查干湖水体总盐量变化的趋势与特点

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2 查干湖的水文地质背景
查干湖地处松嫩平原东缘, 位于松嫩平原的 霍林河旧河道。 查干湖是松嫩平原地下水的 “天 窗”,第四系潜水总体呈自西南向东北穿过查干湖 后注入松花江,地下水上游区域水质的污染状况, 可直接影响到查干湖,最终影响到松花江。 霍林河 入口处水化学类型为重碳酸钠型, 经新庙泡进入
查干湖的引 松干渠 补 给 水 [1]化 学 类 型 为 重 碳 酸 镁 钙型,湖中心的水化学类型为重碳酸钠型。
重碳酸盐、 碳酸盐与营养盐有关的参数均体 现出相关甚至显著相关。 这是由于水生植物、浮游 植物生长中的光合作用, 需要从重碳酸盐中攫取 CO2, 因此水体中的生物活动影响着重碳酸盐-碳 酸盐的转化。 从拟合曲线分析,在近十年左右生物 活动对重碳酸盐、碳酸盐的影响尤为明显。 同时也 表明:重碳酸盐、碳酸盐对查干湖盐化进程的影响 不是很大。
碳酸盐 200
150 R2=0.7913
100
50
0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
图 3 碳酸盐多年变化趋势
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重碳酸盐可导致 pH 值增加, 而较高的 pH 值 会促进重碳酸盐向碳酸盐的转化,因此 pH 值体现 出与二者相关。 但相关程度并未体现出显著的相 关,表明还存在其它导致二者浓度变化的因素。
②含有较多硫化物的第四系承压水 (深层地 下水)的跃层补给作用,造成硫化物的积累。 已发 现查干湖存在硫化物含量较高的温泉资源。 查干 湖温泉资源的开发, 将增进深层地下水的跃层补 给能力,会导致硫化物浓度的进一步增加,进而使 硫酸盐浓度提高。
③引松渠道补给水在春季灌溉期洗盐携带的 硫酸盐或含硫酸根化肥的积累。 从年内分析图上
素矿化-硫化的原料不断增加,硫酸盐浓度不断增 长。
硫化物是土壤重要的原生矿物组成成分,也 是硫酸盐的重要来源之一。
硫素的矿化-硫化作用是导致查干湖硫酸盐 浓度单调增长的重要原因之一,从拟合曲线上,自 1992 年开展大水面渔业开发后, 硫酸盐曲线上升 速度明显增加,表明含硫蛋白质、含硫氨基酸的矿 化作用, 对查干湖水体硫酸盐浓度的增加有明显 的贡献。
3 总盐量多年变化趋势
综合自 1984 至今的水质监测结果,参照毗邻 未受干扰湖泡的水质参数, 构成包括总盐量在内 的查干湖多年水质参数系列。 根据已有总盐量历 史监测数据,结合推测的有关离子浓度,推测总盐 量变化趋势。 其中 2002、2006 年数据系根据对大 量 离子 的 相 关 分 析 推 测 得 出 ;2009—2010 年 数 据 根据电导率换算得出。 总盐量多年变化趋势见图 1:
第 10 期 (总第 377 期)
[文章编号] 1009-2846 (2013) 10-0047-04
吉林水利
2013 年 10 月
查干湖水体总盐量变化的趋势与特点
李松涛 1 李 铁 2
(1.吉林查干湖国家级自然保护区管理局, 吉林 松原 138000; 2.吉林省银河水利水电新技术设计有限公司, 吉林 长春 130022)
[摘要] 通过分析查干湖水质长期监测资料, 发现吉林查干湖水体总盐量多年来呈降低趋势, 主要无机盐溶质
组分也在发生变化, 表明查干湖水体总盐量变化是一个复杂的物理-化学过程, 表现出土壤溶液特征。 其中硫
酸盐、 氟化物浓度和比例均呈增长趋势, 已经对查干湖水生态系统产生影响, 应引起注意。
[关键词] 查干湖; 总盐量; 趋势; 特点
表 1 引入前郭灌区退水的新庙泡溶解氧、 总铁浓度
湖泡名称 溶解氧 总铁
洪字泡 0.87 10.52
云字泡 0.81 7.91
辛甸泡 0.90 2.58
查干湖 0.81 3.06
新庙泡 1 1
吉林水利
查干湖水体总盐量变化的趋势与特点
李松涛等 2013 年 10 月
无灌区退水补给的湖泡, 总铁浓度远大于有 退水补给的湖泡, 表明也存在随着溶解氧浓度的 降低,被吸附的铁出现溶解吸附现象。
随着重碳酸盐、碳酸盐浓度的逐渐减少,交换 的竞争优势降低, 因此应与优势阳离子铁呈现负 相关。 4.2 优势阳离子铁、钙、镁
铁、 钙、 镁均属于交换能力较强的优势阳离 子, 也都容易与优势阴离子形成不溶或微溶性物 质。
①总 铁 缺 乏 1984 年 引 松 渠 道 开 通 前 的 检 测 值,但参照毗邻的云字泡监测资料,2009 年 4 月总 铁浓度 9.12mg/L,2010 年 9 月为 2.61mg/L;上游洪 字泡的总铁浓度在 2010 年 9 月为 3.47mg/l。 因此 可认为其初期本底值较高,不会低于 2.61mg/L。 多 年变化趋势见图 4。
分析查干湖多年总盐量变化数据系列认为:
[收稿日期] 2013-08-12 [作者简介] 李松涛(1975-),男,吉林查干湖国家级自然保护区管理局工程师,从事湖泊水生态系统保护与修复工作。 [基金项目] 国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07207-006-04);吉林省 科 技 发 展 计 划 重 点 项 目 (20080402);水 利 部 《节 水 型 社 会建设》资助项目 (水综节水[2008]26号)
4 影响总盐量变化趋势的主要参数分析
4.1 重碳酸盐及碳酸盐 重碳酸盐是查干湖水体溶质的主要组成部
分,目 前约占总盐 量 的 61.5%,碳 酸 盐 约 占 6.0%。 本底浓度也较高, 在引入补给水之前已经分别达 到 1 097mg/l 和 143mg/l, 与毗邻的封闭湖泡云 字 泡目前的浓度(分别平均为 1 449mg/l 和 472mg/l) 接近。
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钙、镁多年变化趋势
45 R2=0.9404 R2=0.9762
35
25
15
5
1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010


图 5 钙、 镁多年变化趋势 综上, 查干湖及周边湖泡都存在溶解氧的降
低-铁浓度上升-钙浓度下降的迹象, 将来会对查 干湖水生态系统造成不利影响 (包括氟化物浓度 增 加 ), 影 响 水 产 品 质 量 ( 铁 浓 度 过 高 产 生 的 重 金 属超标)和产量(钙浓度减少导致的鱼类因佝偻病 而生长缓慢)。 4.3 硫酸盐
硫酸盐的不断积累、 浓度不断提高, 会增加 SO42-的交换竞争能力, 导致重 金属的硫酸 盐浓度 增加。 而硫化物所具有的还原性,可消耗水体中的 溶解氧,对 COD 的 监 测 数 据 有 干 扰 ,表 现 出 COD 浓度增加的现象。
硫酸盐增加的趋势, 对水生态系统负面影响 较大,可能会影响水生植物生境,目前已经出现了 用查干湖水灌溉的水田产量低、 甚至不能生长的 现象;类似地在长春地区的德惠市,受氨基酸厂排 放硫酸盐浓度较高的废水影响的稻田, 也曾出现 水稻秧苗枯死现象。 4.4 盐酸盐
图 7 硫酸盐比例多年变化趋势 学分析, 也发现查干湖的湖底表层存在大量氮及 有机碳沉积物。 其体内含硫有机物如蛋白质、含硫 氨基酸等在异养微生物作用分解成硫化物 (矿 化 ); 硫 化 物 在 富 氧 环 境 下 , 进 一 步 通 过 微 生 物 作 用进行氧化,最后生成硫酸盐(硫化)。 随着查干湖 水生态系统逐渐完善,生物活动增加,养殖业不断 发展,生物有机物的凋落物、残骸不断积累,使硫
总 铁 变 化 趋 势 mg/l 3 2.5 总 铁 本 底 值 2 1.5 1 0.5 0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
图 4 总铁多年变化趋势
可看出在查干湖获得补给水后, 总铁浓度大 幅下降,但多年来略有升高趋势。 在富氧环境下, 湖底质对铁具有吸附效应。 以引入前郭灌区退水 的新庙泡溶解氧、总铁浓度为标准,进行相对比较 见表 1。
[中图分类号] P 332.7
[文献标识码] B
1 引言
查干湖为松嫩平原较典型的苏打盐碱性湖 泊 , 水 体 溶 质 以 碳 酸 盐-重 碳 酸 盐 为 主 ,pH 值 偏 高,水面面积较大、水深较浅,平均水深不足 1.5m。 湖 区 多 年 平 均 降 水 量 407mm, 水 面 蒸 发 量 1 034.7mm,属高蒸发地区。 多年来人们普遍认为:由 于蒸发量大于降水量,因此在蒸发作用下,查干湖 水体盐碱浓度会逐年增加,直至盐化。 但分析多年 的监测资料发现: 查干湖水体总盐量表现出逐年 降低的趋势;无机溶质组分也在发生变化,对查干 湖水生态系统已经有了明显影响。 因此进一步分 析查干湖水体总盐量变化规律及驱动机制, 对保 障查干湖水生态系统的健康运行是十分必要的。
按上述推测, 引松渠道的补给水进入查干湖 后,稀释作用首先使总铁浓度急速降低;同时与优 势阴离子的吸附(交换)作用也会导致铁的沉降, 较高的溶解氧浓度促进了湖底质对铁的吸附,体 现出溶解氧与总铁的负相关。 由于以后引进的灌 区退水中,铁浓度相对较高,查干湖中数量较多的 钙、镁的吸附竞争优势较大,铁的竞争吸附优势相 对降低, 同时近年来查干湖中溶解氧的浓度有降 低趋势,使得铁浓度又呈现出逐渐增高的迹向。
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吉林水利
查干湖水体总盐量变化的趋势与特点
李松涛等 2013 年 10 月
2500 2000 1500 1000 500
0
总 盐 量 mg/lBaidu Nhomakorabea
1984 1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011
图 1 总盐量多年变化趋势 查干湖的总盐量在总体上呈现明显的下降趋势, 基本可以认为查干湖进一步浓缩盐化的可能性不 大。 但由于水体中不同溶质的离子浓度比例在不 断发生变化,会影响到水生态系统演化,必然对查 干湖的水质和生态系统产生影响。
引入补给水初期, 由于稀释、 化学沉降等作 用,硫酸盐浓度明显降低,但随后持续保持增长趋 势,同时在总盐量中所占比例也在增加,目前约占 查干湖总盐量的 6.93%。 见图 6、图 7。
浓度增长的原因基本为: ①硫素的矿化-硫化作用。 查干湖多年积累了 大量的生物有机物残骸、生物粪便、死亡藻类、水 生植物凋落物等, 吉林大学所做的查干湖地球化
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吉林水利
查干湖水体总盐量变化的趋势与特点
李松涛等 2013 年 10 月
也可清楚地看出 5—6 月份硫酸盐出现峰值,浓度 大于查干湖,但这种影响目前在湖内尚不显著。
④可造成硫酸盐沉积的金属元素减少。 查吉 林大学在查干湖进行的地球化学分析结果, 可以 发现三个沉积柱存在大量的钡、锶沉积,并自下而 上呈减少趋势。
硫 酸 盐 浓 度 mg/l
70 60 50 40 硫 酸 盐 本 底 值 30 20 10 0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
图 6 硫酸盐多年变化趋势
硫酸盐比例 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% 0%
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
②钙、镁在引松渠道的补给水进入查干湖前, 浓度均偏低,尤值得注意的是:邻近未受扰动的湖 泡都有钙、镁浓度偏低的现象,近两年与查干湖相 联的辛甸泡钙浓度仅为查干湖的 57.5%,但镁浓度 大于查干湖。 引入补给水初期, 钙镁浓度同步提 高,这既与渠道来水携带来大量的钙镁有关,也与 同期铁的竞争性吸附能力相对较优有关。 见图 5。
在引松工程开通及前郭灌区退水进入后,重 碳酸盐、碳酸盐浓度逐渐降低,目前重碳酸盐浓度 已经趋近于引松渠道现状值,见图 2、图 3。
1300 1100
900 700 500 300
1
35
重碳酸盐 R2=0.9153
7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
图 2 重碳酸盐多年变化趋势
查干湖区域是中、 新生代松辽巨型断陷盆地 的一部分,沉积了大量的内陆河湖相沉积物;属于 次一级地质单元的中央坳陷带, 自新生代以来呈 大面积持续沉降, 普遍沉积很厚的第四系松散堆 积层。 周边表层土壤中,以高岭石、伊利石、伊蒙混 层为主的粘土矿物成分约占 25%。
水岸周边长约 128km,有陡坡段长约 45km,其 组成岩性均为黄土状壤土层, 水岸植物过渡带多 受到破坏,在风浪作用下,湖水直接拍击陡坡、淘 刷坡脚,造成水体混浊,无机溶质增加。
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