大沽河河口区氮磷营养盐输移转化行为特性研究

发布时间：2020-03-30 19:28

【摘要】：随着青岛市社会经济的快速发展,沿海工农业生产和城市化进程加快,大量工农业废水和生活污水通过河流排放到胶州湾中,胶州湾水体的环境污染形势日趋严峻。大沽河是汇入胶州湾中流量和含沙量最大、流程最长的河流,是胶州湾重要的氮、磷营养盐输入来源。因此对复杂径流和潮流条件影响下大沽河口的无机氮、磷酸盐迁移转化行为进行深入研究,进而为胶州湾海域的水质改善提供参考依据和技术支持,是一项既有理论研究意义又有实践应用价值的工作。本文采用现场观测资料搜集、理论研究和数值模拟等手段,分析了大沽河和胶州湾的水力学和水质特性。重点建立了径流、潮流耦合作用下的平面二维水动力数学模型,无机氮、磷酸盐输移转化水质数学模型和富营养化水质数学模型,并与现场观测资料进行了验证;通过分析数学模型计算结果,探讨了典型径流、潮流过程和不同排污标准情况下,大沽河口的NH4+、NO2-、NO3-、PO4-3、PN、PP、DN、DP、IN和IP等参数的时空分布特性。主要工作和结论如下：(1)在胶州湾、大沽河口附近径流和潮流特征参数整理的基础上,对胶州湾主要排污单元进行了现状分析。分析了2009年6月-2012年12月11个测站现场观测的水温、盐度、pH、DO、COD、NH4+、NO2-、NO3-(?)PO43-数据,探讨了胶州湾水质参数的分布规律,发现胶州湾东北部海域的COD、NH4+、NO2-、NO3和PO43-数值较大,水体污染较严重。P是胶州湾浮游植物生长的主要限制因子。胶州湾东北部富营养化程度较高,西部测站数值相对较小。(2)建立了考虑径流、潮流耦合作用下的平面二维水动力模型和N,P营养盐输移转化的水质模型。水质模型包括DO、NH4+、NO3-、PO43-、叶绿素a等7个主要变量,9个辅助变量和39个常数。通过与典型时期潮位、潮流速、流向和水质参数对比,验证了数学模型的精度和可靠性。(3)分析典型径流条件下的计算结果,发现平水期和丰水期径流条件2小时后,大沽河口DO浓度较低,NH4+、NO3-和PO43-浓度较高。受沿程紊动扩散混掺作用的影响,DO浓度逐渐增加,NH4+、NO3-和PO43-浓度呈现逐渐降低的趋势。从影响范围的角度分析,丰水期径流条件下河口附近5.2mg/L以下的DO浓度分布范围增加至平水期的6.3倍左右,1 mg/L以下的NH4+浓度分布范围增加至平水期的7.2倍左右,1 mg/L以下的N03浓度分布范围增加至平水期的5.25倍左右,0.16mg/L以下的PO43-浓度分布范围增加至平水期的5.8倍左右。从水质参数极大区的平面分布来看,由于潮流流向的影响,平水期径流条件下大沽河携带的DO、NH4+、NO3-(?)PO43-进入胶州湾后分布有偏向河口右岸的趋势；丰水期流量的大幅增加,使得径流和潮流的紊动混掺范围和强度有明显增加,导致各水质参数的分布更为均匀,空间梯度减小,大沽河携带的DO、NH4+、NO3和PO43-进入胶州湾后偏河口右侧分布的趋势减弱,基本上呈现以河口纵向主槽为对称轴,两侧对称分布的状态。(4)对一、二类污水水质排放上限条件下,大沽河口附近的水质参数分布状况进行了计算分析,结果表明：大沽河口DO从北向南基本呈现递增的趋势,NH4+、NO3-和PO43-从北向南基本呈现递减趋势。15天后,两种排放条件下的大沽河口附近DO满足一类海水水质标准,NH4+和NO3-、PO43-都为超四类海水水质标准。所以,较短时间内提高排污入海的水质,对大沽河口海域水质的改善影响不大。因此,控制大沽河携带工农业生产生活污水的排放量,提高其入海水质的标准是未来大沽河口水环境生态改善的重要方向。(5)建立了考虑浮游植物含碳量、浮游植物含氮量、浮游植物含磷量、叶绿素a、浮游动物含碳量、碎屑碳、碎屑氮、碎屑磷、无机氮、无机磷、溶解氧、底栖植被含碳量等12个基本变量的富营养化水质模型。分析计算结果发现：平水期径流条件下,大沽河口PN、PP、IN、IP的浓度较高。随着时间增加,大沽河口PN、PP、DN和DP极大值相应增加；IN和IP极大值变化不大。平面分布上,初始时刻上述参数极大区呈现以河口纵向主槽为对称轴,左右两侧对称分布的状态；随着时间增加,极大区呈现偏向河口右岸的分布趋势。丰水期径流条件下,河口PN、PP、DN、DP、IN和1P浓度影响范围明显增加。随着入海径流的持续增加,PN、PP、DN和DP极大区由河口纵向对称分布逐渐偏向左岸。IN和IP极大区前缘线依次呈现不规则椭圆,凸向胶州湾口方向的弓形,以大沽河口为圆心的半圆形分布的特征；IN和IP极大区平面上初始时刻呈现以河口纵向主槽为对称轴,左右两侧对称分布的状态。较长时间后,IN和IP极大区前缘线呈现出与大沽河口左右侧岸线基本平行,逐渐向胶州湾口推进：IN和IP极大区以河口纵向主槽为对称轴,左右两侧对称分布现象消失。在较短时段内,大沽河携带的IN和IP是影响大沽河口TN和TP的主要因素,大沽河携带的PN,PP,DN和DP对其影响不大。
【图文】：

沾河,流域,主要支流,支流

１．２大沾河流域现状逡逑１．２．１地理位置逡逑大沾河流域（见图１－２）位于胶东半岛西部，北讳３６°１０＇－３７°１２＇东经１２０°０３＇－１２０°２５＇逡逑之间，全长１７９．９ｋｍ，干流平均比降０．６１％0，流域总面积４６３１．３平方公里，是青岛市逡逑流域面积最大和年均径流最大的河流。大沾河流域多年平均径流量为６．０９亿ｍ３，其逡逑中大沾河、南胶莱河多年平均径流量分别为４．９５亿ｍ３和１．１４化ｍ３；大沾河流域多逡逑年平均地下水资源量为４．１１亿ｍ３，其中大沾河、南胶莱河分别为３．２４亿ｍ３和化８６逡逑化ｍ３邋（徐桂民，２０１３）。大沾河发源于招远市阜山，沿途经过的招远、莱州、莱西、逡逑２逡逑

潮位,潮流,测站,低潮

巧复．２－１邋Ｓｕｒｖｅｙ邋ｓｔａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｃｕｒｒｅｎｔ邋ａｎｄ邋ｔｉｄａｌ邋ｌｅｖｅｌ逡逑（１）潮位逡逑将实测潮位资料进行修正处理后，绘制了潮位过程曲线图，如图２－３潮位过程曲逡逑线可知，Ａ、Ｂ两站的大、小潮潮差、相位都非常接近，差别很小，Ｂ站的潮差略小，逡逑二者潮时也比较接近；潮汝类型判别数为化３８５，，通过潮汝调和分析可知，各站均为逡逑规则半日潮类型，每夭有两次高潮－高潮或低潮－低潮完整的潮坎涨落过程（徐统，逡逑２０１４）。逡逑２邋■逡逑／＼逡逑Ｔ逦＼逦－0－４测巧一＾－８测巧《逦＼逡逑！。一／逦—逡逑．Ｖ邋Ｖ飞逡逑－２邋Ｌ逡逑时间逡逑图２－２邋Ａ、目测站大潮期间的潮位过程曲线图逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｉｄａｌ邋ｌｅｖｅｌ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋Ａ邋ａｎｄ邋Ｂ邋ｓｔａｔｉｏｎｓ邋ａｔ邋ｓｐｒｉｎｇ邋ｔｉｄｅ邋Ｐ巧ｉｏｄ逡逑１９逡逑
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X522

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