金盆水库暴雨径流时空演变过程及水质评价

为探究西安金盆水库汛期暴雨径流沿程时空演变过程及库区水质响应,对汛期2019年8月初与9月中旬两场暴雨径流上游河道至库区各断面的水质指标进行持续原位监测,并在垂向上采用单因子污染指数法和综合污染指数法对库区进行水质评价.结果表明：汛期暴雨径流连续不同的来流条件会演变成不同的潜入情况,两次径流初期入流量小,水库潜流均经历全断面径流-底部潜流-间层流的过程,在末期,8月初径流库区间层流位置由初期的545~565 m扩大为535~580 m,9月中旬径流潜流位置由初期540~575 m的间层流演变成575 m以下的底部潜流;连续的入流使库区热分层结构削弱,溶解氧得到补充,同时大量颗粒态污染物汇入库区,营养盐在垂向上表现为中层、底层水体高于表层;单因子污染指数表明径流潜流处总磷和高锰酸盐指数值都有一定的增加,末期均超过地表水Ⅲ类水质标准;综合污染指数表明8月初径流中层水质处于中污染,底层则受厌氧与颗粒沉降的双重影响达到重污染,并且在径流一周后达到峰值,而9月中旬的575 m以下的潜流直接导致中层水体处于重污染,底层由于溶解氧的补充处于中污染;汛期通过泄洪洞的排放与分层取水可以有效地保障供水安全.     

金盆水库沉积物铁锰释放规律

针对分层型水库周期性厌氧问题,金盆水库利用人工强制混合充氧技术补充底部水体溶解氧,抑制沉积物中还原性污染物的释放.但受水库地形地貌的影响,人工强制混合充氧效率存在一定差异性,在曝气系统运行结束后部分较深区域上覆水体溶解氧迅速耗竭,导致污染物的再次释放.为探究铁锰在该条件下的释放规律及扩散强度,选取主库区代表性采样点,对沉积物间隙水及上覆水溶解态铁锰浓度分布进行测定,并计算沉积物-水界面处溶解态铁锰的扩散通量.结果表明,人工强制混合充氧结束后地势较低区域底部水体迅速进入厌氧状态,导致大量溶解态锰释放进入上覆水体,浓度最高达0.42mg·L~(-1);而地势较高区域底部水体短暂进入缺氧状态,之后溶解氧浓度迅速回升,因此底部溶解态锰浓度升高幅度较小,浓度最高为0.17mg·L~(-1).沉积物间隙水-上覆水铁锰浓度分布结果表明,由于铁锰氧化还原电位的差异,溶解态锰相较于铁在厌氧条件下更容易释放进入上覆水体,且不断在表层沉积物及上覆水体中积聚,而溶解态铁的释放不仅受溶解氧的抑制,还受锰氧化物等其他氧化剂的抑制.由扩散通量计算可知,人工强制混合充氧结束后溶解态锰的扩散通量有降低趋势.由质量平衡计算可知,溶解态锰在厌氧层中的积聚不仅与扩散通量有关,还与沉降通量、厌氧层厚度有关,因此厌氧层中铁锰的生物地球化学循环作用有待进一步的研究.     

人工强制混合充氧对分层型水库细菌群落演替的影响

为深度解析人工强制混合充氧过程中细菌群落的演替，以西安金盆水库为研究对象，对2018年8月~2019年4月水库主库区垂向细菌种群结构进行连续监测.结果表明，受人工强制混合充氧作用影响，水库水体中的优势菌群蓝细菌门（Cyanobacteria）的丰度由11.7%~19.2%降至6.3%~8.9%.其中，表层、中层和底层水体蓝细菌的丰度分别由18.3%、11.7%、19.2%降至8.9%、6.3%、7.9%.人工强制混合作用使垂向水体细菌的种群结构差异降低，样本之间的离散度逐渐减小，其中优势菌群放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）在水体垂向的丰度分别由"中 > 底 > 表"和"表 > 底 > 中"，逐渐变为表、中、底层趋于均一.人工强制充氧作用使底部水体溶解氧（DO）含量逐渐升高，好氧型细菌的丰度得到明显的增加，其中Polynucleobacter的丰度从0.06%增加到1.06%，甲基孢囊菌属（Methylocystis）的丰度由0.18%增至2.20%，甲基杆菌属（Methylobacter）的丰度由0.02%增加到1.96%.通过冗余分析可知，影响细菌群落组成的主要因素为水体热分层稳定性、水温、DO、总磷（TP）和总氮（TN）.     

人工诱导水库分层水体提前混合对细菌群落结构和代谢活性的影响

水库水体分层是导致底层水体厌氧,产生内源污染的重要原因,人工强制混合充氧可以使分层水体提前实现完全混合,当秋冬季气温低于混合水温时,停止混合充氧系统水体仍可自发地持续进行混合,极大地延长了底层水体及沉积物的好氧周期.上述阶段中,人工强制混合期底层水体温度逐渐升高直至完全混合,自然混合期混合水体温度持续下降,溶解氧保持在7.84～9.86 mg·L^-1.为研究人工诱导水体提前混合对水源菌群及有机污染物代谢的影响,以西安金盆水库为研究对象,在原位监测水质指标的基础上,采用高通量DNA测序技术和Biolog技术分析细菌群落组成及其代谢活性.结果表明,持续自然混合期金盆水库优势菌门为放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）,二者相对丰度之和占细菌群落的60.9%～66.2%.放线菌门（Actinobacteria）中的优势菌为CL500-29＿marine＿group（15.96%）,其次为hgcl＿clade（9.25%）.水库水体在完全混合初期,受温度和溶解氧升高影响,细菌活性相对较高,有机污染物指标高锰酸盐指数和溶解性有机碳...     

人工强制混合对金盆水库水体藻类群落结构时空演替的影响

为探明人工强制混合过程对水体藻类群落演替的作用影响机制,本研究利用扬水曝气系统对金盆水库主库区水体进行原位人工强制混合,对系统运行过程中水库水体理化参数及藻类进行原位定点监测.结果表明,金盆水库水体藻类共6门28属51种,扬水曝气系统的人工强制混合作用可显著抑制水体藻类的生长,并对其群落结构产生显著影响:扬水曝气系统运行前,藻类主要分布在表层水体,其中以小球藻(Chlorella vulgaris)为优势种属;扬水曝气系统运行后,表层水体藻密度大幅降低,藻密度垂向分布趋于均匀,优势种属有向小环藻属(Cyclotella sp.)演替的趋势.本研究利用冗余分析(RDA)方法,结合临界层理论(critical depth theory)和藻类生长特性,分析了人工强制混合过程中金盆水库水体藻类群落结构时空演替和主要理化参数变化之间的关系.分析结果表明,扬水曝气系统的人工强制混合作用主要通过迅速破坏水体热分层稳定性和显著增加水体混合深度(Z_(mix))来影响藻类群落结构的时空演替.