夏玉婷，于常武，馬紫怡，萬宗振，付佳偉，劉月月

（遼寧工業(yè)大學 化學與環(huán)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(qū)尤為嚴重?！澳纤闭{(diào)”、“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(qū)的水源水庫，均面臨蒸發(fā)作用而導致巨大水量損失。以遼西干旱區(qū)白石水庫為例，庫區(qū)面積為 6.6×107m2，按當?shù)啬暾舭l(fā)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(fā)作用而損失。

為減少水體蒸發(fā)損失，各國學者研究認為水體覆蓋法可以有效防止蒸發(fā)[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(shù)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(fā)效果和對藻類繁殖的抑制效果，以期為水面防蒸發(fā)技術(shù)的實施奠定基礎(chǔ)。

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(fā)桶、玻璃器皿等。

葉綠素 a測定方法：水質(zhì)-葉綠素的測定（SL88-1994）[5]。

TN的測定：水質(zhì) 總氮的測定[6]。

TP的測定：水質(zhì) 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(zhì)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(fā)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(zhì)指標測定（表2）。

表2 理化指標

1.5 數(shù)據(jù)計算

蒸發(fā)效率計算如方程（1）所示：

式中：?！舭l(fā)效率，%；

H——蒸發(fā)桶初水深，mm；

H1——實驗結(jié)束后蒸發(fā)桶水深，mm。

2 結(jié)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(fā)抑制效果

覆蓋物對水源水庫的蒸發(fā)抑制作用很大，其抑制效果如圖1所示。

圖1 各蒸發(fā)桶水位降深

自由水面的蒸發(fā)桶與有覆蓋物的蒸發(fā)桶蒸發(fā)降深差異顯著。防蒸發(fā)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(fā)桶的蒸發(fā)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(fā)量分別減少了54%、38%、47%、48%，苯板的防蒸發(fā)效果最佳。這與國內(nèi)一些學者研究結(jié)果相同[8-10]。但是從經(jīng)濟技術(shù)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(fā)效率

2.2 葉綠素a濃度隨時間變化規(guī)律

不同覆蓋物下蒸發(fā)桶葉綠素a濃度如圖2。

圖2表明，與自由水面的蒸發(fā)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(fā)桶內(nèi)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(fā)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(guān)關(guān)系。研究也進一步證實，TN和TP是藻類繁殖的重要影響物質(zhì)，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(shù)經(jīng)濟因素，黑色防水布因其良好的防蒸發(fā)效果和對藻類繁殖的抑制作用，應作為水體防蒸發(fā)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(jié)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(fā)桶，研究水體降深和葉綠素a濃度變化情況，得到以下結(jié)論：

（1）覆蓋物對水體蒸發(fā)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(guān)規(guī)律；

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

[1]Rong Y, Su H, Zhang R, et al. Effects of Climate Variability on Evaporation in Dongping Lake, China, during 2003–2010[J]. Advances in Meteorology, 2013: 1-11.

[2]Prime E L, Tran D N H, Plazzer M, et al. Rational design of monolayers for improved water evaporation mitigation[J]. Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects, 2012,415:47-58.

[3]宋興亮, 侍克斌. 彩鋼夾芯板應用于平原水庫防蒸發(fā)節(jié)水試驗探討[J]. 新疆水利, 2015(02):15-19.

[4]李存立, 嚴新軍, 侍克斌, 等. 不同面積浮板覆蓋下干旱區(qū)平原水庫防蒸發(fā)節(jié)水效率分析[J]. 水資源與水工程學報, 2016 (03): 73-76.

[5]中華人民共和國水利部. SL88-2012 SL 88-2012 水質(zhì) 葉綠素的測定 分光光度法[S]. 北京: 2012.

[6]環(huán)境保護部. HJ 636-2012 HJ 636-2012 水質(zhì) 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[S]. 中國環(huán)境科學出版社, 2012.

[7]環(huán)境保護部. HJ671-2013 HJ 671-2013 水質(zhì)總磷的測定流動注射-鉬酸銨分光光度法[S]. 北京: 中國環(huán)境科學出版社, 2013.

[8]張曉浩, 侍克斌, 嚴新軍, 等. 防蒸發(fā)浮板覆蓋平原水庫節(jié)水效率研究[J]. 長江科學院院報, 2016(04):6-10.

[9]宋興亮. 內(nèi)陸干旱區(qū)平原水庫防蒸發(fā)浮板研發(fā)與節(jié)水試驗研究[D].新疆農(nóng)業(yè)大學, 2014.

[10]張永山. 內(nèi)陸干旱區(qū)平原水庫防蒸發(fā)塑料空心板節(jié)水試驗研究[D].新疆農(nóng)業(yè)大學, 2014.

[11]李存立. PVC浮板與浮球在干旱區(qū)平原水庫的防蒸發(fā)節(jié)水試驗研究[D]. 新疆農(nóng)業(yè)大學, 2016.

[12]張艷晴, 楊桂軍, 秦伯強, 等. 光照強度對水華微囊藻(Microcystis flos-aquae)群體大小增長的影響[J]. 湖泊科學, 2014 (04): 559-566.

[13]楊敏, 張晟, 胡征宇. 三峽水庫香溪河庫灣藍藻水華暴發(fā)特性及成因探析[J]. 湖泊科學, 2014 (03): 371-378.