水库用水水质评价论文

2022-05-01

今天小编为大家精心挑选了关于《水库用水水质评价论文(精选3篇)》的文章,希望能够很好的帮助到大家,谢谢大家对小编的支持和鼓励。摘要:以深圳市赤坳水库为例,利用可变模糊模型对水库水质进行评价。根据水库特点选取8个水质评价指标,建立指标体系,然后利用二元比较理论确定指标权重,计算模型相对隶属度,从而得到水库水质评价结果。评价结果表明,赤坳水库水质介于Ⅰ类水和Ⅱ类水之间,居于良好使用水平,能够满足供水对象的用水要求。研究表明,可变模糊模型在水库水质评价中具有良好的可行性和实用性。

水库用水水质评价论文 篇1:

饮用水源水无机金属污染的应急处理

摘要:进入21世纪以来,随着社会经济稳健的发展,我国人民的生活水平也得到了快速的提高。在日常生活当中,有必要满足人民的基本用水需求。但是,根据不少水库的实际调查工作发展,会出现突发性无机金属污染事件,为了使此类污染得到有效解决,有必要采取行之有效的应急处理方法。本课题在分析饮用水源水无机金属污染的应急处理的基础上,进一步对饮用水源无机金属污染的应急处理实验方法进行分析,为饮用水源水无机金属污染处理效果的提升提供有效建议。

关键词:饮用水源水;无机金属污染;应用处理;实验方法

饮用水源水无机金属污染是水库常遇到的问题之一,为了解決此类污染问题,就有必要采取有效处理措施。但从现状来看,城市净水工艺对于饮用水源水无机金属污染的处理能力还较为薄弱,缺乏行之有效的处理工艺技术方案。有研究者提出可采取聚合氯化铝辅助化学沉淀法进行应急处理,从而达到去除污染物的目标[1]。鉴于此,本课题以此作为思路,重点对“饮用水源水无机金属污染的应急处理”进行分析具备一定的价值意义。

一、饮用水源无机金属污染的应急处理现状分析

我国不少城市存在水资源短缺的情况,主要表现为周围大的湖泊、江河缺少,难以解决水资源供给问题。在这样的情况下,人均水资源便呈现不足的情况;与此同时,在地下水位逐步降低的情况下,在未来对地表水的依赖程度会慢慢变大。并且,根据水库调查工作发现,容易出现水源突发污染事件,对于此类污染事件我国将重点工作放在了水源水质预警技术的研究上,并研发出了一些实用型的水源水质预警系统,利用水源水质预警系统加以对水库水资源情况的监控,具备实时的作用,能够更为深入地了解水库的水资源情况[2]。但是,值得注意的是,从现状来看,城市净水工艺对水源突发性污染的应急处理能力较为薄弱,例如:对于饮用水源无机金属污染,便缺乏行之有效的处理工艺技术方案。

考虑到饮用水源无机金属污染得到有效处理,便有必要加快应急处理方案的制定及实施。我国某市根据市区水库的实际供水情况,选择了典型的四类无机金属污染物,即:Cu2+、Fe2+、Zn2+、Cd2+;在采取相应的实验,适当添加碱与聚合氯化铝的量,观察对污染物的清除效果,进一步确定了以上四类无机污染物的最优化清除方法,并为污染应急处理预案的制定及实施提供了必要依据。

总之,针对现状下饮用水源无机金属污染在应急处理能力方面的不足,有必要加强实验研究,掌握应急处理方法,确保饮用水源的质量及满足水资源供给需求。

二、饮用水源无机金属污染的应急处理实验方法分析

在上述分析过程中,认识到目前我国部分地区在饮用水源无机金属污染应急处理能力上的不足。因此,有必要采取相应的实验研究,明确应急处理可行方案。具体实验及方法如下:

(一)实验准备

(1)实验药剂:为了寻找出有效的饮用水源无机金属污染的应急处理方案,此次展开了相应的实验研究,需准备的实验药剂包括:①硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O);②氯化亚铁(Fecl2·4H2O);③硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O);④硝酸镉(Cd(NO3)2);此外,还需要提供相配套的工业级聚合氯化铝、硫酸以及氢氧化钠。

(2)实验用水:此次实验用水的pH值为7.76,浊度2.60,溶解性固体总量为2.86×102mg/L,溶解氧为11.70mg/L,CaCO3中钙含量为110mg/L,总磷为0.08mg/L,硝态氮为1.24mg/L。

(3)实验仪器:需准备的实验仪器有电子天平、pH计、混凝搅拌器(JTY-6型)以及电感耦合等离子体光谱仪等。

(二)实验的具体内容

做好实验准备工作之后,进行小试实验和中试实验,具体的实验内容如下:

(1) 小试实验。选用20ml水样,具备一定浓度的污染物;在采取氢氧化钠与硫酸溶液滴加的情况下,对水样的pH值进行调节,然后添加剂量不同的聚合氯化铝,利用上述提到的混凝搅拌器完成相应的混凝搅拌实验,以每分钟200转的速度搅拌3分钟,之后以每分钟70转的速度进行缓慢搅拌15分钟,然后进行半小时的静置入沉降,获取上清液之后,采取上述提到的电感耦合等离子体光谱仪,检测水样当中的金属离子污染物的浓度值[3]。

(2) 中试实验。对于中试实验来说,需在水厂实施,水厂需结合自身的工艺需求,进行相配合运行装置的设计。将水厂的进水流速控制在每小时11吨,通过进水流速进行上述提到的四类无机污染物浓度水样的配置,然后利用聚合氯化铝辅助加碱化学沉淀法,以不同污染物的浓度为依据,添加所需浓度的氢氧化钠,水厂中试工艺进行半小时的运行之后,对沉淀池出水pH值进行检测,然后每间隔20分钟进行1次pH值的检测;在pH值达至将上述提到的四类污染物除去时最优化pH的条件下,对沉淀池残余污染物的浓度进行测定,同时测定煤滤柱出水残余污染物的浓度。

(三)实验结果分析

上述针对硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)、氯化亚铁(Fecl2·4H2O)、硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)、硝酸镉(Cd(NO3)2)四类污染物进行了小试实验和中试实验,具体的实验结果如下:

(1) 小试实验结果。为了使上述四类污染物的去除效果得到有效增强,可采取对pH值进行调节的方法。值得注意的是,对于加碱化学沉淀方法来说,具备快速及简单的效果,所以在应急处理过程中适合应用,此方法的技术关键点便是调节适合的pH值。在对pH值进行调节过程中,通常会选用氢氧化钠、石灰或者碳酸钠作为碱性药剂,而在酸性药剂方面通常会选取盐酸或者硫酸[4]。在此次研究过程中,主要对饮用水源水进行处理,所以需应用饮用水处理级别的药剂或者食品级别的药剂。在以上碱性药剂当中,石灰需要花费较大的劳动力资源,且在自动控制上不易,纯碱成本又偏高,所以这两类通常不适合应用;对于氢氧化钠来说,因为可以应用液体药剂,在投入及精度控制上非常方便,并且劳动强度低,价格合适,所以可以应用到应急处理过程中。此外,对于酸性药剂来说,硫酸的有效浓度要高于盐酸,同时在腐蚀性上偏低,在价格上合理,所以可作为首选的一类酸性药剂,然后应用到应急处理过程中[5]。实验结果显示:利用调节pH值的方法,然后利用加减化学沉淀的方法,能够使饮用水水源当中的无机金属污染得到有效去除,从而饮用水水源的质量得到有效提高,达到供给的标准要求。

(2) 中试实验结果。结合水厂进水流量的实际需求,通过所需要污染物浓度水样的配制,然后对加碱泵速进行调节,并调节pH值,结果显示,采取聚合氯化铝辅助加碱化学沉淀方法,可以使初始浓度5倍国标的Cu2+、Fe2+、Zn2+、Cd2+四类污染物浓度分别降低到0.4413mg/L、0.2062mg/L、0.1306mg/L、0.0076mg/L;10倍国标的Cu2+、Fe2+、Zn2+、Cd2+四类污染物浓度分别降低到0.4264mg/L、0.1523mg/L、0.9905mg/L、0.0057mg/L;均符合国家饮用水的标准要求。

三、结语

在本次研究过程中,认识到现状下对于饮用水源水无机金属污染的应急处理工艺技术方案还较为缺乏。因此,有必要加强实验研究。本次选择了典型的四类无机金属污染物,即:Cu2+、Fe2+、Zn2+、Cd2+;在采取相应的实验,适当添加碱与聚合氯化铝的量,观察对污染物的清除效果,结果显示:采取调节pH值、聚合氯化铝投加量的方法,同时辅助加碱化学沉淀法,能够使饮用水源水无机金属污染得到有效清除,进一步使饮用水源水的质量得到有效提高,从而达到供给的需求。

参考文献:

[1]徐冰冰,许秋瑾,梁存珍,李丽,蒋丽佳.湖南郴州柿竹园矿区乡镇地下饮用水源重金属水质评价[J].环境工程技术学报,2013,02:113-118.

[2]陆凤娟.以嘉定区为例对上海市郊区饮用水源水重金属进行健康风险评价[J].中国环境监测,2013,02:5-8.

[3]吕晶晶,董建,龚为进.非常规污染水源研究[J].科技信息,2013,16:486-487.

[4]郭杏妹,李宁,康园,张秋云.佛山市农村饮用水中重金属的健康风险评价[J].暨南大学学报(自然科学与医学版),2014,01:21-25.

[5].加快建立饮用水源污染预警机制[J].民主,2014,04:29.

作者:祁盛恒

水库用水水质评价论文 篇2:

可变模糊模型在水库水质评价中的应用

摘要:以深圳市赤坳水库为例,利用可变模糊模型对水库水质进行评价。根据水库特点选取8个水质评价指标,建立指标体系,然后利用二元比较理论确定指标权重,计算模型相对隶属度,从而得到水库水质评价结果。评价结果表明,赤坳水库水质介于Ⅰ类水和Ⅱ类水之间,居于良好使用水平,能够满足供水对象的用水要求。研究表明,可变模糊模型在水库水质评价中具有良好的可行性和实用性。

关键词:可变模糊模型;水质评价;赤坳水库

16721683(2014)02008403

Application of Variable Fuzzy Model in Evaluation of Reservoir Water Quality

XIE Zhigao1,XI Shufeng2,3,GE Meng4

(1.Dapeng Peninsula Water Source Project Management Division of Shenzhen,Shenzhen 518119,China;

2.Department of Water Resources and Environment,Sun Yatsen University,Guangzhou 510275,China;

3.Shenzhen Water Planning and Design Institute,Shenzhen 518000,China;

4.Taolinkou Reservoir Administration Bureau of Hebei Province,Qinhuangdao 066000,China)

Key words:variable fuzzy model;water quality evaluation;Chi′ao Reservoir

水质评价是合理开发利用和保护水资源的一项基本工作。目前的水质评价主要依靠已有的数学模型和软件进行数据分析。模型和软件计算使得计算工作更为简单易行,但是对于任何模型和软件来说,其使用的评价方法都是至关重要。常用的水库水质评价方法有水质标识指数法、单因子评价法、模糊评价法、灰色系统评价法、物元可拓评价法和BP人工神经网络法等[12]多种,方正[3]以多级模糊综合评价法为基础,通过多级优选改变水质评价中最大隶属度的不适合影响,评价了湖泊水质;陈仁杰[4]根据城市集中用水的特点,结合综合指数几种计算方法,提出改良了综合指数法;赵晓亮[5]根据水质的特点,选取对水质影响较大的指标,用定性分析和定量分析比较数量关系确定权重,建立模糊数学AHP模型来分析水质。事实上水质评价是一个多指标、多目标的动态评价过程,不同水质标准,应该运用不同的评价方法[6],而针对水库水质而言,其供水对象的不同,对水库水质指标的要求也不尽相同。陈守煜教授[79]于20世纪80年代建立了模糊水文水资源学,并以此为基础在21世纪伊始创建可变模糊集理论,目前该理论[9]已经应用水库调度、工程评价、技术方案优选等各个方面。由于可变模糊方法能够将主观权重与数学分析结果相结合,更适宜运用于水库水质的评价中,因此本文利用可变模糊模型,对深圳市赤坳水库水质评价进行了定量研究,以期对水库水质实际情况提供数据支持和决策支撑。

1可变模糊集理论

可变模糊集理论主要用科学哲学与数学方法描述在一

定时空条件组合下,系统中各类模糊事物(现象)的动态可变性。根据自然辩证法关于运动的矛盾性原理,可变模糊集理论用对立模糊集和相对差异函数来定义事物的基本模糊属性和模糊属性的差异程度。

1.1对立模糊集

令U是全体讨论的对象(事物、概念、现象),u为U的任意元素,u∈U,A ~与A ~c相对隶属函数,在数轴上构成[1,0]区间数A ~与[0,1]区间数A ~c,u属于其中任一点指定对数为μA ~(u)、μA ~c(u),μA ~(u)+μA ~c(u)=1,设:

A ≈={u,μA ~(u),μA ~c(u)|u∈U}

由:μA ~(u)+μA ~c(u)=1,0≤μA ~(u)≤1,0≤μA ~c(u)≤1

令:DA ~(u)=μA ~(u)-μA ~c(u)

由:μA ~(u)>μA ~c(u),

0

μA ~(u)=μA ~c(u),

DA ~(u)=0;

μA ~(u)<μA ~c(u),

-1

DA ~∶D→[-1,1];u|→DA ~(u)∈[-1,1]

1.2相对差异函数及模型

令X0=[a,b]横轴区间V ~的吸引域,即0

[c,d]为包含X0(X0X)的广域,见图1。

图1点x与各区间点位示意图

Fig.1point x and each interval point diagram

当点x落在点M左右,计算式如下:

DA ~(u)=(x-a M-a)β,x∈[a,M]

DA ~(u)=-(x-a c-a)β,x∈[c,a]

DA ~(u)=(x-b M-b)β,x∈[M,b]

DA ~(u)=-(x-b d-b)β,x∈[b,d]

(1)

2可变模糊评价模型建立步骤

根据可变模糊集理论,应用对立模糊集、相对差异函数等相关概念,得到建立可变模糊评价模型的具体步骤。

(1)由评价对象x=(x1 x2 x3 … xm),构造标准矩阵Iab、变动矩阵Icd及M矩阵:

Iab=([a,b]ik)

Icd=([c,d]ik)

M=(mik)

式中:i=1,2,…,m;k=1,2,…,c(m为指标数,c为级别数)。

(2)利用目标集二元比较重要性排序标度得矩阵E:

E=(eik)

依据相对隶属度、模糊标度与模糊语气算子关系表[9]得到目标重要性相对隶属度ω′=(ω1 ω2 … ωm)′。得到归一化公式:ω=(ω1 ω2 … ωm)。

(3) 模型及相对差异函数计算相对隶属度μA ~(u)及隶属度向量为VA ~(u)。

VA ~(u)=

1 1+

∑m i=1[ωi(1-μA ~(u)ih)p]

∑m i=1(ωiμA ~(u)ih)p]

a p(2)

归一化隶属度向量公式:

VoA ~(u)=(VoA ~(u)1 VoA ~(u)2 … VoA ~(u)k)k=1,2,…,c。

(4)计算应用级别特征值H的向量式:

H=(1 2 … c)VoA ~(u)T(3)

根据可变模糊模型结合级别特征值,计算评价对象的范围,并最终分析确定结果。

3可变模糊模型在水库水质评价中的应用

选用深圳市赤坳水库作为评价对象。该水库位于坪山新区坪山河上游支流金龟水的中段,坝址以上的主流长9 km,集雨面积14.6 km2,总库容1 811万m3。

3.1水库水质评价指标

赤坳水库为城市供水水库,其供水对象包括了居民生活用水、工业用水和城市景观用水等多个方面,因此对其水质要求较高,需要达到Ⅱ类水以上标准,而且对水质指标要求也较为严格。根据水库水质特点,结合供水实际情况,从赤坳水库选取了8个代表性评价指标来反映水库实情的水质情况:氨氮X1(mg/L);粪大肠菌群X2(个/L);高锰酸盐指数X3(mg/L);硫化物X4(mg/L);氰化物X5(mg/L);总氮X6(mg/L);总磷X7(mg/L);溶解氧X8(mg/L),见表1。

3.2确立水库水质评价标准等级

多属性决策中,各属性的相对重要程度即权重对评价结果有重要影响,合理地确定权重是多属性决策的一个核心问题[10]。由于水库水质系统的复杂性、不可逆性、模糊性,本文根据陈守煜教授提出的非结构性决策可变模糊集理论,采用目标集二元比较重要性方法来求取评价因素的权重,比传统的AHP方法更符合实际情况。采用可变模糊等级评定模型,根据各定量评价指标的分级标准[11],将水库水质等级划分成3个等级:Ⅰ级表示水库水质前景好——充分利用(优);Ⅱ级表示水库水质一般——基本可利用(良);Ⅲ级表示水库水质前景较差——难以利用(差),见表2。

3.3建立可变模糊模型

赤坳水库水质评价指标标准矩阵Iab、变动矩阵Icd及M矩阵为:

根据矩阵Iab,Icd和M判断评价指标xi落入M点的左右,应用公式(1),计算指标对等级标准的相对隶属度μA ~(u)ih:

利用目标集二元比较重要性排序标度得矩阵E,依据相对隶属度、模糊标度与模糊语气算子关系表[9],得到水质评价8项指标的权重为:

w′=(0600 0250 0818 0290 0429 0481 0481 1000)

权重归一化为:

w=(0138 0057 0188 0067 0099 0111 0111 0230)

由公式(2)解得综合相对隶属度为:

u′=(0487 0489 0148)

归一化为:u=(0433 0435 0132)

水库水质等级评价的级别特征值应用公式(3)为:

H=(1 2 3)×(0433 0435 0132)T=1698

级别特征值1698介于Ⅰ级(优)和Ⅱ级(良)之间,所以该区域属于Ⅱ级,表示水库水质基本可利用,属于良好水平。

4结语

本文利用可变模糊集理论建立相对隶属函数,结合级别特征值,最终确定水库水质评价计算结果,发现深圳市赤坳水库水质介于Ⅰ类水和Ⅱ类水之间,水质属于良好水平,满足水库供水对象对水质的要求。

研究表明,与传统模糊综合评价方法相比,可变模糊评价模型具有明显的动态性,比传统评价方法相对隶属度计算灵活准确;模型变化参数增多,更能客观合理的评价对象的随机性和模糊性;可反映评价对象的整体性,实际应用能力更强。因此可变模糊评价模型为其他水库进行水质评价提供了新的方法思路。

参考文献(References):

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[7]陈守煜.工程水文水资源系统模糊集分析理论与实践[M].大连:大连理工大学出版社,1998.(CHEN Shouyu.Fuzzy Set Analysis Theory and Practice of Water Resources Systems Engineering Hydrology[M].Dalian:Dalian University of Technology Press,1998.(in Chinese))

[8]陈守煜.工程模糊集理论与应用[M].北京:国防工业出版社,1998.(CHEN Shouyu.Engineering Fuzzy Set Theory and Application[M].Beijing:National Defence Industry Press,1998.(in Chinese))

[9]陈守煜.可变模糊集理论与模型及其应用[M].大连理工大学出版社,2009:4045.(CHEN Shouyu.Theory and Model of Variable Fuzzy Sets and Its Application[M].Dalian:Dalian University of Technology Press,2009:4045.(in Chinese))

[10]李登峰.模糊多目标多人决策和对策[M].北京:国防工业出版社,2003.(LI Dengfeng.Fuzzy Multiobjective Many Person Decision and Countermeasures[M].Beijing:National Defence Industry Press,2003.(in Chinese))

[11]GB 38382002,地表水环境质量标准[S].(GB 38382002,Surface Water Environmental Quality Standards[S].2002.(in Chinese))

作者:谢志高 习树峰 葛萌

水库用水水质评价论文 篇3:

吐鲁番市灌溉用水质量评价

摘要主要在对吐鲁番市各种灌溉用水,如渠水、泉水、机井水、坎儿井水的水质(pH、电导率、八大离子)进行检测的基础上,用不同的分析方法对灌溉用水的水质进行分析。得出的结论是:渠水水质普遍较好,对农作物基本没有影响;下游的渠水、火焰山南部和艾丁湖北部的机井水及坎儿井水水质一般,胜金口的泉水及附近机井水水质较差,尤其是3月份的各种水资源,水质重度盐碱化,非常容易进一步加剧土壤的盐碱化。

关键词灌溉用水;水质;评价

基金项目国家自然科学基金项目资助(41261030);绿洲生态教育部省部重点实验室基金项目资助(041079)。

作者简介王欣(1988- ),女,山东青岛人,硕士研究生,研究方向:干旱区水资源与环境。*通讯作者,副教授,博士,从事干旱区水资源与环境研究。

收稿日期20140707近年来,随着我国干旱区灌溉用水质量的不断下降,土壤逐渐呈现盐渍化加剧的趋势。特别是我国新疆吐鲁番地区,降雨量稀少,蒸发量巨大,地表水稀缺。在发展灌溉农业的过程中,有些直接使用盐碱化水,使土壤更加盐碱化;有些因灌溉方式不当、排水不及时等原因致使地下水位不断升高,土壤含盐量增加,土地生产能力下降,给农业生产造成了很大危害。所以,如何在这种干旱缺水地带根据其水质状况,更加合理地利用现有的稀缺灌溉水资源就变得尤为重要和关键。因此,笔者从吐鲁番市水资源的实际现状出发,对吐鲁番市不同灌溉用水的水质进行相关分析,这不仅对作物的持续健康生长有着重要的现实意义,同时也为后期进一步进行土壤盐分特征分析,防止土壤发生潜在盐碱化提供了参考依据。

1研究区概况

吐鲁番市位于中国新疆维吾尔自治区东部,天山山脉东段南坡的山间断陷盆地——吐鲁番盆地中,其地理位置位于41°12′~43°40′ N,87°16′~91°55′ E 之间,如所示。吐鲁番市气候干旱,极为干燥,年均降水量16.6 mm,年蒸发量达2 845 mm。北部为博格达山,盆地内发育有西北-东南走向的火焰山, 海拔500~800 m。火焰山将吐鲁番盆地分隔成两个次级单元:北部为博格达山与火焰山之间的纵向洼地,南部为火焰山冲积平原及艾丁湖盆地。吐鲁番盆地整体以大倾角自北向南倾斜,最低处为艾丁湖,海拔为-154 m[1]。

2吐鲁番市水资源现状

吐鲁番市的水资源由地表水和地下水组成。吐鲁番市水资源总量为4.08亿m3,其中地表水资源3.58亿m3,地下水资源0.5亿m3。地表水资源主要由天山水系和火焰山水系组成。天山山区主要形成了16条河流,现有4条较大河流,从西向东依次是大河沿河、塔尔朗河、煤窑沟河、黑沟,全市全年大河水引水量为1.75亿m3,占总引水量的33.99%。其中大河沿河水量多且稳定,年径流量可达到1.04亿m3;黑沟流量最少,年径流量仅为0.27亿m3[2]。由于这些河流大多为季节性小河流,经下渗后,在向南的潜流中遇火焰山阻隔,上升到地表形成泉流。吐鲁番的泉流主要有一碗泉、桃树园子、七泉湖、大草湖、大旱沟、雅尔乃孜沟、煤窑沟、胜金口等20多处,全市全年引用泉水1.08亿m3,占总饮水量的20.97%。这些泉流汇集后,沿火焰山的切口南流,形成火焰山水系,经再次下渗,随潜流至艾丁湖北缘再度出露, 最终汇聚于艾丁湖中[3]。

吐鲁番市的地下水资源主要来源于坎儿井、自流井、电机井。吐鲁番市共有机井1 971眼,全市全年机电井提水0.83亿m3,占总引水量的16.12%;坎儿井364条,有水坎儿井254條,全市全年引用坎儿井水1.29亿m3,占总引水量的25.05%;其余引水来自自流井、人工截流和水库蓄水,占全市全年总饮水量的3.87%[2]。它们是吐鲁番绿洲赖以生存的重要水源。

吐鲁番市是新疆最重要的天山北麓农牧业发展带。吐鲁番市现有耕地面积17 365.34 hm2[4],从水资源利用现状上来看,农业用水需水量巨大,全市供水量为4.702亿m3,仅农业用水就达到4.105亿m3,占总用水量的87.3%[5]。

3材料与方法

3.1样品采集2013年10月份对吐鲁番市四大主要渠水、泉水、机井水、坎儿井水、艾丁湖水等21个灌溉水进行了样品采集,采样点分布见。水样采集点分布3.2测定项目及方法参照《农田灌溉水质标准》GB 5084-2005对水样的pH、电导率、矿化度、八大离子(Mg2+、Ca2+、K+、Na+、HCO3- 、CO32- 、Cl- 、SO42-)等指标进行了水质检测。其中,pH和电导率分别于采集样品时直接用pH计和电导计现场测定; Ca2+和Mg2+ 用EDTA滴定法测定;K+ 和Na+ 用差减法测定; HCO3-和CO32-用双指示剂滴定法;Cl-用AgNO3标准溶液滴定法;SO42-用茜素红法。课题组人员于3月份在吐鲁番市艾丁湖北部灌区采集水样,其检测结果

4结果与分析

4.1盐度、碱度分析当前,灌溉水质综合评价的指标体系非常多,该研究主要引用3个评价标准对吐鲁番市灌溉用水进行综合评价。首先从河南省地矿局水文地质队提出的《盐度、碱度》[6]的评价指标来看,盐害主要是指氯化钠和硫酸钠这两种盐分对农作物和土壤的危害,用盐度表示。其计算方法为:

当r Na+>r Cl-+r SO42-时,盐度=r Cl-+r SO42- (1)

当r Na+

碱害主要是指碳酸钠和重碳酸钠对农作物和土壤的危害,用碱度表示。其计算方法为:

碱度=(r HCO3-+r CO32-)-(r Ca2+ +r Mg2+) (3)

这次采集的水样,从盐害来看符合式(2), 且盐度均小于15 meg/L;从碱害看,碱度均为负值,所以可判断,除去艾丁湖的水样,其余水样水质类型均为一级水。而3月份采集的水样,从盐害看,盐度均大于40 meg/L,属于四级水,从矿化度看,矿化度为3~4 g/L,为三级水,而碱度却为负值,为一级水,无法用单项指标判定其水质类型,所以用模糊综合评价方法[6]根据隶属度得到模糊关系矩阵:

R渠水=0001

1000

000.091

R井水=0001

1000

000.291

R坎儿井水=0001

1000

000.361

权重矩阵R=(0.0730.2690.658)

根据综合评判公式:B=AOR,把A和R进行复合运算,即得:

AOR=max min[aij,Rij]=∨ ni=1(aij∧bij) (4)

根据(4)式得:

B渠水=AOR=(0.0730.2690.658)O0001

1000

000.091=[(0.073∧0)∨(0.269∧1)∨ (0.658∧0)],[(0.073∧0)∨ (0.269∧0)∨ (0.658∧0)],[(0.073∧0)∨ (0.269∧0)∧(0.658∧0.09)],[(0.073∧1)∨ (0.269∧0)∨(0.658∧1)]=(0.269,0,0.09,0.658)

由上述计算可知,3月份的渠水属于四级重盐碱水。同理,将机井水和坎儿井水进行式(4)运算得知两者均为重盐碱水,不适宜作为灌溉用水。

4.2钠吸附比分析虽然从盐害、碱害看,这次的水样水质较好。但根据矿化度分类限值[7],大河沿河下游的坎儿井水、煤窑沟左支流下游的渠水,以及胜金口附近的机井水和煤窑沟下游坎儿井水矿化度为1~3 g/L,属于微咸水;胜金口水库的泉水属于咸水;其余水样均属于淡水。而3月份采集的各项水样的矿化度为3~10 g/L,均为咸水。而且研究表明,从钠吸附比指标看,在入渗水矿化度相同的条件下,入渗水的钠吸附比越高,对土壤结构团粒结构的破坏越严重,使土壤通透性变差,导水能力降低[8]。因此在水质矿化度不同的情况下,分析不同灌溉用水水质的钠吸附比对土壤及农作物生长的影响也非常重要。所以为了进一步分析这次采集水样的水质状况,了解不同水样对土壤可能造成的潜在影响和危害,该研究选取了国内和国外两个针对钠吸附比的评价指标对水样进行分析。首先,按照所示的Ayers等[9]灌溉水质评价标准对水样进行分析。

4.2.1盐化分析。根据ES和TDS综合来看,只有大河沿河的渠水不影响用水,其余渠水、泉水、机井水甚至坎儿井水都会使土壤轻微盐化,尤其是大河沿河下游坎儿井水和胜金口水库及其下游的泉水、附近的机井水,以及煤窑沟下游的坎儿井水将导致土壤中度盐化,都会影响作物水的可用性。因缺失3月份的电导率数据,而两组水样均为吐鲁番市的水资源,有一定参照性, 因此可根据 的电导率和矿化度试验数据进行一元线性回归,如所示,得到一元线性回归方程为:

y=0.405+0.643x (5)

式中,y是矿化度,x是电导率。相关系数R为0.883 2,认为两者有较强的相关性。因此可大致根据式(5)求出3月份各水样的电导率为5.45、5.13、5.03、13.86。根据ES和TDS分析可以看出,3月份采集的各项水样均会导致土壤重度盐化,严重影响作物水的可用性。

4.2.2渗透性分析。根据SAR和ES的值判断,利用大河沿河下游坎儿井水、黑沟上游机井水、胜金口下游机井水、胜金口水库水及下游泉水进行灌溉,对土壤渗透性基本没有影响,其余均会对土壤渗透性造成轻微或中度影响,而其中艾丁湖附近的机井水以及煤窑沟的上中下游渠水,塔尔郎河下游机井水和坎儿井水灌溉会对土壤渗透性造成重度影响。3月份采集的水样对土壤的渗透性影响不大。

4.2.3Na离子毒害分析。雅尔乃孜沟泉水、煤窑沟上游、胜金口水库水及下游泉水,以及煤窑沟下游的坎儿井水、胜金口下游的机井水灌溉将导致敏感作物Na+轻微或中度毒害,而煤窑沟左支流下游渠水和艾丁湖附近机井水灌溉会导致敏感作物 Na+严重毒害。3月份采集的水样灌溉均会导致敏感作物Na+的严重毒害。

42卷23期王 欣等吐鲁番市灌溉用水质量评价4.2.4Cl-离子毒害分析。胜金口下游的泉水、机井水、煤窑沟下游的坎儿井水以及艾丁湖附近的机井水灌溉会导致敏感作物Cl-中度毒害。大河沿河下游坎儿井水、胜金口水库水会导致敏感作物Cl-严重毒害。3月份采集的水样中,坎儿井水会导致敏感作物Cl-中度毒害,艾丁湖水将导致敏感作物Cl-重度毒害。

对农田灌溉来说, 灌溉水的质量取决于灌溉水的总矿化度和钠离子在阳离子总量中的相对含量。前者是构成土壤盐化的内在因素, 后者是土壤能否形成碱化的前提。根据综合危害系数法[10]的分级标准,将灌溉水质分成4级,在分级基础上,将钠离子占阳离子的70%以上的认为是高钠水,其余为低钠水,其中K值为综合危害系数,既反映盐害又反映碱害,其近似计算式为:

K=1 2.4M+SAR (6)

其中,M为灌溉水总矿化度(g/L),SAR為钠吸附比。

将所有水样进行式(6)的K值运算,结果如所示。胜金口水库水及下游泉水、机井水以及艾丁湖附近的机井水为二级水,而前者为低钠水,后者为高钠水,所以两者均可适当灌溉,后者需及时中耕以防止土壤板结现象。其余水样均为一级水,允许作物按需要进行常年灌溉。而3月份采集的水样全为高钠水,且K值均高于44,全为四级水,灌后土壤易碱化,最好不用于灌溉。与同实验室前期结论基本一致[5],检测得知土壤均为碱性土,且盐化严重。

水样综合危害系数示意5结论

通过测定吐鲁番市各灌溉水pH、电导率、矿化度、盐分离子的含量,研究不同水资源的灌溉水质对吐鲁番市灌溉土壤的影响,结论如下。

(1)总体来看,大河沿河灌溉用水的水质最好,且水量充足较稳定,能满足作物的生长要求;塔尔郎河、煤窑沟、黑沟的灌溉用水水质较好,但会轻度影响作物生长;雅尔乃孜沟泉水以及各大河流下游水,即火焰山以南灌溉水、艾丁湖以北灌溉水无论是坎儿井水还是机井水的水质均良好,会轻度或中度影响作物;而胜金口灌溉用水水质较差,会重度影响作物生长,非常容易使土壤灌溉后出现板结现象,所以在使用胜金口灌溉用水时须高度重视土壤次生灾害。

(2) 3月份采样点分布于煤窑沟与塔尔郎河的下游,火焰山以南,艾丁湖以北灌区。该区是河水、机井水、泉水、坎儿井水混灌,处于渠水下游区,渠水水质较差,而此处地下机井水多为上游渠水及灌溉用水下渗,水质也较差,均为重盐碱性水,所以基本不适宜作为灌溉用水。但是3月份为农业灌溉用水高峰期,且为渠水枯水期,水量稀少,水资源供需紧张,且艾丁湖北部灌区本身地势低洼,地下水位因灌溉容易迅速抬升,所以在使用此区灌溉用水时必须做好排水系统,在夏季渠水较多时,混合灌溉用水,以减轻次生盐碱化的影响。

参考文献

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[9] AYERS R S,WESTCOT D W.Water Quality of Agriculture[M].Rome:FAO Irrigation and Drainage Paper No.29,1985:174.

[10] 马春花,全达人,王红雨.灌溉用水质量的化学评价[J].宁夏工学院学报,1996,8(1):29-38.

作者:王欣 阿不都沙拉木·加拉力丁 师芸宏

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