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太湖入湖口沉积物磷素释放与模型耦合研究

作　者: 杨佳
导　师: 王飞儿
学　校: 浙江大学
专　业: 环境工程
关键词: 沉积物磷素释放通量 WASP模型水质模拟
分类号: X132
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

太湖流域的水环境污染问题直接影响饮用水安全、水生态安全和水资源可持续利用,成为制约流域社会经济可持续发展、构建和谐社会的重大瓶颈。磷素是太湖流域富营养化问题的限制性因子,而水体中磷素的来源包括外源和内源两部分。本研究通过实验室测定与污染源统计相结合对南太湖主要入湖河道展开磷素污染特征解析,将实验室模拟沉积物磷素释放的静态通量与动态通量结果应用于Water Quality Analysis and Simulation Program (WASP7.3)模型底泥项的改进,提高水质模拟精度。(1)研究区域磷素非点源污染解析结果显示,农业非点源污染是区域总磷污染的主要来源,占到61.47%,而生活污染占38.53%。农业非点源中,种植业和畜禽养殖的总磷排放比较多,而水产养殖的污染排放相对较少。空间上磷素污染排放主要集中于南太湖入湖河道的上游区域,下游入湖口地区的磷素排放水平相对较低。水体中磷素污染特征分布既受到外源负荷输入差异性的影响,同时也受到流速、流向等水文地形条件的影响。沉积物中磷素空间分布主要受到河道宽度、水流条件等因素的影响。(2)沉积物发生再悬浮的启动流速为O.10m·s-1。上覆水流速小于0.10m·s-1时,沉积物—水界面的磷素释放基本不受流速变化的影响。静态条件下,无机磷释放通量为0.580 mg·(m2·d)-1,总磷释放通量为0.671 mg·(m2·d)-1。再悬浮时,沉积物中磷素释放通量与上覆水流速之间存在响应机制,即通量R=aebv,本研究中无机磷释放a=56.974,b=4.8486；总磷释放a=63.161,b=4.9638。(3)WASP7.3水质模型对湖州入湖口区域水体磷素模拟结果表明反向流的模拟结果略差于正向流,可能因为采用一维河道模拟并且忽略沉积物释放通量,导致模拟的结果与实际相差略大。在模型参数中定义沉积物磷释放,并输入其随时间变化的实际参数值,提高水质模拟精度。改进后一致性系数明显提高,误差也有所降低,这说明在入湖口地区,沉积物的释放作用是水质模拟中不可忽略的一步,在研究中应该予以关注。(4)对修正后的模型进行应用,在非点源污染负荷削减10%、20%、30%、50%的不同层次下情景分析结果显示,为使入湖河道总磷浓度达到功能区要求,流域磷素非点源需削减50%以上才能达到控制目标。因此,流域的磷素污染控制仍需以点源削减为重点任务,在点源污染得到基本控制的基础上,进一步开展非点源污染的削减,才能达到水环境功能区划的水质标准。

全文目录

致谢  6-7
摘要  7-9
Abstract  9-11
目录  11-14
第一章绪论  14-27
  1.1 研究背景与意义  14-16
    1.1.1 研究背景  14-15
    1.1.2 区域现状  15
    1.1.3 研究意义  15-16
  1.2 水体与沉积物中磷形态及其分布规律  16-19
    1.2.1 磷素在水体与沉积物中的形态分布  16-17
    1.2.2 磷素在沉积物—水界面迁移转化影响因素  17-19
  1.3 沉积物—水界面磷素释放通量研究  19-23
    1.3.1 质量衡算法  19
    1.3.2 孔隙水扩散模型法  19-21
    1.3.3 水下原位模拟法  21
    1.3.4 柱状芯样模拟法  21-22
    1.3.5 柱状流动培养法  22-23
  1.4 沉积物—上覆水模型研究进展  23-24
    1.4.1 机理模型  23
    1.4.2 数值模型  23-24
  1.5 研究内容与技术路线  24-25
    1.5.1 研究目的  24
    1.5.2 研究内容  24-25
    1.5.3 技术路线  25
  1.6 研究创新点  25-27
第二章入湖口及环湖河道磷素污染特征分析  27-35
  2.1 前言  27
  2.2 材料与方法  27-30
    2.2.1 污染源统计  27
    2.2.2 磷素分布特征分析  27-30
    2.2.3 数据处理方法  30
  2.3 结果与讨论  30-33
    2.3.1 区域污染源统计  30-31
    2.3.2 入湖口水体磷素分布特征  31-32
    2.3.3 入湖口沉积物磷素分布特征  32-33
  2.4 小结  33-35
第三章不同条件下沉积物磷素释放模拟  35-44
  3.1 前言  35
  3.2 材料与方法  35-37
    3.2.1 实验装置  35-36
    3.2.2 实验过程  36-37
    3.2.3 结果计算  37
    3.2.4 数据处理  37
  3.3 结果与讨论  37-42
    3.3.1 静态释放通量  37-39
    3.3.2 动态释放通量  39-42
  3.4 小结  42-44
第四章入湖河道水质模型构建  44-55
  4.1 前言  44
  4.2 材料与方法  44-50
    4.2.1 研究区域概况  44-45
    4.2.2 水质模型简介  45-47
    4.2.3 研究河道概化  47-48
    4.2.4 污染负荷统计  48-49
    4.2.5 模型率定与验证  49-50
  4.3 结果与讨论  50-54
    4.3.1 模型率定结果  50-53
    4.3.2 模型验证结果  53-54
  4.4 小结  54-55
第五章基于底泥释放的入湖河道水质模型构建  55-61
  5.1 前言  55
  5.2 材料与方法  55-56
    5.2.1 模型基础  55-56
    5.2.2 改进操作  56
    5.2.3 模型应用  56
  5.3 结果与讨论  56-60
    5.3.1 模型率定结果  56-58
    5.3.2 模型验证结果  58-59
    5.3.3 模型应用  59-60
  5.4 小结  60-61
第六章结论与展望  61-65
  6.1 结论  61-63
  6.2 展望  63-65
参考文献  65-71
作者简历  71

太湖入湖口沉积物磷素释放与模型耦合研究

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