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[硕士论文] 杜利华
港口、海岸及近海工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:内陆径流与外海潮流交汇的河口海岸水域中存在着复杂的物理过程,影响着河口区的流场和水质特性。中国最大河流长江的入海口与潮汐最强的杭州湾毗邻,两股水体交换,大量污染物入海,深刻影响近海海洋环境。研究长江口杭州湾水体交汇与污染物扩散对海洋环境保护具有重要意义。
  论文针对长江口和杭州湾的水体交汇,建立了大范围二维潮流数学模型。数值模拟了长江口和杭州湾及其交汇区的水流特征,获得了示踪粒子的运动轨迹,结果表明长江口水体大部分流入外海,部分绕过南汇嘴进入杭州湾到达金山附近。杭州湾北岸水体可扩散到金山下游35km,南岸水体向东扩散最远至舟山海域。根据示踪粒子轨迹分析,获得了长江口与杭州湾两河口水流交汇区范围自金山向东延伸约35km、自北岸向南拓展40km左右。分析了径流变化对长江口及交汇处水动力的影响,径流增大使南支及交汇区水流落潮流速增大,涨潮流速减小,而对北支水流影响甚微。
  论文以COD为污染因子,建立了与潮流相一致的大范围水质模型,模拟了长江口杭州湾入海污染物的稀释扩散及两河口水质的相互影响,着重研究了交汇处保守物质浓度的时间变化。数值试验表明,长江口排放点源污染物随潮多次往返迁移最终扩散入海,部分扩散到杭州湾北岸水域,浓度降为原来的5‰。杭州湾北岸排放点源污染物在向上下游扩散的同时由北向南扩散。长江口和杭州湾北岸排放同浓度污染物,扩散至南汇嘴附近浓度分别降到9‰和1‰,交汇处浓度受长江口和杭州湾的影响之比约为9∶1。模拟分析了长江口和杭州湾共同排放污染物时浓度的变化,给出了丰、枯水期污染物浓度等值线所包围的面积,浓度低区丰水期大于枯水期,高浓度区恰好反之,说明径流量大时污染物扩散快,稀释程度高。
[硕士论文] 任亚军
植物保护 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:有机氯农药(OCPs)、多环芳烃(PAHs)和多氯联苯(PCBs)是3类典型的具有致癌、致畸和致突变的持久性有机污染物(POPs),它可以通过多种环境介质进行长距离迁移,对人体健康和环境安全产生了极大危害。地表水体和表层底泥是OCPs、PAHs和PCBs等污染物的重要环境受体,因此研究OCPs、PAHs和PCBs在地表水体和表层底泥中的暴露水平、环境行为及其造成的环境风险具有重要的理论和实际意义。
  本研究首次对扬州城区水体和表层底泥中3类典型的POPs进行了系统的研究。在2016年和2017年两年时间内,对扬州城区13处站点水体和表层底泥样品中的3类典型POPs进行分析测定,分别探讨了这3类POPs的污染特征,对其时空分布、污染来源做初步解析,并评估它们对生态系统危害,这一研究对相关POPs污染的控制和削减,以及区域经济与环境的协调发展,均具有十分重要的意义。
  扬州城区水体中OCPs、PAHs和PCBs的含量分别为33.58-468.33ng/L、321.23-5422.60ng/L和0.56-41.63ng/L,平均浓度分别为133.07、1015.975和9.44ng/L;表层底泥中OCPs、PAHs和PCBs的浓度分别为27.00-9419.22ng/g dw、21.25-2284.67ng/g dw和0.03-14.45ng/g dw,平均浓度分别为785.76、656.85和1.195ng/g dw。
  OCPs、PAHs和PCBs在扬州城区水体中空间分布比较均匀,在春夏两个季度水体中OCPs、PAHs和PCBs含量均高于秋冬两个季度。3类污染物在表层底泥中分布情况各不相同,杉湾大桥站点表层底泥中OCPs含量显著高于其他11处站点,表层底泥中OCPs空间分布趋势为:城市中区∑OCPs浓度>城市西区∑OCPs浓度>城市东区∑OCPs浓度,各站点表层底泥中OCPs含量季度差异较小;杉湾大桥站点和瓜洲闸站点表层底泥中PCBs浓度高于其他10处站点PCBs浓度,表层底泥中PCBs含量的季度差异较小;扬州闸站点、杉湾大桥站点和瓜洲闸站点表层底泥中PAHs浓度明显低于其他站点,底泥中PAHs浓度空间分布趋势为:城市东区∑PAHs浓度>城市中心区域∑PAHs浓度>城市西区∑PAHs浓度。在表层底泥中PAHs季度变化比较明显:春季∑PAHs浓度>秋季∑PAHs浓度>夏季∑PAHs浓度>冬季∑PAHs浓度。
  通过对扬州城区水环境中OCPs、PAHs和PCBs的来源进行解析。结果发现,扬州城区水体中HCHs来源受HCHs类农药历史残留和林丹使用的综合影响,表层底泥中的DDTs主要来源于环境中的残留;水体和表层底泥中的PAHs主要来源于燃烧源;水体中的PCBs主要来源为国产PCBs在环境中的持久性残留,表层底泥中PCBs来源主要受国产电容器、变压器以及油漆添加剂的影响。
  扬州城区水体和底泥中PAHs和PCBs含量水平较低,大多数站点表层底泥中的PAHs和PCBs对周边生物的影响效应较小;杉湾大桥站点和瓜洲闸站点表层底泥中OCPs含量较高,存在较高的生态风险,其他站点表层底泥中OCPs的生态风险较低。
  论文研究这3类POPs的污染情况、时空分布、来源和潜在风险,评估它们对生态系统的危害,这一研究对相关POPs污染的控制和削减,以及区域经济与环境的协调发展,均具有十分重要的理论和实际意义。
[博士论文] 寇长江
水利工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:密集的道路交通网络在为城市带来高度通达、集散功能的同时,也由于频繁交通活动所致的尾气排放、敞式运输、车辆扬尘、轮胎制动、部件磨损以及油分渗漏等原因,成为面状污染最主要的来源之一,路面径流排放、下渗对周围水系和地下水环境造成的影响已经成为道路生态化建设亟待解决的重要问题。本文通过大量文献与实地调研,在综合比对种植林带、人工湿地、生物滞留设施、渗滤系统与透水铺装等污染处治措施及其净化效能的基础上,提出了基于渗滤系统和透水铺装等原位污染控制技术,通过“径流转变为渗流”实现道路面源污染净化的基本思路,并设计了合理的净化介质与渗流路径,从试验、数值层面论证了路面径流污染原位控制技术的可行性。
  首先,准确评估不同类型路面径流污染物的时空分布特征是进行原位污染控制措施设计的依据和前提。通过实地采样与测试,对水泥混凝土、密实沥青混凝土、透水沥青混凝土三种不同道路路面形式的产流过程、径流污染物浓度水平与时空分布特征进行了探究,发现水泥混凝土路面和密实沥青混凝土路面的产流过程为“冲刷-浸润-径流”,透水沥青混凝土路面的产流形式为“冲刷-浸润-渗流-径流”,“渗流”过程和丰富的空隙空间赋予透水沥青混凝土路面较强的污染截留和保持能力,而较小的表面构造特性使水泥混凝土路面的污染保持能力远远低于密实沥青混凝土路面,故透水沥青混凝土路面、传统的水泥混凝土路面、密实沥青混凝土路面,径流水样污染程度依次加深。除了不同类型路面产流特征,路面径流污染物的空间分布特征还受到路段交通特征和周边环境的影响,在交叉口与人行横道附近表现出悬浮物、重金属污染富集的现象,在商业区附近表现出有机污染物升高的现象;在路面径流污染物的时间分布特征方面,基于密实沥青混凝土路面径流污染物累积分布曲线,提出了冲刷高峰时点tm、累积最大冲刷浓度Cm和冲刷强度Fm等量化指标来表征路面径流污染物的初期冲刷效应时域和强度。
  其次,调研结果充分说明了透水沥青混凝土路面在净化路面污染、削减降雨洪峰等方面的优势。基于此,研究设计了“全渗透式”道路断面的基本形式,确定了包括透水沥青混凝土路面、多孔水泥混凝土边坡、矿物材料净化层和生物废料改良土4种净化介质组成的渗流路径,对不同配(合)比的净化介质进行了室内制备、基本性能测试,确定了干法撒布沉积土与湿法化学试剂法投放相组合的污染物输入方式,并设计、开展了不同配(合)比的净化介质的室内净化试验。对不同净化介质的模拟试验结果表明:透水沥青混凝土和多孔水泥混凝土的空隙率变化主要影响SS及附着其上的那部分污染物的净化率,对溶解分散于水样中的其他污染物的净化率影响较小;不同矿物材料净化层的内部孔隙结构、表面物化特性不同,对SS的净化率普遍较高,沸石、硅藻土对TP的净化率较高,而沸石、陶粒对重金属Pb和Zn的净化能力突出;对土壤的改良处理不利于SS的净化,生物废料的掺配主要提升土壤的重金属净化能力。根据净化介质的初始净化能力,绘制了初始净化等级示意图,并从空间布局、层位布局、材料混合、净化增强四个层面给出了适用于不同污染物浓度水平与净化等级要求的净化介质组合方法。此外,还对净化前后径流水样中悬浮颗粒粒径范围、峰形特征及最频粒径的变化规律进行了分析,发现透水沥青混凝土主要截留大粒径颗粒,多孔水泥混凝土主要截留大粒径和中等粒径的颗粒,而矿物材料净化层对各个粒径范围的颗粒均具有较好的截留作用。
  室内净化试验还针对大空隙/多孔材料容易堵塞而引起的排水能力衰减问题,考虑雨前晴天风干作用对堵塞进程的影响,对不同配(合)比的净化介质进行了径流水样污染物总量等效年限为10年长期净化效能试验,对渗透系数与污染净化率的同步测定结果表明,风干效应虽然会引起路面结构空隙内沉积物的絮凝、成团、结硬,加速空隙空间排水能力的衰减进程,但能够促进溶解态污染物向悬浮颗粒的附着过程,增加各种污染与净化介质的接触时间,有利于污染物的净化,且截留颗粒和空隙内壁组成的新空隙结构能够显著提高净化介质对各种污染物的截留、净化能力。对于长期服役过程的堵塞问题,基于空隙衰变引起的排水能力衰减而净化能力增强的规律,提出了“平衡法”、“最大污染净化率法”和“排水能力优先法”等确定净化介质清理时间节点的方法。
  为确定降雨强度、几何坡度、组合形式对实际净化效能的影响,建立与室内净化试验的联系,实现路面径流污染物的定量管理,构建了包括人工模拟降雨平台和道路集成平台的足尺试验系统,对单(双)层沥青混凝土路面、不同坡度多孔水泥混凝土边坡及两种矿物材料净化层进行人工模拟降雨试验。率定试验表明人工降雨的均匀性和重复性均能满足试验要求,不会对实验结果造成影响。对于边坡部分,坡度的增加会明显降低多孔水泥混凝土对径流污染的净化能力;对于路面部分,通过计算不同空隙率透水沥青混凝土所能承受的极限降雨强度确定了合理的降雨强度范围与梯度,并以相同空隙率透水沥青混凝土的室内净化试验结果和近似降雨强度人工模拟降雨试验结果为参照,分别提出了调整系数α、层系数β、降雨强度折减系数γ,同时实现不同影响因素的定量评价和与室内净化试验的转换;两种组合形式(2#仓室和3#仓室)对六种污染物的综合净化率均达到了较高的水平,不同材料所发挥的作用与室内净化试验结果相符。
  最后,基于一定的简化、概化条件,建立了道路结构及其地下水环境的有限差分模型和污染物运移模型,初步探究了路面径流入渗部分对其污染羽的影响,运行结果表明:污染物在道路及其地下水环境中的入渗与迁移过程受到介质分界面、地下水位线、距离排水区域的距离等因素的影响,表现出有规律的时间、空间的累积现象,且在相同或类似的地质条件下,整个区域的浓度水平则主要受到污染物补给浓度(路面径流污染浓度与原位控制技术污染截留量的差值)的影响。模型能够对输入(补给)、输出(观测井)模拟区域的污染物随时间和空间的变化进行有效预测,可以作为原位控制技术实施后道路地下水环境污染羽评估、管理的有效手段。
  研究成果将为推动路面径流污染原位控制技术的发展和实施前后道路环境污染状况的定量评估提供理论基础。
[硕士论文] 朱钰
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:从地球形变响应的相关研究历史看,尽管在环境要素负荷地壳形变方面的研究在不断增多,但是受数据和计算模型的影响,一些地区由于江河湖库动态变化引起的地壳形变和局部重力场变化缺乏系统的、有效的监测。
  本文以多种数据为依托,系统的研究了江河湖库水负荷形变理论体系,并以三峡地区为例,实践了负荷形变计算的全过程。研究主要包括三部分内容:探讨基于ZY-3卫星影像提取江河湖库水体的方法;以负荷形变理论为支撑计算江河湖库水对区域的7种形变影响(以下简称计算结果);重构CORS站、重力台站数据的精细信号对比分析计算结果中大地高、地面重力变化的有效性。主要工作及成果如下:
  (1)通过探讨遥感影像中水体提取方法的研究概况,发现了现有水体提取方法应用于ZY-3影像的有限性,探索性的提出基于WI和单波段阈值求交的提取方式以及基于概率统计的纹理滤波提取方式,并对比了各种提取方式的优势和不足,获得三个主要结论:
  ①对于ZY-3影像,其近红外波段对水体有较高的敏感度,当存在较少与水体反射率相近的地物时,使用单波段阈值法或多波段谱间运算就能获得较为理想的水体提取效果。
  ②常用的NDVI、NDWI在该卫星影像中提取效果不佳,WI容易漏提水体,HIS最优指标法减小了结果中的噪音,但结果中水田信息较多。相比较,基于规则的面向对象提取方式有较大的应用潜力。
  ③谱间关系和水体指数的结合的方式能一定程度的排除阴影的干扰,有一定的开发应用空间。当研究区细小水体较少或进一步研究中不考虑细小水体时,基于概率统计的纹理滤波能有效降低水体提取结果中的噪音,一定程度上避免了水田和阴影的混入。
  (2)以负荷形变理论为依托,详细说明了实践计算的具体过程和关键步骤,提出了水面DTM和水体等效水高生成的方法,模拟计算了研究区水位从145-175m每上升5m的负荷形变量,详细计算了研究区域2011年1月至2015年6月地面重力、大地水准面、大地高、正常高、扰动重力、垂线偏差、水平形变7种形变量的月变化。计算获得的主要成果有四点:
  ①模拟计算中7种形变量随着水位的上升而增大,且呈现由河道向外发散的特征。
  ②实际计算中水体对区域重力负荷影响的月变化保持在±45uGal之间,对大地水准面的影响基本保持在0-5mm之间,对区域大地高的影响保持在-25-0mm之间;对区域正常高的影响保持在-30-0mm之间,对区域扰动重力的影响基本在±45uGal之间,对区域垂线偏差的影响大部分区域保持在0-10ms之间,对区域水平形变的影响普遍较小,整体不高于0.40mm。除水平形变外,其他形变量在河道处的数值是其基本变化量的几倍甚至数十倍。
  ③从距水体5km至20km,随着与水体距离的增加,7种形变量逐渐减小。
  ④从时间序列看,形变量存在明显的季节性,汛期(7-9月份)形变量高于非汛期。
  (3)基于CORS站和重力台站实测数据对比分析了江河湖库水负荷形变体系计算结果中的大地高变化和地面重力变化。简要说明了CORS站和重力台站数据的预处理过程,实验探索了CORS站及重力台站数据的非潮汐精细信号重构过程。在CORS站大气影响剔除过程中提出两种解算导纳的方式,使用回归法计算了三峡地区30座、关中地区24座CORS站的大气导纳值。对精细重构之后的数据求取月平均与计算结果进行对比得到:江河湖库水负荷形变体系计算的大地高变化结果有效性较高,且计算的结果能反映区域大地高整体的变化,较单点监测有一定的优越性,计算所得的重力变化结果符合实际情况,但不能代表地面实际重力变化的总趋势,尤其是距离水体较远的点。
  此外,研究过程中还系统地总结了地表环境负荷形变理论及方法,基于前人的研究成果,以负荷格林函数为依托,构建了江河湖库水负荷形变计算的理论体系,并撰写了一系列计算相关的DOS程序及批处理Python脚本。这不仅为本文研究过程提供了极大的便捷,且可作为研究者和工作人员做江河湖库水负荷形变研究时的工具,供其使用。
[硕士论文] 赵坤
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:相比于普通道路,城市主干路是一个相对密闭的场所,频繁的交通活动使其径流污染严重,高密度住宅区、商业区道路也因城市人口密度的增加造成路面积累较多的污染物质,由于路面径流中SS、COD和N、P营养物质等含量较高,对路面径流污染特征进行分析,以实现路面雨水污染控制与收集利用。
  基于此,本文选择重庆市某主干道路、某高密度住宅区和某商业区道路为研究对象,分析其路面雨水径流污染特征和污染初期冲刷效应,探讨了污染物的相关性以及污染物与下垫面特征、季节的关系,然后通过实验研究了新型多孔纤维棉技术、组合式生物浮岛技术、景观调蓄池回用技术对路面雨水径流污染的控制效果。在实验与理论分析的基础上得到以下几个结论:
  ①通过水质监测表明:某主干道雨水径流、某高密度住宅区道路雨水径流和某商业区道路雨水径流的污染程度较为严重,普遍高于《地表水环境质量标准(GB3838-2002版)》Ⅴ类水指标,且远超过回用水标准,道路雨水径流污染物SS、COD、TN、TP的初期浓度都较高,其中以SS、COD污染程度最重,初期浓度最高,应重点控制SS和COD。
  ②对相关性分析,表明污染物SS与COD、TP、TN具有明显的相关性,相关性SS~COD>SS~TP>SS~TN,某高密度住宅区道路污染物相关性高于某主干路污染物相关性,对下垫面类型进行分析,可能由于污染物来源不同,导致了某主干道的SS和TN浓度明显高于某高密度住宅区道路,TP和COD浓度明显低于某高密度住宅区道路,对季节分析,表明重庆市春、秋季污染物SS、TN、COD明显高于夏季。
  ⑧研究不同技术的控制效果,结果表明:一种自制的多孔纤维棉装置对COD、SS的去除效果高于TN、TP,可以较好的运用到市政道路设施中,但因堵塞出现不同程度的流量衰减,过滤30min时流量衰减基本趋于了稳定,对最佳滤速分析,表明其对污染物SS去除的最佳滤速为2.6-3.3mm/s,对TN、TP去除的最佳滤速为2.8-3.2mm/s;某雨水塘运用了组合式生物浮岛技术,在5个换水周期下对浊度、氨氮、TN、TP、COD的平均去除率分别达到67.2%、73.8%、14.8%、35.7%、35.14%,污染物的去除率可能与植物的生长过程有关,随着植物的生长,后期浊度、氨氮、TN、COD去除率有明显的提高;某会展公园景观调蓄池对污染物TN、TP、COD均有较好的控制效果,其回用水水质均达到景观回用水规定。
[硕士论文] 刘顺
环境工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:据统计,对全国295座的城市搜查中,其中218座城市被确定有黑臭水体存在,占比近74%,仅剩77座没有排查到黑臭水体。为了控制这一的态势,国务院制定了《水污染防治行动计划》(简称“水十条”),要求到2030年,对七大重点流域中水质控制中,水质优良比例需基本达到75%以上,城建区内黑臭水体基本得到消除。
  铜陵市翠湖兼具“河、湖”属性,因雨污分流不彻底而导致雨水与生活污水夹杂垃圾、淤泥、油污等直接排入翠湖,造成水体严重污染。本课题以铜陵市翠湖为研究对象,从城市河湖生态修复的角度出发,对铜陵翠湖实施截污、清淤、生态净化等工程,并对工程效果进行评价,为类似条件下的城市污染水体修复治理提供了借鉴。主要成果体现在以下四个方面。
  (1)以生态环境学和建设工程学的相关理论为基础,以生物-生态修复技术的集成为手段,通过工程实施与水环境质量监测,初步构建了符合翠湖水体污染特征的生态修复工程技术体系。该体系以生态净化为核心,综合运用各种修复手段协调治理,协同修复城市污染水体。
  (2)针对来自城市上游的外源污染,综合运用各种物理工程手段,包括机械拦污工程、环湖截污工程、高效的雨污水处理工程等;针对河湖本身的内源污染,构建了水生植物与水生动物相适应的生态体系;针对翠湖所处环境特点,营造了与景观相适应的清水型生态平衡体系。这些体系与技术可有效的去除污水中80%的悬浮固体和油污以及50%以上的COD和BOD,有效降低翠湖主体湖面NH3-N、TP、CODcr等指标浓度,最低含量分别达到1.39mg/L、0.189mg/L、8.5mg/L,同时提高了水中的溶解氧,最高含量达到6.36mg/L。此外,同一地点污染物去除效果呈现出TP>NH3-N>TN>高锰酸盐的规律,污染物去除效果显著。
  (3)利用多种水质评价方法对翠湖水质监测数据进行评价,结果表明:单因子指数法显示TN和CODcr等指标达到地表V类水标准;内梅罗指数法显示主体湖面属于轻度污染,部分地区甚至接近尚清洁等级;综合污染指数法显示主体湖面的综合污染指数稳定在1.7左右。总体情况为水质由原来的劣V类,变为地表水V类水质,另外,如部分地区的TP、CODcr和NH3-N等指标,可以达到地表水Ⅲ类标准。
  (4)实践结果表明,翠湖生态修复技术具有多重作用。首先能显著削减城市上游流入翠湖的污染物浓度,改善城市河、湖水质,具有净化水质的作用;其次是水生动植物培育以及微生物的投放,丰富了生物多样性,同时增强了生态系统的稳定性,具有良好的生态效应;此外,翠湖修复工程的实施,避免了老城区的大规模改造,社会经济效益明显。
[硕士论文] 杨婷
环境工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:近些年来,焦岗湖大力发展旅游业和渔业养殖,导致湖体水质下降,区域湿地面积不断减少。本文通过对焦岗湖及其入湖水体污染特征进行研究分析,了解焦岗湖及其入湖水体污染现状,并对入湖水体及其周边采样区域进行空间相关性分析,了解周围沟渠对焦岗湖水体污染的影响,为其生态系统修复与保护提供数据基础。
  本研究通过2016年丰水期和2017年枯水期对焦岗湖入湖口水体进行采样分析,了解其重金属、氮磷、离子、叶绿素a、化学需氧量污染特征以及各种碳含量浓度水平,研究入湖水体目前的污染状况;通过平水期对焦岗湖入湖沟渠支流水样进行降雨前、后采集、分析与监测,了解焦岗湖周围沟渠支流对焦岗湖入湖水体水质污染的影响。通过研究,得出以下几点结论:
  1.焦岗湖入湖水体重金属含量较低,大部分点位水体重金属含量均达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中规定的Ⅰ类水标准,少数点位处于Ⅱ类水平;铁、锰含量在丰水期均高于地表水环境标准中规定的限值0.3mg/L和0.1mg/L,铁含量在枯水期也超过了该标准。焦岗湖入湖水体离子污染较小,离子含量波动不大,在水体中都比较稳定。氟离子维持在《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中规定的Ⅰ-Ⅲ类水平,氯离子和硫酸根离子浓度等都在地表水规定限值250mg/L以内;枯水期硝酸根离子和硫酸根离子浓度远高于丰水期。
  2.丰水期氮磷含量基本高于枯水期。丰水期各采样点总氮含量都超过了国家地表水Ⅲ类标准,大部分都处于Ⅳ类和Ⅴ类之间;枯水期各采样点水质略优于丰水期,除少数点位外,基本处于Ⅳ类水平。丰水期所有采样点位总磷含量均远远高于地表水Ⅴ类标准,而枯水期除有小半部分点位达到Ⅴ类水标准外,其他点位均为Ⅲ类或Ⅳ类水。
  3.枯水期叶绿素含量明显低于丰水期,基本维持在0.025mg/L左右,仅少数点位略高一点,而丰水期叶绿素含量较高,在0.049~0.219mg/L之间;所有点位化学需氧量均超过了20mg/L,水质基本维持在地表水Ⅳ类和Ⅴ类;总碳和总无机碳空间分布相似,无机碳占总碳含量的85%以上。
  4.焦岗湖入湖水体水质主要影响因素是氮磷营养盐,所有采样点位的丰水期营养水平均较枯水期高。丰水期焦岗湖入湖区域基本处于中度富营养化水平,而枯水期焦岗湖入湖区域基本处于轻度富营养化水平。丰水期时靠近湖中心的区域,富营养化程度要低于靠近入湖口区域,而枯水期时则正好相反。
  5.焦岗湖水体中氮含量总体维持在地表水Ⅳ类水平,其来源支流主要有:湖体西南方向的南中心沟、湖体东北方向的丁家沟及关沟。通过莫兰指数空间自相关分析可知,焦岗湖周围沟渠水体对湖体氮污染有较大影响,特别是降雨之后,这种影响作用更强。
  6.焦岗湖总体磷含量较高,总磷达到地表水Ⅴ类标准,污染主要来源于湖体水产养殖,除丁家沟和关沟外,其他支流贡献不大。和氮含量相似,通过莫兰指数空间自相关分析可以确定焦岗湖周围沟渠水体对湖体磷污染有一定加重作用,特别是降雨之后,这种影响作用更强。
  7.焦岗湖水体中的污染物主要来源于水产养殖污染、居民生活污染、畜禽养殖污染以及农业面源污染,工业废水污染较小;周围沟渠对焦岗湖污染产生较大影响,在进行焦岗湖生态保护时应特别注意控制外源污染进入湖体,从源头控制污染;入湖水体目前出现的主要问题是轻度富营养化,需对其采取一定的水体恢复与防治措施。
[硕士论文] 姚月
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,城市化快速发展使得大量生活污水和工业废水被排放至城市河道中,河道中有机污染负荷增大且河流的自净能力不足,造成城市河流水质的日益恶化。目前在中国大部分城市河道中,水体几乎都受到了不同程度的污染,城市水体黑臭现象尤为突出。随着遥感技术发展,其便捷、高效、连续、覆盖广的优势逐渐弥补了黑臭水体传统监测方法的不足。利用卫星遥感识别城市黑臭水体,并通过长期监测可以得到黑臭水体的分布情况及变化规律,并对其治理成效进行评价。我国GF系列高分辨率卫星的快速发展,使得通过遥感手段监测黑臭水体成为可能,这对国家监管和评估黑臭水体具有重要的意义。
  本文以中国七个典型城市黑臭水体为研究区,设计并进行多次野外水体遥感综合试验,获取了大量的黑臭水体的水质参数、表观光学量和固有光学量等数据。城市黑臭水体复杂多变,所以从遥感业务化监测城市黑臭水体的角度出发,进行了城市水体的遥感分类。在分类的基础上分析了利用GF多光谱卫星识别黑臭水体的局限性,并根据其光谱特征建立了BOI指数识别城市黑臭水体。针对GF多光谱影像识别黑臭的业务化需求,提出了一种快速、准确的GF多光谱数据预处理流程,并以沈阳市和北京市重点区域为示范区,应用GF多光谱数据预处理流程和城市黑臭水体识别BOI模型,实现了对两区域2015~2017年城市黑臭水体的监测。
  本文主要取得的研究成果和结论是:
  1)建立了城市水体的遥感分类体系,包括两类一般水体、三类轻度黑臭水体和三类重度黑臭水体。通过分类体系分析了八种水体的光谱特征,其中两种一般水体分别具有清洁水体和富营养化水体的光谱特征;反射率特征与一般水体相似的轻度和重度黑臭水体具有富营养化水体的光谱特征;反射率较高的轻度和重度黑臭水体具有浑浊水体的光谱特征;反射率极低的轻度和重度黑臭水体具有黑臭水体特殊的光谱特征,即没有明显水的光谱特征。
  2)为了实现城市黑臭水体的遥感识别,根据城市水体的遥感分类体系进行了基于GF多光谱的水体分类,包括一般水体和三类黑臭水体。通过分类结果分析得到了GF多光谱卫星识别黑臭的局限性:受GF多光谱卫星宽波段传感器和波段设置等因素的影响,难以区分重度黑臭水体和轻度黑臭水体,并且难以区分一般水体和与富营养化水体相似的黑臭水体。
  3)利用实测遥感反射率数据模拟GF多光谱数据,通过对比发现黑臭水体具有在红-绿光波段反射率变化比一般水体更为平缓的光谱特征,提出了一种可以快速识别黑臭水体的归一化比值模型BOI(Black and Odorous water Index)模型,精度较高。
  4)GF多光谱数据受数据本身原因的影响在实际应用中存在一定的问题,本文提出了针对GF数据的预处理流程:包括复原融合、几何校正、大气校正。并将BOI模型应用到预处理后的2015~2017年沈阳市和北京市重点区域的影像数据当中,得到两个城市的黑臭水体现象逐年减少的变化趋势,这与政府的整治监管有着直接的联系。
  本论文在水色遥感专家知识分类的基础上,建立了城市水体遥感分类体系,并在此基础上提出了基于GF多光谱影像对城市黑臭水体进行识别的方法,为有效监管黑臭水体提供技术支持。
[博士论文] 钟亮
植物营养学 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:我国水体环境中的重金属污染日趋严重,其中,铬污染现象较为突出。水体环境中铬污染的来源大体分为三类:工业生产,日常生活及化学制品。铬在水体中主要以三价(Cr(Ⅲ))和六价(Cr(Ⅵ))形式存在。Cr(Ⅵ)在水体中具有高溶解度和高毒性,一般以阴离子形式存在。与之相反,Cr(Ⅲ)在中性或碱性条件下通常形成沉淀态的氢氧化物,并可以通过离心或过滤的方法去除。Cr(Ⅵ)的生物还原法是一种简便高效的水体铬污染修复方法,即微生物利用有机物或无机物作为电子供体,以Cr(Ⅵ)作为电子受体,将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)。
  甲烷(CH4)是一种强温室气体,常见于自然和人为活动中,主要来源于城市污水处理和垃圾填埋中的厌氧发酵过程,近年来在废水生物修复中应用越来越广泛。该生物学过程中,甲烷可以充当电子供体和碳源,为微生物的生长提供足够的能量,从而驱动氧化态污染物的生物还原。甲烷基质膜生物反应器(Membrane biofilm reactor, MBfR)能够将CH4安全高效地传递给膜上的微生物从而驱动微生物进行物质和能量代谢,是一种去除废水中Cr(Ⅵ)的理想工艺。
  本论文研究了CH4作为唯一电子供体驱动Cr(Ⅵ)生物还原的微生物学过程,探究了不同的负荷的Cr(Ⅵ),NO3-,SO42-及Se(Ⅵ)的还原动力学和还原过程中的相互作用,阐明了Cr(Ⅵ)生物还原过程的作用机制以及NO3-,SO42-及Se(Ⅵ)对Cr(Ⅵ)还原的影响机理。主要结论如下:
  1) CH4-MBfR中Cr(Ⅵ)生物还原过程
  证实了微生物是能够以CH4作为唯一的电子供体来驱动Cr(Ⅵ)的生物还原。当Cr(Ⅵ)是CH4-MBfR中的唯一电子受体时,随着附着在生物膜上的微生物群落对Cr(Ⅵ)的不断适应,微生物对Cr(Ⅵ)的还原能力不断增强。实验共持续90天,分为五个阶段。最终,当进水Cr(Ⅵ)浓度为3mg-Cr/L,其表面负荷为370mg-Cr m-2 d-1时,去除效率达到了95%。通过XPS,TEM和EDS分析表明, Cr(Ⅲ)沉淀是Cr(Ⅵ)还原的终产物,并且分布于细菌的胞内和胞外。
  2) CH4-MBfR中Cr(Ⅵ)和NO3-,SO42-及Se(Ⅵ)还原的相互作用
  当Cr(Ⅵ)为CH4-MBfR中唯一电子受体时,进水表面负荷为500mg-Cr/m2-d的Cr(Ⅵ)全部被还原为Cr(Ⅲ);但当进水中同时含280mg-N/m2-d的NO3-时,Cr(Ⅵ)还原能力显着降低(<25%);当进水NO3-负荷为零时,Cr(Ⅵ)还原率仅恢复至70%。因此,NO3-对Cr(Ⅵ)还原具有不可逆的抑制作用。
  在CH4-MBfR中,当SO42-负荷从零增加到4.7mg/m2-d时,Cr(Ⅵ)去除率从60%(阶段1)提高到70%;在SO42-负荷减少到零后,Cr(Ⅵ)去除率进一步增加到90%,表明硫酸盐还原菌(SRB)在生物膜上富集,并驱动Cr(Ⅵ)的还原。然而,高负荷的SO42-(26.6mg/m2-d)会显著抑制Cr(Ⅵ)的还原(还原率为40%)。同样地,当CH4-MBfR进水中含0.5mg-Se/L的Se(Ⅵ)时,Cr(Ⅵ)的去除率略微下降至60%;而当进水中不含Se(Ⅵ)时,Cr(Ⅵ)的去除率又回升到80%。
  3) CH4-MBfR膜上的微生物群落结构的变化。
  在CH4-MBfR中,随着微生物以CH4作为电子供体驱动Cr(Ⅵ)的生物还原,Meiothermus(Deinococci)和Methylosinus(Ⅱ型甲烷氧化菌)逐渐成为了生物膜上的优势菌属。群落结构分析表明,甲烷氧化菌和铬酸盐还原菌之间的协同作用是主要的生物学机制:甲烷氧化菌活化CH4,产生并释放一些代谢中间体,铬酸盐还原菌利用这些中间体作为电子供体来驱动Cr(Ⅵ)的生物还原。
  随着NO3-的引入,膜上Meiothermus(Deinococci)相对丰度大幅降低,而Chitinophagaceae(一种反硝化细菌)的丰度显著增加。这说明NO3-对生物膜上的微生物群落具有显著影响。之后,当进水不含NO3-时,Pelomonas相对丰度显著上升,表明其可能具有Cr(Ⅵ)还原能力。此外,通过PICRUSt对功能基因进行预测,发现在引入NO3-后,生物膜上与铬酸盐还原有关的基因丰度显著降低,而与反硝化作用和甲烷氧化过程有关的基因丰度却有所增加。
  与Cr(Ⅵ)共存的SO42-使得CH4-MBfR生物膜上演化出三个主导菌属。基于这三个菌属的相对丰度与Cr(Ⅵ)和SO42-的负荷之间的相关性分析,我们得出:Methylocystis(Ⅱ型甲烷氧化菌)可同时还原Cr(Ⅵ)和SO42-,而Meiothermus仅对Cr(Ⅵ)还原起作用,Ferruginibacter只对SO42-还原起作用。与Cr(Ⅵ)共存的Se(Ⅵ)使得CH4-MBfR生物膜上演化出两个主导菌属:Meiothermus(可以同时还原Cr(Ⅵ)和Se(Ⅵ))和Me thylophilus。我们得出:Methylophilus活化CH4,其产生释放的电子和能量转移给Meiothermus来驱动Cr(Ⅵ)和Se(Ⅵ)还原。
[硕士论文] 涂婷
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:傍河水源地紧靠河流,地下水量充足且水质较好,在中国北方地区的供水中普遍采用。地下水污染后极难处理,使得地下水的污染防重于治。因此,地下水污染风险的准确评估是水源地维持良好供水的关键,这对于水源地地下水的污染防治具有重大意义。本研究基于污染源-路径-地下水风险全过程控制的思路,对武烈河流域地下水水源地的污染源进行了识别,并基于污染源识别的结果,对地下水中的特征污染物进行了溶质运移模拟,针对模拟的结果对水源地健康风险进行了评估。研究成果如下:
  (1)根据武烈河流域傍河地下水水源地的现场调研及资料收集,研究区内的污染源主要有地表水、非正规垃圾场、工业污染源、畜禽养殖场等。其中,由于水源地主要开采浅层地下水作为饮用水源,地表水水质对于地下水水质的影响较大。对傍河水源地地表水和地下水的水质进行检测分析,水源地保护区内地表水水质良好,目前暂未对水源地地下水造成污染。通过近几年地表水和地下水水质相关性分析可以看出地下水与地表水中pH值、铜、锌、挥发酚、高锰酸盐指数、氨氮、阴离子合成洗涤剂、氟化物、总氰化物、总砷、硒、镉、六价铬、铅等指标总体变化趋势是一致的,其中高锰酸盐指数、氨氮等指标的浓度变化明显,地下水水质与地表水水质息息相关。
  (2)利用GIS对武烈河流域傍河地下水水源地水文地质等资料进行数据提取整理,插入到GMS的MODFLOW模块中建立水源地地下水流模型。然后运用GMS中的MODPATH模块和GIS相结合,对取水井与水源地周围的非正规垃圾场、各类小型工厂、畜禽养殖场等之间的路径关系进行了的溯源追踪模拟。再结合层次分析法对水源地污染源进行了危害性排序,危害风险排序结果为:非正规垃圾场>小型工厂>畜禽养殖场,水源地东北部的非正规垃圾场对取水井水质影响最大。
  (3)基于以上研究结果,选取非正规垃圾场地下水中氨氮、汞、氟化物、挥发酚为特征污染物,运用GMS中的MT3D模块对污染物进行20年的溶质运移模拟。从模拟结果可知,非正规垃圾场地下水中的污染物经过10年运移逐渐扩散到水源地取水井周围,由于水源地取水井的长期大量开采,形成了地下水位漏斗,使得污染物在水源井处堆积,浓度逐渐增加,对水源地取水井水质产生了影响。随后污染物又跟着水流继续往南扩散,使得取水井处污染物浓度不再继续增加。从模拟的第15年左右至模拟结束,取水井处污染物浓度处于一个波动的平稳状态。针对水源井出现的地下水位降落漏斗,建议后续可以通过合理开发地下水资源,控制开采量,做到采补平衡,或者进行人工回灌,发展节水型工业、农业和增加开采深度等来进行调控。
  (4)在数值模拟结果的基础上,采用美国的健康风险评价模型对水源地未来的健康风险进行预测。主要考虑研究区污染物通过饮食途径对人体健康产生的危害。从模型计算结果可知,未来20年内研究区成人的健康风险值和儿童的风险值都小于人体健康最大可接受的风险水平(5.0×10-5a-1),处于可接受的范围之内,说明水源地水环境健康风险状况良好。建议加强对垃圾场范围内的地下水监测,或者将其清理搬迁,或者建立有防渗处理的正规垃圾场,避免污染物继续入渗对地下水造成严重污染,减少水源地取水井的安全隐患。
[硕士论文] 姚大尉
环境科学 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:水华暴发期,蓝藻过度增殖,向水体中释放大量的胞外有机物(EOM),极易造成严重的水污染,影响饮用水供水安全。此外,EOM中包含的藻毒素、嗅味物质等更是严重威胁人类健康。因此,连续在线监测水体藻类释放的EOM浓度,尤其是藻毒素、嗅味物质的浓度变化,及时预警可能的饮用水安全事故,已成为一项十分迫切的任务。然而,由于EOM组成复杂,组分差异大,以溶解有机碳(DOC)为代表的总量监测无法指示某些特定有害组分的含量;而常见的有害组分藻毒素、嗅味物质等在水体中浓度极低,现有手段难以有效开展连续在线监测。
  本文利用三维荧光光谱技术,结合平行因子(PARAFAC)组分分离算法,以实验室培养的纯种铜绿微囊藻和水华暴发期太湖实际水体为样本,对藻类释放的EOM三维荧光光谱特征以及光谱组分进行了分析;并对EOM各组分的动态释放规律以及相互间的关联性进行了研究;同时,将EOM中各组分与藻毒素浓度做相关性检验,筛选出了与藻毒素浓度显著相关的组分,并进一步利用格兰杰因果关系检验筛选出了与藻毒素在时间序列上显著相关的组分。相关的研究结论如下:
  1.对于实验室培养的铜绿微囊藻,对数期溶解态胞外有机物(dEOM)三维荧光光谱仅具有类色氨酸荧光峰T和海洋类腐殖质荧光峰M;稳定期开始,荧光峰M逐渐消失;衰亡期时,除荧光峰T外,出现了类色氨酸荧光峰S和类腐殖质的荧光峰A、C。在整个生长周期,结合态胞外有机物(bEOM)中均有S、T、A和C4个荧光峰。对于太湖实际水样,dEOM三维荧光光谱中有4个荧光峰,分别为S、T、A、C;而bEOM中除了荧光峰T、A、C,出现了类酪氨酸荧光峰D。
  2.PARAFAC模型组分分析表明,实验室培养的铜绿微囊藻dEOM和bEOM均可分为2个组分,即类色氨酸和类腐殖质,并且类色氨酸含量相对较高,类腐殖质较少。太湖中dEOM可分为3个组分,组分1为类色氨酸,组分2同时包括类酪氨酸和类色氨酸(类色氨酸所占比重高于类酪氨酸),组分3为类腐殖质。bEOM也可分为3个组分,分别为类色氨酸、类酪氨酸、类腐殖质,dEOM和bEOM中仍是以类蛋白为主。
  3.实验室培养铜绿微囊藻中dEOM和bEOM呈显著相关(P<0.05),而且bEOM中各组分含量明显高于dEOM,由此推断EOM可能先以bEOM的形式存在,随后从细胞膜上脱落,改以dEOM的形式存在。在稳定期末期,细胞衰老造成细胞膜结构不稳定,膜上的脂肪酸转化为类腐殖质,使bEOM中类腐殖质的含量快速增长,而此时藻浓度没有明显变化,因此可将其作为水质安全预警的信号。
  4.太湖水体dEOM中各组分含量以及DOC浓度均高于bEOM。由于外源有机物输入的影响,dEOM和bEOM中各组分以及DOC浓度与叶绿素a之间没有明显相关性,而叶绿素a归一化的dEOM和bEOM中各组分与DOC之间存在显著相关性,并且dEOM与DOC的相关性优于bEOM,可将dEOM作为评估水体中DOC的重要参数。
  5.由于受到藻类不同生长阶段的影响,太湖水体叶绿素a和藻毒素无显著相关性,同样dEOM和bEOM中各组分以及DOC含量与藻毒素之间无显著相关性,而叶绿素a归一化的dEOM和bEOM中各组分以及DOC含量与藻毒素存在明显的相关性,其中dEOM各组分与藻毒素均呈显著相关。格兰杰因果关系检验结果显示,bEOM中各组分含量是藻毒素的格兰杰原因的频次高于dEOM,因此bEOM含量更适合作为预测水体中藻毒素含量的参数。
  综上所述,太湖水体中EOM组分与藻毒素之间存在着动态关联性,其中bEOM各组分以及DOC与藻毒素之间存在时间序列上的关联性,可作为反演和预测藻毒素浓度的重要参数,结合三维荧光光谱,可以实时、快速的对藻毒素浓度进行预测,为预警饮用水安全问题奠定了基础。
[硕士论文] 陈翃
市政工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:目前,径流污染逐渐成为城市河湖的主要污染源,是雨洪管理工作的重点。传统基于“初期冲刷”理论的雨水截留模式没有直接和水质挂钩,因而不能准确拦截污染雨水、弃流清洁雨水。对此,本文提出了1种基于光感技术的径流雨水分质截留模式,建立了径流水质与透光性的关系,并以此为依据确定了光感模式的水质控制阈值。将该模式与传统的容积式截留模式进行比较,对实测降雨进行模拟截留,计算各模式的截留雨水量,并分别评价了其对径流污染的控制效果。在此基础上,完成了基于光感技术的截留井装置的设计制作与运行试验,并分析了装置的水质关联性和截污准确性。主要研究结果如下:
  (1)扬州市内3种下垫面产生的径流雨水均存在不同程度的污染,径流雨水中粒径小于150μm的细小颗粒物占比较大,大部分含磷污染物为颗粒态,大部分含氮污染物为溶解态,有机物污染物则两种形态各占一半。
  (2)选用650nm的半导体激光器作为光感检测器的光源。径流雨水SS、CODCr、TP和TN与透射光衰减率的Pearson相关系数分别为0.867、0.872、0.828和-0.655;SS、CODCr、TP和TN与透射光衰减率的回归方差R2分别为0.738、0.734、0.729和0.427;所有水质参数及透射光衰减率之间的Kendall协和系数为0.793,表明径流雨水水质与透光性有较高的一致性。使用透射光衰减率0.3(30%)作为径流雨水分质截留的依据,其对应的各指标阈值为:SS=25.00mg·L-1,CODC=40.00mg·L-1,TP=0.25mg·L-1。
  (3)受多方面因素的影响,径流水质在各降雨过程中呈不同的变化趋势。对于雨峰偏后的单峰型降雨,初期径流雨水的水质较好,在产流一段时间后各污染物的浓度才开始上升,随后逐渐下降,出现了后期冲刷现象;对于雨峰偏前的降雨,产流前期的径流雨水中国污染物的浓度极高,并在20min内迅速下跌,直至产流过程结束,属于典型的初期冲刷事件;而对于连续降雨,下垫面较为清洁,径流雨水的污染物浓度在整个产流过程中始终处于较低水平,水质情况较好。
  (4)选用0.2236hm2的实际区域进行研究,对7场降雨进行流量-水质同步监测。以前5mm降雨的产流量作为传统模式的截留容积,以透射光衰减率0.3作为光感模式的截留阈值,对各降雨径流进行模拟截留。经分析,传统模式会拦截清洁雨水,弃流污染雨水;光感模式以径流透光性的强弱为依据调节截留水量,只拦截高污染雨水。在本文实测的降雨中,光感模式的最高截留容积为传统模式的3.75倍,最低为0m3,截留雨水SS平均浓度为传统模式的2.32、2.87和2.54倍,弃流雨水的平均污染物浓度在所有降雨中较低且稳定。可见,传统模式对径流水质水量变化的适应性较差,即便对于径流水质浓度前低后高的降雨过程,其仍采用相同的截留量,这是不妥的,而对于雨季的连续降雨或多峰雨、后峰雨,其是不适用的。相比之下,对于不同条件下的各类雨型,光感模式均是适用的。
  (5)设计了基于光感技术的分质截留井装置,制作完成了进出水管径为DN200的截留井装置样品,并对其进行了模拟截留运行。截留井装置检测的水流透射光衰减率与污染物SS、CODCr和TP浓度的相关系数达到了0.936、0.916和0.928。翻板每次动作对应的透射光衰减率在0.289~0.310之间,为0.290±0.006,与设定的截留阈值0.3接近;触发翻板动作的水质SS、CODCr和TP的平均浓度分别为24.84mg·L-1、39.89mg·L-1和0.249mg·L-1,标准差分别为0.66mg·L-1、1.82mg·L-1和0.011mg·L-1,变异系数为2.65%、4.66%和4.55%,与透射光衰减率截留阈值对应的污染物浓度25mg·L-1、40mg·L-1和0.25mg·L-1的相对误差分别为0.64%、0.28%和0.40%。上述结果表明,翻板动作与水流透射光衰减率、污染物浓度具有较高的响应性,透射光衰减率与水质的相关程度较高,基于光感技术的径流分质截留井装置能较准确地截留污染雨水,弃流清洁雨水。
[硕士论文] 李宝平
地下水科学与工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:研究区位于西昌西北部,地形西高东低,西部为磨盘山区,东为穿过该区的自北向南的河流。区内人类工程活动频繁,对地下水环境造成了一定影响。根据当地环保部门检测结果显示该区地下水中部分离子超标,已影响到了当地居民正常生产生活的使用。因此查明该区地下水污染特征,以及对该地区地下水污染机理进行研究具有重大意义,可为当地地下水防治与治理提供理论支撑。
  本文在前人研究的基础上,利用水文地质学、水文地球化学等理论方法,对研究区地下水的补给径流排泄特征进行了深入探讨;通过对土壤采样进行浸溶实验以及采取地下水样,结合火焰原子分光度法、离子色谱法等方法,对研究区土壤与地下水进行了检测分析;采用数理统计分析、比例系数分析、相关性分析等方法分析了研究区地下水化学特征;采用单指标评价法、内梅罗指数法、模糊综合评价法对研究区进行了地下水质量评价,结合克里金空间插值原理进行了研究区污染源现状分析;运用Modflow软件对研究区地下水中超标离子Mn2+进行了迁移模拟与预测。取得如下认识和结论:
  (1)通过对研究区地质环境和水文地质条件分析研究发现:该区域内发育有仰天窝断裂、北岩断裂、石关山断裂;断裂走向主要为近南北向、北东~南西向及北西-南东向。区域地层从下元古界到新生界的第三、第四系均有分布,研究区地表大部为第四系覆盖,东南部出露新近系昔格达组,岩体西北部出露三叠系小高组。地下水类型为松散堆积层孔隙水和基岩裂隙水两大类,其中基岩裂隙水包括碎屑岩类裂隙水和岩浆岩类裂隙水两个亚类;研究区地下水主要补给来源为大气降水,经西部山区发育的冲沟及裂隙向下游河流排泄;
  (2)阳离子Mg2+(1.074)、Ca2+(0.73)、Na++K+(1.074)的离散系数在研究区内变化较大,说明其受研究区各区域内不同的人为因素和环境因素影响较大;阴离子Cl-,SO42-离散系数分别为1.93、1.32,其中Cl-是所有元素中离散系数最高的,其在研究区空间范围上变化是最大的,这也与研究区地下水动力条件有关,因研究区内不同区域之间的地下水流量与流速相差较大,使得Cl-迁移速度和富集程度在各区域间的表现不同,造成各不同区域之间Cl-的差异性较为明显。通过分析研究区TDS等值线分布图,整体上TDS含量在100mg/l-200mg/l之间,地下水矿化度较小;通过分析研究区地下水化学组分离子等值线分布图,发现Ng++K+主要集中在垃圾填埋场区域,并且其在垃圾填埋场区域含量显著高于其他区域;Ca2+与Mg2+在变化趋势上是趋同的,矿区范围内以及垃圾填埋场周围Ca2+,Mg2+含量明显高于研究区其他地区;露天采矿区地下水中HCO3-、Cl-和SO42-等主要阴离子含量普遍高于垃圾填埋场地下水,说明研究区内阴离子含量很大程度上受矿区较大影响;
  (3)对研究区TDS与各组分含量进行相关性分析,得出Ca2+与TDS的相关性最高,呈现高度相关状态;其他组分与TDS的相关性程度从大到小依次为Mg2+>SO42->HCO3->Cl-,同时可以看出,各组分离子与TDS均呈现正相关状态。通过绘制Piper三线图,可以看出研究区水样点水化学类型以重碳酸型水为主,局部出现硫酸型水和氯化物型水,水样点各处不同位置差异性较为明显。在研究区上游以重碳酸型水为主,沿着地下水水流的方向,地下水化学类型逐渐由重碳酸型水变为重碳酸氯化物型水和氯化物硫酸型水或氯化物重碳酸型水。
  (4)对在丰水期首次采得的20个水样检测值采用单指标评价法、内梅罗指数法和模糊综合评价法进行研究区地下水质量评价,结果表明:Ⅱ类水质有2个水样,Ⅲ类水质有6个水样,Ⅳ类水质有7个水样,Ⅴ类水质有5个水样;污染指标主要为NO3-和NO2-,其次为SO42-与Mn2+;通过对丰水期样品中污染水样在相同空间位置在枯水期再次进行二次水样和土样的采集,结合土样浸溶实验以及对相关文献的综合查证,对比分析前后两次水样和土样中地下水污染物检测值,从而查明当地三氮主要污染源为当地农田化肥农药灌溉所残留的含氮有机物,其次SO42-与Mn2+的主要污染源为当地采矿区所残留的富含S元素的矿渣以及居民生产生活所产生的含Mn2+的垃圾填埋物。
  (5)运用Modflow软件进行超标离子锰元素在地下水中的迁移模拟与预测,由预测模拟运移结果可知:锰元素以污染源为中心向四周扩散,扩散的优势方向为南东方向,与研究区地下水流方向一致,在地下水流动和锰元素运移的主要方向上形成近似椭圆的污染条带,对周围地下水水质影响逐渐增大,随着污染羽的不断扩大,在首次取样后第六年Mn2+对河流水产生较大影响。
[硕士论文] 孙嘉成
水土保持与荒漠化防治 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:目前,我国的农业面源污染形势非常严峻,对农田面源污染的控制与治理是今后相当长一段时期内的重要任务,我国当前点源污染治理已经初见成效,但面源污染由于其量大面广、变化快等特点决定了其治理难度相当大。国外的研究与实践表明,利用植物体系构建草皮缓冲带,是截留农田面源污染物、改善河道、湖泊水质的有效手段。因此,通过优化草种配置,构建适宜的农田草皮缓冲带,使之具有阻控氮磷污染物、拦蓄泥沙的最佳生态效益,已成为南方红壤区生态环境建设与保护所面临的最紧迫的任务。
  本研究选择南方红壤区常见的6种本土草本植物:豆科白花三叶草、红花三叶草,禾本科狗牙根、高羊茅、百喜草、白茅,以单播和混播的方式构建草皮缓冲带,开展室外模拟径流冲刷实验,通过室外试验和室内测量分析相结合的方式来进行缓冲带对陆源污染物阻控能力的研究,从草种配置、进水污染物浓度、坡度以及缓冲带宽度等角度,来探讨草皮缓冲带对农田面源污染的净化效果。主要结论如下:
  (1)单播试验中,狗牙根缓冲带对径流水中SS、TN平均去除率最高,达到61.88%、31.11%,白花三叶草缓冲带对径流水中TP具有较高的去除率,平均去除率为25.6%。
  (2)在进水污染物浓度一定的情况下,各混播缓冲带对径流SS的净化效果排序为:A2(白三叶25%+狗牙根37.5%+高羊茅37.5%)>A1(白三叶25%+狗牙根37.5%+百喜草37.5%)>B2(狗牙根50%+高羊茅50%)>B1(狗牙根50%+百喜草50%)>A3(白三叶25%+狗牙根37.5%+百喜草37.5%)>B3(百喜草50%+高羊茅50%)>C(无植物空白组),对径流水、渗流水中TN、TP的净化效果依次为:A2>A1>A3>B2>B1>B3>C,其中A2草皮缓冲带对径流SS、径流TN、渗流TN、径流TP、渗流TP污染物去除效果均是最好,去除率分别为66.33%、30.74%、45.26%、27.06%、54.95%。
  (3)对比TN、TP在缓冲带中的去除效果,可以明显看出,混播草皮缓冲带对径流TN的去除效果稍强于径流TP,对渗流TN的去除效果弱于渗流TP。由生物量与径流渗流污染物的拟合关系可知,随着地上生物量的增加,各草皮构建的缓冲带的径流、渗流对污染物的去除率基本呈上升趋势。地下生物量越大,对渗流TN、TP的净化效果越好。
  (4)径流TN、TP污染物去除率随坡度的增大呈现明显的递减趋势,而渗流TN、TP污染物的削减率在坡度为3°、5°、7°时变化并不明显。坡度对径流TN、TP污染物的影响大于对渗流TN、TP污染物的影响。草皮缓冲带对径流SS平均去除率显著(p<0.05)高于C,且沿程阻控效果增强;对渗流TN、TP的平均去除率显著(P<0.05)高于径流TN、TP。
  (5)水淹胁迫实验中,TN、TP的截留主要发生在前3天,在第1天对TN、TP含量影响最大,之后上覆水中氮磷含量变化缓慢,趋于平稳。无论对TN还是TP,植物均是通过打破界面平衡,促进其在界面的交换作用,从而加速污染物进入土壤速度,在其他条件相同时,截留更多TN、TP,增强缓冲带截留面源污染物的能力。
[硕士论文] 文梅燕
环境科学与工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:填埋场渗滤液、尾矿库淋滤液和工业场地废水的泄漏,造成局部场地地下水污染严重;地下水污染具有隐蔽性、难修复性的特点,导致现有修复技术存在修复效果不理想、修复成本高昂等诸多局限性,需要研究一种经济有效的方法控制地下水中污染物的扩散。据此,研究提出了地下水阻截墙技术,通过在地下水污染源下游修建低渗透性垂直屏障,阻截污染物迁移,防止其进一步扩散,从而达到风险控制的目的。
  论文选取固体废弃物粉煤灰和吸附性较强的膨润土作为阻截材料,通过渗透试验和吸附试验筛选出最佳配比的阻截墙;同时,通过扫描电镜、能谱分析、侵蚀试验研究阻截墙的微观表征和稳定性能;在镉污染的地下水介质中,通过吸附动力学方程和吸附热力学方程研究阻截墙的吸附性能;通过穿透试验和软件模拟,研究污染物穿过阻截墙的规律及穿透时间。具体研究结果如下:
  (1)阻截墙材料的有效配比为,粉煤灰∶膨润土(质量比)=5∶1,水泥质量占整个体系的5%。在此配比下阻截墙的渗透系数为1.11×10-8m/s。
  (2)通过扫描电镜(SEM)得到,固化体系中粉煤灰作为主要骨架,膨润土填充在粉煤灰球体的空隙处和表面,粉煤灰和膨润土都跟水泥产生了水化产物和胶结物;同时,能谱(EDS)元素分析发现,在粉煤灰球体、水化产物和胶结物表面都能检测出Cd2+的存在,说明阻截材料能有效吸附Cd2+。
  (3)阻截墙吸附的系统符合准一级动力学模型和Freundlich方程。系统的总吸附速率同时受液膜扩散与颗粒扩散影响;阻截墙吸附Cd2+的过程为吸热过程,以物理吸附为主,随着温度的升高系统会由物理吸附向离子交换吸附过渡。
  (4)对Cd2+在阻截墙内的迁移规律分析,Cd2+穿过墙体时墙体渗透系数变化不会超过1个数量级,污染物的初始浓度越高,渗透系数变化越小;通过公式计算和软件模拟得到初始浓度为500mg/L的Cd2+穿透阻截墙需要40年左右。分析迁移过程得到,Cd2+在穿过阻截墙时分子扩散起到主导作用,同时与阻截材料发生物理吸附,导致Cd2+污染物在墙体中的传输速度减慢。
  (5)通过浸泡试验研究阻截墙对酸碱、硫酸镉和苯酚的抗侵蚀性得到,墙体的抗碱腐蚀性比抗酸腐蚀性强;墙体抗硫酸镉的腐蚀也较好,只有当浓度大于5g/L后墙体的抗侵蚀能力会减弱;同时,阻截墙在有机污染环境下有很好的阻截效果,且耐有机污染物的腐蚀性能较强。
[硕士论文] 张建宇
市政工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:2,4-DCP是一种具有生物毒性和难降解性的化合物,传统方法不能将其有效从地下水中去除。而纳米零价铁(nZVI)技术具有高效、无二次污染和对地下环境扰动小等特点,被认为是降解地下水中2,4-DCP最具发展前景的方法之一。但nZVI易团聚和钝化,导致其在地下环境中的迁移能力差。此外,nZVI对2,4-DCP的亲和性差,使得它对2,4-DCP的降解率低。通过表面修饰和添加催化金属可以有效解决nZVI本身的问题,而且还能加快反应速率。本研究选取羧甲基纤维素(CMC)为修饰剂、Ni为催化金属对nZVI进行改性(CMC-Ni/Fe),并用SEM、XRD及FITR对其进行表征。通过分散稳定性实验和柱迁移实验研究CMC-Ni/Fe的分散稳定性和迁移能力及影响因素,通过批实验研究CMC-Ni/Fe的反应活性,并考察影响反应活性的因素。为CMC-Ni/Fe的迁移和去除地下水中2,4-DCP的应用研究提供理论依据和技术参考。
  SEM、XRD及FITR表征结果表明,CMC不仅可以减小nZVI的颗粒粒径,而且能防止其团聚。使用液相还原法制备的nZVI、Ni/Fe和CMC-Ni/Fe均为非晶态合金结构,都有单质铁的存在,而且CMC与Ni/Fe以单齿型配位方式结合。
  分散稳定性实验结果表明,CMC可以增大nZVI悬浮液的分散稳定性,而且CMC的修饰量越大,它的分散稳定时问越长。当CMC修饰量为3∶1时,悬浮液可分散稳定1个月而不发生沉降。
  柱迁移实验结果表明,不修饰的Ni/Fe颗粒的迁移性很差,在30目砂柱中的迁移距离很小。增大CMC的修饰量可以提高CMC-Ni/Fe在石英砂柱中的迁移能力,减小它的残留量。石英砂颗粒的粒径越大,CMC-Ni/Fe在其表面的吸附量和残留量越小。增大流速可减小CMC-Ni/Fe在石英砂表面的吸附,提高它的穿透率并减小其残留量。酸性背景溶液可将Fe0氧化成Fe2+,增大CMC-Ni/Fe的迁移。而CMC-Ni/Fe的注入浓度对其相对滤出浓度的影响较小,Ni的添加量对CMC-Ni/Fe的相对滤出浓度几乎没有影响。
  批实验结果表明,溶液的初始pH值、CMC-Ni/Fe的投加量、CMC的修饰量和Ni的添加量对2,4-DCP的去除效果均有显著的影响。减小pH值可加快2,4-DCP的降解速率,提高其去除率,但是pH小于3时反而不利于CMC-Ni/Fe对2,4-DCP的去除。增大CMC-Ni/Fe的投加量会提高2,4-DCP的降解速率和去除率。在所考察的2,4-DCP的初始浓度范围内,2,4-DCP的初始浓度对其脱氯效果影响较小。CMC可以赋予Ni/Fe颗粒对2,4-DCP的亲和性,提高2,4-DCP的降解速率和去除率,但是CMC修饰量(CMC与Fe的质量比)为3∶1时会阻碍2,4-DCP的降解。增大Ni的添加量可以提高2,4-DCP的降解速率和去除率,但是Ni的添加量为10%时会降低2,4-DCP的反应速率。此外,2,4-DCP的降解路径有同时脱氯和逐级脱氯两种方式。
[硕士论文] 林舒康
市政工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:随着经济的快速发展和城市化进程的加速,中国大多数河道出现了不同程度的黑臭现象,严重影响了居民的生活,制约了社会发展,日益成为人们关注的焦点和热点。底泥是河道中污染物的“汇”与“源”,是河道水体黑臭主要原因之一,因此,底泥修复是解决水体黑臭问题的关键。
  本论文以扬州市黑臭河道水体修复示范工程研究为依托,系统开展了优势微生物选择、微生物固化载体选择、固定化微生物原位修复黑臭河道底泥效果等研究,并利用实验室试验成果进行了实际应用。论文主要成果有:
  (1)从本地典型黑臭河道底泥中分别筛选出了10株优势光合细菌(编号为G1~G10)和9株优势反硝化细菌(编号为F1~F9)。实验室试验结果显示G3菌株对黑臭水体的净化效果最好;F8菌株的对筛选培养基中的硝态氮和总氮降解效果最好。因此,选择G3菌株和F8菌株为底泥土著微生物的优势菌。
  (2)选择沸石和活性炭作为微生物载体并进行了性能分析。试验结果表明:1)载体在400℃温度时均体现出良好的活化效果;2)等温吸附试验表明,载体均具有良好的吸附氨氮的能力,且沸石稍优于活性炭;3)活性炭和沸石的亚甲基蓝吸附值为分别102.56mg/g和26.82mg/g,说明活性炭具有比沸石更大的吸附量;4)载体对反硝化细菌的最大吸附量为2.39×107cfu/g,对光合细菌的最大吸附量为1.53×106cfu/g,两种载体均展现了良好的微生物菌液吸附能力。
  (3)将活化好的沸石和活性炭各20g分别投入光合细菌菌液和反硝化细菌菌液进行微量曝气固定化48h,电镜扫描结果显示,光合细菌-沸石组(GF组)、光合细菌-活性炭组(GH组)、反硝化细菌-沸石组(FF组)、反硝化细菌-活性炭组(FH组)光合细菌和反硝化细菌在载体上附着生长效果较好,微生物固化成功。
  (4)采用固化微生物的载体进行实验室条件下模拟修复实验,试验装置共5组,分别为空白组(对照组)、GF组、GH组、FF组和FH组。至88d的试验期末,除对照组外,各试验组上覆水主要检测指标均得到了改善,其中GF组净化效果最佳,CODCr值由84.33mg/L降至41.98mg/L;NH3-N和TN分别由12.59mg/L和23.12mg/L降至0.78mg/L和1.20mg/L,且具有相似的变化趋势;TP值由1.48mg/L降至0.19mg/L。
  (5)至88d试验期末,各试验组底泥的主要指标差异明显,GF组底泥有机质从初始值88.31g/kg降至62.07g/kg,下降了26.24g/kg,而GH组、FF组、FH组有机质仅分别下降了13.89g/kg、14.91g/kg、11.20g/kg左右,对照组底泥有机质几乎没有变化;GF组底泥G值(底泥的生物降解能力)增量也最大,从初始的0.25×10-3kg/(kg·h)增至1.44×10-3kg/(kg·h)。
  (6)试验90d后检测,各试验组底泥中的Cu、Zn、Ni、、Cr四种重金属含量最好的转移效果分别是7.40%、3.64%、18.39%、6.43%;Pb、Cd含量较低,两种离子最好的转移效果分别从49.21mg/kg、2.15mg/kg降到38.57mg/kg、1.41mg/kg。而对照组中的Cu、Zn、Ni、Pb、Cd、Cr含量仅分别去除了1.49%、0.79%、8.31%、5.23%、6.64%和1.25%。尽管GF组对重金属的转移效果明显优于其他试验组,但是总体来说试验对重金属的转移效果并不理想。
  (7)底泥微生物群落结构分析显示,投加载体中的固定化微生物明显增大了底泥微生物群落的丰富度和多样性,而且底泥微生物群落的变化情况与底泥和上覆水中的各个指标变化情况一致。
  (8)实验室试验结果表明,固化光合细菌的沸石(GF组)对污染底泥和上覆水的修复效果最佳。
  (9)采用固定化微生物进行了原位修复黑臭水体底泥的应用试验,将固化光合细菌的沸石(7d一次)以0.5kg/m2强度均匀抛撒入试验河道底泥中,5个月后上覆水CODcr、NH3-N、TN、TP浓度分别从90.11mg/L、16.43mg/L、30.59mg/L、2.53mg/L下降为38.29mg/L、1.05mg/L、1.48mg/L、0.33mg/L,去除率分别为60.04%、93.61%、95.16%、86.96%,底泥有机质从95.34g/kg降至69.41g/kg,底泥G值从初始的0.57×10-3kg/(kg·h)增至1.91×10-3kg/(kg·h),水质改善效果明显,但底泥中的重金属转移效果不明显。
[博士论文] 孟冲
动力工程与工程热物理;能源环境工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:一直以来,水资源环境问题始终是制约中国社会经济可持续发展的重大问题。在水环境治理方面,中国重点强调源头污染控制,要求提高水资源利用率,实行水污染物总量控制制度。自“九五”以来,随着水污染物总量控制制度的不断发展和完善,中国水环境质量得到了明显的改善。“十二五”末期,国家颁布《水污染防治行动计划》,提出以改善水环境质量为核心,系统推进水污染防治、水资源管理和水生态恢复;《“十三五”生态环境保护规划》明确提出以提高环境质量为核心,改革完善总量控制制度,提出了更高的水环境保护要求,也意味着中国需向更加科学的容量总量控制制度转变。然而,中国饮马河流域等地区存在水质较差,排污负荷远超水环境纳污能力的现象,单一的控源削减措施势必会严重制约地区社会经济发展而难以实现,且由于水环境管理系统的复杂性和不确定性,为落实排污总量指标的科学分配带来困难。
  本文以饮马河流域为研究对象,以COD和氨氮为污染物控制因子,在对流域水环境进行系统评价的基础上,探寻一种新的途径建立区域排污目标总量与水环境纳污能力之间的平衡关系,为流域实行容量总量控制提供新的思路;并考虑水环境系统的不确定性,采用合理的不确定性规划方法建立流域水污染物总量控制模型,为流域落实水污染物总量指标优化分配提供决策依据。主要研究内容包括:
  (1)基于饮马河流域水环境系统评价与分析,尝试结合流域水体污染治理和生态恢复研究,提出纳污能力提升理念,并根据指标体系构建原则建立纳污能力提升指标体系,实现水污染防治“源总量削减”和“汇纳污提升”双控制,以期为流域推行容量总量控制以及实现流域水污染物总量优化分配提供理论依据。
  (2)以饮马河流域重要支流伊通河为研究对象,考虑水体径流变化带来的纳污能力时空和随机变化特性,采用两阶段随机规划方法,构建基于纳污能力提升的流域污染物总量控制模型,实现基于水环境质量目标的排污总量削减,以及总量指标在各排污部门不同时期的优化分配,为流域水污染总量控制提供决策支持。
  (3)基于流域社会经济发展、水资源优化配置与水环境治理的互动性,考虑水环境管理过程中的不确定性,引入区间两阶段规划方法,构建基于水资源承载力的流域污染物总量控制模型,尝试从水资源优化分配的途径实现污染物的总量控制以及在各行政单元以及排污部门之间的优化分配,以期为流域水资源的优化管理和水污染防治提供决策支持。
  (4)引入风险控制理论,考虑水环境质量约束下优化模型可能会造成的水资源分配不均,构建基于下方风险的流域污染物总量控制模型,计算并分析不同风险水平下水资源的优化配置以及污染物总量控制情况,探讨实现流域水污染总量控制和各地区及用水部门均衡发展的最优方案,促进流域水环境和社会经济可持续健康发展。
  本文构建的纳污能力提升指标体系为流域推行实施水污染物容量总量控制提供了新的思路,在规划管理中实现了“总量削减”和“纳污提升”的有机结合;基于水环境承载力的水污染物总量控制模型研究,实现了从水资源优化分配的角度实现污染控制的目标,为流域水污染总量控制制度落实提供理论支撑;基于下方风险的水质水量联合调控模型研究,可以实现流域范围内社会经济和环境的协同发展。研究符合国家水资源、水环境的管理和发展要求,可以为流域水环境系统管理和规划提供决策支持。
[硕士论文] 马绍对
检测技术与自动化装置 广西大学 2018(学位年度)
摘要:在我国的城市淡水资源中,由于治理不及时和管控不严等原因,导致大部分城市水体受到不同程度的富营养化污染。为了能够快速测定水体中的叶绿素a含量,给水体受污染预警提供可靠数据依据,本论文以光谱学分析为理论基础,研究了与水体叶绿紊a含量相关的预测模型和测量水体叶绿素a含量的传感器设计。
  本论文以实验室培养的螺旋藻样本、标准浊度样本以及两者不同浓度梯度的混合样本为研究对象,探索了多种建模方法在水体吸光谱预测叶绿素a含量上的应用及其精度,包括一元线性回归分析、偏最小二乘算法(PLS)分析和BP神经网络分析。本研究首先获取各样本在紫外—可见全波段的吸光谱数据进行相关性分析,确定各种样本的敏感波段;并在此基础上建立了螺旋藻水样、标准浊度水样和混合水样的一元线性回归模型(模型1),螺旋藻水样的吸光度与其叶绿素a浓度、标准浊度水样的吸光度与其浊度以及混合水样的吸光度与其叶绿素a浓度的R2分别为0.992、0.9856和0.8857。为了能够能更好的去除混合水样中浊度对叶绿素a浓度预测的影响,进一步探究了偏最小二乘算法(PLS)预测模型(模型2)和BP神经网络预测模型(模型3),模型2与模型3的预测值与实测值之间的R2分别为0.9994和0.9972。研究结果表明:模型1在预测水体叶绿素a浓度时,受浊度影响较大,对叶绿素a浓度的预测误差较大,其误差百分比最大达到25%;模型2可以很好的去除浊度对预测叶绿素a浓度的影响,其预测误差百分比在4%左右,但该模型不能在预测叶绿素a浓度的同时预测出浊度的值;模型3则可以同时预测出混合水样中叶绿素a的浓度和浊度的值,并且对叶绿素a浓度的预测误差百分比在5%以内,即模型3为去浊度反演水体叶绿素a浓度的理想模型。
  此外,本研究在基于理想模型(模型3)的基础上,探讨了一套低成本的去浊度反演水体叶绿素a含量传感器的设计方案。该传感器采用主动式光源设计,以MSP430F149单片机作为控制器,对测量数据进行处理;以LCD12864显示器作为显示模块,显示测量结果。以期指导设计出一款能够实现对水体叶绿素a含量实时测量的传感器,为水体富营养化污染预警提供准确的数据,指导人们治理即将或已经受到富营养化污染的水体。
[博士论文] 周颖
生态学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:面源污染是导致水环境恶化的主要原因,威胁着人类的生产生活安全。面源污染的产生,运移和最终的输出与众多因素相关,包括水文状况、地形条件、景观配置等自然环境因素,以及人口分布、人为污染投入等与人类活动相关的要素。对于面源污染的研究常在流域尺度上展开,理解流域面源污染季节性特征对流域水文及环境要素的响应过程,对流域水质预测建模具有重要意义;估算流域养分收支,评估流域人为污染投入对面源污染输出的影响,为流域水质管理和有效防控面源污染提供可靠的科技支撑。
  丹江口水库作为饮用水源地,其水质问题备受关注。本文选取丹江口库区胡家山小流域及9个入库支流流域,基于研究区地形、土壤、气候、土地利用、社会经济数据等资料,结合野外实地调查、流域常规监测,借助遥感和地理信息系统等信息技术手段,运用景观格局分析、偏最小二乘回归模型、养分平衡、人类净氮输入模型、通径分析等多种方法,从多角度开展了面源污染的相关研究,构建了面源污染物输出对流域水文、环境背景特征的响应模型,明确了影响污染物输出季节性差异的主控因子,估算了流域养分收支情况,评估了流域各项污染物来源输入对流域面源输出的贡献情况。本文取得的主要结论和成果如下:
  (1)通过胡家山小流域各支流出口处长期连续的定点监测氮磷等水质指标,探明了丹江口水库流域面源污染特征。2008年至2015年间总氮浓度变化范围为0.38mg/L~7.18mg/L,其中2008年总氮浓度最高,平均值5.06mg/L,之后的总氮浓度逐年呈下降趋势。总磷浓度变化范围为0.02mg/L~0.53mg/L,2008年总磷平均浓度为峰值(0.27mg/L),之后的5年总磷浓度整体呈下降趋势,2010年总磷平均浓度为最低水平0.03mg/L。胡家山小流域主要水质特点为高氮低磷,自监测以来水体质量逐渐优化。总氮浓度在枯、丰水期有明显差异,而总磷浓度无显著季节性差异。
  (2)硝态氮是胡家山小流域氮的主要输出形式。2008年至2012年间硝态氮丰水期浓度高于枯水期浓度,丰水期平均值为2.07mg/L,枯水期平均值为1.79mg/L。运用水文模拟及监测数据估算不同季节的硝态氮通量,所有水样的平均硝态氮通量表现出极显著差异(p<0.001),枯水期硝态氮通量范围为0.05kg/ha至3.75kg/ha,丰水期通量较高,平均值为4.23kg/ha。
  (3)胡家山小流域不同季节硝态氮输出的主控因子存在差异。提取胡家山小流域内15个嵌套子流域的水文景观特征,构建流域特征因子与不同季节硝态氮浓度及通量的偏最小二乘回归模型,定量解释不同季节硝态氮输出对流域环境因子的响应。硝态氮年均浓度和通量的主控因子均包括林地、农地和居民地面积比,其次有径流指数(RC)、坡度(SLOPE)、坡度方差(SGV)、沿水流路径的高程差(FPG),以及最大斑块指数(LPI)和分裂指数(SPLIT),但各因子对于硝态氮浓度或通量的贡献排序并不相同。水文条件类因子的降雨量(RAIN)、径流浮动指数(FI)和基流指数(BFI)仅对硝态氮通量的变化表现出明显的作用,对枯、丰水期的硝态氮贡献具有显著性差异。
  (4)作物种植类型、施肥方式影响流域养分收支情况,决定了面源污染的程度。在实地农户调查的基础上,确定典型小流域氮素输入与输出的多条路径,运用养分平衡模型,估算小流域氮素收支情况。胡家山中部的五龙池小流域上半年和下半年种植的作物类型不同,烟叶、油菜种植区是氮素盈余的最大区域,玉米种植区为氮素亏损的最大区域。耕作方式、施肥情况、种植结构都在一定程度上影响着流域养分盈亏状况。
  (5)人为污染投入对面源污染的产生具有决定性作用。结合丹江口9个入库支流流域社会经济等统计数据,运用人为净氮输入量模型(NANI)估算各类氮素来源。结果表明每个流域在五年间输入量相对变化不大,但各流域的主要输入源明显不同。整体上,入库支流流域的主要人为来源是化肥施用和食品/饲料净氮投入,在NANI中分别占比42.0%和41.8%,其次是大气沉降和生物固氮,分别占NANI值的11.7%和4.5%。入库支流流域约有14%的氮输入量由河流输出,剩余氮素储存在流域中,或者以气体形式重新进入大气中。NANI四个组分对氮输出的直接作用(直接通径系数)分别为0.148,0.593,0.358和0.357,此外各组分会通过其他变量表达出对氮输出的间接作用,可用间接通径系数表征。
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