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《西安理工大学》 2020年
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雁鸣湖底泥氮磷释放及主要环境影响因子研究

裴佳瑶  
【摘要】:随着城市化进程的加快,污染物过量的排入湖泊,使湖泊水体富营养化问题日益严重,尤其是城市人工湖具有环境封闭、流动性差、水深较浅等特点,水环境更易受到污染,即使外源污染得到控制,底泥释放造成的内源污染也不容忽视。本研究以西安市雁鸣湖2#湖为研究对象,针对湖泊上覆水及沉积物展开研究,分析水体及沉积物中营养盐的污染特征及分布规律;通过室内模拟实验,研究界面间氮磷释放的变化规律及主要环境因子对氮磷释放的影响;基于响应面法,构建氮磷释放回归模型,预测底泥的最不利释放条件,并估算雁鸣湖底泥氮磷全年的释放量。主要研究内容及成果如下:(1)2019年2月~12月对雁鸣湖水体及底泥监测结果表明:水体温度和高锰酸盐指数夏秋季高、春冬季较低,溶解氧和pH表现为夏季低、冬季高的季节分布特征;上覆水中TN含量属于Ⅳ类水,TP含量属于Ⅲ~Ⅳ类水;间隙水中TN和TP含量均超过地表水环境质量标准的Ⅴ类,TN污染在空间上差异不明显,TP污染呈现中间高两边低的趋势。沉积物综合污染评价结果为中度,有机污染评价为较清洁-尚清洁;两种评价方法的污染程度在空间上基本一致,都表明M2点污染最严重,其次是M3点,M1及M6点污染程度最小。(2)通过室内模拟实验估算湖泊沉积物-上覆水界面的TN、NH_4~+-N、TP及PO_4~(3-)-P交换通量,结果表明四种营养盐的通量均在夏秋季时最大,冬季降温结冰后不利于营养物质的释放,交换通量减小;空间上氮通量湖心处较大,进出水口处较小,磷通量分布则相反。根据通量的正负可知,除沉积物中的NH_4~+-N在春季表现为“汇”之外,沉积物中TN、TP及PO_4~(3-)-P在四个季节均表现为“源”。同时估算得沉积物-上覆水界面氮磷释放对水体营养盐的贡献率分别为:TN的潜在贡献率为3.55~10.72%,NH_4~+-N的潜在贡献率为-6.25~8.12%,TP的潜在贡献率为2.91~10.40%,PO_4~(3-)-P的潜在贡献率为4.29~8.69%。(3)以雁鸣湖的上覆水及沉积物为研究对象,通过模拟实验研究单一环境因子变化对沉积物氮磷释放的影响规律,结果表明TN、NH_4~+-N、TP及PO_4~(3-)-P的通量均随温度的升高而增加;随溶解氧浓度的增加而减小;在pH为中性条件下最小,TN、NH_4~+-N通量在酸性条件下最大,TP、PO_4~(3-)-P通量在碱性条件下最大。并对环境因子与氮磷通量间的关系进行曲线拟合,得出不同种类营养盐通量与环境因子间的最优拟合曲线呈现不同类型。(4)基于响应面法得出温度、溶解氧、pH与氮磷(TN、NH_4~+-N、TP及PO_4~(3-)-P)通量的二次多项式回归模型,绘制等值线图及响应面图,由此分析交互作用得出:温度和pH交互作用对TN通量影响显著;温度和溶解氧交互作用、温度和pH交互作用对NH_4~+-N通量影响显著;温度和溶解氧交互作用对TP通量影响显著;温度和溶解氧交互作用对PO_4~(3-)-P通量影响极显著。并优化得到湖泊底泥的最不利释放条件为T=10℃、DO=7.87 mg·L~(-1)、pH=7.13,此时营养盐交换通量取极小值。将所得回归模型与湖泊实际环境条件结合,对湖泊氮磷释放量进行估算得出,雁鸣湖底泥TN释放量为1.954 t·a~(-1),NH_4~+-N释放量为0.739t·a~(-1),TP释放量为0.223 t·a~(-1),PO_4~(3-)-P释放量为0.068 t·a~(-1)。
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