底泥氟释放机制：分析预测

将以上各个时段的参数、边界和有关源汇项输入模型，对模型进行求解，并采用ArcGIS进行底泥氟释放的叠加，得到给定参数下各时段湖库水中氟浓度的分布状况。

1.方案1水质预测结果分析

引水第1年4月24日至5月5日，为水库的蓄水初期。从4月30日水体氟浓度场分布图（图10.13）可以看出，在进水口附近及靠近进水口的湖区，水体氟浓度迅速降低，5月份，氟浓度的降低范围从入水口扩散到湖库中心迅速指向出水口，5月31日在出口的浓度已经接近1.0mg/L，形成由入水口至出水口的径流带上，氟浓度均小于1.0mg/L，但其他部位氟浓度大于1.0mg/L的现象（图10.14）。随着进水量的增加和风力的作用，水库中的径流带也逐渐扩大，稀释扩散作用也逐渐增强，低浓度的氟快速地向径流带两侧扩散。

图10.13　氟浓度分布图（第1年4月30日）

图10.14　氟浓度分布图（第1年5月31日）

到7月30日，水库区大部分水体的氟浓度基本上都小于1mg/L，水库区的西北角处，氟浓度仍然较高（图10.15）。到8月31日进水结束时，由于出流仍在继续，湖区的流场基本上保持7月的状态，由于引水量的变化，水中氟的稀释作用降低，扩散成为氟迁移的主要作用；水中氟的浓度分布逐渐趋于均匀，但湖区西北角的浓度仍然较高。到9月5日，年内农业灌溉引水结束，水库没有新的水量交换，也没有径流存在，湖水进入稳定扩散阶段，主要是湖库西北高氟区（氟浓度最高6～7mg/L）向湖中心低氟区扩散，此外底泥中氟也不断地释放进入水中。10月31日，由于湖水的扩散作用和底泥氟释放的影响，湖水氟浓度显著增加，绝大部分湖库水体中氟浓度普遍为1～2mg/L，西北高氟区氟浓度为4～5mg/L（图10.16）。进入12月以后，由于洋沙泡开始结冰封冻，大量水体成冰，造成水体氟浓度增加。

第2年4月23日，水体氟浓度普遍高于3mg/L，高值区仍然在湖库的西北角（图10.17）。引入水后水中氟浓度开始降低，但由于冬季水体氟浓度的扩散缓慢，底泥释放对氟浓度的影响显著。到7月份洋沙泡大面积水域氟浓度低于1mg/L（图10.18）。但是引水停止后由于底泥的影响洋沙泡氟浓度再次超过1mg/L。

图10.15　氟浓度分布图（第1年7月30日）

图10.16　氟浓度分布图（第1年10月31日）

图10.17　氟浓度分布图（第2年4月23日）

图10.18　氟浓度分布图（第2年7月31日）

第3年4月水质总体上好于第2年4月，水中氟最高为3～4mg/L，大面积水域中氟浓度为2～3mg/L。第4年4月，水中氟混合得比较均匀，氟含量为1～2mg/L。这3年中仅在灌溉期洋沙泡氟浓度降低到1mg/L，满足饮用水质要求；在冬季洋沙泡氟浓度仍然超过1mg/L，不适宜直接饮用（图10.19～图10.20）。在第5年4月洋沙泡氟浓度在冬季水体氟浓度大部分小于1mg/L，满足生活饮用水标准；但是西北角局部水体氟浓度仍然大于1mg/L（图10.21）；引入江水后，水体氟浓度可降低至1mg/L以下，基本满足饮用水要求（图10.22）。

图10.19　氟浓度分布图（第3年4月23日）

图10.20　氟浓度分布图（第4年4月23日）

图10.21　氟浓度分布图（第5年4月23日）

图10.22　氟浓度分布图（第5年5月30日）(www.xing528.com)

从湖库中心点和湖库西北角某点水体氟浓度历时曲线（图10.23）可以看出，第1年引水后中心点氟浓度迅速降低，但是由于底泥的释放冬季氟浓度可高达3.0mg/L；西北角氟浓度降低很小，两处氟浓度相差很大；第2年以后两处氟浓度相差减小，水质混合趋于均匀；第3年以后，水质混合均匀，氟浓度降低明显，冬季短期氟浓度仍然超标。

2.方案2水质预测结果分析

方案2在引水之后水体氟浓度迅速降低（图10.24），氟浓度降低区从引入水口呈扇状散开向外围推进。到5月份水体氟浓度大部分已经降到1.0mg/L以下（图10.25）。但是，湖库底泥氟释放对水体水质影响较大，在非引入水期，使水体氟浓度在冬季再次超过1.0mg/L。从第2年开始，在灌溉期大量引水的情况下，湖库水质可以满足农业灌溉用水需求；冬季湖库水体氟浓度仍然超标（图10.26）。从第3年灌溉期开始，湖库水质可以满足生活饮用水需求（图10.27），但是冬季湖库水体氟浓度仍然接近1.0mg/L。

图10.23　代表性点水体氟浓度变化曲线图

图10.24　氟浓度场（第1年4月30日）

图10.25　氟浓度场（第1年5月31日）

图10.26　氟浓度场（第2年4月30日）

图10.27　氟浓度场（第3年4月30日）

3.方案3水质预测结果分析

方案3与方案2的情况基本类似，刚开始时水库水质较差（图10.28），随着引水量增大，水质逐渐好转，大部分水体的氟浓度小于1.0mg/L，仅湖库的南北侧边缘部位氟浓度为1.0～3.0mg/L（图10.29）；引水后水体中氟浓度普遍小于1.0mg/L（图10.30）。但是12月以后的冬季氟浓度普遍为1.0～3.0mg/L，北部氟浓度高于南部氟浓度（图10.31），其主要影响因素是湖库底泥氟的释放。从第2年开始，在灌溉期大量引水的情况下，湖库水体氟浓度大幅度降低，可以满足农业灌溉用水需求。此后各年的冬季，水体中氟浓度较往年逐渐降低，湖库水到第3年以后基本可以满足饮用水要求。

图10.28　氟浓度场（第1年4月25日）

图10.29　氟浓度场（第1年5月5日）

图10.30　氟浓度场（第1年7月31日）

图10.31　氟浓度场（第2年4月23日）

本次数值模拟的模型参数是结合湖库实际条件并参考有关资料确定的，但是氟的分布特征和迁移转化规律受多种因素影响，水库建成后水环境和水动力条件千变万化，本次所建立的数值模型仅就设定条件下氟的分布特点和随时间变化的规律进行了初步预测。