摘要：底泥的盐分释放是滨海地区淡水库水质咸化的主要原因之一，而包括上覆水条件在内的多种因素可能影响到底泥的盐分释放。为了研究底泥盐分释放的规律和主要影响因素，采集了天津滨海地区典型淡水库———北大港水库底泥样品，测定了盐分含量，并通过室内模拟实验，研究了底泥盐分含量、上覆水水深、上覆水盐浓度以及扰动对底泥盐分释放的影响。调查结果表明，库区底泥全盐量为0.095%~0.818%，总体属轻盐化土和中盐化土，库心底泥盐分含量明显高于库周底泥。室内模拟实验表明，底泥含盐量越高，盐分释放通量越大；实验条件下上覆水越深，上覆水盐分含量越低，底泥盐分释放通量越大；上覆水扰动会促进底泥盐分释放。该研究认为，底泥盐分释放受底泥盐分含量和上覆水理化因素的多重影响，对其释放规律的研究有助于更好地解释滨海地区水体的咸化机制。

关键词：北大港水库； 底泥； 盐分释放； 水质咸化； 盐度

水体咸化是一种最为普遍的水体污染形式[1]，尤其是在干旱半干旱地区，水体咸化被认为是对水资源的主要威胁之一[2]。水体咸化会使水质不适合饮用和灌溉，致使饮用水源的丧失[3]和农业产量的下降[4]。要控制或缓解水体咸化，找出其咸化的主要原因以及影响因素是十分关键的。在以往的相关研究中，多数是以地下水为目标[5-7]，对其咸化机理进行了较深入的探讨。然而，目前不少地表淡水（如湖泊、水库）也存在严重的咸化问题，特别是滨海地区，不少蓄淡水库存在咸化问题，甚至常出现突发性泛咸现象[8]。以天津北大港水库为例，该水库地处滨海地区，由于气候、地质等原因，常年存在咸化问题。这一问题在“引黄济津”水进入水库期间显得尤为突出[9]。然而，对于此类水体咸化的发生机理尚不十分明确，特别是底泥盐分释放对其的贡献，还有待于深入研究。

有研究表明，咸化盐碱土与水体间的传质作用是北大港水库水体咸化的一个重要原因[10]。类似研究也表明，底泥盐分释放会对水库水质产生影响[11-12]。近年来，有研究者对底泥盐分释放对水质咸化的贡献以及相关的影响因素进行了研究。例如，高增文等[13]利用模拟实验研究了青岛沐官岛水库底泥盐分的释放规律，发现底质盐分释放通量按粉质粘土、中细砂、泥质粉沙的顺序递减；姜翠玲等[14]研究了天津北塘水库底泥盐分的释放规律和影响因素，发现底泥氯离子含量、上覆水盐分含量以及水位对底泥盐分释放有明显的影响。

针对北大港水库，赵文玉[15]选用库区土壤模拟底泥进行盐分释放研究，探讨了上覆水含盐量、水位、扰动等因素对“底泥”释放的影响。然而，该研究选取的并非真正的底泥，而且实验周期相对较短（有的仅11d），因此，在揭示相关规律时存在局限性。为了深入研究北大港水库底泥盐分的释放规律及其影响因素，本研究首先对北大港水库进行了采样调查，分析了不同区域底泥的盐分含量及其空间分布特征。并通过室内模拟实验，研究了底泥盐分含量、上覆水水深、上覆水盐分浓度、扰动等因素对底泥盐分释放的影响。通过本研究的进行，希望查明北大港水库底泥盐分分布、释放规律及其主要影响因素，为深入揭示滨海地区水体咸化机理提供依据。

1 材料与方法

1.1 采样调查

1.1.1 研究区概述

北大港水库位于北纬38°40′~38°48′，东经117°16′~117°29′，是天津滨海新区（大港）的一座大型平原水库，始建于1974 年。库区占地面160 km2，最大蓄水面积约为149 km2，最大设计库容约为5×109 m3，最大库容时平均水深约为3.3 m，库区水域地形复杂。目前，北大港水库不仅为天津滨海新区提供工农业生产及城市生活用水，同时兼作“引黄济津”及“南水北调”的调节水库。

1.1.2 采样点设置

根据水库的水文特点，共设置11 个采样点。其中，库周设置6 个采样点：排咸闸、沙井子闸、刘岗庄闸、马圈闸、姚塘子和十号口门闸，分别记为B-1、B-2、B-3、B-4、B-5 和B-6；库心设置5 个采样点，分别1.1.3 采样和预处理采样时间为2011 年7 月，在每个采样点取0~20cm 表层底泥，现场剔除杂质后，装入塑料密实袋，运回实验室，并同步采集上覆水样。底泥混匀后的样品一部分自然风干，研磨，过筛后进行理化分析。一部分新鲜底泥存放于冰箱，以备用于静态模拟实验。同期在各采样点采集水样，带回实验室后冷藏备用。

1.1.4 测定方法

底泥样品测定项目包括pH 值、电导率、氯离子（Cl-）、全盐量、有机质、全磷。pH 值、电导率用雷磁DZS-706 多参数分析仪测定。按土水比1∶5 制备土壤浸出液，测定氯离子和全盐量，其中Cl-含量采用硝酸银滴定法，全盐量采用烘干质量法[16]。有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法，全磷采用硫酸-高氯酸消煮-钼锑抗比色法[16]。

1.2 模拟实验

1.2.1 实验装置和方法

实验装置为高40 cm、内径13.5 cm 的圆柱形玻璃筒（以下简称“柱”，图2），将供试底泥样品混合均匀后铺在柱底部，厚度为10 cm，加入各采样点的水库水进行饱和，24 h 后将原水吸出。根据实验需要，用虹吸法缓慢加入上覆水，加水时尽量避免对表层底泥产生扰动。因北大港水库底泥盐分是以Cl-和Na+为主导的[15]，因此本研究以Cl-含量表示盐分含量。经监测分析发现北大港水库底泥总体属轻盐化土和中盐化土，据此选取B-5 底泥为主要研究对象(Cl-含量为0.041%，含盐量为0.199%)，以增加实验的对比性。具体的实验设计如下：

（1）不同含盐量底泥的Cl-释放规律：根据底泥盐分含量水平，按含盐量倍增趋势选取3 个底泥，B-2（低）、B-4（中）和B-2（高）分别装入不同的柱内，按照上述方法平衡后，加入去离子水，使水深达到20 cm（底泥表面至水面距离，以下同），静置。每天监测水面下5 cm 处的电导率，实验进行28 d。

（2）上覆水深度的影响：以B-5 底泥为研究对象，设定上覆水水深分别为15 cm 和25 cm，其余实验条件和测定方法同（1）。

（3）上覆水盐浓度的影响：以B-5 底泥为研究对象，一个实验装置加入去离子水，另一个加入氯化钠溶液，设定Cl-浓度与B-5 采样点水体Cl-含量（490mg/L）一致。其余实验条件和测定方法同（1）。

（4）上覆水扰动的影响：以B-5 点底泥为研究对象，按照前述方法加入底泥和去离子水。实验过程中，每隔2 h 用玻璃棒以顺时针方向在上层5 cm 缓缓搅动3 min。其余实验条件和测定方法同（1）。实验结束时，将上覆水体搅拌均匀（避免扰动底泥），测定水体电导率，并计算Cl-释放量及释放通量。每个实验设2 个平行。

1.2.2 测定方法

根据文献[15,17]，Cl-含量采用Cl-含量-电导率标准曲线法，通过测定上覆水电导率变化来反映上覆水质变化和底泥Cl-释放情况。具体方法是：将不同量底泥溶入不同体积的去离子水中，测定底泥浸出液中Cl-含量和电导率，建立Cl-含量-电导率标准曲线（计算得知R2 为0.991 8），根据标准曲线计算Cl-含量。Cl-释放量及释放通量的计算方法如下：

p=c·V；q=p / ( S·t )

式中：p 为Cl-释放量（mg）；c 为上覆水体搅拌均匀后Cl-浓度（mg/L）；V 为上覆水体积（L）；q 为Cl-释放通量g/(m2·d)；S 为水-底泥接触面积（m2）；t 为实验天数（d）