摘要：底泥的鹽分釋放是濱海地區(qū)淡水庫(kù)水質(zhì)咸化的主要原因之一，而包括上覆水條件在內(nèi)的多種因素可能影響到底泥的鹽分釋放。為了研究底泥鹽分釋放的規(guī)律和主要影響因素，采集了天津?yàn)I海地區(qū)典型淡水庫(kù)———北大港水庫(kù)底泥樣品，測(cè)定了鹽分含量，并通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，研究了底泥鹽分含量、上覆水水深、上覆水鹽濃度以及擾動(dòng)對(duì)底泥鹽分釋放的影響。調(diào)查結(jié)果表明，庫(kù)區(qū)底泥全鹽量為0.095%~0.818%，總體屬輕鹽化土和中鹽化土，庫(kù)心底泥鹽分含量明顯高于庫(kù)周底泥。室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)表明，底泥含鹽量越高，鹽分釋放通量越大；實(shí)驗(yàn)條件下上覆水越深，上覆水鹽分含量越低，底泥鹽分釋放通量越大；上覆水?dāng)_動(dòng)會(huì)促進(jìn)底泥鹽分釋放。該研究認(rèn)為，底泥鹽分釋放受底泥鹽分含量和上覆水理化因素的多重影響，對(duì)其釋放規(guī)律的研究有助于更好地解釋濱海地區(qū)水體的咸化機(jī)制。

關(guān)鍵詞：北大港水庫(kù)； 底泥； 鹽分釋放； 水質(zhì)咸化； 鹽度

水體咸化是一種最為普遍的水體污染形式[1]，尤其是在干旱半干旱地區(qū)，水體咸化被認(rèn)為是對(duì)水資源的主要威脅之一[2]。水體咸化會(huì)使水質(zhì)不適合飲用和灌溉，致使飲用水源的喪失[3]和農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的下降[4]。要控制或緩解水體咸化，找出其咸化的主要原因以及影響因素是十分關(guān)鍵的。在以往的相關(guān)研究中，多數(shù)是以地下水為目標(biāo)[5-7]，對(duì)其咸化機(jī)理進(jìn)行了較深入的探討。然而，目前不少地表淡水（如湖泊、水庫(kù)）也存在嚴(yán)重的咸化問(wèn)題，特別是濱海地區(qū)，不少蓄淡水庫(kù)存在咸化問(wèn)題，甚至常出現(xiàn)突發(fā)性泛咸現(xiàn)象[8]。以天津北大港水庫(kù)為例，該水庫(kù)地處濱海地區(qū)，由于氣候、地質(zhì)等原因，常年存在咸化問(wèn)題。這一問(wèn)題在“引黃濟(jì)津”水進(jìn)入水庫(kù)期間顯得尤為突出[9]。然而，對(duì)于此類(lèi)水體咸化的發(fā)生機(jī)理尚不十分明確，特別是底泥鹽分釋放對(duì)其的貢獻(xiàn)，還有待于深入研究。

有研究表明，咸化鹽堿土與水體間的傳質(zhì)作用是北大港水庫(kù)水體咸化的一個(gè)重要原因[10]。類(lèi)似研究也表明，底泥鹽分釋放會(huì)對(duì)水庫(kù)水質(zhì)產(chǎn)生影響[11-12]。近年來(lái)，有研究者對(duì)底泥鹽分釋放對(duì)水質(zhì)咸化的貢獻(xiàn)以及相關(guān)的影響因素進(jìn)行了研究。例如，高增文等[13]利用模擬實(shí)驗(yàn)研究了青島沐官島水庫(kù)底泥鹽分的釋放規(guī)律，發(fā)現(xiàn)底質(zhì)鹽分釋放通量按粉質(zhì)粘土、中細(xì)砂、泥質(zhì)粉沙的順序遞減；姜翠玲等[14]研究了天津北塘水庫(kù)底泥鹽分的釋放規(guī)律和影響因素，發(fā)現(xiàn)底泥氯離子含量、上覆水鹽分含量以及水位對(duì)底泥鹽分釋放有明顯的影響。

針對(duì)北大港水庫(kù)，趙文玉[15]選用庫(kù)區(qū)土壤模擬底泥進(jìn)行鹽分釋放研究，探討了上覆水含鹽量、水位、擾動(dòng)等因素對(duì)“底泥”釋放的影響。然而，該研究選取的并非真正的底泥，而且實(shí)驗(yàn)周期相對(duì)較短（有的僅11d），因此，在揭示相關(guān)規(guī)律時(shí)存在局限性。為了深入研究北大港水庫(kù)底泥鹽分的釋放規(guī)律及其影響因素，本研究首先對(duì)北大港水庫(kù)進(jìn)行了采樣調(diào)查，分析了不同區(qū)域底泥的鹽分含量及其空間分布特征。并通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，研究了底泥鹽分含量、上覆水水深、上覆水鹽分濃度、擾動(dòng)等因素對(duì)底泥鹽分釋放的影響。通過(guò)本研究的進(jìn)行，希望查明北大港水庫(kù)底泥鹽分分布、釋放規(guī)律及其主要影響因素，為深入揭示濱海地區(qū)水體咸化機(jī)理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣調(diào)查

1.1.1 研究區(qū)概述

北大港水庫(kù)位于北緯38°40′~38°48′，東經(jīng)117°16′~117°29′，是天津?yàn)I海新區(qū)（大港）的一座大型平原水庫(kù)，始建于1974 年。庫(kù)區(qū)占地面160 km2，最大蓄水面積約為149 km2，最大設(shè)計(jì)庫(kù)容約為5×109 m3，最大庫(kù)容時(shí)平均水深約為3.3 m，庫(kù)區(qū)水域地形復(fù)雜。目前，北大港水庫(kù)不僅為天津?yàn)I海新區(qū)提供工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城市生活用水，同時(shí)兼作“引黃濟(jì)津”及“南水北調(diào)”的調(diào)節(jié)水庫(kù)。

1.1.2 采樣點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)水庫(kù)的水文特點(diǎn)，共設(shè)置11 個(gè)采樣點(diǎn)。其中，庫(kù)周設(shè)置6 個(gè)采樣點(diǎn)：排咸閘、沙井子閘、劉崗莊閘、馬圈閘、姚塘子和十號(hào)口門(mén)閘，分別記為B-1、B-2、B-3、B-4、B-5 和B-6；庫(kù)心設(shè)置5 個(gè)采樣點(diǎn)，分別1.1.3 采樣和預(yù)處理采樣時(shí)間為2011 年7 月，在每個(gè)采樣點(diǎn)取0~20cm 表層底泥，現(xiàn)場(chǎng)剔除雜質(zhì)后，裝入塑料密實(shí)袋，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，并同步采集上覆水樣。底泥混勻后的樣品一部分自然風(fēng)干，研磨，過(guò)篩后進(jìn)行理化分析。一部分新鮮底泥存放于冰箱，以備用于靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)。同期在各采樣點(diǎn)采集水樣，帶回實(shí)驗(yàn)室后冷藏備用。

1.1.4 測(cè)定方法

底泥樣品測(cè)定項(xiàng)目包括pH 值、電導(dǎo)率、氯離子（Cl-）、全鹽量、有機(jī)質(zhì)、全磷。pH 值、電導(dǎo)率用雷磁DZS-706 多參數(shù)分析儀測(cè)定。按土水比1∶5 制備土壤浸出液，測(cè)定氯離子和全鹽量，其中Cl-含量采用硝酸銀滴定法，全鹽量采用烘干質(zhì)量法[16]。有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法，全磷采用硫酸-高氯酸消煮-鉬銻抗比色法[16]。

1.2 模擬實(shí)驗(yàn)

1.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置和方法

實(shí)驗(yàn)裝置為高40 cm、內(nèi)徑13.5 cm 的圓柱形玻璃筒（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“柱”，圖2），將供試底泥樣品混合均勻后鋪在柱底部，厚度為10 cm，加入各采樣點(diǎn)的水庫(kù)水進(jìn)行飽和，24 h 后將原水吸出。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，用虹吸法緩慢加入上覆水，加水時(shí)盡量避免對(duì)表層底泥產(chǎn)生擾動(dòng)。因北大港水庫(kù)底泥鹽分是以Cl-和Na+為主導(dǎo)的[15]，因此本研究以Cl-含量表示鹽分含量。經(jīng)監(jiān)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)北大港水庫(kù)底泥總體屬輕鹽化土和中鹽化土，據(jù)此選取B-5 底泥為主要研究對(duì)象(Cl-含量為0.041%，含鹽量為0.199%)，以增加實(shí)驗(yàn)的對(duì)比性。具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：

（1）不同含鹽量底泥的Cl-釋放規(guī)律：根據(jù)底泥鹽分含量水平，按含鹽量倍增趨勢(shì)選取3 個(gè)底泥，B-2（低）、B-4（中）和B-2（高）分別裝入不同的柱內(nèi)，按照上述方法平衡后，加入去離子水，使水深達(dá)到20 cm（底泥表面至水面距離，以下同），靜置。每天監(jiān)測(cè)水面下5 cm 處的電導(dǎo)率，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行28 d。

（2）上覆水深度的影響：以B-5 底泥為研究對(duì)象，設(shè)定上覆水水深分別為15 cm 和25 cm，其余實(shí)驗(yàn)條件和測(cè)定方法同（1）。

（3）上覆水鹽濃度的影響：以B-5 底泥為研究對(duì)象，一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置加入去離子水，另一個(gè)加入氯化鈉溶液，設(shè)定Cl-濃度與B-5 采樣點(diǎn)水體Cl-含量（490mg/L）一致。其余實(shí)驗(yàn)條件和測(cè)定方法同（1）。

（4）上覆水?dāng)_動(dòng)的影響：以B-5 點(diǎn)底泥為研究對(duì)象，按照前述方法加入底泥和去離子水。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每隔2 h 用玻璃棒以順時(shí)針?lè)较蛟谏蠈? cm 緩緩攪動(dòng)3 min。其余實(shí)驗(yàn)條件和測(cè)定方法同（1）。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，將上覆水體攪拌均勻（避免擾動(dòng)底泥），測(cè)定水體電導(dǎo)率，并計(jì)算Cl-釋放量及釋放通量。每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)2 個(gè)平行。

1.2.2 測(cè)定方法

根據(jù)文獻(xiàn)[15,17]，Cl-含量采用Cl-含量-電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)曲線法，通過(guò)測(cè)定上覆水電導(dǎo)率變化來(lái)反映上覆水質(zhì)變化和底泥Cl-釋放情況。具體方法是：將不同量底泥溶入不同體積的去離子水中，測(cè)定底泥浸出液中Cl-含量和電導(dǎo)率，建立Cl-含量-電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)曲線（計(jì)算得知R2 為0.991 8），根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算Cl-含量。Cl-釋放量及釋放通量的計(jì)算方法如下：

p=c·V；q=p / ( S·t )

式中：p 為Cl-釋放量（mg）；c 為上覆水體攪拌均勻后Cl-濃度（mg/L）；V 為上覆水體積（L）；q 為Cl-釋放通量g/(m2·d)；S 為水-底泥接觸面積（m2）；t 為實(shí)驗(yàn)天數(shù)（d）