不同覆蓋物對水體蒸發及藻類繁殖的影響研究

夏玉婷，于常武，馬紫怡，萬宗振，付佳偉，劉月月

（遼寧工業大學 化學與環境工程學院， 遼寧 錦州 121001）

水是生命之源，我國人均淡水水資源占有量僅為世界平均水平的 1/4，尤其我國北方和西北干旱區尤為嚴重。“南水北調”、“引灤入津”均是為緩解水源短缺而進行的重大引水工程。但水進入旱區的水源水庫，均面臨蒸發作用而導致巨大水量損失。以遼西干旱區白石水庫為例，庫區面積為 6.6×107m2，按當地年蒸發量1 200 mm計算，年損失水量 8千萬 m3，如水價按 3.0元/t計算，年損失 2.4億元人民幣。因此，巨資引來的水資源，會因蒸發作用而損失。

為減少水體蒸發損失，各國學者研究認為水體覆蓋法可以有效防止蒸發[1-3]。但是該方法在我國一直未開展工程實施，其主要原因在于浮板等覆蓋物工程造價較高[4]。尋找造價較為低廉的覆蓋物就成為該項技術得以實施的瓶頸之一。此外，水體被覆蓋物覆蓋后，覆蓋物對水體藻類的繁殖是否具有抑制作用以及效果如何，目前鮮有報道。

因此，本文選用黑色橡膠球、黑色防水布、透明塑料布作為覆蓋物，與浮板（苯板）和自由水面對比，探討其防蒸發效果和對藻類繁殖的抑制效果，以期為水面防蒸發技術的實施奠定基礎。

1 實驗部分

1.1 儀器與檢測方法

實驗儀器：751紫外可見分光光度計（上海精密科學儀器有限公司），恒溫箱，抽濾裝置，壓力鍋，電爐板，分析天平，蒸發桶、玻璃器皿等。

葉綠素 a測定方法：水質-葉綠素的測定（SL88-1994）[5]。

TN的測定：水質 總氮的測定[6]。

TP的測定：水質 總磷的測定[7]。

實驗所用試劑均采用分析純或化學純，檢測過程實行質量控制。

1.2 實驗材料

實驗所用的材料：黑色橡膠球、黑色防水布、透明塑料布、苯板、鐵絲等。

實驗用水取自遼寧錦州某公園水塘，水取回立即進行實驗。

1.3 實驗方法

為和實際應用情況接近，實驗置于室外進行。分別設置5只蒸發桶，類別及條件如表1所示。

表1 實驗設置方法

1.4 水樣理化指標測定

水樣取回后進行各項水質指標測定（表2）。

表2 理化指標

1.5 數據計算

蒸發效率計算如方程（1）所示：

式中：Γ——蒸發效率，%；

H——蒸發桶初水深，mm；

H1——實驗結束后蒸發桶水深，mm。

2 結果與討論

物對藻類繁殖的抑制效果為：苯板＞黑色防水布＞透明塑料布＞黑色橡膠球。研究表明，光照對藻類繁殖具有重要影響[12]，因覆蓋物遮光效應，光合作用被抑制。本研究中，苯板遮光效應最強，黑色防水布其次，對葉綠素a的濃度影響最大，其濃度僅增了 40%～44%，而自由水面，葉綠素 a的濃度增了3.7倍。因此，苯板和黑色防水布對藻類繁殖的抑制效果最佳。

2.1 不同覆蓋物蒸發抑制效果

覆蓋物對水源水庫的蒸發抑制作用很大，其抑制效果如圖1所示。

圖1 各蒸發桶水位降深

自由水面的蒸發桶與有覆蓋物的蒸發桶蒸發降深差異顯著。防蒸發效果為苯板＞黑色防水布≈透明塑料布＞黑色橡膠球。不同覆蓋物下各蒸發桶的蒸發效率如表3所示。

表3表明，與自由水面作對比，苯板、黑色橡膠球、黑色防水布、透明塑料布蒸發量分別減少了54%、38%、47%、48%，苯板的防蒸發效果最佳。這與國內一些學者研究結果相同[8-10]。但是從經濟技術可行性考慮，苯板或塑料空心板作為覆蓋材料成本較高[11]，黑色防水布和透明塑料布因成本較低，可作為覆蓋物的備選材料。

表3 不同覆蓋物下蒸發效率

2.2 葉綠素a濃度隨時間變化規律

不同覆蓋物下蒸發桶葉綠素a濃度如圖2。

圖2表明，與自由水面的蒸發桶相比，隨著時間延長，覆蓋物下藻類繁殖受到明顯抑制。各覆蓋

圖2 不同覆蓋物葉綠素a繁殖情況

2.3 TN、TP變化情況

研究表明，水體中的氮、磷元素是藻類繁殖的必要條件[13]。為進一步表明覆蓋物對水體藻類繁殖的影響，研究檢測了各蒸發桶內TN和TP的濃度變化情況。TN和TP的濃度變化情況分別如圖3和圖4所示。

圖3 不同覆蓋物下TN濃度變化

由圖3、圖4可知，葉綠素a的生長要消耗N和P元素，TN、TP濃度隨時間呈降低趨勢，自由水面蒸發桶TN和TP的消耗量最大，而苯板和黑色防水布的TN和TP的消耗量最低。與圖2對比表明，TN、TP的濃度與葉綠素 a濃度的變化呈負相關關系。研究也進一步證實，TN和TP是藻類繁殖的重要影響物質，其原因在于苯板和黑色防水布阻斷了陽光的直射，藻類的光合作用受到明顯抑制。TN和 TP的濃度變化情況進一步證明了苯板和黑色防水布對藻類繁殖的抑制作用。

圖4 不同覆蓋物下TP濃度變化

因此，綜合技術經濟因素，黑色防水布因其良好的防蒸發效果和對藻類繁殖的抑制作用，應作為水體防蒸發的首選材料。但是黑色防水布的岸基張拉方式需要進一步研究。

3 結論

采用苯板、黑色橡膠球、黑色防水布和透明塑料布覆蓋蒸發桶，研究水體降深和葉綠素a濃度變化情況，得到以下結論：

（1）覆蓋物對水體蒸發具有明顯抑制作用；

（2）覆蓋物覆蓋水體可有效降低藻類繁殖；

（3）水中的TN和TP的濃度變化與葉綠素a的濃度變化呈負相關規律；

結論表明，黑色防水布是水體防蒸發較佳的覆蓋材料，且覆蓋后可以有效抑制藻類的繁殖。

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