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干旱对马颊河流域水环境的影响研究

作　者: 程兵芬
导　师: 罗先香
学　校: 中国海洋大学
专　业: 环境科学
关键词: 干旱马颊河流域水环境面源污染干湿交替
分类号: X143
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

受气候变化的影响，干旱的频发、广发对水环境造成了严重影响，引发了水资源短缺、水质恶化、水生生物多样性降低等一系列的资源、环境、生态效应。当前国内外对干旱对水量的影响已经进行了大量的研究，对水质影响的相关研究却较少。从环境影响的角度看，干旱事件由于其持续时间长，空间影响范围大，被认为对水环境的危害性更大。一方面，干旱通过改变地表水体的物理、化学与生物过程来影响地表水体的水质，另一方面，干旱通过影响面源污染物的入河，尤其是在当前旱涝交替的气候背景下，面源污染物的大量累积与入河可能会加剧干旱对水环境的影响。随着对干旱对水环境影响研究的不断深入，国内外研究学者在认识到干旱期及干旱区的水环境问题后，开始从机理、驱动因素等方面来研究干旱对水环境的影响。因此，进一步明晰干旱对水环境影响机理，结合当前干湿交替的气候背景，明确在干旱影响下水环境中污染物累积、迁移转化及入河的演变，以及在不同干湿交替情境下面源污染物的浸出率、产污率是水污染防治、水资源保护、生态环境保护及适应气候变化都亟须解决的核心问题。本文在“自然-社会”二元水循环的理论指导下，以气象学、水文学、生态学、环境学及其交叉学科为研究背景，明晰了干旱与水环境的相互作用机制，并且以野外原型观测、室内实验模拟、恩恩统计分析与地理信息系统为关键技术支撑，分析不同干湿交替情景下面源污染物的损失量及浸出率的演变机制，从而估算单场次降水后农业面源污染物的负荷量，并提出综合应对策略。主要得到以下结论：（1）人类活动的影响是造成当前水环境恶化的主要原因，但是干旱、洪涝等极端水文事件的频繁发生则会加剧水环境污染及恶化，面源污染物的产生及负荷的变化是干旱影响水环境的主要原因，干旱期由于地表径流的缺失，面源污染物大量累积于地表，使得极端降水将会把累积于地表的污染物大量冲刷到水体中，增加了水体中面源污染物的负荷，造成流域水环境的急剧恶化，因此干湿交替的情景对水环境的影响更为显著。（2）土壤含水量相同时，降雨历时及降雨强度都会加剧农田土壤中氨氮与硝态氮的损失；在相同的降雨历时与降雨强度下，随着土壤水分含量的降低，农田土壤中氨氮与硝态氮的损失量增加；土壤水分含量越低，即土壤干旱程度越高，受降雨历时与降雨强度的影响越为显著。（3）土壤含水量相同时，随着降雨强度的增加，农田土壤中氨氮与硝态氮的损失量呈增加趋势；在相同降雨强度下，土壤水分含量越低，氮素损失量越大。硝态氮与氨氮相比，受干旱及降水的影响更为显著。（4）硝态氮与铵态氮的浸出率及产污率与土壤含水量成负相关关系，与降雨强度成正相关关系；土壤含水量越低，降雨强度越强，其组合情境下氨氮与硝态氮的浸出率与产污率越高；硝态氮的浸出率与产污率皆比氨氮高，降雨强度某种程度上会影响氮素淋失的途径，如当土壤相对湿度小于30%时，降雨强度为3.5mm/min时，硝态氮主要以地表径流的形式淋失，产污率达到76.40%。（5）徒骇马颊河流域干旱呈多发、频发、连发的态势，近50年来，无连续有效降雨日增加，雨日减少，小雨日减少趋势最为显著，暴雨日变化不显著；旱涝交替发生成为徒骇马颊河流域降水格局的发展趋势；2012年6月马颊河流域经历长达60天的无有效降水日，水体有机污染严重，所有站位COD含量均超标严重；个别站位TN、TN含量在V类地表水环境质量标准范围内，大多数站位含量超标；而氨氮与硝态氮只有个别站位超标，水质基本上都在III类标准范围内。在6月29日单场次强度降水后，马颊河流域氨氮与硝态氮含量浸出量估算值，其负荷量分别为18.17吨、795.10吨。最后，本文从水资源与水环境综合调控的角度出发，以“防治结合、以防为主、生态优先”为核心指导思想，从水资源管理、加强面源污染防治、实行面向水功能的水利工程群联合调度和完善水环境应对干旱的政策法规体系等方面，提出综合应对干旱期的水污染防治措施。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-10
目录  10-13
第一章绪论  13-23
  1.1 研究背景、目的及意义  13-15
    1.1.1 研究背景  13-14
    1.1.2 研究目的及意义  14-15
  1.2 国内外研究进展  15-17
  1.3 研究内容与技术路线  17-20
    1.3.1 研究内容  17-19
    1.3.2 技术路线  19-20
  1.4 拟解决的关键科学问题及论文创新点  20-22
  1.5 本章小结  22-23
第二章研究区概况  23-30
  2.1 自然地理概况  23-26
    2.1.1 地理位置  23
    2.1.2 地质地貌  23-24
    2.1.3 河流水系  24
    2.1.4 气候水文  24-25
    2.1.5 土壤特征  25-26
    2.1.6 植被特征  26
  2.2 社会经济概况  26-27
  2.3 水环境问题  27-29
    2.3.1 水污染严重  27-28
    2.3.2 水资源短缺  28
    2.3.3 河道淤积，严重影响行洪排涝能力  28
    2.3.4 地下水超采严重，水位下降，漏斗面积增大  28-29
    2.3.5 生态环境问题突出，生态恶化情势严重  29
  2.4 本章小结  29-30
第三章干旱与水环境的相互作用机理识别  30-40
  3.1 干旱与水环境相互作用机理  30-37
    3.1.1 污染物随水循环过程的迁移转化过程  30-31
    3.1.2 干旱对水环境污染物的影响  31-32
    3.1.3 干旱对地表水体中污染物迁移转化的影响  32-37
  3.2 干旱期地表水体的水环境状况  37
  3.3 干旱造成的水环境问题  37-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章干旱对面源污染物流失量影响实验研究  40-53
  4.1 试验目的  40-41
  4.2 试验方案及方法  41-43
    4.2.1 干旱情景设计  41
    4.2.2 降雨情景设计  41-42
    4.2.3 实验材料及仪器  42-43
  4.3 分析测试  43-44
    4.3.1 土壤监测指标分析方法  43-44
    4.3.2 水质监测指标分析方法  44
    4.3.3 数据处理  44
    4.3.4 质量控制  44
  4.4 实验结果  44-52
    4.4.1 降雨历时对不同程度干旱土壤农业面源污染物浸出量的影响  44-47
    4.4.2 降雨强度对不同程度干旱土壤农业面源污染物浸出量变化影响  47-48
    4.4.3 不同干湿交替情境下氮素浸出率及产污率  48-52
  4.5 本章小结  52-53
第五章干湿交替对徒骇马颊河流域水环境影响评价  53-67
  5.1 野外采样  53-55
    5.1.1 研究区选取  53-54
    5.1.2 采样点及采样时间选取  54-55
  5.2 马颊河流域干旱演变特征分析  55-56
    5.2.1 干旱指标  55-56
    5.2.2 马颊河流域作物生长期间无雨日的时空演变特征分析  56
  5.3 马颊河流域极端降水演变特征分析  56-60
    5.3.1 降雨强度标准  56
    5.3.2 站位选取  56-57
    5.3.3 同质区分析  57-58
    5.3.4 马颊河流域降雨日的时空演变特征  58-60
  5.4 马颊河流域旱涝演替特征分析  60-64
    5.4.0 旱涝演替特征分析方法  60-61
    5.4.1 不同程度干旱后最大日降雨量(Pmax)频率分析  61-62
    5.4.2 不同程度干旱后连续降雨日中降雨量均值频（Pave）率分析  62-64
  5.5 2012 年 6 月大旱期间马颊河流域水环境质量评价  64-65
  5.6 单场次强度降水后马颊河流域氮素浸出量估算分析  65-66
    5.6.1 分析方法  65
    5.6.2 马颊河流域农业面源污染物负荷量估算分析  65-66
  5.7 本章小结  66-67
第六章干旱情境下流域水环境综合应对与调控策略  67-72
  6.1 实行最严格水资源管理，实现源头减排  67-68
  6.2 结合污染物输移过程，进行过程阻断  68-69
  6.3 结合水功能区需求，进行水利工程群的生态环境调度  69-70
  6.4 完善水环境应对干旱的政策法规体系  70-71
  6.5 本章小结  71-72
第七章结论与展望  72-75
  7.1 结论  72-74
  7.2 展望  74-75
参考文献  75-79
致谢  79-81
个人简历  81
在学期间发表的学术论文  81
参编论著  81
参与的科研项目  81-82

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