汾河水库水体分层及对策

科技情报开发与经济　文章编号：１００５—６０３３（２００８）０Ｉ－０Ｉ３８—０２　ＳＣＩ—ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡ　ＦＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮ　’Ｉ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　’２００８年第１　８卷第１期　收绱日期：２００７一１０—２６　汾河水库水体分层及对策　邸殿臣　（山两省引黄Ｔ程管理局．山西太原，０３０００１）　摘要：介绍了汾河水库概况和水体分层，分析了水体分层的危害，提出了解决汾河水　库水体分层的对策。　关键词：汾河水库；水体分层；厌氧状态　中图分类号：ＴＶ２１３．４　文献标识码：Ａ　ｌ　汾河水库概况及水体分层现象　汾河水库是山两省万家寨引黄Ｔ程的调节水库，位于太原市两北８３　ｋｍ，是太原市最重要的地表水源。万家寨引黄Ｔ程是我国第三大水利１二　程，第二大｛蒯水工程。浚＿Ｔ程在黄河上游的万家寨修建９０　ｍ高的混凝土　坝拦截黄河水，州５级抽水站将黄河水提升６４８　ｍ，经过总长为Ｉ４４　ｋｍ　的隧洞和管道将黄河水注入汾河，经８１　ｋｍ汾河流人汾河水库，再经过　５８　ｋｍ输水管道送人太原市呼延水厂。引黄工程汁划每年向太原市供水　【ｕ＼　恒　巧∞　加　ｍ　∞　６　４亿１１１　，自２００４年５月向太原市供水．日前实际供水２０万ｍ３／ｄ　汾河水库建于１９６０年，现有总库容３．５亿ｍ　，面积３２　ｋｍ：，呈长条　形，长Ｉ２．８　ｋｍ，平均宽度２．５　ｋｍ。当初水库建设的日的是为了防洪、灌溉　和发电，万家寨引黄ｌＴ程建成后．才担负城市供水的作用。由于泥沙淤　积．水库实际面积已减少到Ｉ８　ｋｍ：．最大水深Ｉ８　ｍ，且仅在水库大坝前　２，５　ｋｍ范　内水深较大，其他区域水深急剧减小。图ｌ为汾河水库平面　图．图２为纵断面图。　汾河水库每年Ｉ２月初开始结冰，第二年３月巾旬解冻，结冰期７０　ｄ～１０５　ｄ，冰层厚度３５　ｃｎ　４５　ｃｍ。　网Ｉ汾河水库平面图　冬季汾河水库结冰后，水库表层水温接近０　ｑｃ．而底层水体受到地　…．、．．　．．　’　—　热的影响，水温必然高于０℃。水的特性是，当水温为４　ｑｃ时密度最大，温　度升高或降低时，密度均减小。阂此，冬季汾河水库底层水温必为４　ｑｃ，　因为，当底层温度被地热加温到　℃（　４）时，白下至上的水温变化过程　为　ｑｃ～０　ｑｃ，必有某一位置上的水温为４　ｑｃ，密度最大，将下沉，底层　一．一　０。。。。。。－　ｌｊ．ｓｒ￣　．　最低水位Ｉ　Ｉｌ４／厂　‘。。　ｑｃ的水上升，两者将混合，最终稳定在４　ｑｃ，而表层小于４　ｑｃ的水则不受　混合作用的影响．稳定地停留在表层。这种由于上下层水温差引起的下　层水体密度大、表层水体密度小的现象，称为水体分层。当季节交换时，　表层水温将变化到与下层水温相同，上下层水体将混合，称为“翻库”，上　下水质趋于一致。风浪作．１｝｛将会破坏水体分层，当水深小于１０　ｍ时为脆　弱分层，水深介于１０ｍ～３０ｍ时为弱分层，水深大于３０ｍ时为稳定分　０　２　４　６　８　ｌ０　ｌ２　ｌ４　ｌ６　ｌ８　２０　距大坝距离／ｋｉｎ　网２汾河水库纵断面网　当溶解氧的质量浓度小于２　ｍｇ／Ｌ时，底泥巾的氨氛向水体释放。底泥　氨氮释放的实质是氨氮不再向硝态氮转化而在水巾累积。在底泥内部为厌　氧状态，含氮有机物存氨化细菌作Ｈ｛下转化为氨氮，反应过程如下式：　胰氧　层．．汾河水库由于整个水面被冰层覆盖，不会受到风浪的影响，因此为稳　定分层。汾河水库冬季分层后水温的竖向变化如图３。　水体分层现象同样会ｊｌ｛现在夏秋季节，此时表层水温高，密度轻，下　层水温低，密度高。通常将夏季的密度分层称为正向分层，冬季的密度分　层称为逆向分层。分层后，表层水温随气温的变化而变化，称为变温层；　底层水温较稳定，称为等温层；在变温层与等温层之问有一层过渡层，称　为斜温层。　氨基酸一有机酸＋ＮＨ　氧化饼　由底泥氯化产生的氨氮向水体扩散，当水巾溶解氧较高时，氨氮在　硝化菌作．ｆ＿Ｉ｛下转化为亚硝酸盐和硝酸盐，而水质标准对水源水中硝酸盐　含量的要求很低，其质量浓度为１０ｍｇ／Ｌ。亚硝化和硝化过程如下式：　重酌化苗　２水体分层的危害　水体分层后．上下层水体相对稳定，相互间不相混杂，下层水体受到　Ｈ４＋＋０Ｈ　Ｉ／２０２－＋Ｈ　＋　０　２Ｈ’０＋能量　他浦　０　１／２０２一ＮＯ３－＋能量　底泥微生物的耗氧作川，溶解氧逐步降低，由于得不到表层溶解氧的补　充最终将处于厌氧状态，这就使水生生物的生活环境恶化；存厌氧条件　下，沉积物巾的有机物、氮、磷、铁、锰溶解释放到水巾，使水产生色度和　存厌氧条件下，亚硝化和硝化作朋停止，水中会残留大量的氨氮。　当溶解氧的质量浓度小于ｌ　ｍｇ／Ｌ时，底泥巾的铁、锰向水巾释放，好　氧条件下．底泥巾铁以３价铁盐的彤式沉淀于底泥巾，在厌氧还原条件　嗅味，ｐＨ值下降。释放ｆｌＩ的有机物、氮、磷是藻类的营养物质．会促使藻　类繁殖．引起更多的水质问题。网４为汾河水库冬季溶解氧竖向分布　底　下，Ｆｅ“被还原成溶解性的　释放到水巾　反应式如下：　释放到水巾　同理，好氧条件下锰以４价锰　的形式沉淀于底泥巾，在厌氧还原条件下，Ｍｎ“被还原成溶解性的Ｍｎ　部溶解氧的质量浓度已小于ｌ　ｍｇ／Ｌ。　ｌ３８　维普资讯 http://www.cqvip.com

邸殿臣　汾河水库水体分层及对策　本刊Ｅ—ｍａｉｈｂｊｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ　科技研讨　ｌ　１　Ｅ　１　－——～　需要存水底安装水平的穿孔空气管，实施比较困难。　扬水曝气器竖直安装于水库巾，压缩空气通人其巾。扬水曝气器首　＊　Ｉ　、＼Ｉ　＼水温，℃　先利用压缩空气向水体充氧，再将充氧后的空气收集，间隙性地释放大　的气弹，推动下层水体向上流动，形成　下向上的脉动流，从而达到混合　上下层水体、破坏分层的目的。同时向水体充氧，　而它具有充氧和混合　５　　两项功能。扬水曝气器为间歇式工作，集聚能量在瞬问爆发，对周围水体　的抽吸能力较强，因而影响范围远。　上述前两种技术在我国还没有应用和研究的先例，扬水曝气器是我　国开发的技术，已有应用，是较好的解决水体分层问题的方法。　图３汾河水库冬季水温竖向分布　４结语　暑　＊　水体分层问题是水深较大的水库湖泊的常见问题，水体分层后下层　水体厌氧，底泥氮、磷、铁、锰等污染物向水体释放，影响水质。汾河水库　冬季水面结冰，水体混合能力差，出现了明显的水体分层现象，必然会发　生底泥污染物释放问题。由于汾河水库担负着向太原市供应城市水源的　溶解氧／（ｍｇ／Ｌ）　图４汾河水库冬季溶解氧竖向分布　ＦｅＰ０４一ｅ　ｉ　一ｆ’ｅ　＋Ｐ０４　ＭｎＯ，＋４Ｗ－２ｅ－＝Ｍｎ　＋２Ｈ２ｏ　＿任务，因此，应给予水体分层问题足够的重视。扬水曝气技术、深水曝气　技术、空气管混合技术是解决水体分层问题的有效方法，可选择使用。　参考文献　［１　Ｊ　Ｐｅｔｔｅｒｓｓｏｎ　Ｋ．Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｓｅｔｔｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎ　ＬａｋｅＥｒｋｅｎ［Ｊ　Ｊ．Ｔｈｅ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ｏｆｔｈｅｔｏｔｌａ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２００ｌ，２６６：　７９—８６．　从上式可以看Ｉ｛Ｊ，在铁溶解释放的同时，底泥巾的磷也释放到水巾。　水巾氨氮和铁锰将大量消耗水处理厂消毒剂，使水产生不良的嗅　味。铁锰还使水产生较大的色度，影响使用。氮、磷的释放将使水体富营　养化，引起藻类、水草的大量繁殖，影响水质。　［２］Ｍｙｉｎｔ　ＺＡＷ。Ｂａｒｒｙ　Ｃｈｉｓｗｅｌｌ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　ｍａｎｇａｎｅｓｅ　ｄｙｎａｍｉｃｓ　ｉｎ　ｌａｋｅ　ｗａｔｅｒ　［Ｊ　Ｊ，Ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｌ９９９，３３（８）：１５７一ｌ６４．　［３］　Ｇａｒｙ　Ｊ　Ｊｏｎｅｓ，Ｗｏｊｃｉｅｅｈ　Ｐｏｐｌａｗｓｋｉ，Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｇｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａｌ　ｂｌｏｏｍｓ　ｉｎ　ｓｕｂ—ｔｒｏｐｉｃａｌ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ　ｏｆ　ｑｕｅｅｎｓｌｎｄ．ａＡｕｓｔｔｒａｌｉａ［Ｊ　Ｊ，　Ｗａｔｅｒ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９８，３７（２）：１６１－１６８，　３水体分层的对策　混合上下水层、破坏水体分层，或直接给下层水体充氧是解决水体　分层的途径。采用的技术包括深水曝气．空气管混合和扬水曝气。深水曝　气又称为同温层曝气，是只向下层水体充氧而不搅动水体、不产生上下　水体的混合、不破坏水体分层的一种曝气方式。德国Ｗａｈｎｂａｃｈ水库采用　深水曝气法，将夏季水库底层水的溶解氧的质量浓度维持在３　ｍｇ／Ｌ．　ｐｏ，　质量浓度由０．０８ｍｇ／Ｌ降到０，０２，￣ｇ／Ｌ，锰离子质量浓度由３　ｍｇ／Ｌ降　［４］丛海兵，黄廷林，李创宇，等，于桥水库内源污染特性研究［Ｊ］．水资　源保护，２００６，２２（４）：２０—２３．　［５］Ｃｌａｓｅｎ　Ｊ．Ｒａｗ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｔ　Ｗａｈｎｂａｃｈ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ［Ｊ］．　Ｗａｔｅｒ　ｒｓｕｐｐｌｙ．２０００．１８（１）：５８１－５８５．　［６］Ｌｉｎｄｅｎｓｃｈｍｉｄｔ　Ｋ　Ｅ，Ｈａｍｂｌｉｎ　Ｐ　Ｆ．Ｈｙｐｏｌｉｍｎｅｆｉｃ　ａｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｌａｋｅ，Ｔｅｇｅｌ，　Ｂｅｒｌｉｎ［Ｊ　Ｊ．Ｗａｒ　Ｒｅｓ，ｌ９９７，３ｌ（７）：１６１９—１６２８，　［７］Ｖｉｃｋｉｅ　Ｌ　Ｂｕｒｒｉｓ。Ｊｏｈｎ　Ｃ　Ｌｉｔｔｌｅ．Ｂｕｂｂｌｅ　ｄｙｎａｍｉｃｓ　ａｎｄ　ｏｘｙｇｅｎ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｉｎ　ａ　ｈｙｐｅｌｉｍｎｅｔｉｃ　ａｅｒｔｒａｔｏｒ［Ｊ］，Ｗａｔｅｒ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｌ　９９８，３７（２）：２９３－３００．　［８］　Ｊｅｒｅｍｙ　Ｓｉｍｍｏｎｓ，Ａｌｇａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｄｅｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｔ　Ｈａｎｎｉｎｇｆｉｅｌｄ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ［Ｊ　Ｊ，Ｗａｌｅｔ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｌ９９８，３７（２）：３０９—３ｌ＆　到０．２ｍｇ／Ｌ。柏林Ｔｅｇｅｌ湖面积４　ｋｍ　，容积０．２５亿１１１　，平均水深６ｍ，最　大水深１６ｍ，水质问题是溶解氧浓度低，含氮量高，水体富营养化。在水　深ｌ２ｍ～１６ｍ的Ⅸ域布置了ｌ５个部分提升型深水曝气器，总供气６３ｍＳ／　ｍｉｎ，同温层充氧量４，５　，取得了良好的水质改善效果。美国的ｎｉｎｃｅ　湖和Ｗｅｓｔｅｒｎ　Ｂｒａｎｃｈ湖采用深层曝气充氧，使水巾磷、铁．锰、硫化物明　硅减少，水厂氯的用量下降。深水曝气单台设备的影响范同较小，对面积　较大的水体需要较多的设备，实施较困难。　空气管混合是在水底安装穿孔空气管，压缩空气经空气管上的小孔　释放到水巾，气泡上升时夹带下层密度较大的水体到表层，气泡逃逸到　［９］丛海兵，黄廷林，缪品广，等，水体修复装置——扬水曝气器的开发　［Ｊ］．中国给水排水，２００５，２１（３）：４ｌ一４５．　［１０］丛海兵，黄廷林，缪晶广，等．扬水曝气器的水质改善功能及提水、　充氧性能研究［Ｊ］，环境工程学报，２００７，ｌ（１）：７一ｌ３．　［１１］丛海兵，黄廷林，赵建伟，等．扬水曝气技术在水源水质改善中的　应用［Ｊ］．环境污染与防治，２００６，２８（３）：２１５－２１８．　（责任编辑：胡建平）　第一作者简介：邸殿臣，男，１９７５年ｌ０月生，１９９７年毕业于太原电　大气巾后，被夹带的大密度水体向四周扩散，与表层密度轻的水体混合，　混合水的密度巾等，它将在上升气泡羽的外侧下沉，到达某一巾问水深　处，该处水的密度与下降的混合水密度相当。随着气泡的不断流动，巾问　水层的厚度不断扩大，而上层轻密度水层和下层高密度水层变薄，直至　最后被巾问水层完全挤占，水力分层被破。气泡运动过程巾向水体传递　氧气，增加了水体的溶解氧浓度，抑制了底泥污染物的释放。空气管混合　力学校，助理工程师，山西省引黄＿Ｔ程管理局，山两省娄烦县汾河水库引　黄工程管理站，０３０３０２，　Ｔｈｅ　Ｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｂｏｄｙ　ｏｆ　Ｆｅｎｈｅ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ＤＩ　Ｄｉａｎ．ｃｈｅｎ　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｅｎｈｅ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒａｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｂｏｄｙ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｈａｒｍｆｕｌｎｅｓｓ　ｏｆ　ｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｂｏｄｙ，ａｎｄ　ａｄｖａｎｃｅｓ　ｓｏｍｅ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｓｏｌｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｂｏｄｙ　ｏｆ　Ｆｅｎｈｅ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：Ｆｅｎｈｅ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ；ｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｂｏｄｙ；ａｎａｅｒｏｂｉｃ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｌ３９