新立城水库水质演化规律及保护对策研究

发布时间：2018-10-12 17:43

【摘要】：新立城水库是长春市的主要供水水源地之一,其水质变化直接影响长春市民的饮水安全,特别是2007年发生了蓝藻暴发致使停止城市供水45天的事件,引起社会高度重视。因此,亟需对新立城水库水质演化规律进行研究,了解水库流场特征和污染物运移,预测水库水质变化,为水库管理和水环境保护提供科学依据。研究期间共收集新立城水库自2000~2016年的水量、水质资料,又在库区及入库河流布置监测断面,填补历史数据在点位和监测密度的不足,历时1年的5次野外调查取样工作,布设监测断面19个,共分析水样113组,底泥试样29组。在大量野外调查和室内试验的基础上,分析新立城水库水质要素随时间和空间变化规律及其影响的因素,进行富营养化评价与分析,应用Delft3D软件建立水质模型,对新立城水库进行水动力和水质数值模拟,预测未来4年水质变化;针对新立城水库的水质特点,对水库存在的问题进行分析,根据外源治理、Qg源控制的水库水质基本保护对策,提出建立人工湿地生态系统,利用生态措施解决氮磷污染问题,取得较好的效果。通过对以上内容的系统研究,得到以下主要结论:(1)通过新立城水库及入库河流的水质及底泥质量分析,主要超标物质是TP、TN、CODMn、Fe、Mn。2011年11月至翌年2月,全库水质达到Ⅲ类-Ⅳ类以上;5月至9月,水库上游部分水质达到Ⅳ类、Ⅴ类,下游水质逐渐变好,达到Ⅲ类以上。入库河流水质等级全年以Ⅳ类居多,水库水质受上游来水影响显著。分析原因,丰水期上游来水流量增大,水流携带大量污染物进入水库,使上游断面水质不同程度下降,由于水库具有较强的自净能力,在水库内部沉积作用和吸附作用下,污染物向底泥迁移和富集。(2)采用Piper三线图法对水库及入库河流的水化学特征进行分析。水库年平均水化学类型为HCO3-Ca-Na型。伊通河年平均水化学类型为HCO3-Ca型。伊丹河年平均水化学类型为HCO3-Ca型。加官河年平均水化学类型为HCO3-SO4-Ca-Na型,其。新兴河年平均水化学类型为HCO3-SO4-Ca型。在所有入库河流中,以伊通河水量最大,伊丹河次之,新立城水库水化学类型主要受伊通河、伊丹河影响。(3)水质要素季节动态变化显著。pH、DO、BOD5、NH3-N、TFe和Mn在冬季时达最大值,而TN、TP、CODMn因春汛、夏汛来水污染浓度高,浓度随上游来水而增大。冬季TFe和Mn浓度值最大,主要源于内源释放。不同时期水库水体各指标的空间分布差异不十分显著,与水动力条件、降水补给、水下地形、生物活动、底质释放以及采样点布置等密切相关。(4)水库富营养化分析与评价。利用新立城水库水温、pH、悬浮物(SS)、透明度(SD)、化学耗氧量(CODMn)、总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素-a(Chl-a)等指标大量的监测资料,系统分析了污染物来源、浮游生物对富营养化的影响和富营养化成因。采用综合营养状态指数法、统计分析方法评价水库富营养化程度;评价结果显示:2003年至2010年间,新立城水库水体营养化水平为轻度富营养至中营养。2007年达到峰值蓝藻暴发,主因是氮、磷超标,次因是水温高和缺少鱼类滤食作用。(5)利用Delft3D软件建立水质模型,对新立城水库进行二维水动力数值模拟和水质模拟预测,较准确得出TN、TP、CODMn在水库内迁移过程。2012年分别预测入库水流溶质浓度在多年平均值、削减20%、削减50%、增加50%情况下,2013年-2016年浓度变化趋势,分别达到Ⅳ类、Ⅲ类、Ⅱ类、Ⅴ类标准。预测结果表明,需要采取有效的治理措施减低入库污染物浓度才能保证水库水质达到合格标准。(6)水库污染来源主要是流域内点源、面源污染及水库内源释放,提出了源头减排、路径阻断、末端治理的一系列治理措施。针对氮、磷超标导致的水库富营养化问题,提出沿水库上游伊通河、伊丹河及各支流入库河口区建设人工湿地生态系统方案,对氮、磷污染物进行吸附、处理,通过收割植物,移出一级保护区。经过2012-2013年建设,实际建成湿地面积1843公顷,栽植乔木、灌木、芦苇、荷花。其中芦苇、香蒲865公顷,每年吸收氮45800kg、磷11800kg。2014-2016年水体氮、磷得到有效控制,水质稳定并好转,达到Ⅲ类水质标准,富营养化逐年减轻。人工湿地生态系统便于管理,见效快,可长期运行,稳定发挥效益,具有较好的示范作用。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X524

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