大伙房水库水质对上游流域利用方式响应机制研究

发布时间：2017-06-01 00:00

  本文关键词：大伙房水库水质对上游流域利用方式响应机制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本研究以近10年大伙房水库水质调查数据,水库上游流域的土地利用面积变化、土壤侵蚀面积及强度变化等数据以及大伙房水库输水工程运行后的调水输入数据为基础,对大伙房水库水质变化特征及影响因素进行定量评价,以明确大伙房水库水质关键污染物来源,水质水量变化趋势；以2011年输水工程运行为节点,对比分析大伙房水库水质在输水工程运行前后的变化特征,明确输水工程对大伙房水库水质的影响。利用熵权法及综合指数评价法分析水库上游各小流域污染指标对水质的作用权重,制定有针对性的污染防控措施。主要结论如下：(1)大伙房水库水质主要污染物是总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸钾指数、大肠菌群(Coli-group)、生物需氧量(BOD)和氨氮(NH4-N)。以水库入库河流断面北杂木(浑河入水口)、古楼(苏子河入水口及调水入水口)、台沟(社河入水口)、水库中部断面(浑73、浑37)、浑河出水口(浑7、抚顺取水口)7个断面水质监测数据评价水库水质。就近10年水库各断面水质综合来看,北杂木断面水质状况最差、其次是浑73断面,其他断面水质基本符合Ⅱ类水标准。大伙房水库水质关键超标污染物是TN、TP,其次是高锰酸钾指数、Coli-group、BOD、氨氮。(2)大伙房水库上游流域近10年土地利用发生变化。除农业用地外,建设用地、林地、果园、草地、未利用地均具有明显变化,其中林地、建设用地总体上呈增加趋势,面积较10年前分别增加了2.3%、0.93%；园地、草地、未利用地总体上呈减小趋势,面积较10年前分别减少0.45%、1.98%、0.8%；10年间土地利用结构变化不大,各种利用类型面积为林地农业用地建设用地草地未利用地园地,各土地利用类型面积变化速率依次为未利用地草地园地建设用地林地农业用地。大伙房水库上游土地利用变化与各断面水质指标间具有明显相关性,林地面积变化与水质N、P等关键污染物浓度均呈显著负相关,主要起着拦截N、P等元素的流失,对于减缓下游水库水质的富营养化程度意义重大。建设用地面积变化与水质N、P关键污染物浓度指标呈显著正相关,表明由于生产建设引起水土流失加剧,N、P等营养物质进入库区增加。草地、未利用地其面积变化与调水前水质N、P关键污染物浓度具有明显的正相关,在调水后与水质N、P关键污染物浓度具有明显负相关,在输水工程调水前后具有明显变化,可能与区域管理方式改变和生态治理有关。园地面积变化与水质N、P等关键污染物浓度呈正相关,可能与其面积过小,不能发挥拦蓄养分及径流有关。(3)大伙房水库上游土壤侵蚀面积总体呈减小趋势,10年间土壤侵蚀面积减少了36371hm2,较10年前减少23.92%。轻度、中度土壤侵蚀面积呈减少趋势,强度及以上侵蚀面积呈一定程度增加。大伙房水库上游流域土壤侵蚀面积及不同侵蚀程度的面积均与水质各指标间具有明显的相关性。土壤侵蚀面积和轻度侵蚀面积与近10年水质N、P等关键污染物浓度具有明显的正相关,表明土壤侵蚀是造成下游水质恶化的重要因素,轻度侵蚀发生区域是农业面源污染的主要发生区域,流失的土壤携带的养分含量很高,对下游水库水质恶化作用明显。中度、强烈、极强烈侵蚀面积与近10年水质N、P等关键污染物浓度具有明显负相关,表明中度、强烈、极强烈侵蚀流失的养分较少,对于下游水体的富营养化贡献不大,这可能与中度、强烈、极强烈侵蚀主要以深层土壤流失为主,较表层土壤含有的养分少有关。剧烈侵蚀面积与近10年水质总体上均未表现出明显的规律性,输水工程运行前仅与部分观测断面的高锰酸钾指数、氨氮具有正相关。(4)大伙房水库自输水工程运行后,累计溶解氧(DO)输入总量为6739.17t,高锰酸钾指数输入总量为1735.00t,BOD输入总量为625.83t,氨氮输入总量为12.07t,TP输入总量为12.5t,TN输入总量为1860.75t,Coli-group输入总量为1.38x1011万个,叶绿素(Chl-a)输入总量为4966.75t。各调水输入指标均与大伙房水库水质指标具有明显相关性。其中TP输入量与各水质断面水质指标间未发现在有明显的规律性。TN输入量与3个断面水质TP均具有明显正相关,与2个断面水质TN具有明显正相关。DO输入量与大伙房水库全部断面水质TN均具有明显的正相关；与3个断面水质TP具有明显正相关；与1个断面水质高锰酸钾指数具有正相关性；与3个断面水质DO具有明显正相关。高锰酸钾指数与5个断面水质TP具有明显正相关；与4个断面水质TN具有明显正相关。(5)经采用熵权法对大伙房水库水质影响因素进行综合分析表明：调水输入因子,权重顺序为TN大肠菌群氨氮BODDO高锰酸钾指数TP；土地利用因子,权重顺序为建设用地其他用地园地草地林地；土壤侵蚀因子,权重顺序依次为极强烈侵蚀轻度侵蚀中度侵蚀强烈侵蚀剧烈侵蚀。综合三个影响因子来看,调水输入因子权重为0.543,其次为土地利用因子权重为0.299,土壤侵蚀因子权重为0.157,说明外源输水对大伙房水库水质具有明显影响,结合近10年水质变化情况,调水后水质有所下降,可能与调水后水流较大,使水库库底淤泥发生扰动,水底沉积的营养物质因扰动进入表层水,导致水质质量下降。依据评价结果,结合水库上游全部小流域及影响因素权重分析,根据小流域各因素影响权重提出有针对性的防控措施,构建大伙房水库上游生态保护体系。综上,大伙房水库水质N、P等关键污染物在近10年呈增加趋势,其中TN、TP调水后在2013年达到了最高值,水质质量具有下降趋势,土地利用、土壤侵蚀、调水输入均与大伙房水库水质均具有明显的相关性。大伙房水库土地利用林地、草地等具有拦蓄污染物能力在调水后均呈增加趋势,与大伙房水库水质关键指标TN、TP等具有明显负相关,土壤侵蚀面积及养分流失含量较高的轻度侵蚀面积均呈减少趋势,但大伙房水库水质质量在调水前均在二类水质标准和三类水质标准之间,调水后水质质量处于三级水质标准。故综合分析土地利用、土壤侵蚀、调水输入等影响因素与水质间的关系,调水前土地利用、土壤侵蚀为影响大伙房水库水质的主要因素,调水后输水工程调水输入成为影响大伙房水库水质的主控因素,土地利用、土壤侵蚀对水质影响减小。调水后大伙房水库水质各影响因子权重依次为调水输入因子土地利用因子土壤侵蚀因子。根据分析结果及在明确大伙房水库上游全部小流域全部影响因素影响权重的基础上,有针对性的提出整治措施,建立综合的生态保护体系,保障大伙房水库的水质安全。
【关键词】：水库 土地利用 土壤侵蚀 调水输入 动态分析
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X524;TV697
【目录】：

• 摘要11-14
• ABSTRACT14-17
• 第一章 绪论17-28
• 1.1 引言17
• 1.2 国内外研究进展和现状17-24
• 1.2.1 国内外研究进展17-23
• 1.2.2 发展趋势对比分析23-24
• 1.3 研究创新与内容24-26
• 1.3.1 研究创新24-25
• 1.3.2 研究内容25-26
• 1.3.3 技术路线26
• 1.4 小结26-28
• 第二章 大伙房水库概况分析28-35
• 2.1 引言28
• 2.2 大伙房水库基本特性28-30
• 2.2.1 大伙房水库概况28
• 2.2.2 大伙房水库输水工程基本概况28-30
• 2.3 大伙房水库流域自然概况30-31
• 2.3.1 地形地貌30
• 2.3.2 土壤植被30
• 2.3.3 水文气象30-31
• 2.4 大伙房水库流域社会经济概况31-32
• 2.5 研究方法32-33
• 2.5.1 数据获取32-33
• 2.5.2 数据处理33
• 2.6 小结33-35
• 第三章 大伙房水库水质综合分析与评价35-68
• 3.1 引言35
• 3.2 水质评价模型与评价指标选择35-41
• 3.2.1 模型的建立36
• 3.2.2 评价指标筛选36-40
• 3.2.3 期望输出的确定40
• 3.2.4 学习样本和检验样本的确定40
• 3.2.5 模型结构与检验40-41
• 3.3 大伙房水库水质过程分析41-56
• 3.3.1 大伙房水库水质TN动态变化41-43
• 3.3.2 大伙房水库水质TP动态变化43-46
• 3.3.3 大伙房水库水质氨氮动态变化46-48
• 3.3.4 大伙房水库水质DO动态变化48-50
• 3.3.5 大伙房水库水质高锰酸钾指数动态变化50-52
• 3.3.6 大伙房水库水质BOD动态变化52-54
• 3.3.7 大伙房水库水质大肠菌群动态变化54-56
• 3.4 大伙房水库水质综合评价56-66
• 3.4.1 大伙房水库各断面水质质量综合评价56-63
• 3.4.2 大伙房水库调水后水质质量对比分析63-66
• 3.5 小结66-68
• 第四章 大伙房水库水质对上游流域土地利用变化的响应68-86
• 4.1 引言68
• 4.2 水库水质对上游流域土地利用变化的响应68-84
• 4.2.1 大伙房水库上游流域土地利用动态过程68-72
• 4.2.2 调水前水库水质对上游流域土地利用变化的响应72-77
• 4.2.3 调水后水库水质对上游流域土地利用变化的响应77-84
• 4.3 小结84-86
• 第五章 大伙房水库水质对上游流域土壤侵蚀变化的响应86-105
• 5.1 引言86
• 5.2 水库水质对上游流域土壤侵蚀变化的响应86-103
• 5.2.1 大伙房水库上游流域土壤侵蚀动态过程86-89
• 5.2.2 调水前水库水质对上游流域土壤侵蚀变化的响应89-96
• 5.2.3 调水后水库水质对上游流域土壤侵蚀变化的响应96-103
• 5.3 小结103-105
• 第六章 大伙房水库水质对调水输入的响应105-117
• 6.1 引言105
• 6.2 水库水质对调水输入量的响应105-115
• 6.2.1 大伙房水库调水输入计算105-107
• 6.2.2 断面水质对调水输入量的响应107-115
• 6.3 小结115-117
• 第七章 大伙房水库水质影响因素及生态保护117-126
• 7.1 引言117
• 7.2 大伙房水库水质影响因素综合评价117-120
• 7.2.1 评价方法117-118
• 7.2.2 评价结果118-120
• 7.3 水库入库口防护120-121
• 7.4 大伙房水库上游汇水区生态防护121-124
• 7.5 小结124-126
• 第八章 结论与展望126-129
• 8.1 结论126-128
• 8.2 展望128-129
• 参考文献129-135
• 致谢135-136
• 攻读博士学位期间发表文章136

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