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《重庆大学》 2015年
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山地城市封闭水体氮磷敏感点识别方法研究

夏洪薇  
【摘要】:湖泊的富营养化问题是全球关注的湖泊热点问题之一,而水体中氮磷的含量则是影响富营养化程度的主要因素。山地城市封闭水体除具有流动性差、水生态系统简单、水环境容量小等特点,还具有水位深、受风生流扰动较小、存在温跃层以及密度流等特点。水深、温度以及水流条件等因素,均对氮磷在水体中的分布具有重要的影响作用。论文以位于山地城市重庆的龙景湖为研究对象,详细调查了龙景湖的区域概况并评价了龙景湖水质及富营养化现状,探究了山地城市封闭水体中总氮、总磷浓度与水深的响应关系,并通过EFDC水环境模型对龙景湖总氮、总磷分布特征进行了模拟,分析找出了龙景湖氮磷敏感点位置,建立了氮磷敏感点识别方法。主要研究结论如下:①根据龙景湖水动力条件等因素,将龙景湖分为A、B、C、D、E五个区域。基于三年来对龙景湖的实测水质数据,对龙景湖水质现状以及富营养化现状进行了分析。A、B、C区总磷浓度在0.05mg/L~0.23mg/L之间变化,其中10月份至次年2月份,总磷浓度均在0.1mg/L以上。D、E区总磷含量在秋冬超过了0.1mg/L的标准。总氮含量A、B、C区相对稳定,仅2月份出现超标现象。D区总氮含量10月至2月存在超标现象,而E区总氮含量则非常高,全年有一半的时间总氮浓度高于1.5mg/L。龙景湖全年平均TLI指数为57.69,处于轻度富营养化状态,其中6、7、9以及2月处于中度富营养化状态,平均TLI指数为63.68。②对龙景湖A、B、C、D、E五个分区中氮磷浓度与水深的响应特性进行了研究。不同分区、不同采样时间以及不同水质指标之间,响应关系均存在差异。其中,8月15日和9月4日龙景湖区域B中水深与总磷含量的拟合曲线拟合优度值最高,分别达到0.997和0.992,响应关系最为明显。这可能是由于不同分区水流环境不同、湖泊底泥类型存在差异、气温变化、风速风向改变、污染物在水中的主要存在形态以及物质扩散系数等因素造成的。③在对扩散原理充分认识的基础上,基于费克定律扩散方程以及Mike-Chang扩散系数经验方程等科学定律和经验方程式,推导出污染物浓度与水温以及水深之间的关系方程式C_A=y_2e~z/(y_1T)+x_2,并运用MATLAB(matrixlaboratory)矩阵实验室进行二元非线性拟合,计算出该关系式中的未知系数,分别得到总氮、总磷的具体方程形式,其中总氮方程的拟合优度为0.714,平均相对误差为12.96%,总磷方程的拟合优度为0.662,平均相对误差为23.16%。对龙景湖中总氮浓度以及总磷浓度随水深的变化情况的具体计算,表明总氮与总磷含量均随水深的增加而上升。并且,在自然环境下,垂向温度变化对总氮、总磷浓度变化影响十分微小。④通过EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)水环境模型,构建龙景湖的水动力、水质模型。为研究龙景湖在无外来污染源进入的情况下,总氮以及总磷在龙景湖水动力条件、底泥吸释等湖体自身因素影响下的分布特征,在建立模型的过程中,污染物的输入量被设置为0。模型结果表明,在龙景湖自身水流条件等因素的作用下,总磷最易集聚的区域为D区,秋冬总氮积聚的区域为D区,而春夏则为E区。⑤通过对龙景湖氮、磷垂向分布情况以及空间分布情况的模拟,分析指出龙景湖中对湖体氮、磷浓度上升最为敏感的点。就总氮而言,具有一定的季节性。秋冬季节,对湖体总氮浓度上升表现得最为敏感的点为区域D的A10取样点,而春夏季节对水中总氮浓度上升最为敏感的点为E区域的A08点。总磷全年分布较为稳定,对湖体中总磷浓度升高最为敏感的点为区域D的A09以及A10点。取样点垂向上总氮、总磷浓度敏感性则以水深为依据,水深越深,总氮、总磷越容易富集。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:X524

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