一个热带瀑布系统的水质和环境影响评价 2.docx

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一个热带瀑布系统的水质和环境影响评价2

一个热带瀑布系统的水质和环境影响评价

BenedictOOffem（Correspondingauthor）

DepartmentofFisheries,FacultyofAgricultureandForestry

Obubracampus,CrossRiverUniversityofTechnology,Nigeria

Tel:

08-055-930-219E-mail:

benbeff06@

GabrielUIkpi

DepartmentofFisheries,FacultyofAgricultureandForestry

Obubracampus,CrossRiverUniversityofTechnology,Nigeria

E-mail:

gikpi@

Received:

September25,2011Accepted:

November10,2011Published:

December1,2011

doi:

10.5539/enrr.v1n1p63URL:

http:

//dx.doi.org/10.5539/enrr.v1n1p63

摘要

为了提供瀑布的水质和生产率信息,月度样品是取自雨季和干季的24个月（2007年1月-2009年1月）沿着长6817.7米的Agbokum瀑布的三个地点。

除了pH,镉（Cd）,铬（Cr），铵（NH4+）,铅（Pb）,碱度,表面温度,空气温度,水流速度和降雨量,所有的其他环境参数都显示采样点间的显著差异。

大多数参数包括排水量（1496.5±82.9）,溶氧（9.6±0.2）,导电率（69.0±18.5）,钙（16.9±1.2）,镁（2.5±0.04）,硅（2.5±0.04）、铁（0.08±0.02）、锰（0.8±0.2）、总固体（178.6±8.8）和总硬度（74.5±4.3）在瀑布地区（中游）的河是最高的。

根据上面提到的标准,在瀑布地区的河流和含有酸性性质的湿样中的铁、锰、铅、Cd的有害程度对不做处理直接用这水资源的水生生物和该地区的居民构成了潜在的健康危害。

结果表明Agbokum瀑布在瀑布地区和湿季的水质恶化最重要的是水体的有效管理。

关键词:

瀑布、水文参数、物化性质、重金属、湿季,旱季,季节性变化、空间变化

1介绍

水资源是受人类开发和污染威胁的环境资源的一个主要的组成部分。

在发展中国家,因为环境污染和退化,质量好的水是稀缺的。

在该地区，水资源的常规监测,在适当的管理策略中是非常重要的。

瀑布,大部分是由高海拔悬崖或岩石上的溪流或河流形成，很少能引起世界各地的研究人员的注意力。

在非洲,正因如此,瀑布被冠以神灵的名义并且被当做传统的祭奠祖先的地方。

在其他地方,这种强度的瀑布和因为地球引力而从它产生的压力给人一个无生命的地方的印象。

在非洲的瀑布系统的认识只局限于水文和地质特征和因为他们的生态旅游创收潜力而作为创造收入的自然遗迹。

物理化学特性是非常重要的水质监测参数由于水从其来源提取后的不稳定性。

物化参数的知识提供了关于水资源生产力的信息,水处理过程的类型被采用,并给出了其中大量生物生存的更好的解释。

不同的因素影响水的质量,显示出了从一季到下一季的特性变化。

水质研究人员已经把他们的工作放在了河流,河流和海洋上。

然而,很少的工作或没有什么工作已经进行了瀑布的生态系统参数研究。

因此,本文调查了一个在尼日利亚东部南部的瀑布在空间和时间尺度上的物理和化学动力学参数。

2材料与方法

2.1研究区域

研究区是在尼日利亚克里斯河州,,北纬5059’和东经8045’的Agbokim瀑布。

它在克里斯河的西部和喀麦隆高森林的北部。

气候是热带后陆土地类型,湿季（5月—11月），干季（12月—4月）。

年平均温度介于200c和320c，年度总平均降雨量,从1450毫米到3015毫米。

植被是拥有深红土和黑暗肥沃,粘质和肥沃的泥土组成的土壤的雨林类型。

瀑布是从两个小河流克里斯河系统的支流Ekue和Bakue流出的。

生态重要性是沿瀑布的长度方向发现的众多小池和沼泽。

高年度放电和降雨的地区为反抗自然生态的压力如干旱提供最好的缓冲。

本研究的目的,6817.7米长的瀑布分为三个河段;上游、中游（瀑布所在地）和下游。

上游是2003.13米长的有衬底砾石和岩石的快速水流和有高高的森林和可可农场的海岸线区,长度807.42米的中游有沙子的基片和在重水湍流的岩石与被植被稀疏笼罩的海岸线，长度2003.13米的下游具有较好的砂和在通过广泛的区域的缓慢的水流的粘土。

2.2水文地质参数

三个采样点选在沿着瀑布的长度方向上,一个采样点随机发生在三个河段的任一河段上。

每月的水文和理化参数在雨季和干季的所有取样站进行24个月（2007年1月-2009年1月）。

降雨数据来源于位于采样站点的研究区气象测候站。

水位的确定是用一个依靠校准绳的铅坠。

这个铅坠下放入水中,直到它到达衬底。

那时的深度就是校准绳。

该程序在另外随机选取的在采样站点边缘和中间的水的两个位置重复进行。

在较小的站点的水位是由一根标为2.5米的绳子串过河确定。

一个测量杆是用在每一个标记上来确定这一点上的深度。

对于大的采样点一个劳伦斯测深仪是用来以稳定的速度渡河时每5秒钟读一次数据的仪器。

河宽是用长校准绳在每个采样点的三个地方测量，然后取平均值。

水流速度（流速）由当前流量计0.03米/秒的精度,125毫米直径的WFM001模型决定。

排水量使用费舍尔和哈里斯（2003）公式:

WTD=CSAxWDxWV计算确定，当WTD=排水量（m3s-1），CSA=横截面积（m），WD=水深（m）和WV=水流速度（ms-1）。

2.3物化参数

温度记录值是用一个以0c为单位的水银玻璃温度计，将水银温度计放到水下2cm保持5分钟直到水银停在一个位置，精度不大于±0.10c。

派伊模型7065电子米在250C用pH值在4、7和9的缓冲溶液校准到接近±0.1后与是用于测量PH值。

水样的溶解氧浓度用一个数字氧分析仪决定精度±0.1%。

水的透明度是使用海水透明度盘衡量的。

阀盘被降低到水下，深度被无形的记录了。

然后逐渐退出水的深度,可见的深度被记录下来。

在那个站的水体透明度是两个读数的平均值。

对于总溶解固体（TDS）,调到零值然后电极浸入水样本，读值精确到大约±1%。

导电率是用电导仪评估,调整读值部分和将仪表浸入水样，然后读取接近满刻度的读值，精确到±1%。

总硬度、氨气、二氧化碳、酸度、化学需氧量,由滴定法确定。

氨、硝酸盐和磷酸盐测定根据“标准方法检查水和废水”确定。

生物需氧量是由在室温（200c）培养5天后的初始值和最终值得差值确定。

总碱度的测定用硫酸标准溶液滴定水样确定,用一滴酚酞溶液和一袋溴甲基红指示剂,直到样品从蓝绿变为粉色。

总碱度单位是mg/L，是使用的滴硫酸溶液总数量乘以17.1。

碳酸氢根离子是将pH电极浸入尖锥形容器读取数据的。

样品水样加入大理石粉末，完全覆盖电极球2分钟后读取一个恒定读数。

大约2分钟后,pH值是读一遍。

在测量过程中，大理石的温度用温度计测量。

碳酸根离子是通过将盐酸放入管中的气体发生器中2至10毫升的水样和插入装满20毫升盐酸（10%）确定。

连接到设备后,刻度管填充，提高容器的水平。

将气体发生器倾斜,以便盐酸接触地板。

压力补偿,达到可以沉到容器,大约10分钟后，气体体积可以读取。

颜色通过装配过滤器装置（膜过滤器,过滤器支架,吸引器和烧瓶）,并允许约50毫升的无纸化水通过冲洗单位确定。

丢弃冲洗用水。

大约50毫升的水样本进行过滤，25毫升倒进另一个干净的容器。

放置的无纸化水的容器支架和样品室的们是关闭的。

脱矿用于设置零浓度点。

要评估重金属水平，三个站点的自来水（2.0升）收集到塑料容器,进行稀释,并充分消毒。

固体水样中的一部分（50ml）固定好，使用比例为1:

10的浓硝酸和盐酸为了消化颗粒物，水浴加热获得厚黄色溶液,然后被冷却,加蒸馏水至100毫升。

直接在用±1.0纳米精度的科学原子吸收分光光度计（AAS）分析了样品。

对于每个重金属，按特定浓度标准运行,来制备一个校准曲线,重金属的浓度是直接从AAS视频显示器系统阅读。

3.研究结果

3.1环境参数

所有的环境参数,除了pH、镉（Cd）、铬（Cr）、铵（NH4+）、铅、碱度、表面温度、空气温度、水流速和降雨量，采样点之间表现出显著变化（p<0.05）（表1）。

在瀑布地区（中游）的河流，当下游的水位（4.8±0.6米）、大小（160.4±9.2）、深度（68.9±2.9）、透明度（28.8±3.4）、生化需氧量（BOD）（4.8±1.2）、磷酸盐（2.9±0.2）、硫酸盐（19.8±7.7）、硝酸盐（0.8±0.6）、氯化物（15.4±4.2）和总溶解固体（88.4±4.2）是最高的，排水的最高值（1496.5±82.9）、溶氧（9.6±0.2）、导电率（69.0±18.5）、钙（16.9±1.2）,镁（2.5±0.04）、硅（2.5±0.04）、铁（0.08±0.02）、锰（0.8±0.2）、总固体（178.6±8.8）和总硬度（74.5±4.3）被记录。

大多数参数,除、生化需氧量、磷酸盐、硫酸盐和氯化物在上游是最低的。

数据显示,在研究期间，雨在大多数月份（5月-1月）下的,而且水位与降雨强度呈正相关。

由于干燥和潮湿季节造成的洪水情况的变化,水位和水的深度和透明度盘透明度值跟水位（WL）、水深度（Wd）、水速度（Wv）、水排放（Wdi）和电导率（CD）成反比的（图2）。

湿月的Wl（7.6米）、Wd（9.8米）、Wv（1.8米/秒）、Wdi（845立方米/秒）和CD（136.4μS/厘米）的值分别高于旱季值（7.5米、1.5米、0.6米/秒,248.8立方米/秒,34.5μS/厘米）,在旱季透明度（0.5m）比湿季（0.1米）更高。

此外,一些化学性质如TS,TDS、TH、Do,Sio4,PO4,Cl和So4在湿季显示出更高的值,而其他人像NH3和生化需氧量在干季更高（图3）。

在重金属中,只有铜（Cu）显示高值,其它集中在中游（瀑布地区）。

此外,所有重金属除镁（Mg）、铜（Cu）和钙（Ca）在湿月9、10月份显示有更高的浓度（图4）。

4.探讨

在这项研究中，物理化学化参数作为瀑布的水质在不同季节的水平指示。

水位和雨量之间的正相关关系表明水位随降雨量的增加而增加。

研究发现降雨在数量和持续时间上的变化会影响水的理化参数。

透明度和其他水文参数之间的反比关系和Egborge（1977）在内陆水域的发现一致。

由于营养丰富耕地和其他产业的暴雨和顺向上升的水位、水宽、水速、水深和水的流量、径流的增加，洪水发生,颗粒和碎片在风的作用下重新悬浮。

由此产生的高速率的浊度影响水的透明度，养分浓度随之增加。

在本研究中的一些参数的高浓度可能是由于研究区进行道路建设，附近的大量的淤泥和岩盐（应用于道路）产生,被冲到河里。

一些高水平的参数在潮湿季节是由于雨水从各种水源携带废水而造成的。

在瀑布地区的研究区域溶解氧水平（9.7mg/l）的记录高于其他地区的河流并且高于奥贡河的记录4.94--5.9mg/l和松鼠皮河2.4--7.0mg/l即使在尼日利亚。

低有机浓缩和湍流的本质已经说明了瀑布就是造成这种高氧值的可能的原因。

另一方面,下游的瀑布观察到的低溶解氧可以归因于低的水流速度，从而可以减少水的运动和溶解的氧气。

氧化腐殖质化合物对于分解洪水的土地,在这个地区的大量的沼泽和森林，可以给这一区域带来溶解氧。

由于沿着海岸线的森林覆盖,也降低了光合活动，因此也降低了溶解氧。

溶解氧值的下降到记录雪花石膏（1982）对水质良好适合水生生物的范围（5.0-9.0mg/l）里。

在雨季，溶解氧含量数值高的季节性变化可能由于较低的水温度而增加曝气是由于增加了水的搅拌。

在所有样点和季节采样的BOD值小于5毫克/升,表明这区域的有机质污染物的缺乏。

在这项研究中获得的平均pH值和那些由Fakayode（2005）记录最适合最大生产率的水生生物值相一致。

尽管正常生物活动仅限于pH为6-8的自然水,欧洲经济共同体（1980）限制水要进行简单的物理处理，消毒是6.5-8.5。

我们的水样本从研究区的三个抽样河段和两个季节,记录的pH值在5.8-7.4。

雨季的低pH值表明,在此期间，水资源是不适合鱼文化和饮用的,可能是由于外来的有机物的高注入和从邻近的农田增加的人为酸化水和径流雨水。

在这个研究表明中旱季的pH值适合等质量的水。

所有样品用于确定TDS的样品是由世界卫生组织和EEC所规定的总固体含量的最大容许浓度（600mg/l）。

水的电导率的引导限制是400μs/厘米。

从我们的数据来看,只有在雨季样品上涨至146μS/厘米。

记录在瀑布地区和76.4±2.2mg/l的下游,低于十字河的值（105.8±7.8mg/l），但高于尼日利亚的Obubra湖的值15.6±3.7mg/l。

下游更高层次的氯化物是区域内的海水在瀑布都有很大的影响或者由于有机生活污水的污染的迹象表明。

在本研究中的瀑布的碱度被发现公差范围内限制生物群指示出良好的水质。

然而,在Ejagham湖38.2±3.4mg/l的记录相比Ejagham湖的48.9mg/l,但低于十字河的288.8±20.1mg/l和Keenjhar湖的287mg/l。

瀑布的总硬度88.8mg/l是远远低于十字河（208±10.6mg/l）。

根据DWAF（1996），适度柔软水的值，分类从软硬分:

0-50（软）,50-100（中等软）,100-150（中等硬）,250以上（硬）。

瀑布地区的值越高，可能是由于岩石基础和较高的湿季硬度，可能是由于径流的输入。

在所有研究地点和季节内，硫酸盐浓度很低，可能由于区域内低级别的含有碳氢化合物的硫磺燃料的燃烧。

这个观察结果得到在该地区酸度的低水平。

硝酸盐浓度的水平远低于指示硝酸盐水质良好的目标水质范围（TWQR）。

因此,原地和外来的来源生物氧化的含氮有机物（如:

生活污水、农业径流和工业废水），水生硝酸盐的主要来源,都处于在研究区的最低处。

硝酸盐是所有的有机体生命生长和繁殖的基本过程要求所需要的蛋白质。

整个结果的前景,表明更高浓度的物化参数的瀑布河的部分在潮湿季节可能被解释为是在瀑布潮湿季节造成高冲洗率的原因。

涌入的河水有足够的能量引起湍流水运动，导致冲洗水的身体包括沉积物冲洗。

天然地下径流还参与雨季期间一些重金属的浓度水平。

另一方面,在干旱季节,既然水环境不受风效应的影响，沉降会更有效。

5.结论

根据上面推荐的水平，在潮湿季节的瀑布地区的河流，铁、锰、铅、Cd的有害水平，加上酸性湿样品的性质对用这水资源作为没有处理而直接使用的水源的水生生物和该地区的居民构成潜在的健康危害。

结果表明，水质恶化的Agbokum瀑布与瀑布地区的湿季样品最重要的努力是确保有效的水资源管理。

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