影响水体中溶解氧含量因素的探讨

影响水体中溶解氧含量因素的探讨

杨培智

山东正源检测科技有限公司 山东省德州市齐河县 251100

摘要：据研究表明，影响水体溶解氧含量的因素主要有三种，分别是物理因素，化学因素以及生物因素。由于城市化和经济的快速发展，地表水污染已成为中国等发展中国家城市地区的严重问题。位于市区的河流容易受到生活污水和工业污水的严重污染，导致水体黑臭，水质恶化。这些在功能上对城市水生态系统产生不利影响。这种现象发生的根本原因是溶解氧含量的匮乏。因此，本文对影响水体溶解氧含量因素进行了讨论分析，以期降低水体的污染。

关键词：溶解氧含量；自然水体；水生生态系统

引言：溶解氧是影响天然水质量、生物群落和生态系统功能的关键因素。溶解氧的浓度和分布对水体的自净能力和水生生物的生存至关重要，是水资源生态平衡系统中考虑的重要因素。它在生态系统中的分布对好氧菌的活动和一些缓慢的化学反应有显著影响。好氧异养生物分解有机物，同时一些还原性物质的氧化和硝化作用会消耗氧气。如果氧气量减少到一定程度，就会形成缺氧死区，从而导致水质恶化和生物体死亡。因此，掌握水生生态系统中溶解氧含量的影响因素非常重要。

1. 水体溶氧量影响因素研究现状

湖泊、水库和沿海水域中底栖边界层的湍流特性非常重要，因为它们是物质、热量和动量传输的关键机制。除了实验研究之外，还有各种数值模拟溶氧量从流体到有机沉积床的传输。众所周知，湍流会增强 SWI 的传输，但由于缺乏原位观测，沉积区内的湍流动量与质量传输之间的关系仍未确定。作为第一次尝试，曾有研究学者研究了随着时间的推移，溶氧量从上覆水流到沉积层的传输变化。他们的研究方法是利用覆层中的一维（1D）雷诺平均输运方程，结合沉积物中溶解氧的非定常扩散吸收模型来模拟溶解氧的输运。该方法参数化流速对溶解氧传输的影响，并利用湍流扩散系数简化了湍流对溶解氧的影响。并且在原始模型的基础上进一步解决了平均速度对扩散的影响。模拟的溶氧量浓度与他们自己在较低雷诺数下的实验数据一致。为了简化数值研究中的模型，可以假设沉积床是一种多孔介质。另有研究学者扩展了有效扩散率参数化，并预测沉积物吸氧量会随着沉积物渗透率的增加而增加。之后，随后几年，研究学者使用达西流和溶氧量吸收模型来模拟沉积层中的溶氧量传输，并考虑湍流强度对水边溶氧量传输的影响。他们通过粘性亚层和扩散亚层讨论了沉积层中不同的输运过程。另有研究学者通过原位渗透率测试和光纤测量系统研究了低流交换，得到了平坦沉积层内混合系数的垂直变化。他们将流动剪切速度、床渗透性和沉积物颗粒直径与湍流下方多孔床中的横向混合系数联系起来。并且使用河床沉积物中的测量值将湍流动量和溶质迁移联系起来。他们的研究表明，在观察到湍流应力的区域，次流混合得到了增强，湍流渗透到床中直接控制了 SWI 下方过渡层内的界面交换和混合。最近，国内研究学者利用大涡模拟（LES）的方法研究了溶氧量从水流输送到沉积层的完整过程。该研究调查了沉积物中微生物生物量、孔隙度和渗透性对溶解氧分布的影响。根据数据及其分析，随着孔隙度和渗透率的增加，湍流在溶解氧转移过程中的作用越来越明显。

2. 影响水体中溶解氧含量的条件

水体，不同于单纯的水。它除了包括水之外水中的植物、动物、底泥等，属于生态系统的概念范畴。因此，水体中的含氧量与水体中生物群落的组成、分布等密切相关。

废水中包含了糖、蛋白质、脂类、木质素等。而这类废水如果过量排放，会大幅耗费水体的溶解性氧。而海洋生物在呼吸中的最大耗氧，则是水体植被、哺乳动物和需氧微生物等有氧海洋生物所耗的氧气。无机物质的氧化耗氧则指如Fe、H2S等还原作用产物的氧化过程中所耗费的氧气。其中，耗尽氧气对有机质解体和生物学呼吸的耗氧是最重要的。而另一个功能则是生物学富氧作用。一般涉及空气中氧的消耗和水生植物的光合等。

3. 影响水体中溶解氧的因素

溶解氧含量是指水域通过与周围环境中的空气置换，并进行物理化学、生物化工等反应后溶解度在周围水域中的氧化物，同时也是水族海洋生物重要存活环境之中。湖泊的新陈代谢可以通过溶解氧的变化来量化，并且溶解氧的生产和消耗可以通过自由水溶解氧方法进行量化。在自然界水域中溶解氧的含量，与天空中氧的分压、压强、气温、水深、还有水底各个盐类和藻类的数量，以及日照程度等诸多因素均存在着很大的关联。清洁的地表水溶解氧接近饱和期。如果水面藻饰生长茂盛，光合作用旺盛，加上河流湍急、水库泄洪等均有机会使水域溶解氧呈饱和期。

21世纪中叶，气候变化的潜在影响远小于2010年TMDL养分减少的影响，尤其是在缺氧条件下。然而，由于气候变化的综合影响导致溶解氧浓度下降，可能会导致目前符合规定的水质标准的海湾部分在未来无法达到标准。在最严格的溶解氧标准中，这主要是由于缺氧持续时间而不是缺氧量的增加，因为在气候变化下，预计缺氧条件将到来，所有溶解氧浓度平均提前 7 天 0.2–5 mg L

^-1。冬季溶解氧浓度对随后的季节有长期的影响，这种遗留效应使人们重新对冰下发生的生态过程产生兴趣。尽管世界上一半的湖泊结冰呈现一定周期性，但了解冰下溶解氧的动态受到冬季湖泊学研究稀缺的阻碍。这是由于冰雪等恶劣环境经常限制采样和测量。

温度升高导致的溶解氧变化主导了气候变化的综合影响。虽然溶解度对溶解氧浓度的影响是全年溶解氧减少的主要控制因素，但生物需氧量增加的影响在春季至初夏最为普遍，有助于较早开始缺氧条件。温度的影响可能会通过增加代谢率来影响更高营养水平的低氧耐受性，从而使物种在更高的溶解氧水平下的耐受性降低。这可能会导致水质标准中的溶解氧最低限度不足以保护关键物种。

在干旱、低流量年份，海平面上升和河流流量变化对溶解氧变化的影响更大。河流流量的变化可能会在冬季和春季提供更高的淡水流量，这将提供更高的养分负荷并增加河口循环。这两种效应对溶解氧浓度产生相反的影响，负荷越高，可用于分解的有机物质越多，河口循环增加，提供更多富氧海水；然而，增加负荷的影响超过了更大的流通量。海平面上升是气候变化对溶解氧浓度的唯一正面影响。然而，这种积极影响被温度的负面影响所破坏。

地下水体的富营养化后，若不能进行及时的控制与管理，将会造成“赤潮”或“水华”等现象的产生，从而造成生态系统稳定性的破坏。在此过程中，土壤与水体含氧量都将呈现大幅变化。在初期，因为富含充足的无机营养，藻类植物大量生长，水域的溶解氧浓度急剧上升。而在随后，一方面由于大量藻类植物积累于水域的表面，从而遮挡太阳光，阻碍了气体中的氧气溶入水域以及水下绿色植物的光合作用。这样一来，水域的溶解氧量也会迅速下降。

4. 总结

从上述几个情况的综合分析可以发现，水体中的溶解氧含量的影响因素有许多，其中包括气温、光照、气候变化、海平面与河流流量等影响因素。此外，水体含氧量的变动必然伴随着水体生物群系的组成的变化，同时生态种群的数量减少反过来也影响着水体的溶氧量的变动。由此可见，水生生态和环境保护是相互作用。所谓环境污染对生态的综合危害，其实就是不同因素对生物的综合危害。本文对水体中溶解氧含量因素进行了探究，以期对水生生态作出一定贡献。

参考文献

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