1 概述
水庫富營養(yǎng)化問題，是指在氮、磷等營養(yǎng)物質在水庫中達到一定濃度時，藻類以及其他浮游生物迅速繁殖，水體中溶解氧含量大幅下降，導致水生生物大量死亡，同時釋放出的藻毒素和嗅味物質，使得水環(huán)境變得非常惡劣，影響日常用水健康。
漢江水華發(fā)生在枯水期，水流速度緩慢，水體自凈能力差。在法國Bay of the Brest 的研究中發(fā)現，雖然海灣區(qū)域營養(yǎng)鹽濃度較高，但由于良好的水動力條件，海灣與外海水力交換條件良好，因此海灣并沒發(fā)生富營養(yǎng)化。即使在營養(yǎng)鹽、水溫等富營養(yǎng)化條件滿足的情況下，水動力條件也可能成為水體富營養(yǎng)化的制約因子。水動力條件包括: 流量、流速和水位。
2 水動力對水庫富營養(yǎng)化影響
2．1 水庫概況
水庫不同于湖泊，主要是因為水庫的補給系數較大，流域的水質水量對水庫起主導性影響。因此，水庫的富營養(yǎng)化的形成除了與營養(yǎng)元素、溫度及光照等因素影響外，主要還受到水庫類型和功能，以及當地水文情勢的影響。區(qū)別于湖泊富營養(yǎng)化，水庫還具備以下特征:
2．1．1 水庫富營養(yǎng)化受水庫類型的影響
水庫的類型(河道型和湖泊型) 主要受地形、地勢的影響。河道型水庫多在山區(qū)，河流徑流量大、坡度大，使得水庫中水體交換量大，同時又因為人口密度小，所以導致入庫的污染負荷小。而湖泊型水庫多為丘陵或平原地區(qū)，水流勢較為平緩。枯水期時，或周邊河流的汛期比其早，會對水庫產生“頂托”作用，使得水庫水流速度更加緩慢，呈現湖泊水的狀態(tài)，為藻類及浮游生物的生長繁殖創(chuàng)造了有利條件; 又因為平原地區(qū)人口密度較大，導致入庫的污染負荷大，因此湖泊型水庫富營養(yǎng)化程度遠遠高于河道型水庫。
2．1．2 水庫富營養(yǎng)化受水庫功能的影響
不同用途的水庫其水滯留時間、出庫水流深度、流速和出水位置各不相同，這主要是由于不同水庫的不同使用功能，導致不同調度方式的時空異質性。不同水層的水質是不同的，因為水層間的粘滯力，導致流速隨著深度的增加而減緩。因此，水庫中營養(yǎng)物質濃度在豎向存在明顯分層，深層的營養(yǎng)物濃度明顯高于表層。王慶鎖等(2009) 對密云水庫研究表明總磷濃度垂直變化的總體趨勢自上而下逐漸升高。
不同的水庫調用方式，導致了庫中營養(yǎng)物水平及其分布的改變。在實際的水庫運行管理過程中，出庫的水流會影響水庫的水流及垂直分布，進而影響水庫的水動力學過程，使得水質發(fā)生變化。比如，以發(fā)電為主的水庫多為底層出流，這樣的出流方式使得水位的落差大、水流量大、水滯留時間短，水體的自凈能力強，這些都不利于浮游生物及藻類的生長，保證了較好的水質，如湖南江埡水庫、湖北隔河巖水庫等; 而另一種以灌溉或者飲用為主的水庫多以表層出水為主，且?guī)靸人疁魰r間相對較長，水位的變化較小，這有利于浮游生物以及藻類生長，通常這樣的水庫水質相對較差，如江蘇的大溪水庫、沙河水庫和橫山水庫等。由此可以發(fā)現水庫用途不同，出水的位置以及出水量都不相同，從而影響水體滯留時間，較長滯留時間導致較慢水流速度，有利浮游生物及藻類生長，加速水體富營養(yǎng)化進程。因此可采用深層出水和減少水滯留時間，改善水質，降低水體富營養(yǎng)化可能。
2．2 水文情勢對水庫富營養(yǎng)化的影響
水文情勢包括滯留時間、水位變化和水流運動。水文對水質的作用主要表現在對水位、水滯留時間的調節(jié)，改變水流運動，進而改變浮游生物以藻類種類組成，稀釋或降低浮游生物及藻類的現存量，破壞其生存條件。
2．2．1 水滯留時間對水庫富營養(yǎng)化的影響
水在庫區(qū)的滯留情況和水交換情況直接影響懸浮物的沉淀以及磷等有機物的滯留。水庫通過改變懸浮物的沉淀以及磷等有機物的滯留時間決定水庫中浮游生物種群能否維持: 滯留時間太短，一方面導致懸浮物沉淀較差，有機物富集程度較差; 另一方面，較短的滯留時間，浮游生物及藻類由于缺乏足夠的時間進行繁殖，于玲紅(2011) 以引黃水庫位原水研究發(fā)現較高流速抑制了藻類的生長，縮短了藻類的生長周期。這兩方面都將減少水體富營養(yǎng)化的可能。
枯水期或枯水年，或者附近河流的汛期較早而產生“頂托”作用，導致吞吐水量少，庫區(qū)與庫外的水流交換較少，庫區(qū)內的營養(yǎng)物質產生富集，同時因為吞吐水量少，庫區(qū)內水流變緩，庫水滯留時間過長，也給浮游生物及藻類足夠的時間生長，易發(fā)生水華。Straskbraba M 等(1995) 分析世界各地的水庫發(fā)現，年均滯留時間對水庫的水動力學、化學(營養(yǎng)鹽) 和生物過程有著直接的相關性。增大水交換量，縮短水滯留時間，是有效防止水溫分層，增加水體混合層，破壞浮游生物及藻類繁殖和生存條件，進而達到減緩富營養(yǎng)化進程的目的。
OsmiKawara 等(1998) 對Asahi 水庫研究表明，根據氮磷等指標判斷，Asahi 水庫在1980 年已經達到富營養(yǎng)化程度，但卻很少發(fā)現浮游生物及藻類瘋長的情況，通過進一步研究發(fā)現，只有當水滯留時間超過2 周或更長時間，浮游生物及藻類才能維持較高的種群數量。因此，庫區(qū)滯留時間將直接影響營養(yǎng)物質的輸入輸出，而水的滯留時間長短則直接影響水庫的水質狀況和富營養(yǎng)化程度。加大水庫與外界的水量交換，或者縮短水庫水滯留時間，這都不利于營養(yǎng)鹽的富集和浮游生物及藻類的生長，抑制水庫富營養(yǎng)化的發(fā)展。
2．2．2 水位對水庫富營養(yǎng)化的影響
水庫的各項功能運轉是通過人工對水量的調蓄來實現，這種調蓄作用是通過改變進出水量的平衡和水庫平面形態(tài)決定水位的變化。同時水中溶解和懸浮的各種物質都隨水的流動而相互之間發(fā)生物理、化學和生物的混合、分布、遷移和轉化過程。因此，水庫調蓄作用即水位的變化不但影響水體水量的平衡，也將影響水庫的理化現象和生態(tài)過程。一般水庫的調蓄決定水庫的水位，水量平衡則由水位的高低反映。當水庫出現高水位則表明水流量大，反之則小。蓄水區(qū)水體密度決定著庫區(qū)水質，入庫水量越大，水位越高，說明庫區(qū)的水動力條件就越好，營養(yǎng)鹽不易富集，水體自凈能力強，水質就越好; 反之，入庫水量少，則水位越低，導致水中營養(yǎng)鹽富集，導致水質變差。
許多研究表明，浮游生物及藻類的現存量與水位存在顯著的負相關性，枯水期(年) ，盡可能保持高水位有益于水質的改善。因為庫區(qū)水位高，則水庫庫容量大，對浮游生物及藻類有稀釋作用，使得浮游生物及藻類現存量較低，保證較好出水水質;同時高水位可擴大魚類產卵場和魚群補充群體，增加了對藍綠藻的攝食能力，通過生態(tài)體系更加完善的建立，表現在食物鏈及營養(yǎng)級聯(lián)作用增強。可以控制浮游生物及藻類的種群密度，有益于防止浮游生物及藻類大量滋生，從而降低水華爆發(fā)的可能性。
2．2．3 水流運動對水庫富營養(yǎng)化影響
水流運動除了在研究滯留時間和水位有影響之外，還會對常年沉積在底泥中的營養(yǎng)鹽循環(huán)遷移起著重要的作用。沉積在水庫底部的底泥有著較大的表面積，因此可以吸附下層流速較慢而沉降的氮、磷等營養(yǎng)物質，這些物質又會隨著沉積物間隙水與上覆水進行物理、化學以及生物等作用，使得物質再次進行交換。所以在不同的水流運動條件下，這些吸附在沉積物上的污染物會再次釋放出來。主要表現在:
(1) 在水體水位較高時，下層水體由于水層間粘滯力保持相對靜止，使得水體下層出現躍溫層現象。庫底的沉積物質由于相對靜止的水流條件，不會大量向水中釋放，保證了濃度較高的營養(yǎng)鹽存在于底泥中，保持中上層水體的營養(yǎng)鹽濃度不高，抑制了浮游生物以及藻類的生長，使得它們的現存量較低。
(2) 當水流運動加強時，庫底的沉積物則會因為水流的作用力，再次向水體釋放。這就導致底泥中富集的營養(yǎng)鹽擴散到上層水體中，浮游生物以及藻類則會因為營養(yǎng)鹽濃度的增高而大量生長，現存量較大，從而增加水華爆發(fā)的可能。孫欽鑫等(2011) 研究徒駭河發(fā)現，徒駭河沉積物中TP 的釋放隨著水體擾動強度的增強而增強，呈現一定的正相關關系。
3 結語
水動力對水庫的富營養(yǎng)化影響從水庫的類型，水庫功能方面表明: 河道型水庫的富營養(yǎng)化可能性比湖泊型小; 用于發(fā)電等功能的大流量深層取水的水庫比用來灌溉的表層取水的水庫的富營養(yǎng)化可能性小。這主要因為，河道型水庫和大流量深層取水的水庫，吞吐量，流速，滯留時間不利于浮游生物及藻類生長的，使得富營養(yǎng)化得到抑制。具體參見http://www.dongaorq.cn更多相關技術文檔。
進一步研究滯留時間、水位變化和水流運動發(fā)現: 較大的吞吐水量，較短滯留時間，較高水位和底層較小的水流變化都會影響庫區(qū)水體營養(yǎng)鹽的富集，和營養(yǎng)鹽的擴散，浮游生物及藻類的生長所需的營養(yǎng)鹽濃度較低，浮游生物及藻類的現存量較低，同時建立起較復雜的生物鏈和營養(yǎng)級作用增強，抑制水華爆發(fā)的進程。
