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密云水库富营养化阈值与外源磷素输入响应关系研究

杨龙  
【摘要】: 富营养化是水环境领域中遇到的突出问题。国内外对富营养化从概念、评价方法、发生机理和预测模型等方面进行了大量的研究,然而,对富营养化阈值方面的研究仍不充分,影响了富营养化的评价和防治。本论文从营养盐输入与富营养化响应关系入手,建立了基于营养盐阈值的富营养化风险评价方法体系,设计了模拟目标水体富营养化阈值的流水AGP试验,并选取北京市重要的地表水源密云水库进行实例研究。 本文首先界定了富营养化阈值的概念:在水体富营养化过程中,某些限制性营养因子达到一定值后导致水体有机质(浮游生物)供给速率发生跃迁行为,表征这一临界效应的数值称为富营养化阈值。从阈值角度出发,本文定义富营养化为:水体限制性营养因子达到一定的阈值条件下,导致水体初级生产力大幅增加,造成水质恶化的过程。 通过对比分析水质参数法、综合指数法、模糊数学法、藻种多样性法等评价方法的优缺点,本文提出了基于目标水体富营养化阈值的评价方法体系,主要内容包括:(1)目标水体富营养化限制因子的判识;(2)确定目标水体富营养化阈值;(3)根据阈值划分水体评价标准;(4)划分风险级别,进行风险评价。 多元回归分析发现,透明度、硝酸盐氮、电导率、总磷、总氮与叶绿素a呈显著相关,总磷为密云水库富营养化限制因子。采用分层聚类分析法根据密云水库各监测点指标的相似性,将密云水库监测点划分为四组,其中第一组包括库西、白河主坝,第二组包括水九、潮河主坝、恒河、套里,第三组包括金沟,第四组包括库东。影响密云水库藻生长空间分布的主要因素可以归纳为两类:第一类是以硝酸盐氮、总氮为代表的营养因子,第二类是以水温、电导率、pH值为代表的环境因子。水质状况由好到差的顺序依次为:Group1Group2Group4Group3。选取库东分析时间分布因子,影响藻生长时间分布的主要因素可归纳为三类:第一类是以硝酸盐氮、总氮、总磷为主的营养因子;第二类由总磷、水深、溶解氧、pH等环境因子和营养因子共同作用;第三类由氨氮决定。密云水库浮游藻类结构年内变化明显。 通过设计模拟外源输入对富营养化作用的AGP试验装置和方法,模拟了不同环境条件、营养条件下密云水库优势藻种演变和富营养化过程,结合使用MATLAB 7.0数值分析软件,对3期模拟时段的比增长率进行拟合分析,得出3期设计阶段密云富营养化发生的总磷阈值为0.053mg/L、0.062 mg/L、0.064 mg/L,再根据总磷与叶绿素a、总氮、透明度之间的回归关系,划分了密云水库富营养化的评价标准级别。 采用WASP生态动力学模型对密云水库叶绿素a进行了数值模拟,结果显示,该模型能较好反映密云水库富营养化过程。最后,采用SPSS13.0统计软件对预测值进行了概率分析,并应用GIS软件对密云水库富营养化发生的风险进行了区划,对防治水体富营养化提出了综合性和前瞻性的对策建议。


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