萬峰湖總有機碳空間分布特征

滕明德，遲 峰，高庚申

貴州省環(huán)境科學研究設(shè)計院，貴州 貴陽 550008

總有機碳(TOC)為水中的有機物質(zhì)用碳量來表示，包括溶解有機碳(DOC)、顆粒有機碳(POC)，它是反映水體中有機物污染程度的重要指標［1-2］。水體中的有機碳是生物圈最大的活性有機碳庫，約占全球活性有機碳庫的六分之一，在生物、地質(zhì)和化學過程發(fā)揮著主要作用［3］。另外TOC是衡量水體有機污染程度的一項綜合指標，對有機污染起指示作用。TOC在水體中的多寡可以直接影響水質(zhì)消毒處理的效果，并能產(chǎn)生許多副產(chǎn)物而降低水的衛(wèi)生質(zhì)量，對人體健康構(gòu)成一定威脅［4］。水體中有機物濃度監(jiān)測技術(shù)中，TOC測定方法比COD和BOD的測定更方便快捷和準確，而且能全面反映水體含碳有機物污染狀況，因此對水體中TOC的研究越來越引起人們的重視［5］。深水湖庫與淺水湖庫在地質(zhì)與水文上存在顯著差異，各環(huán)境因子在水體中的分布以及對水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響也不盡相同，國內(nèi)外對于水體中TOC的研究主要集中在海、河與淺水湖泊，對于深水湖泊及人造水庫則鮮有報道。

1 實驗部分

1.1 研究區(qū)域概況

萬峰湖位于黔、滇、桂3省(區(qū))結(jié)合部，屬于典型的高原深水湖庫，水體最深處超過170 m，主航道長約128 km，湖面面積達176 km2，庫容量為102億立方米，相當于2個云南大理洱海，17個貴州清鎮(zhèn)紅楓湖，76個杭州西湖，僅次于鄱陽湖、洞庭湖、太湖、洪澤湖，位居全國5大淡水湖之列。流域內(nèi)有大小河流近200條，主要水源河流有南盤江干流上游段(云南境內(nèi)的八大河，云南羅平縣境內(nèi)的多依河)，云、貴界河-黃泥河、貴州馬嶺河、廣西清水河。

萬峰湖庫區(qū)由于生態(tài)環(huán)境保護、污染防治工作滯后以及湖中網(wǎng)箱養(yǎng)魚盲目發(fā)展，湖水水質(zhì)逐年惡化，水體富營養(yǎng)化程度日趨嚴重。造成萬峰湖水質(zhì)污染和富營養(yǎng)化的主要原因為流域化工廠和城鎮(zhèn)污水的直接排放、大量網(wǎng)箱養(yǎng)魚、庫區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染［6］。

1.2 樣品的采集與分析

1．2．1 樣品采集與點位布設(shè)

于2012年9月對萬峰湖及入湖河流進行了水樣采集，采集分為入湖河流水樣采集與湖內(nèi)水樣采集?；谌f峰湖水域面積較為寬廣，航道較為狹長，為比較全面地了解TOC在萬峰湖的分布狀況，分析TOC的來源，全湖布設(shè)24個垂線點位(航道上17個，主要的湖灣7個)，每個點位位于湖面中間位置，分別進行上、中、下分層采樣，共72個樣品。入湖河流清水河(R1)與喜舊溪河(R2)采集背景水樣，在多依河入湖處(R4)與黃泥河入湖處(R3)采集表層水，在八大河入湖處(R5)與清水江入湖處(R6)進行左、中、右采樣，各點采集1份上、中、下3層混合水樣，水樣使用深水采樣器采集，采樣點分布圖見圖1。

圖1 萬峰湖采樣點示意圖

1．2．2 分析指標與方法

入湖河流水樣只分析TOC，湖內(nèi)24個垂線所采水樣分析指標包括水溫、葉綠素a、TOC，其中水溫現(xiàn)場測定，水樣采集后與冰袋裝于保溫箱內(nèi)帶回實驗室進行TOC、葉綠素a分析。采用總有機碳分析儀(Shimadzu TOC-VCPH)分析樣品總碳濃度和無機碳濃度，通過差減法求出水樣的TOC值，葉綠素a用分光光度法測定，具體分析方法見《水與廢水監(jiān)測分析方法》(第4版增補版)［7］。

2 結(jié)果與討論

TOC是表示水體中自然有機物含量的參數(shù)，歐洲經(jīng)委會國家(EC)將TOC作為飲用水的指示參數(shù)［8］，中華人民共和國建設(shè)部于1999年9月28日發(fā)布了《飲用凈水水質(zhì)標準》(CJ 94—1999)，規(guī)定TOC的檢測標準不得超出4 mg/L。此標準是飲用凈水的水質(zhì)標準，適用于以自來水或符合生活飲用水水源水質(zhì)標準的水源水，經(jīng)深度凈化后可直接供給用戶飲用的管道供水和灌裝水［9］。中國雖對飲用水標準增加了很多有機污染物的項目，并規(guī)定TOC不得超出4 mg/L，但未對飲用水水源作出規(guī)定。中國臺灣地區(qū)的《臺灣飲用水水源水質(zhì)標準》規(guī)定，地面水體和地下水作為自來水及簡易自來水飲用水水源，其中TOC含量最大值為4 mg/L(試行)［10］。萬峰湖 TOC含量介于0．40 ～3．94 mg/L，僅 TOC 指標而言，小于上述2個標準規(guī)定的4 mg/L限值標準，優(yōu)于紅楓湖(12．17 mg/L)、百花湖(12．22 mg/L)、阿哈水庫(4．5 mg/L)［10］。

2.1 河流及河流入湖口的TOC特征

萬峰湖入湖河流及入湖口處的TOC含量見圖2。

圖2 萬峰湖入湖河流及入湖口TOC含量

從圖2可以看出，入湖河流清水河(R1)與喜舊溪河(R2)斷面處的TOC均未超過1 mg/L，遠低于河流入湖口處的TOC含量。R1、R2為流動的河流，流動水體不利于藻類等浮游植物的生長，加上河流沿岸沒有污染源排放，是R1、R2處出現(xiàn)較低TOC的主要原因。

R3為R2下游的入湖口，其TOC含量值為3．94 mg/L，也是此次監(jiān)測的峰值。R3、R4分別為黃泥河與多依河的入湖口，因此次為夏末采樣，多依河在流入萬峰湖前已完全用于沿岸農(nóng)業(yè)灌溉，為此R4處成了萬峰湖一個沒有來水的湖灣。R3處為魯布革電站，因電站進入儲水期蓄水，黃泥河的來水只有很少部分進入萬峰湖。因此R3、R4均成為無來水的湖灣。靜止的水體利于浮游植物的生長，在采樣時R3、R4處有不少水生植物，同時水面漂浮有大量生活垃圾，R3、R4處較高濃度的TOC可能與上述情況有關(guān)。R5、R6分別為八大河與清水江入湖口，R5l、R5m、R5r與 R6l、R6m、R6r分別指 R5、R6 斷面處的左、中、右，其TOC值為上、中、下3層的混合水樣的測量結(jié)果。R5、R6處較高濃度的TOC可能主要源于沿岸的生活污染。八大河與清水河入湖交匯處有2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)分別位于2河左側(cè)，其生活污水均未經(jīng)過任何處理而直接排入湖體，與河中間點位相比，兩岸較高的TOC濃度值可能緣于兩岸的生活污染進入河流后需要一定的距離才能夠充分混勻，而此次采樣點可能處在兩岸污染物向中間擴散混合的中間位置。

2.2 TOC在萬峰湖的分布特征

TOC在萬峰湖空間分布上的差異主要體現(xiàn)在垂向分布上，縱向上19#～24#點位的TOC略高于1#～18#，但差異不顯著。萬峰湖24個垂線點位的TOC含量見圖3。

圖3 萬峰湖TOC垂向分布圖

由圖3可見，TOC主要分布在萬峰湖的上層，總體上呈上層＞中層＞下層的趨勢。其中上層水樣中的TOC 濃度為1．70～3．64 mg/L，算數(shù)平均濃度為2．26 mg/L，均大于相對應(yīng)點位的中層、下層。中層、下層水樣的TOC濃度差異不明顯，部分點位下層的TOC濃度高于相對應(yīng)中層水樣TOC值。

TOC受很多因素影響，包括光化學氧化和顆粒態(tài)有機物的共沉淀以及細菌的降解作用［11］。以往研究發(fā)現(xiàn)，在藻類水華暴發(fā)期以及水華過后，水體中TOC容易累積，浮游植物是產(chǎn)生TOC的主要來源［12］。葉綠素a是浮游植物進行光合作用的主要色素，同時也是表征水域初級生產(chǎn)者浮游植物生物量的一個重要指標，在一定程度上反映了水域初級生產(chǎn)者通過光合作用生產(chǎn)有機碳的能力［13］。浮游植物在生長期間會排泄出有機物質(zhì)，據(jù)研究，這部分可占到光合作用產(chǎn)物的30% ～40%，而且光合作用產(chǎn)物中的很大一部分轉(zhuǎn)化為TOC釋放到水體中的過程是非?？斓?，幾乎與光合作用同時進行［14-16］。這意味著浮游植物初級生產(chǎn)力高，產(chǎn)生的TOC也高。TOC在萬峰湖上、中、下層含量上的明顯差異可能與各層生物量多少有關(guān)。萬峰湖為典型的高原深水湖庫，在深水水庫中，由于不同深度水層所接受的光照強度以及水體熱力學狀態(tài)的差異，會出現(xiàn)熱分層，這些將影響水庫浮游植物的垂直分布［17-18］。適當?shù)乃w溫度能促進浮游植物的新陳代謝和生長，溫度對水體的影響，表現(xiàn)在間接地影響表層水體浮游植物的懸浮，以及浮游植物垂直分布和演替［19］。萬峰湖水體溫度與葉綠素a監(jiān)測結(jié)果分別見圖4、圖5。

圖4 萬峰湖水溫縱向變化

圖5 萬峰湖葉綠素a縱向分布圖

由圖4、圖5可以看出，萬峰湖湖體水溫與葉綠素a呈明顯的分層現(xiàn)象，雖然葉綠素a含量與溫度、TOC之間沒有顯著的正相關(guān)性，但與TOC的分布相同，均呈現(xiàn)出上層＞中層＞下層的現(xiàn)象，同時萬峰湖水體能見度常年不超過3 m，浮游植物主要分布于上層［20］。因此，在深水水庫中，不同深度水層因光照和溫度差異所導致的生物量的多寡是致使萬峰湖上層TOC濃度明顯高于中層和下層的主要因素。

3 結(jié)論

1)萬峰湖的TOC含量為0．40～3．94 mg/L，其含量未超過《飲用凈水水質(zhì)標準》規(guī)定的限值標準 4．0 mg/L。

2)萬峰湖為高原深水水庫，不同深度水層因光照和溫度差異所導致生物量的多寡是致使萬峰湖上層TOC濃度明顯高于中層和下層的主要因素。

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