基于水—底泥—降尘三相界面下沙源区水库氮磷污染机理研究

发布时间：2020-11-09 14:19

　　 我国众多水库和湖泊地表水都受到不同程度的点状和面状污染,面临水体富营养化日益严重的问题,氮磷是造成富营养化问题的主要元素。目前,关于径流扩散和底泥释放对水库氮磷污染机理的研究已经较为成熟,大气沉降对水库污染的影响研究也初见成果。对于分布在寒旱区、沙源区的水库和湖泊,除了一般水库的污染特征外,还具有河流径流、底泥释放和风沙降尘等多重内外污染源协同作用的典型特征,水沙、底泥与风沙共同作为污染源的重要载体,影响着寒旱区、沙源区水库和湖泊富营养化的进程。目前国内学者尚未对3种内外污染源协同作用下的水库氮磷污染展开研究,现有成果难以准确揭示寒旱区、沙源区水体的污染机理,不能准确预测污染物的迁移转化规律。基于此,本研究以京蒙沙源区大河口水库为研究对象,通过室外监测和室内正交模拟试验取得试验数据,辅以ArcGIS9.x、SPSS19.0软件技术手段,采用可变模糊数学法、多元线性回归法,对基于水-底泥-降尘三相界面下的大河口水库氮磷污染机理展开研究,为有针对性控制具有地域特征的寒旱区、沙源区水库水体富营养化研究开辟新思路,奠定理论基础。(1)本研究将地质统计学原理与地理信息系统有机结合起来,应用ArcGIS软件的地统计模块对大河口水库四季各代表月水体中的氨氮、硝酸氮、总氮、总磷、CODcr、叶绿素共6项营养盐指标进行了时空变异特征分析,揭示出大河口水库春季各项水质浓度等值线走向呈库中心水域向周边水域逐渐降低趋势,而夏、秋、冬季节等值线走向与水流方向基本一致,即呈现由入库水域向水库出口方向逐渐降低的显著时空变异特征。(2)在采集分析大量实测水质数据的基础上,分别采用熵值法、等权法、单纯阈值法主客观赋权法确定权重,引入可变模糊数学法对水库水质进行富营养化评价。评价结果表明,水库水质已达到了富营养化,入口断面水域水质呈现出重富营养化程度,充分体现出评价等级的区间性特征,使评价结果更具有直观性。(3)通过室内底泥释放模拟试验,剖析了温度、pH、水动力、溶解氧等环境因子变化对底泥氮磷营养盐释放强度的影响机理,并以SPSS19.0软件为实现手段,采用多种曲线类型对底泥氮磷释放强度与温度、pH、水动力和溶解氧变量进行拟合比较可知,底泥释氮、释磷强度与温度、pH、水动力环境变量以二次函数曲线拟合程度最优,三次函数次之,而与浴解氧变量以三次函数曲线拟合程度最优,二次函数次之。底泥氮磷释放强度与环境变量pH的拟合函数关系呈开口向上的抛物线。(4)设计室内底泥氮磷释放正交模拟试验,应用多元线性回归方法分别构建了底泥氮、磷释放强度与温度、pH、水动力、溶解氧环境变量的数学模型回归方程,检验结果表明,温度、pH、溶解氧、水动力环境因素对底泥释磷影响均显著。(5)通过对河流径流、大气降尘、底泥释放三种途径入库总氮、总磷污染负荷量估算及其对水库污染影响机理的分析研究结果表明,大河口水库全年河流径流、大气降尘、底泥释放对水库总氮污染负荷总量的贡献率分别为63.14%、12.57%、24.29%,对总磷污染负荷总量的贡献率分别为59.51%、30.41%、10.08%。河流径流虽是水库全年氮磷营养盐的主要输入途径,但春季大气氮磷沉降对藻类的发育也起到了至关重要的作用,是夏秋季节水库出现重富营养化的间接诱因。
【学位单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：X524
【部分图文】：

荷（ｌＯＯＴｇ／ａ）的１．６倍，其中７０％通过氮沉降到达地表预计到２０５０年，全??球氮沉降量颈计法到１９５Ｔｇ／ａ。Ｇａｌｌｏｗ巧等心１基于Ｄｅｎｔｅｎｅｒｆｓｗ等研究氮素沉降量的??基础上，绘制了?２０００年全球大气氮沉降的空间分布图（见图１），并估计其沉降量ｔｓｓｉ。??気巧解?６０?２０?９?７?５?１?０．５００．１００??Ａｋｇ．ｈｉｎ－２．ａ－１）??３。。仁＇争?■ｉ??ＥＱ［?＞哪疋如。為??．３〇＾ｓ＾＾＾ｇ；ｒ?％?？，鳴：苦二ｊ??６０。??１８０°Ｗ?１２０°Ｗ?６０°Ｗ?０°?６０°Ｅ?１２０°?巨?１８０°Ｅ??、??图１全球含氮化合物的大气沉降空间分布??巧良．Ｉ?Ｓｐａｔｉａｌ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｌｏｂａｌ?Ｎｒ?ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ??随着研究的深入，国外学者认识到氮素沉降对水生态系统污染的严重性。Ｐａｅｒｌ??和ＷｈｉｔａｌｔＭ妍北美和西欧近海水体的调查研究，发现大气输入水体的氮素占水体氮??素含量的２０％？４０％。Ｄｕｃｅｔｗｉ在发表的文献中指出，某河水中新输入的憐大约有１０％??来源于大气中。Ｈｏｌｌａｎｄ等Ｉ８８—指出全球大气Ｎ沉降量己经达到１０９ｋｇ／ａ；?Ｐａｅｒｌ等ＰＷ??的研究显示，美国东部海岸河日和墨西哥东部海湾大气Ｎ的沉降量占总氮负荷的??１０％￣４０％。Ｗｉｎｃｈｅｓｔｅｒ等耐北佛罗里达州１２处水域氮源进行调查研究发现，大??气干湿沉降是水体氮素的主耍来源渠道，氮气干湿沉降通量与河水中总溶解氮通量??接近。Ｔａｍａｙ等ｔ９２ｌ对美国塔霍湖进巧的研究显示

北与正蓝旗的桑根达来镇相邻，南端距北京市３００ｋｍ，距张家口市８０ｋｍ。水库距??多伦县城１５ｋｍ，距下游西山湾水库１５ｋｍ，水库顷址上控制流域面积８６８４．５４ｋｍ２。??见图３。??１１６°２２＇３０＂?１１?护?３０朋＇?１１６＝３７３０＂?１１６＝４５＇００＂??歷＾＾＾挈记巧品飄电?Ｔ＇??小兀山。、山东普喝Ｙ??巧毛巧?＼?＼?＾巧予地??老；Ｉｔ询?白變子?’：■、马神庙?／■、一＾??切西沟。廳山。邮Ｉ音食。公吉；、?Ｉ??Ｉ?〇?化明—??邀。化巧盆畜巧布言艇碱Ｃ頓??４２＾１〇｜?Ｌ３?ｍ?！?－ａ－ｍｄ？ＨＩ?松…??１１６＝?２２＇３０＂?Ｈ?护?３０’朋＂?１１６；３７．；５伊?１１６＂?４５＇００＂??图３大河口水库地理位置图??ｌ＇ｉｇ．３?Ｌｏｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｄｕｈｃｋｏｕ?Ｋｃｓｃｒ＼ｏｉｒ??２丄２巧流水系??凍河水系上建成火批水库和灌区，为当地團民经济违设发挥了巫耍作用。内蒙??巧内建有双山水库、火河口水库和西山湾水库。澡河内蒙境内有红星水库灌区、黑??

＿?城子牧场灌区、上都河灌区、五一牧场灌区、双山水库灌区、黑风河灌区、白音ｈ??罗、吐力根河及小型引水、扬水灌区。多伦县地处澡河源头，境内水系比较发育。??有常年性河流４７条，季节性河流１１条，泉子８１处。主要河流除凍河干流外，还有??小河子河、闪电河、黒风河、吐里根河４条主要支流。大河口水库常年受澡河和力根河地表水补给。澡河经大河曰水库西侧补给，吐力根河从水库的东侧补给。??（１）澡河??研究区境内的漆河主耍支流有小河子河、闪电河、黑风河，小河子河发源于多??伦县大北沟镇境内花塘沟，向东北方向流经县城后入深河。闪电河、黑风河分别发??源于县境外河北丰宁县、内蒙正蓝旗，闪电河与黑风河于境内蔡木山乡白城子附近??汇合后始称澡河。??（２）吐为根河??吐力根河发源于县城境外的克什克腾旗，吐力根河从大河曰东侧汇入水库，然??后往南流至小菜园出境进入河北省。境内几条主要河流两侧均有多条河流汇入，形??成较为密集的河网水系，故多伦县素有＂草原水乡＂之美称。??研究区主要河流水系分布见图４。??
【参考文献】

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本文编号：2876550