底泥氟长期释放机制与常规离子分布研究

1.在空间的分布特点

由于2007年1月取样位置分布比较均匀，代表性比较好，以第1次取样分析测试结果为例对洋沙泡主要离子在湖泡中的分布进行分析。湖水的矿化度相对较高，冬季湖水的矿化度为1.23～1.49g/L，基本表现为南东部矿化度相对最高，西北矿化度相对较高，中部矿化度相对较低（图3.1），仅东南部矿化度为1.88g/L，偏大，可能是由于冬季取样时该点的水深较小，接近湖底，且该点靠近风力作用的岸边，以往湖泡干涸后底泥中的部分盐碱被风力搬运至岸边堆积，之后又随雨水溶解进入湖内，因此水中溶有更多的易溶盐成分。

洋沙泡水主要阳离子为Na+，Na+含量为469～576mg/L，东南部S18号点Na+含量最高，为936mg/L，Na+在湖中基本表现为东西两侧较高，中部含量相对略低的特点（图3.2）。

洋沙泡水中主要阴离子为和，含量为756～1048mg/L，表现为南部含量最高，北部含量次之，中部含量最低（图3.3），含量232～300.47mg/L，表现出中部最低，最南端次之，最北部最高的特点（图3.4）。

湖泊水中铁含量较高，为0.07～2.64mg/L，湖边部分地段铁含量相对较低，小于0.3mg/L，符合饮用水标准，湖中心及湖边部分地段铁超过0.3mg/L，不符合饮用水标准。铁在湖中的分布以湖中心含量较高，北部含量大于南部（图3.5）。

湖中Mn含量相对较为均匀，为0.01～0.54mg/L，但湖中20个取样点仅有3个点含量大于0.1mg/L，超过国家饮用水标准。主要分布于湖泊的东南部（图3.6）。

第2次～第5次采样，主要离子成分和分布特点基本与第1次取样特征表现相同，即东南部主要离子含量相对略高，西北部略低。4次取样中，第2次主要为湖水融冰的水样，氟浓度、pH值和水中盐分含量相对较低。

图3.1　矿化度等值线图（2007.1）（单位：mg/L）

图3.2　Na+等值线图（2007.1）（单位：mg/L）

图3.3等值线图（2007.1）（单位：mg/L）

图3.4等值线图（2007.1）（单位：mg/L）

图3.5　Fe3+等值线图（2007.1）（单位：mg/L）

图3.6　Mn2+等值线图（2007.1）（单位：mg/L）(www.xing528.com)

1～5次采样分析结果，表现为水质分布特点较为一致，矿化度以及各离子含量均呈现出东南岸的查干、东屏到西洋沙一带较高，西岸的东洋沙一带较低这一现象，其原因可归纳为以下几点：①底泥的物理特征和水动力条件的影响，东洋沙一带西岸为原来湖泊与河流相接部位，受河流水动力条件的影响，底部沉积颗粒相对较粗，而东岸仅受波浪的影响，底部沉积颗粒相对较细。从吸附能力上看，黏土大于砂土，因此盐分更容易被东岸的黏性土吸附，相对条件发生变化时也容易解吸，吸附量大，解吸的量也必然相对较多，形成西部水中盐分含量低于东部的特点。②东洋沙一带的地层和东部也不相同，东部为冲积湖积的细颗粒黏性土，以亚黏土和亚砂土为主，西部为黄褐色冰碛冰积的粗砂卵砾石，粗颗粒，分选较差，泥质胶结，磨圆较差，以棱角次棱角状为主，虽然分布范围较小，但地层差别较大，所形成的底泥差别也较大，这一差别不仅是底泥物理性状的差别，也包括形成底质的物质形成特点和化学成分的差别。③洋沙泡东洋沙一带也是二龙涛河能够进入洋沙泡的入口，2007年二龙涛河可能有少量水从东洋沙一带进入洋沙泡，河水矿化度和各离子含量均低于洋沙泡湖水，也是使东洋沙一带水中矿化度和各种离子的含量稍低的原因之一。

总之黏土的物理性质、化学成分差异、吸附能力和溶解作用以及风积作用共同促成了这种浓度上的差异，使湖泊东侧的盐分相对较高。

在6次取样分析中，2007年4月第2次取样和2008年1月第6次水样较其他4次取样分析结果差别较大。其原因为：

（1）2007年4月第2次取样时正值融冰阶段，导致湖水中的盐分含量相对较低。冰融化后的水中离子含量较低。此外，结冰从湖岸开始向湖心推进，使得岸边湖水各主要离子浓度以及pH值变低。洋沙泡水深比较浅，春季融冰期间，岸边湖水主要来自湖冰的融化，因此矿物质最低。

（2）2008年1月第6次取样分析结果表明洋沙泡水质受湖水结冰影响较大，结冰过程中冰层中的盐分较少，析出的盐分进入到未结冰的水中，结冰过程是盐分相对在未结冰的水中浓缩的过程，由于结冰的影响导致水中盐分急剧增加。由于2007年4月份以后二龙涛河截流，洋沙泡水库水域面积减小，水深减小为0.3～0.9m，其中冰厚为0.3～0.8m，水深0～0.4m。受年内强烈的蒸发浓缩作用和冬季湖面结冰的双重影响，水中各种离子含量成倍增大。由于水深较浅，局部地段完全结冰，大部分水深较小（小于0.2m），水中离子含量在整个湖区的分布规律受水深的影响也较大，表现为湖泊中部水深较大的地段主要离子含量相对较低，周边水深相对较小的地段主要离子含量相对较大。如矿化度值大于10.0g/L的取样点有3处，水深为0.06m、0.13m和0.17m，而冰厚均大于0.6m。

利用统计学理论对洋沙泡水库水中盐分的变异系数进行分析，发现融冰和结冰对水质的均匀化程度有较为明显的影响（表3.1）。如矿化度6次取样分析中，结冰时第1次取样、融冰时的第2次取样和再结冰第6次取样变异系数大于0.1，其余3次取样主要离子的变异系数均小于0.10。第1次取样由于2005年洋沙泡刚刚蓄满水，水量较大，结冰后水深相对比较均匀。第6次取样湖泡中水深减小，结冰后湖水不受风动力的影响，水中析出盐分仅在扩散作用下混合，混合速度较小，表现为湖水中盐分的差异十分明显，所以变异系数基本都大于1.0。

表3.1　水样主要离子变异系数计算成果表

2.随时间的变化特点

第1次取样为冬季，由于2005年和2006年洋沙泡水库刚刚补入新水，湖区面积较大，水量较丰沛，结冰浓缩后水的矿化度相对较高，普遍大于1.0g/L，离子以Na+、为主，pH值9.30～9.50，为弱碱性水。第2次采样时，湖上冰层已经部分融化，岸边融冰的水体矿化度相对较低，普遍小于0.5mg/L，主要离子为Na+，和，pH值7.38～7.66。其化学类型为HCO3-Na型。此后，湖水矿化度逐渐升高，pH值逐渐增大，为弱碱性水。到第6次取样时由于蒸发浓缩和结冰浓缩作用的双重影响，水中盐分含量较高，矿化度为2.5～17.7g/L，说明冬季结冰对水质的影响相对较大。

主要离子特征值统计成果见表3.2。

总之，2007年1～4月湖水的矿化度由大变小，pH值由高到低，各主要离子冬季含量较高，春季较低。从春季到夏季取样表明，矿化度、pH值和各主要离子浓度均由低到高。原因在于：春季到来以后，由于温度升高，使表层的冰融化，而冰的矿化度、各离子含量都相对很低，在岸边附近所采取的湖水矿化度、各主要离子含量都有明显降低。之后，由于春季和夏季蒸发浓缩作用成为洋沙泡水的主要消耗方式，加之底泥的释放作用，各主要离子的含量不断升高。2007～2008年冬季湖水结冰以后，由于结冰起到使水体迅速浓缩的作用，水的矿化度和各主要离子浓度都不同程度的增大（表3.2、图3.7），但结冰浓缩没有对湖水的pH值产生太大的影响（表3.2），但对水中HCO-3、CO2-3含量和Na+含量影响较大，其浓度增大了5倍（表3.2、图3.8）。

表3.2　水样主要离子特征统计成果表

图3.7　矿化度、pH值随时间变化曲线图

图3.8、含随时间变化曲线图