對(duì)長(zhǎng)薄鰍有慢性傷害的結(jié)論。

魚(yú)類(lèi)在不同過(guò)飽和度下的適應(yīng)性不同，半致死效應(yīng)也存在差異，建議將實(shí)驗(yàn)魚(yú)在不同飽和濃度下表現(xiàn)出來(lái)的氣泡病癥狀和半致死時(shí)間或半致死濃度聯(lián)系起來(lái)，以明確不同過(guò)飽和濃度下魚(yú)類(lèi)受到的損害程度。同時(shí)，建議通過(guò)對(duì)高壩下游魚(yú)種的耐受性研究確定下游氣體飽和度的閾值，通過(guò)閾值來(lái)確定建筑物的適宜下泄流量。

2.2 不同魚(yú)種的差異性影響

高壩泄水會(huì)威脅下游河段魚(yú)類(lèi)的生存，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有研究成果主要是針對(duì)高壩下游特有魚(yú)種進(jìn)行研究，而不同魚(yú)種對(duì)過(guò)飽和TDG的耐受能力存在差異。例如，基于長(zhǎng)江流域現(xiàn)有魚(yú)類(lèi)的研究，對(duì)各TDG飽和度下不同魚(yú)種的半致死時(shí)間進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)在TDG飽和度為120%時(shí)，齊口裂腹魚(yú)的半致死時(shí)間為10.70 h，而長(zhǎng)薄鰍的半致死時(shí)間高達(dá)152.81 h；在TDG飽和度為125%時(shí)，齊口裂腹魚(yú)的半致死時(shí)間為9.50 h，而胭脂魚(yú)的半致死時(shí)間為43.40 h；在TDG飽和度為140%時(shí)，胭脂魚(yú)的半致死時(shí)間為4.70 h，而長(zhǎng)薄鰍的半致死時(shí)間為14.89 h。

不同魚(yú)種對(duì)過(guò)飽和TDG具有不同的耐受能力。相關(guān)研究表明：試驗(yàn)魚(yú)的大小、體型、魚(yú)齡、實(shí)驗(yàn)工況下的水溫和水深也影響著魚(yú)類(lèi)對(duì)過(guò)飽和TDG的耐受特性[16]。現(xiàn)有成果主要是針對(duì)某流域下特定魚(yú)種的研究，而缺少具有普適性的預(yù)測(cè)模型，建議將魚(yú)的體型、年齡、大小、水溫、水深同半致死濃度建立起數(shù)學(xué)模型，而在研究某一魚(yú)種時(shí)可以通過(guò)參數(shù)率定以修正該數(shù)學(xué)模型，從而獲得具有針對(duì)性的結(jié)果。

3 魚(yú)類(lèi)的規(guī)避效應(yīng)

過(guò)飽和總?cè)芙鈿怏w(TDG)增加了魚(yú)類(lèi)患?xì)馀莶∩踔了劳龅目赡苄?，提高TDG過(guò)飽和水體中魚(yú)類(lèi)的存活率對(duì)于維持生態(tài)系統(tǒng)平衡至關(guān)重要。研究表明，目前普遍用于改善魚(yú)類(lèi)存活的方法有兩種：① 開(kāi)發(fā)增加過(guò)飽和TDG消散率的方法；② 提供或增強(qiáng)具有較低TDG飽和度的避難區(qū)域。Xia等[17]通過(guò)對(duì)河流主流和支流交匯處的TDG進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)支流的收斂降低了主流的TDG飽和度，當(dāng)加深河床和安裝阻力障礙后，低飽和區(qū)域面積會(huì)擴(kuò)大，該區(qū)域可為魚(yú)類(lèi)提供避難場(chǎng)所，以擺脫過(guò)飽和TDG的破壞性影響。為了驗(yàn)證魚(yú)類(lèi)是否可以檢測(cè)并且規(guī)避這種TDG過(guò)飽和水體，袁佺[18]和王遠(yuǎn)銘[19]分別以長(zhǎng)薄鰍幼魚(yú)和齊口裂腹魚(yú)幼魚(yú)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用陡坡直線(xiàn)型避讓實(shí)驗(yàn)裝置，探討不同TDG飽和度下實(shí)驗(yàn)魚(yú)的避讓能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)TDG濃度達(dá)到130%時(shí)，實(shí)驗(yàn)魚(yú)表現(xiàn)出明顯的異?，F(xiàn)象，且濃度越高反應(yīng)越明顯。周晨陽(yáng)等[20]以半齡齊口裂腹魚(yú)為研究對(duì)象，營(yíng)造了TDG過(guò)飽和室內(nèi)避難模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，齊口裂腹魚(yú)的避難趨勢(shì)隨著水流TDG飽和度的升高逐漸增強(qiáng)。但是并不是所有魚(yú)類(lèi)都能對(duì)過(guò)飽和TDG進(jìn)行探知和回避，即使能夠?qū)@種外界刺激做出反應(yīng)，也往往因種類(lèi)不同而表現(xiàn)出差異。以長(zhǎng)江流域生長(zhǎng)的魚(yú)種為例，圖1對(duì)比了4種魚(yú)類(lèi)在不同濃度過(guò)飽和水體下的回避率。

圖1 不同魚(yú)種在不同過(guò)飽和氣體濃度下的回避率

由圖1可知，TDG飽和度一定時(shí)，長(zhǎng)薄鰍與其他3類(lèi)魚(yú)種相比，表現(xiàn)出了較弱的回避率。而巖原鯉和齊口裂腹魚(yú)在TDG飽和度高于110%時(shí)表現(xiàn)出了一致的回避率。規(guī)避實(shí)驗(yàn)會(huì)因魚(yú)種、年齡以及體態(tài)大小間的差異而產(chǎn)生影響。而在實(shí)際工況中因?yàn)樗钶^大，魚(yú)類(lèi)通常也會(huì)利用補(bǔ)償水深來(lái)減弱和避免過(guò)飽和水體對(duì)自身帶來(lái)的傷害[21]。其原因在于，氣體在水中的溶解度與壓強(qiáng)呈正比關(guān)系，隨著壓強(qiáng)的增大,水體中氣體的溶解度也相應(yīng)增大。而壓強(qiáng)包括空氣壓力和靜水壓力，隨著水體深度的增加，水體中的靜水壓力增大，導(dǎo)致氣體的溶解度也增大，此時(shí)水體越不容易發(fā)生TDG過(guò)飽和的現(xiàn)象，魚(yú)類(lèi)探知到低飽和適宜環(huán)境便向水體深處游動(dòng)來(lái)躲避高飽和TDG對(duì)自身帶來(lái)的損害。目前關(guān)于過(guò)飽和TDG的研究成果主要集中于過(guò)飽和水體對(duì)魚(yú)類(lèi)的影響，而魚(yú)類(lèi)對(duì)這種過(guò)飽和水環(huán)境產(chǎn)生的規(guī)避效應(yīng)還有待深入研究，通過(guò)研究魚(yú)類(lèi)應(yīng)對(duì)外界刺激的反應(yīng)，可以從另一個(gè)角度制定出保護(hù)魚(yú)類(lèi)資源的措施。

4 魚(yú)類(lèi)氣泡病的發(fā)生機(jī)理

20世紀(jì)初，科學(xué)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到水體中過(guò)飽和氣體可引起魚(yú)類(lèi)氣泡病，但是對(duì)氣泡病這一宏觀(guān)現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理尚沒(méi)有最終的結(jié)論。多位學(xué)者在觀(guān)察由于氣泡病引起的死魚(yú)中，發(fā)現(xiàn)血管和魚(yú)腸道內(nèi)存在大量的游離氣體和氣泡，鰓絲可發(fā)現(xiàn)柱狀氣泡，還發(fā)現(xiàn)氣泡充塞在細(xì)動(dòng)脈的分支，引起鰓小瓣惡化，形成動(dòng)脈瘤[12,22]。20世紀(jì)60，70年代，大部分學(xué)者認(rèn)為氮?dú)膺^(guò)飽和是導(dǎo)致氣泡病的主要因素，極少數(shù)學(xué)者認(rèn)為高濃度的溶解氧可能引發(fā)氣泡病。Harvey[23]將氧氣分為生物源氧氣和非生物源氧氣，認(rèn)為非生物源氧氣的過(guò)飽和常伴隨氮?dú)膺^(guò)飽和，兩者一起導(dǎo)致氣泡病。Rucker與Kangas[24]根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出，水中總氣壓比溶解氮分壓對(duì)氣泡病的影響要大得多。在解釋過(guò)飽和氣體如何導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)氣泡病上，一般認(rèn)為：魚(yú)類(lèi)血液中的過(guò)飽和溶解氣體在水溫和壓力條件改變時(shí)會(huì)從溶解狀態(tài)恢復(fù)到氣體狀態(tài)，析出的氣泡堵塞血管，致使魚(yú)類(lèi)死亡[11]。與該觀(guān)點(diǎn)類(lèi)似，Knittel等[25]認(rèn)為在過(guò)飽和水體中，過(guò)量溶解的氣體會(huì)以小氣核形式析出，微小氣泡會(huì)通過(guò)呼吸作用進(jìn)入魚(yú)體內(nèi)的血液循環(huán)系統(tǒng)，血液中的血紅蛋白僅對(duì)有用的氧進(jìn)行適量的吸收，而剩余的氣體如溶解氮就會(huì)在相應(yīng)部位血管中堵塞形成氣泡病，最終導(dǎo)致血液在血管中瘀滯，直至死亡。這種觀(guān)點(diǎn)無(wú)法解釋患?xì)馀莶〉聂~(yú)類(lèi)在魚(yú)腸道內(nèi)等血液很少的組織里也存在大量氣泡的事實(shí)。Mesa等[26]研究泄洪期間氣泡對(duì)大壩下游魚(yú)類(lèi)的影響，發(fā)現(xiàn)水中過(guò)多的氣泡黏附在魚(yú)體表面，會(huì)導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)拒絕攝食、細(xì)菌感染而死亡?？傊?，不同魚(yú)類(lèi)對(duì)過(guò)飽和O2、N2的耐受性不同，因此致病的機(jī)制也會(huì)存在差異。過(guò)飽和水環(huán)境中氣泡病的發(fā)生可能是多種因素綜合作用的結(jié)果，今后還需要更深入的探索，以明確哪些因素對(duì)氣泡病是主要的。

高壩泄水通常含有大量泥沙，關(guān)于含沙水流條件下過(guò)飽和TDG對(duì)魚(yú)類(lèi)的影響，國(guó)內(nèi)外已開(kāi)展相應(yīng)的研究，研究?jī)?nèi)容涉及含沙量濃度、持續(xù)作用時(shí)間、溶解氧飽和度等綜合因素對(duì)魚(yú)類(lèi)活性的影響。Erich[27]指出，下泄水流中的泥沙中含有還原性物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)消耗魚(yú)類(lèi)周?chē)难鯕?，形成缺氧環(huán)境。劉曉慶等[28]通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)得知，與過(guò)飽和TDG單獨(dú)作用于魚(yú)類(lèi)相比，含有泥沙的TDG過(guò)飽和水體致死時(shí)間更短。張亦然等[29]通過(guò)電子顯微鏡對(duì)實(shí)驗(yàn)魚(yú)進(jìn)行觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)泥沙會(huì)堵塞魚(yú)鰓，造成機(jī)械磨損，加速實(shí)驗(yàn)魚(yú)的缺氧死亡。

5 過(guò)飽和TDG的釋放

過(guò)飽和溶解氣體的釋放屬于水氣界面?zhèn)髻|(zhì)過(guò)程，其傳質(zhì)速率主要受氣液界面面積、溫度、水體紊動(dòng)強(qiáng)度等因素影響[30]。此外,泥沙也會(huì)影響過(guò)飽和總?cè)芙鈿怏w的釋放。許多學(xué)者從如何加速過(guò)飽和氣體釋放，減輕過(guò)飽和水體帶來(lái)的負(fù)面影響方面開(kāi)展了諸多研究，具體論述如下。

5.1 泥 沙

高壩泄洪通常是高含沙水流，水中泥沙顆粒的存在增加了TDG在水中的粘附介質(zhì)，使得溶解的氣體能更加迅速地轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蔂顟B(tài)并聚集，最后以氣泡的形式漂浮到空氣中。Qu[31]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，提出可開(kāi)啟排沙孔等泄洪調(diào)度方式使下泄水流中懸沙含量增加，以此加快沿程過(guò)飽和總?cè)芙鈿怏w的釋放速率。馮鏡潔等[32]通過(guò)自行設(shè)計(jì)靜置水柱、攪拌誘發(fā)紊動(dòng)、明渠流水槽實(shí)驗(yàn)，探究泥沙對(duì)過(guò)飽和TDG釋放速率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，過(guò)飽和氣體的釋放速率隨著泥沙含量的增加而加快。然而需要指出的是，高壩排沙時(shí)，泥沙會(huì)和過(guò)飽和TDG同時(shí)作用于下游水生生物。劉曉慶[33]以巖原鯉幼魚(yú)為實(shí)驗(yàn)魚(yú)開(kāi)展室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)總?cè)芙鈿怏w飽和度分別為100%，125%，130%，135%，140%的水體，分別設(shè)置含沙濃度為0，200，600，800，1000mg/L的實(shí)驗(yàn)條件，在過(guò)飽和總?cè)芙夂乘w工況下對(duì)實(shí)驗(yàn)魚(yú)進(jìn)行持續(xù)暴露實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在過(guò)飽和含沙水體中，巖原鯉幼魚(yú)的半致死時(shí)間隨著TDG飽和度的增高、含沙濃度的增大而減小。

5.2 溫 度

氣體在水中的溶解度除了受壓強(qiáng)影響外還與溫度呈反比關(guān)系。研究表明：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，溫度每升高1℃，總?cè)芙鈿怏w的飽和度就會(huì)增加2%[11]，溫度越高總?cè)芙鈿怏w飽和度就越大，過(guò)飽和水體隨著溫度的升高就更容易向飽和態(tài)轉(zhuǎn)化。這是因?yàn)椋S著溫度的升高，水中的氣體分子具有更大的動(dòng)能，其運(yùn)動(dòng)速率升高，溶解在水中的氣體越容易從水中逸出，從而使溶解度降低。Shen[34]等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了靜態(tài)和湍流條件下溫度對(duì)過(guò)飽和TDG耗散的影響。結(jié)果表明，過(guò)飽和TDG耗散系數(shù)隨溫度和湍流強(qiáng)度的增加而增大。王皓冉[4]等通過(guò)監(jiān)測(cè)不同時(shí)刻雅礱江三灘橋斷面的水溫和總?cè)芙鈿怏w飽和度，發(fā)現(xiàn)水溫和總?cè)芙鈿怏w飽和度表現(xiàn)出良好的相關(guān)性。

5.3 水體紊動(dòng)強(qiáng)度

過(guò)飽和溶解氣體的釋放過(guò)程受到水深、河流形態(tài)、靜水壓力、水溫和湍流強(qiáng)度等因素的限制。在實(shí)際工程中，河流深度、河流形態(tài)和水溫難以人為控制，因此紊動(dòng)強(qiáng)度成為促進(jìn)過(guò)飽和氣體釋放的主要研究方向。杜開(kāi)開(kāi)等[35]通過(guò)以潛水泵數(shù)量、功率、擺放方式、排水方向等因素為變量研究對(duì)過(guò)飽和溶解氧釋放的影響。其中潛水泵在實(shí)驗(yàn)中充當(dāng)紊動(dòng)源，水泵產(chǎn)生的紊動(dòng)強(qiáng)度有效促進(jìn)了水中過(guò)飽和溶解氧的釋放。在一些緩慢流動(dòng)的水中，例如水庫(kù)或湖泊，風(fēng)可能是顯著影響傳質(zhì)過(guò)程的重要因素。Huang等[36]通過(guò)風(fēng)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究TDG在風(fēng)力驅(qū)動(dòng)流中的運(yùn)輸和耗散過(guò)程，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于風(fēng)速的增加提高了湍流能量和湍流耗散速率，可顯著加快過(guò)飽和TDG的耗散。劉燚等[37]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)觀(guān)察到同一風(fēng)速下，過(guò)飽和水體濃度越高，其釋放速率越快，隨著濃度的降低，釋放速率呈遞降趨勢(shì)。

5.4 阻水介質(zhì)

高壩泄水過(guò)程中，下游水位在排放期間上升，淹沒(méi)了底部的部分植被，而植被的莖和葉能提供大量的固體-液體接口，吸附溶于水中的氣體。根據(jù)溶解氣體的熱力學(xué)理論，溶解氣體的析出過(guò)程應(yīng)分為4個(gè)步驟：首先，少量溶解氣體形成氣核；然后，氣體核周?chē)娜芙鈿怏w附著在它上面，產(chǎn)生一個(gè)微小的氣泡；此外，在壓力、浮力和氣泡-液體傳質(zhì)的作用下，微小氣泡逐漸成長(zhǎng)為粗氣泡；最后，通過(guò)空氣-水表面?zhèn)髻|(zhì)，將總氣泡從水中排出。因此增加水中的沙、人工氣泡、活性炭等介質(zhì)可為形成氣核提供很大的優(yōu)勢(shì)。類(lèi)似的，下游河道中淹沒(méi)的植被也能作為加速過(guò)飽和TDG釋放速率的媒介。Yuan等[38]在實(shí)驗(yàn)裝置中通過(guò)分別種植人造植物和樹(shù)脂玻璃板進(jìn)行植被對(duì)過(guò)飽和TDG釋放的影響研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在水中種植植被可以有效地促進(jìn)過(guò)飽和TDG的消散，而且隨著植被密度的增加過(guò)飽和TDG的耗散率變高。馮鏡潔等[39]以立柱為阻水介質(zhì)模擬水下植被，研究結(jié)果表明：隨著立柱密度、表面粗糙程度、立柱外觀(guān)不規(guī)則性的增高，促進(jìn)過(guò)飽和TDG的釋放效果越明顯。

5.5 曝 氣

水下曝氣能增加水氣界面面積，增加水體的湍流強(qiáng)度。為了探索曝氣對(duì)過(guò)飽和TDG釋放速率的影響，Ou等[40]在曝氣水柱中探究了過(guò)飽和TDG釋放速率與曝氣條件(如氣體流速，水深和孔徑)之間的關(guān)系，研究結(jié)果表明：隨著氣體流速的增加，過(guò)飽和水體的耗散速率呈指數(shù)型增長(zhǎng)，對(duì)于一定的氣體流速，耗散系數(shù)隨著水深和擴(kuò)散器孔徑的增加而減小。黃膺翰等[41]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，建立了DO釋放系數(shù)與曝氣量和曝氣深度間的定量關(guān)系。曝氣技術(shù)在環(huán)境工程和化工領(lǐng)域表現(xiàn)出了良好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，但使用曝氣產(chǎn)生的氣泡促進(jìn)過(guò)飽和TDG的消散卻是一種前瞻性方法，天然水體中由于地形條件復(fù)雜，尚存諸多不確定因素，如何將曝氣技術(shù)應(yīng)用于促進(jìn)過(guò)飽和TDG釋放過(guò)程，還有待進(jìn)一步研究。

6 結(jié) 論

高壩泄水產(chǎn)生的過(guò)飽和TDG水流蔓延至下游，會(huì)對(duì)下游水生生物繁殖產(chǎn)生嚴(yán)重影響。國(guó)外對(duì)高壩泄水產(chǎn)生的過(guò)飽和水體研究較早，而國(guó)內(nèi)起步相對(duì)較晚。我國(guó)尚未規(guī)定過(guò)飽和TDG的限制標(biāo)準(zhǔn)，而高壩泄水引起的過(guò)飽和問(wèn)題卻日漸突出，因此需要綜合分析魚(yú)類(lèi)資源對(duì)過(guò)飽和TDG的耐受能力，有效降低高壩下泄水流中的過(guò)飽和濃度，從而保護(hù)水生生態(tài)環(huán)境。本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于過(guò)飽和水體的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，分別從高壩泄水對(duì)魚(yú)類(lèi)的致死效應(yīng)、魚(yú)類(lèi)對(duì)過(guò)飽和TDG的規(guī)避效應(yīng)、加速過(guò)飽和TDG釋放的措施以及致病機(jī)制等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合分析并得出以下結(jié)論。

(1)過(guò)飽和水環(huán)境中，隨著過(guò)飽和度的增加，魚(yú)類(lèi)受到的影響也越大。與高濃度過(guò)飽和水體相比，低濃度的水環(huán)境對(duì)魚(yú)類(lèi)具有慢性傷害。與過(guò)飽和TDG單獨(dú)作用于魚(yú)類(lèi)相比，下泄水流中的泥沙會(huì)加速實(shí)驗(yàn)魚(yú)的死亡。

(2)不同的魚(yú)種對(duì)過(guò)飽和TDG具有不同的耐受能力，其能力強(qiáng)弱與魚(yú)類(lèi)的大小、體型、魚(yú)齡、水溫以及水深等因素有關(guān)。現(xiàn)有研究成果中缺乏能將多種因素聯(lián)系在一起并具有普適性的預(yù)測(cè)模型。

(3)魚(yú)類(lèi)會(huì)對(duì)過(guò)飽和區(qū)域進(jìn)行探知和回避，提供和增強(qiáng)具有較低TDG飽和度的避難區(qū)域有利于減輕過(guò)飽和TDG對(duì)魚(yú)類(lèi)資源帶來(lái)的損害。

(4)為了加速過(guò)飽和TDG的釋放進(jìn)程，本文分別從泥沙、溫度、水體紊動(dòng)強(qiáng)度、阻水介質(zhì)、曝氣幾個(gè)方面分別綜述分析，其中紊動(dòng)強(qiáng)度能有效加速過(guò)飽和TDG的釋放，是主要的研究方向。過(guò)飽和總?cè)芙鈿怏w在高壩下游的衰減速度極其緩慢，而如何在安全行洪前提下加速過(guò)飽和TDG的釋放是下一步研究的重點(diǎn)。

(5)高壩泄水導(dǎo)致的過(guò)飽和TDG使得下游魚(yú)類(lèi)深受其害，現(xiàn)有研究主要集中在魚(yú)類(lèi)的耐受性、減少過(guò)飽和氣體產(chǎn)生以及促進(jìn)過(guò)飽和氣體釋放等方面，而魚(yú)類(lèi)氣泡病與過(guò)飽和氣體之間的內(nèi)在聯(lián)系，以及氣泡病發(fā)生機(jī)制的研究尚不夠深入。明確過(guò)飽和氣體對(duì)魚(yú)類(lèi)的致病機(jī)制，有利于在理論指導(dǎo)下尋找減少對(duì)魚(yú)類(lèi)危害的措施。