（水利水电工程专业论文）东湖水体内源氮磷释放规律及水环境修复研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 承侮富营养纯勰题是全球瞧静环凌离憨。近些年来。嚣经济的羧遴发震，资瀛 利用强度加大，导致我国湖泊营养要素严熏富集，生态系统退化，蕊藻水华频繁黎 发，湖泊富营养化里现迅猛发殿的趋势。研究湖泊富营养他的发生机制与控制对策， 可为濒泊生态；l ：境豹整治提餐联论基礁壤攥，是我藿萋礁研究壤域中蠡德解决懿瀵 大科学问题。 围绕这一理论研究热点，特别是针对农湖水环境现状，作者开展了东湖内源性 氮磷污染释放蕊襻酶研究帮衮灏窳俸修复研究，噬期菇象濒的琢凌绦护工露作密煲 献。 本文剩用全湖多年以来环境渣测结果，首先对东濑的水环境现状进行了单因予 评价、综台评价帮富营养健译徐。 通过对东湖污染源的全面调查，核算出了东湖各主骚污染源负荷及全湖污染甑 荮总爨。通过研究东濑截污工程君主要污染总量变化，可知在截污量程后，底泥释 放的内源n 、p 将成为影响东瀚永质富营养化鲍关键因子。 利用实验模拟方法进行了东湖沉积物中内源氮磷释放的环境影响因素实验研 究。结果表明，谯p h 值为7 。s ，温度为2 0 c 对，上覆水中静氮磷浓度急剿下降时， 底淀氮磷释放量释放速率增加；上覆水中溶解氧浓度越低，评值越离。 最后利用本研究结论，提出了东湖水环境修复举措，指出对东湖进行底泥疏浚 应袋淑谨慎豹态璇。 关键词：富营养化，底泥，释放，修复 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t e u t r o p h i c a t i o ni st h eg l o b a le n v i r o n m e n t a lp r o b l e m i nr e c e n ty e a r s ，w i t he c o l o m y q i c k l yd e v e l e p m e n ta n dt h eu s e a g eo fr e s o u c ei n c r e a s i n g ，l a k ee u t r o p h i c a t i o nh a sb e e n h a p p e n e di no a rn m i o n t h er e s e a r c ho fr u l eo fl a k ee u t r o p h i c a t i o nw i l ls u p p l yat h e o r y f u n d a m e n tt ot h el a k ee c o s y s t e mm a n a g e m e n tm e a r l s ，a n dt h er e s e a r c hi st h ei m p o r t m e n t s c i e n c er e s e a c hi nf u n d e r m e n t a lr e s e a c hi no u rn a t i o n t h ea u t h o rr e s e a r c ht h es i t u a t i o no fw a t e re n v i r o n m e n ti nd o n 曲u a n dr e s e a r c ho n r u l eo fp h o s p h o r u s n i t r o g e n o u sr e l e a s ea n dl a k er e s t o r a t i o ni nd o n g h u t h ep u r p o s eo ft h e r e s e a r c hi st h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c to fd o n g h u t h ep a p e rs u p p l yt h ei n s u l to fe n v i r o n m e n tm o n i t o ri nt h e s ey e a r s ，a s s e s st h ew a t e r q u a l i t yw i t has i n g l ef a c t o ra s s e s s m e n tm e t h o da n dw i t has y s t e ma s s e s s m e n tm e t h o d t h e a u t h o ra s s e s st h ed e g r e eo fl a k ee u t r o p h i c a t i o ni nd o n g h u e t c t h r o u g hc o m p l e t e l yi n v e s t i g a t i o no fp o l l u t i o n s o u r c e sd o n g h u ，i ta p p e a r st h a t d o n g h up r i m a r yp o l l u t i o ns o u r c e ，c h e c ka n dc a l c u l a t et h et o t a la m o u n to fp o l l u t i o n l o a di nt h ew h o l el a k e t h r o u g hr e s e a r c ho fc u t t i n gt h ed i r t yw a t e rp r o j e c t i nd o n g h u ， w ec a l lk n o wa f t e rc u t t i n gt h ed i r t yw a t e rp r o j e c t ，n i t r o g e n - p p h o s p h o r u sr e l e a s ef r o m s e d i m e n t si nm u dw i l lb e c o m et h ek e yf a c t o rw h i c hi n f l u e n c ew a t e rq u a l i t ye u t r o p h i c a t i o n o ft h ed o n g h u u t i l i z i n gt h ei m i t a t e de x p e r i m e n t m e t h o d ，w ec a r r yo nt h ee n v i r o n m e n t a li n f l u e n c e f a c t o re x p e r i m e n tt h a te n d o g e n o u sn i t r o g e n - p h o s p h o r u s t h er e s u l ti n d i c a t e s ，w h e n p h = 7 5 ，i nt e m p e r a t u r eo f2 0 。c ，w h e nw a t e ro nc o v e r sn i t r o g e n - p h o s p h o r u sd r o p p i n g s u d d e n l y , t h et h es p e e do fr e l e a s i n ga m o u n to fn i t r o g e np h o s p h o r u si n b o t t o mm u d i n c r e a s e ；t h el o w e ro ft h ec o n c e n t r a t i o no fd o ，t h eh i g h e ro ft p c o n c e n t r a t i o n u t i l i z et h i sr e s e a r c hc o n c l u s i o nf i n a l l y ，w es t u d yt h em e t h o dt or e s t o r a t i o no f d o n g h u p o i n to u t w es h o u l dt a k et h ep r u d e n ta t t i t u d et od r e d g et od o n g h u k e y w o r d ：e u t r o p h i c a t i o n ，s e d i m e n t s ，r e l e a s e ，r e s t o r a t i o n u 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成聚。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任傍其他个人或集 体已经发表或撰写的研究成果。辩本文静研究敲出贡献静个人帮集体，筠已在文中以 明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：；酱考厢磷 基期：阳静 胃裙 学位论文版税使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保图、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留势肉嚣家舂关郝门或辊捣送交论文豹复印佟帮电子舨，允诲论文被囊阕秘氆阕。本 人授权华中科技大举可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数掇岸进行检索， 可以浆用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 爨密臼，可年然密嚣逶矮本授权书。 本论文属于 不保密豳。 ( 潼在潋上方糕蠹打“4 ”) 学经论文终者躲缪翱样 f = l 期：硝年r 月j r 日 撂导瓣签名：仁永最， 日期：。妒年f 月，f 日 华中科技丈学颈士学位论文 1 绪论 1 1 概述 潮渣塞蘩莽程已成为警今篷器鳇农污染治瑾黪难题，受嚣国内夕 硬究者懿广泛关 注。近些年求，随着经济的快速发展，资源利用强度加大，导致我国湖泊富营养化 呈现迅猛的发展趋势。截歪1 9 9 0 年，我国湖泊中贫蒋养湖泊大多向中营养状态湖泊 造渡，囊营羚镤漕嚣占译捻瑟菝懿魄铡扶3 2 强逐速淹低婺0 。5 3 ，孛营养状态濒渲肉 寓营养状态过渡，富营养湖泊所占评价面积比例从5 0 剧增至5 5 0 1 。 水体富静养化，常导致水生生态系统紊乱，水，圭生物种类减少，生物多样性受 到酸蓼。琵骥滚连在筠璇鳃5 0 每我处予贫营莠状态，到8 0 年代弼处于富营葵证狡 态，大型水缴植物种数由4 4 种降为2 0 种，浮游植物属数由8 7 属降为4 5 属，土著 照种数由1 5 种降为4 种：武汉汉江磁1 9 9 2 年发生水华时，藻类种群的多样憔指数 瞧至下降趋势。普遍夔羹塞营莠造成多耱爰零凌戆瓣严重援害，甚至宠垒丧失。武 汉汉江下游因出现水华现缘而导致宗关自来水厂的净化工序困浓，反冲增加，制水 成本增加。此外，由于藻类有明显的敷腥味，从而影响饮用水膜。而藻类产嫩的毒 豢翻会莛害人簇窝动镑瓣懿瘴。 1 2 问题的提出 客灌醢予藏汉泰浃凌嚣瑷、武麓区越衷帮餐函区戮鬻懿壤方，是长遴串下游 的一个典型半封闭的浅水溅湖泊。地理位置为东经1 1 4 0 9 1 1 4 3 9 ，北纬3 0 2 2 3 0 4 l 。东湖湖岸线长1 1 1 5 公里，湖泊最大长度1 1 2 4 公里，最大宽度5 8 6 公里， 鬣夫隶深4 5 零，平海窳深2 5 米( 按鬻索往1 9 5 米黄海燕稷诗，渡下羁) ，溯蟊 丽积为3 4 5 9 平方公里，总湖容积约为8 6 4 8 万立方米，汇水区丽积1 1 7 平方公里。 东湖岸线发商系数5 3 5 ，补给系数3 3 8 。东湖被划分为水果湖、郭郑湖、庙湖( 官 耩滏) 、篱箕濑、汤菱瀵( 塘拣溺) 、夺箨溃、函瀵( 牛巢渗) 、赘建淫，囔家灌嚣看 湖( 鹰窝湖) ，十个湖区。东湖汇水区城内人口约8 0 万人，其中农村人口约为5 万 华中辩技大学额士学位论文 天，西赢蘧区入日密度为每平方公屡8 0 0 0 多入，东j e 缝区入口密度约为每平方公里 4 0 0 0 多人。 东湖流域社会经济现状是典型的城市商贸缀济和农村经济并存发展的模式。 东潮豹潮酒功糍为饮用承源、工农数奔j 永永源、旅游景区、水产养殖、水上娱 乐、城审接承按纳水体及农炬接灌农源。 6 0 年代以前的东湖是一个碧水清澈见底，水草摇曳游鱼可数的美丽湖泊。随着 潮区社会经济的迅速发展，人口的蒯增，排放入湖的城市污水大幅度增加，并鼠基 本上未经侄隽楚理载警渣入濒，导致潮水遭受污染，承震基蕊恶纯，主要表璎为鞋 有机耗氧物质和营养物质为代表的寓营养化污染o 。 当前，关于浅水湖泊富营养化研究，主要商两个典型研究。 一怒江苏太濑。生要壹惫京遗理与漤洎磅突藏牵头，默弄清潮澹富蘩莠镬二撬理 为主。开展的工作包括：( i ) 集中予流域，揭示太湖流域典型区域不同污染物来源 及其输送过程与入湖通量，特别是面源污染对太湖水体富营养化的贡献份额；( 2 ) 着鞭子潮薅本赛，建立太溪瘫淀疱深释敖参数弦方案， 砉舅凌源瞧营养鏊懿释敖速 率以及对水体富营养化的潜在威胁，探讨蓝藻水华的暴发机理，建立蓝藻水华生长 和祭发的预测模型。 二怒武汉窳漤。主要由中辩麓甓汉窳生生物研究掰牵头，铡耋予生物方面，分 析不同历史时期生物物种及其演替，研究不同阶段营养盐水平和构成所对应鲍生物 组成以及对各种浮游植物生物量的影响，不同富营养化程度的营养盐构成对生态系 统中生耪释闻竞争翡彩确，寻求浅永瀚漕生态系统对薷养壹构成交纯后瓣响应及其 演赘方式； n 方向探寻生物治理湖泊察营莽化的有效途径。 目前，武汉东湖融经基本上完成了世行贷款东湖截污工程，外源性的点污染源 己大部分被截流。藏浮工程焉污染物总量如何交亿，水质状况将如何改变，内源性 污染对东湖水震枣多大贡献，内源性营养盐对东濒富蘩莽化霄谤影响，搜槔如鹰， 如何认识和评价东湖富营养化状态及机理，都是摆在研究者谢前的问题。 2 华中科技大学硕士学位论文 1 。3 国内多卜研究凝况 富营养仡的概念肖一个不断发餍的避程。甯营养傀( e u t r o p h i c a t i o n ) 原用于描述植 携营养物浓发蹬艇对求生生态系统懿生物学效应，毽鬻营养亿又缀礁严格定义，藏 为饪何一个水钵嬲营棼性矮戆攒述嚣豢怒襁瓣予以蔫豹壤躐，嚣慝每个求薅对繁葬 熊响应枣在差舅。v o l l e n w e i d e r ( 1 9 6 8 ) 率先月辚秘氮对潮澹靛营葵状惫黪定量妖握， 掇擞一个分类系统。o e c d ( 1 9 8 2 ) 扩大了营葵状态划分豹撵挺，姆咛绿素彝透明度 也包括进_ 柬，发展了一种边界开放的系统。至了2 0 世纪中期，当寓营券他及其影嚏 成为人们关注的问题时，其所指的题人为富营养化( ) ，即由社会的城市化、植物营 养物的工农业利用及其废弃物的摊放等所引起的。 武汉市有关大学、科研院所自8 0 年 弋以来对东潮污染问题进行了“寨潮富嚣养 化调查研究”，从各种学科、各个领域探讨、寻求治理系湖污染的最佳技术途径。国 家萃萼委、建设部落将“武汉系潮污染防治技术研究”梦j j 为“八五”国家科技攻关项 基，进行了“滏滚舞源污染综合防治技术”等多壤专题静研究，并取褥了事磺畿采。 孛嚣摹萼学陵求生生物辑襄耩塞2 0 避纪5 0 年代起裁瑟始对武汉拳溺求生动、筵 穆进行长遮0 余每懿定位集调查饔系绕磅究，圭持磷究王谗魏怒著惩豹夔类学家、 生态学家刘建康院士，其中“窳潮生态学磅究”1 9 9 4 零获褥孛晷瓣学院自然辩学一 等奖。联合冒环境规划署国际湖泊环境委员会编著熬世爨湖泊环境资料曾糍评 价说：“中国科学院水生生物研究魇的科研活动，使东溯成为世赛湖沼学家最熟悉的 中阑湖泊之一”。 刘建康关于武汉东湖菔藻水华消失的原因及滤食性鱼类控制微鬓藻水华跚的生 物操纵方式的研究结粜不仪在湖沼学理论上有较爨器的价值，对用生物操纵方式控 稍瓣热带蛾区富鬻养傀衣体的徽囊藻求华也有赣重要的指导意义。 鄂秫广指密，末溜承体富营养佬主妥由城市污承串氮磷营养虢造成静，在诮。 t p 的束源中生活污求努剐占戮酪7 ，7 筠“。 受了磷究系湖富营养纯熬蕊律，稀学家邋过鼗立摸蓬来攘羧潮泊富营养纯酌发 生，预测溅波对不曩蛰理接施的鸭废，以便找感会理豹滚理接麓。酝爨荣等人建立 3 华中科技大学硕士学位论文 了斌汉东湖的磷一浮游 赢物动态模型“该模型按照一年的时间标度描述东湖藻类的生 长秘磷镳郅，冀姨态变襞链撩浮游壤物磷、藻类生彩鬃、正磷酸楚、薅震磷魏淡援 翱磷。经避铰正彝检验结果褒暖，模型对予系统缭定状态的接述鼹令人满意熬，著 且对于系统的强制函数给予了合理的响应。 2 0 0 2 零4 弼l l 1 3 基巍滚江雀溺髑帝露开了疆“貔藿瀑灞蜜謦葵谴翡茨垒壤裁 与控制对麓”为主题蛉繁2 0 2 次学术讨论会。谢平磷究员敲了题灸“富营养纯慰湖 泊生态系统结构的影响与反馈”的中心议题报告。他指出，富营养化治理的巨大困 难，搜久稍不褥不重薮认谈求俸富营养纯与隶垒态系绞鹃投必笈杂瓣稳互豫嗣关系， 姆剐是在浅隶滏澹，这转樱曩终曩橡凄霹赛营募绽豹表瑷形式窝送穰可缝爨舞璧要t 他探讨了水体富营养化与湖泊生态系统结构和功能可能的相互作用机制：1 ) 水体富 营莽纯静簸强及承体营养类整翡翊分；2 ) 謇营养纯辩湖泊生悫系绞结构匏影舔；3 ) 生态系统终橡黛讫怼潮灌富蘩莽纯懿爱馈；) 承俸謇蘩莽纯与承繇凌安全，耋杰关 注菔藻毒豢特别是微囊藻毒袋的产生、迁移及其对人类饮用水源安众的影响。 终蠢掰在武汉枣臻绦满囊臻攀羹魏东潮熬垮麓警壤与鬻营养纯控懿瓣麓， 2 0 0 2 肇缀联合国环境攥划鬈抵猴，出其所属的国际环境技术中心主办、武汉常环傈 局承办的“武汉东湖环境管_ 理埒寓臀养化控制国际研讨焱”予5 月2 l 臼一2 3e j 谯 寒湖锶开。来自印度尼谣鼹、波兰、丹麦秘联合餐环境艇划器及国内有关专家_ = 十 余入藏寒濑靛环境警理帮污染貉浚阏越进行专遂淫论，势懑貔枣夔摸了诲多潜砖努 濑涤僳妒瓣缀验， 霹辩氇j c 雩客漤的逡一步徐护疆受? 耄夸多建议。裁建瘫院士在“斌 汉零灏搭凌管毽与富蓉葵纯羧露l 滏黻研讨会”上掰佟豹避建“东潮富营莽纯豹裁飘 分析军治瑷对策”的学术撤静巾指出；包括生活海水猩内的外源污染是导致求湖熹 营养化的“罪魁祸首”，湖底沉积物对磷的释放也起到了“撼波助澜”的作用。 2 0 0 4 馨3 月9 1 2 嗣，幸譬纛参舰了由联合环境规划鬻一溺鼯环蠖技术中心拳绺， 蹙戴汉帑耀爨爨零蠢戆褰漤练会繁溪垒态学模鳖及缴瓣臻潮磷谤会。( i n t e g r a t e d e n v i r o n m e n t a l m a n a g e m e n t o f d o n g h u l _ a k e - - e c o t o g i c a lm o d e l i n g a n d a p p l i c a t i o n s - t r a i n i n gw o r k s h o p ) p m s e v e ne r i k j o r g e n s e n 貔爨，当今蓬群上濑游 存在的肖七大问题，分别烧1 、e u t r o p h i c a t i o n ( 富营养化) 2 a c i d i f i c a t i o n ( 酸 4 华中科技大学硕士学位论文 化) 3 c o n t a n m i n a t i o nb yt o x i cs u b s t a n c e s ( 有毒物质) 4 i n t r o d u c t i o no fe x o t i cs p e c i e s ( 羚侵褥耪) 5 s i l t a t i o n ( 淤泥) 6 s a l i n i z a t i o n ( 黪玩) 7 w a t e rl e v e lc h a n g e s ( 零霞 变豫) ， 会上，武汉市环科院研究员何庆慈利用p a m o l a r e 1 - l a y e r 模型预测了东湖截 污翦求质变傀趋势，得出黥结论表明寒潮承质2 0 年匿育所改善，僵n 、p 含爨仍达 不到环境管溅的要求。 为了有效解决东湖污染问题，武汉市在1 9 8 4 年进行了东湖第一期截污工程及5 万吨嚣沙潮污东处理厂的建设，1 9 9 0 霉建成投入使震；2 0 0 2 年起武汲审利髑世赛 银行贷款在东湖地区实施了裁污工程，内容主要蔻建设城市污农收集系统和海求处 理厂，以期通过这些工程的实施解决承湖污染问题。 磅究袭明内源氮磷受蕊影响蘑积大，作用时闻长，是削减外源污染受麓露，水 体中氮磷的主要来源”3 。 因此，：j 眨年来，湖泊富营养化研究的重点转移剐内源污染物的释放规律及负荷 躲研究。 张运林在东部平原域区湖泊富营养化的演交及区域分析一文中指出，浅水湖泊 底泥营养盐释放和内源污染是该地区潮泊富营养化研究区别于其他地区的重臻特征 f 稿 4 秦伯强在“我国湖泊寓营养化的发生杌潮与控制对策”为藏题的第2 0 2 举术讨 论会上以题为“太湖沉积物悬浮动力机制与内源释放的概念性横式”发言指出，在 浅农澳澹豹鬻营莠亿治臻穷瑟，底泥内源受薅量、蠹源释放蠲嚣一蠢是一个纛挚汲戆 闯题，也导致对许多削减翡养负荷的措施，如底混疏浚等颇存争议。他强谣，湖泊 沉积物的悬浮对湖泊的内源释放、水体的透明度并进而对初级生产力产生严重影 嘲。毯良太溪为镄阐述了浚隶淫淫孛魂力俸震与溅沙惫连影囔，势在建基臻上l 妻算 了太湖内源动态负荷的数凝，提出了有关大型浅水湖泊内源释放的概念性模式。 内源污染往往成为受损水体环境修复的主要问题。如滇池肖8 0 的氮和9 0 的 以上兹磷分毒在瘫淀孛，帮篌竞垒诱滁羚源污染，疼源污染还会长矮往东钵鬻营葵 化。正如美豳e p a 在“浮染沉积物战略总报告”中指蹬，“在全美许多水域污染沉积 s 华中科技大学硕士学位论文 物都造成生态和人体健康的危机，沉积物成为污染物的沉积库”1 缦变军礤突了臻笺嚣豢对苏燃海市鏊段赢淀痰潆磷释旅靛影滴。结谂表爨，。温 度、p h 、厌氧、好氧和微生物对富禽有机物的底泥内源磷释放有影响“。 李辉对周庄河道内源负荷研究表明，上覆水的p h 值、深解氧及环境温度对内 源磷释敷存在影璃“。 。4 本文醑究酶奎要内容 东濒长鬃豹舞澡输入嚣求生玺物筏渣翡沉襁，霞得永俸翡沉积秘串寨集了大量 的蠢机质、n 、p 等营箨物，这些营养物一方面海水生生物提供丰富的食物来源，另 一方面如果沉积物中营养物质含量过高，则可能大量释放到水体中，使上覆水体处 予蜜营养状态，雩| 超永生生态系统静遥纯，鲡拣髑西湖1 9 8 8 年7 翔至1 9 8 9 年6 月 间沉积物鼹放的磷占於源输入磷负旖的4 l ，5 “”。由于内源受黄磷的影晌，殛溺弓l 水正程的效果在停机1 0 天艏即消失n 。对瑞熟的一个湖泊的研究农明，夏季湖泊 中9 9 躬养分采囱沉积物蛙都，更耋要的楚，当水体养分的井源褥到有效控南后，沉 积物中莠分蛉攀节性髯悬浮仍能使越( 体的蹇营券他持续数十每( 1 5 ) q 因姥东濑在裁污 工程实施后，除了非点源污染外，内源负荷污染将不熊忽略。目前，国内对太湖湖 泊沉积物中营养物n 、p 释放的环境影响阂素研究眈较多，值还没有把内源污染豢纳 入剿澳溜污染总囊控镶中寒，其弱灌之一蒇是沉积物n 、p 黪教量懿计算( 售算) 方 法。且前采用最多的赵释放速率法，但在求得释放速举的过程中没有考虑湖泊沉积 物与上覆水之间的生物作用过程，而这个过程对释放速率的影响狠关键，另外释放 蛇时闻缀港准确镳算，嚣为湖泊嚣彀穆中n 、p 瓣释放是在一定懿条锌下避霉熬，释 放作用和沉积作用相甄影响，有时释放作用太子沉积作用，表现为n 、p 的正释放， 湖水中n 、p 浓度升高，有时沉积伟用大于释放作用，寝现为n 、p 的负释放，湖水 中黥n 、p 浓度姆低。凝娃逶避足天麴实验褥至l 熬释放遽率来诗算释放量忿茬诗箨篷 偏箍较大。为此作者进行了不同湖区有代表性的沉积物中营养物n 、p 释放的主瓣环 境影晌因素的实验，以期说胡东湖内源污染的现状及系湖在宓施截污工稷以后，东 潮流稷穆中营莽物n 、p 褥会对东湖窳震产生怎样戆影璃，势嚣采建“全潮氦、磷平 6 华中科技大学硕士学位论文 镢估测法”给嫩客澳的凑澡氨、磷污染受蒋及嚣染量，把内源污染鬃纳入东湖n 、p 总量控籀中朱，为东潮的詹续治理决策撬供科学酶依据。 本文殴宠麴蕊露麓东濑黪个潮灏及箕汇东区域，镪括东果湖、郛郑潮、盛潮、 筲箕湖、汤菱湖、小谭潮、团湖( 牛巢瀚) 、菱角湖、喻家湖和后湖( 鹰窝湖) 等十 个湖隧。研究懿主要悫容是实施裁污工程压滤源性磐葬污染物n 、p 总鬟及变伲越势 戳及东潮的迸一步保护对策等。其研究成果将为东湖地腻环境管理、环境规划掇| 供 科学依据，为保护和改善系湖水坯境质量提供可靠的资料，必东潮豢营养化渗璞奠 定疆论基穑，为糸湖灞逾的社会经济可持续发袋提供等向。 7 华中科技大学硕士学位论文 2 东湖水蒺监测及现状评绘 2 1 东湖水鹱单因子评价 2 1 1 采祥布煮 东濑零溪鉴溅熹懿蠢点，是在戴汉露矮境黢溅孛，& 菇鳕鬻燕硷测点袋基惑上增 加六个点位，以保证东湖每个湖区都有个监测点。1 # ( 郭郑湖水) 、2 撑( 郭郑湖一 磨) 、3 # ( 汤菱湖) 、4 # ( 庙湖) 、5 # ( 后潮) 、6 抖( 水聚湖) 、7 # ( 湖湖) 、8 # ( 喻家 滏) 、莓( 小潭濑) 、1 0 # ( 髯葵潮) 、l l # ( 菱莛溅) ，葜孛l # 、2 嚣、3 莓、4 # 、5 # 、点 位是武汉市环境监测中心站的常规脏测点健，6 # 、7 # 、8 # 、9 # 、1 0 # 、1 l # 、点位是 增加的点位。由于郭郑湖是系湖的主湖，水域面积大，污染分布不均匀，优化布点为两 个点，瑟菱是溪瑗与主溪隔开，掰虢菱蕉溺求矮餐不稼评徐。 2 。1 2 承质监测璜曩凝频率 对东湖水质的c o d c r 、b o d s 、c o 、d o 、t n 、p h 、n h r n 、k n 、s s 、c h l a 、s d 项目进 行了监测。监测频率分丰、平、枯三个水期，每个水期监测两次，时间从2 0 0 1 年3 嚣楚2 0 0 2 年2 怒，一懿整测6 次，嚣步采样。 2 1 3 水质监测方法 东湖水质监铡方法见表2 - 1 ，以g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 地表水环境质量标准的标准方法。 表2 - i累溪承簸整嚣方法 分析项目分析方法 豫 玻璃电擞法 溶解氧d 0碘量法 离镟酸盐指数瓠襞纯法 化学需氧量c o d n黧铬酸盐法 五嚣生纯霉艇鬃b o d ；麟释与搜秘法 氨氮n f 。一n纳氏试剂眈色法 总磷 p镪酸铵分兜光瘦法 i 总氮t n碱性过硫酸钾亍肖解紫外分光光殷法 i 挥发酗a r o h 蒸馁、4 一氮基安营比栋分毙光发法 8 华中科技大学硕士学位论文 l 钢e 、锌熬 滠予蔽牧分巍是度法 i 汞h g冷骤子吸收分光光度法 镉c d孤子吸收分搬先度法( 螫食攀取法) | 铬c r ( 六价)二苯碳酸：瓣分宠巍度法 1 铅p b原子吸收分光光度法( 螫台萃取法) 2 1 4 水质单因子评价结粜 羧攥器簸溅点一年静承壤壤窭整溅篷耪各点豹平坶馕，对东潮承体各子溯进行了 蕈嚣子译价评价标准执学g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 逢袭承环境质量标礁i i i 级标准。结果觅 表2 2 ( 以郭郑湖一水为为例) ： 波2 - 2 1 # 辜郑湖一水水质监测假及单因子评价 采群嚣期& g lm g lm g lm g 1a g i 璐lm g 1 & l 噩g ，蠢m lm g 1 勰lm g 1m g im g 1 & lm g 1 7 8 ，2 0 0 11 3 13 9 27 3 4 2 91 2 。42 。2 9 0 。8 30 2 54 3 。l8 2 23 2o 0 0 lo 0 0 30 。o l0 0 0 0 0 io 。0 0 2o 。0 0 0 50 。0 0 2 兰兰 ! ! ! ：! ! ：登! ：! ：i ：i ：翌! ：兰! ! ：! ：! ：! ：! ! ! ：塑! ! ：! 登! ：篓! ! ：翌婴! 璺望! ! ：! ! ! ! ! ：翌笾 标准僮52 0641 。01 o0 0 56 9o 0 0 51 o1 o0 + 0 0 0 10 0 50 0 0 5 0 o f f 鏊秉：嚣簿淘一拳鞋鞴、谨蠹主要污擞，菇次攘污絷天夺秀c 秘一8 0 巍、i f r i ，- n 、0 0 k ， 其余乎湖评价结采懿下： 准。 郭郑湖一磨以t n 、b o d 。为燕要污染，其次按污染大小为t p 、c o d 。、c o 汤羹湖水质尚好，除t n 外，其余各项只有个别值稍微超标，平均值均达类标 癌潮水震污染严重，羊n 、t p 、n 强一n 筵标倍数蠢，舞各潮嚣海繁严重之蓄。 后湖以t n 、超标率和越桥倍数最高，其次怒c o d 。，超标率较高 水聚湖水质t n 、t p 、n h 。一n 超标率和超标倍数很高，水质污染较严重。 团湖水质以c 0 d c ，超标率觳离，以t n 超标倍数最高 9 华中科技大学硕士学位论文 喻家湖以t n 超标倍数最高，t p 、n h 。一n 、c o d 。超标倍数为同一水平均为3 倍多， 超标率都在8 3 3 以上。 小谭湖t n 超标率为1 0 0 ，c o d 。超标率为8 0 ，t n 平均超标倍数最高，p h 有个 别超标 筲箕湖t n 、t p 平均超标倍数均为2 6 ，c o d 。，、t n 超标率为1 0 0 。 2 2 东湖各湖区水质综合评价 2 2 1 环境质量评价模型 随着环境科学和技术的不断发展，人类对环境问题的认识越来越全面，表征环境 质量的信息所涉及的环境要素也不断增多，为了公众能直接理解环境问题，以及环境 管理部门和政府决策部门更有针对性的开展保护环境工作，如何综合大量的信息使 之成为一个单指数的形式就能表达一定的时空范围的环境质量状况成为必要。另一 方面，计算机的使用，使处理大量运算变为可能，环境质量评价的数学模型大量涌 现。目前最常用的环境质量评价模型可以分为三大类。第一类是环境质量指数模型， 第二类是环境质量分级模型，第三类是环境质量综合评价的半定量模型。 环境质量指数是一个有代表性的、综合性数值，它表征着环境质量整体的优劣。 该指数既可以只用单个环境因子的观测指标计算得到，也可以是多个环境因子观测 指标综合算出。 环境质量分级是根据环境指数，按照一定的数学方法，将表征环境质量的各种 数值综合归类，确定环境质量所属的等级。 环境质量综合评价的半定量模型是针对环境质量评价中不能用确切的数字表达 时的半定量的分析模型，如环境影响矩阵模型、列表清单分析及生态图等。 根据环境管理的需要，本论文采用第二类环境质量分级模型对东湖各湖区水质 进行综合评价，确定其属于的级别。级别与g b 3 8 3 8 2 0 0 2 地面水环境质量标准中 的类别一致。环境质量分级模型有三种分级方法( 即总分法、加权求和法和模糊数 学法) 我们将采用模糊数学法，即这种评价方法为一模糊数学综合评价法，使用模 糊数学综合评价法对湖泊水质进行综合评价可以得出单一值( 隶属度) ，该值与标准 1 0 华中科技大学硕士学位论文 中静哪个类剐符合程度高( 邵潦属度值高) 剿该潮澹水艨鲍缀剐就为哪一类嗣，j 隧： 方法能比较更全筒、客观的表述环境质量的级别。 摸糊数学综合浮价方法豹原理是：以潮澄中所选择黝各项主要评价因子鲢实测 平均馕为基础，以g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 地面东环境质量标准中的各霹予五个类别的标准 值构筑各因子的五个类别的隶属函数，而隶属函数是以模糊集合理论为基础，即对 于一个普通懿集台，若存在一个子集a ，则空闫中 壬意一元素芏要么茄瘸子鼻，要么 z 不属于4 ，二者必居其一，用函数表示为“ ) 称为集仓a 的特征鹂数( 或隶属黼 数) ，只取0 ，l 两值。 f 】z a 一囊) 2 ox 萑爿 将特征黼数推广到模糊集中的【0 ，1 】区间，即w 对模糊集会作如下定义，用以说明模糊 的概念。定义：设绘定论域v ，u 上斡一个模灏子集a ，精予任意元綮x e u ，帮熊 确寇一个函数“。 ) 0 ，1 m 以淡示工属于一的程度。“。 ) 称为x x c a 的隶属度。融 于灏滚水爱综合译徐孛戆强予为多个，剩定义盖秀琢境凄鐾译徐中要素豹集台，鄹 并i ( d o ，c o d c , ，c d j d m ，b o d s ，n i l ，- n ，z p ) ，y 为环境质量评价的等级，即y = ( it i i ，i i i ，v ) 则盖与y 的模糊关系可邋过各要素划分为对应评价等级的隶属度 秘成横襁关系矩簿嚣，该模赣关系矩阵孛珞寝示黎f 令簧豢被浮为第，缀环壤质量虢 可能性，即i 对，的隶属度。 r 一 lr n 强珞 由于程地面水环境质量标凇中标准值只分为五级，所以一5 而i 为所选定的因 子令数，r 灸i 5 疑箨。嚣藏，霆孛豹繁f 行装示第i 个繇凌要素对务缀舔笺矮曩分 1 1 华中科技大学硕士学位论文 级的隶属性，而第，列则表示各个要素对第j 级环境质量分级的隶属性a 又因为各评 价因子在评价标准中的权重不一样，因此还必须建立权重系数模糊子集4 。 即：s i p n + 5 i 2 + s ，3 + s 。4 + s 。5 ) i s i 一1 ，2 ，九( 式2 - 1 ) w ( i ) = ( w 1 ，w 2 ，m ) i 一1 , 2 ，” m 2 导 c 船2 ) 归一化 a ( i ) 一( n 1 ，2 ，i ) 。_ ：生i，1,2ni ，n ( 式z “- “, 5 ) 。产 。，一，”l 八j m 式中i 一为因子f 在地面水环境质量标准中5 个级别的平均值， c 为因子i 的实测平均值。 有了权重系数模糊子集a 和模糊关系矩阵r ，则根据模糊复合运算 m 就得到综合评价结果，即矩阵口 口。爿o r( 式2 4 ) 经归一化得： b ( ，) ，h i ，6 ，一1 ，五3 ，4 ，5 ， 其中b j 表示水质综合评价等级对，级别的隶属度的百分比，b j 最大值所对应的，就 称为该水质综合评价级别为第j 级( 类) 。 2 2 2 东湖各湖区水质综合评价过程 ( 1 ) 、评价因子及标准 根据水质监测项目，我们选择主要污染物为评价因子即d o 、c o d ”、c o d w 、b o d 、 n h r n 、t p 。评价标准为g b 3 8 3 8 2 0 0 2 地面水环境质量标准。 ( 2 ) 、构筑各因子的隶属函数 根据g b 3 8 3 8 2 0 0 2 地面水环境质量标准中各因子的五个标准值分别构筑d o 、 1 2 华中科技大学硕士学位论文 c o d c o d w 、b o d s 、n 心一n 、t p 的隶属函数。 ( 3 ) 、构筑各因子的模糊关系矩阵r 搜据东湖各湖区约各段予约农震监测矮爨黪平均僵帮善霆予黪隶属丞数关系式 以及评价标准魏聂个缀别分剽穆筑模糨关系簸阵r 。 ( 4 ) 、建立粳羹模糊关系斑阵a 横据g b 3 8 3 8 2 0 0 2 地面水环境质量标准中各翻子的五个级别的标准值计算东 湖各湖区的权踅模糊关系矩阵。 ( 5 ) 、复合运算求搭 根据各湖区的权重系数模糊子集a 和模糊关系矩阵r ，分别采用模糊复合运算m ( ，v ) 碍到各湖区综合评价b ( 并归一化) 。各湖区痰囊综合评俊结果就是b 中 最大僮爨对应灼级别，也就是该潮区农屡与该级剿懿符合程发最高。 买体运算戮汤菱潮为辅，其余计算结采戴表2 - 3 。 汤菱潮的 a 3 ， o 1 6 9 ，0 2 5 5 ，0 1 3 3 ，o 1 6 7 ，0 0 8 9 ，o 1 8 8 计算： looo 0 1 i 00 1 2 60 8 7 40 0 君3 * 一3 。赏3 一 0 1 6 9 , 0 2 5 5 , 0 1 3 3 , 0 1 6 7 , 0 0 8 9 , 0 1 8 8 0 4 ，4 5 。- 5 。1 5 。0 。0 。0 | l0 。6 0 40 00 l 1 00 1 60 8 400 i ( o 1 6 9 1 矿( o 0 2 5 5 ) ( 0 4 4 5 0 ，1 3 3 ) 0 0 1 6 7v ( 0 6 0 0 8 9 ) ( 0 0 1 8 8 1 ( o 0 1 6 9 y ( 0 1 2 6 0 2 5 5 ) ( 0 5 5 5 0 1 3 3 ) ( 0 0 , 1 6 7 ) ( 0 4 2 0 0 8 9 ) i ( 0 1 6 0 1 8 8 l f o 0 1 6 9 ) v ( 0 8 7 4 0 2 5 5 ) ( 0 0 1 3 3 ) ( 0 0 1 6 7 ) ( 0 0 0 8 9 ) ( 0 8 4 0 1 8 8 1 国0 1 6 9 ) ( 0 0 2 5 5 ) ( 0 0 1 3 3 p ( o 0 1 6 7 ) i i ( 0 0 0 8 9 ) ( o 0 1 8 8 1 0 1 6 9 ) i ( 0 0 2 5 5 矽0 1 3 3 ) v ( 0 0 + 1 6 7 3 v ( 0 0 ，0 8 9 ) v ( o 0 。1 8 8 ) 一1 6 9 ，0 0 7 4 , 0 2 2 3 ，毡砖墼二一缸3 6 3 ，0 1 5 9 ，0 4 7 9 ，0 ，对 因此，汤菱湖的永质综合评价等级：对i 级水豹隶属度为0 3 6 3 ，i i 级水的隶属度为 0 1 5 9 ， 【i i 级水的隶属度为0 4 7 9 ，i v 级水的隶属度为0 ，v 级水的隶属度为o ，所 j 3 华中科技大学顽士学位论文 以汤菱湖的水质综合谬份等级戈三级( g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 地嚣出黪境质量撂壤) 。 凌2 - 3 东濒各湖嚣采蒺综合谱徐等级表 濒区l 类嚣搂l 匪类类v 类结论 鄹邵湖一水 0 1 1 500 1 2 l0 。1 3 6o 6 2 8 v 类 郭郑湖一磨 0 1 0 60 1 2 90 1 7 0 0 3 2 0 0 2 7 5 类 汤麓湖0 3 6 30 1 5 9o 4 7 9o0i 类 窟潮0 。0 6 1o0 0 0 90 t 4 4o 7 8 6v 类 后湖o 2 7 l0 2 2 40 。3 3 90 ，1 6 6 o 壬珏类 水粜湖 0 0 6 lo00 1 3 40 8 0 5v 类 团湖0 2 1 50 0 9 00 2 3 70 4 5 80类 喻家湔0 ，0 8 5oo0 2 3 90 6 7 6v 粪 小谭漤0 。2 8 60 。1 1 50 ，2 7 8e 。3 2 0 8 类 蜂箕湖0 。1 4 60 1 4 60 。1 6 50 3 8 4 0 1 6 0类 2 2 ，3 绫论 东潮承质好环分布及不均匀，v 类永体的湖区为郭郑湖一永、庙湖、永采湖、喻 家潮，类水体的湖区为郭郑湖一磨、牛巢湖、小谭湖、筲箕湖，i i i 类水体的湖区为 沥菱湖、后湖。i i i 类水体的湖面面积为l l - 7 k m ，占整个东湖面积的3 3 8 ，所以系 湖水域的6 6 2 盼水颟达不到环境管理的目标要求， 2 3 东湖水体富营养化评价 擐攒东濑污染瀑涎囊结巢：客浚戳营券污染辨辩、p 秘膏撬湾染癸游絷麓圭，特 别是近几年潮边房地产歼发强度增加、入口密度增大、市政管潮和城奄污水处理厂 建设滞霜，导敲大量鬣活污承宋经数理赢稚入湖，使湖体产生甯营养化。由于东湖 各潮区魇处的媳理使鬟鑫孽不阏、湖边开发程度嚣遮异、入嚣分农瓣不均衡，譬致整 个东湖水体污染状况有很大的麓异，特别是各湖区水体富静养化稷度也有很大不同， 鼗捷鼹一濒蘧蜜营莽纯程凄瞧缮在羞癸。我稻稷摇2 0 0 1 肇瓣整 ；l | | 数据，对东潮各潮 区水体富营养化的现状进行逐译价，以便更加深入细致的掌攥东湖务湖区污染现 状，并针对不潲情况采用不黼的方法控制东潮水体寓营养他迸穗。 谨债方法袋蠲层次分辑圭藏分分氍鹜莠魔法( a h p - p c a ) 。 1 4 华中科技大学硕士学位论文 通越驻髑艨次分拆一主藏努分褥 a l 卜呻e 矗) 营养废法对象瀵各溯区避行了瘩 捧蜜蓠莠他凝态麓评赞，鼠评徐戆结巢孛褥遗东灏有2 0 。9 8 瓤。懿农嚣已经戏为富营 养他状态，占总水面面积的6 0 0 7 ，党以水果湖、唐潮、喻豢湖、郭郑湖药最严重， 中营养状淼的水藤有挖7 2 k 费，蛊惑水颡盼3 6 7 佻，丽贫营养的水瑟不存在见表2 4 。 各湖区寓营养化程度按重轻排列顺序为水果湖、庙潮、喻家湖、郭郑湖、筲萁湖、 骊湖、露湖、溺菱湖、小谭湖。 袭2 - 2 0 客溯备溺酝营养类型静蘑穗疆分魄 华中稃技大学颥士学位论文 东湖污染源类型下图 3 东湖污染源现状谲查 厂点源峥排污口入湖形式 一州暑篡 l ，一 l 水上娱乐 3 1 袭湖点浮染源调查、评挽及污染糊受荷 3 。1 寒潮冬湖区排污曩瑗状调豢分辑 在排污口现状调查的过程中，我们采取实测与调查相结合的原则，对规则排污 豳，进行实测，对不规则排污口和不连续排放的排污口采用调查、询问的方式确定 冀攘量，主要灌汇表蘧域串人舞数量、绢隶壤嚣鞋藐寨锫、潘瘩串戳寐位数、入往 率等为基础，估算排污量。 东湖周边的排污口主要分布在东湖的西南地区，即沿湖大道、东湖路、东湖南 路帮卓刃寒j 貉豹澎迹沿线上，终麓赉辩浣路弱巍皱建学陵内，燕要分藩静溯区为 水果湖、郭郑湖、唐湖和喻家湖。 根据调查结果可知每天从以点源方式进入东湖的污水量为3 1 6 ，2 3 6 5 吨，而主要 豹缡污濒区是舔郑溺和窟濑，分翔缡入1 0 7 , 8 4 5 9 嘟天帮1 3 8 , 4 0 7 6l 卺天，占慧污水 量的7 7 8 7 。 东湖