（环境科学专业论文）巢湖东部水源区氮变化特征与水质评价研究.pdf

摘要 结果适用于巢湖东部水源区水质的描述，获得的结果更为科学、合理，与实际情 况更符合。 关键词：巢湖；东部水源区；入湖河流；氮；水质评价 a b s n a c t a b s t r a c t a s觚e i l v i r 0 啪e n te l e m e n tw i t hv 撕o u sv a l 朗c e s t a t e s ，n i t r o g i st h e c o n s t i t u c n to fas c r i e so fo r g 觚i c 肌di n o r g a n i cc o m p o u n d s ，b u te x c e s s i v en i 们g 锄 i n p u tm a yr e s u l t i i l e u 们p h i c a t i o na n da l g mb l o o m s t u d yo nm ec o n v e 娼i o no f n i 仃0 咎殂锄di n f l u e n t i a l r si nt l l ew a t e rb o d i 髓o fc h a o h ul a k e ，勰w e n 鹤t 1 1 e c 啪u l a t i o nm l eo f1 1 i 们g e ni so f 孕e a ts i g n i f i c a n c ef o rt l l ec o n 仃o l 锄dm a n a g e m e n t o f 伽仃o p l l i c a t i o nm m i sa r e a c h h ul a k ei so n eo f t l l ef i v el 哪t 疗e s h w 纳e rl a l ( 骼i nc 1 l i n a i l l 廿l ep 硒tt w o d e c a d 鹤，c h a o h ul a k ee x p e r i e n c e d 董 e q u e n to c c i 埘t l m c e so fa l g a lb l o o m ，觚ds 舒o i 玛 即们p l l i c a t i o n t h ee 弱tc o n c 仃a t e dw a t 盯他s o l 加c o n s e r v a t i o n 卸唿o fc h a o h u l a l ( ei sm eo i l l yw a t e r 溺o u r c e 内rc h a o h uc o u n 班b 蠲e do nm eo n s i t em o m t o r i n g 麟u l t s ，w e 肌a l y z e dt l l es p a t i a l 姗dt 锄p o r a lv 撕a t i o 地o f1 1 i 仃0 9 铋s p e c i a t i o nm 嘲t w a t * u r c ea n di n f l o wr i v 懿o fc h h ul a l ( e ，甑锄i n e dt l l e i re 觚t s 锄dp o s s i b l e u r c 销i no r d e rt 0p r 0 d eb 舔i cd a t a 觚dt l l e o r 鲥c a lb 嬲i sf o rt l l ec o n n 0 l 锄d m 锄a 誉釉e n to f 叫仃d p m 例i o ni nc h a o h ul a k e b yi l i 心。蹦lc h e m i c a l 觚a l y s i s ，m e r e s u l t so fe x p 丽m e n t a la 他嬲f o l l o w s ： ( 1 ) t h ec o n t e n t so f n h 3 - n ，n 0 3 1 n 锄dn 0 2 。一na r e o 1 4 6 7 l m g l - 1 ，o 0 8 7 5 8 m g l - 1 ，1 3 0 2 2 0 0 0 嵋l - 1 ，坞s p e c t i v e l y s h o w i n go b v i o 潞s e 硒o n a lc h 锄g 鹤t h e c o n t 饥t so fn h 3 - n 锄dn 0 2 。- na 他h i g l l 盯i i lf 1 0 0 ds 既nn 1 锄i i i 舯n f 1 0 0 ds 髓i l w l l i l et l l ec o n t 朗t so f n 0 3 - na 聆k g l l e ri i ln o n - f 1 0 0 ds 钮nt h 锄i i lf 1 0 0 ds e 勰0 1 1 ( 2 ) s h u 觚g q i 砌v 盯锄dx i a o z l l e g r i v 盯h a v er e l a t i v e l yl l i g h 廿优n i 们g 锄 c o m p 0 蚰d sc o n t 锄t s t h ed i s s o l v a b l ei n o r g a i l i cn i 廿d g ( d i n ) i sd o m i n a t e db y n 0 3 。- n ，a c c 0 吼t i n gf o r2 7 9 2 - 8 4 14 o fd i n h lm o s t 代g i o 啮，d p 溺舶t s s i 鲥f i c 锄tp o s i t i v ec o r 陀l a t i o nw i t l ln 0 3 - n ，i n d i c a t i n gm a td i nc o n t e n to fn i 协m i l i 订o g e n ( 3 ) d i ni i lz h e g 懿t u a 巧锄dx i z h e g 鹤觚吖躺伽娼e db ys 哪a g e 肌d i n d 鹏研a lt a i lw a t 钉p o l l u t i o n ；t h el a l c er e g i o n 跚依弱m es 姗ed e g 他eo f p o i n t u 溉 锄dn o n p o i n t u r c ep o l l u t i o n ；叭m m n o f f 锄dp o l l u t i o nf m ms h i p sc o n t r i b u t em e n i a b s 呲t m o s tf o rt h ed 玳i ns h u 觚g q i e s t u a n en h 3 - np 0 1 l u t i o ns o u r c ei ns h u a n g q i a o 骼t u a 拶i sm a i l l l yn o n p o i n ts o u i c e ；w h i l e t l l eo m e rr e 百o n ss h o ws i m i l a rd e 伊o f p o i n ts o u r c e 觚dn o n - p o i n t s o l l i ep o l l u t i o n e v a l u a t i n gt h ew a t e rq u a l i 哆o f e a s ti n f l o wr i v e r so fc h a o h u l a l ( ew i ms i n 酉e - f a c t o ri n d e xm e t h o d ，n e m e r o wi i l d c xm e m o d ，c o m p r e h e l l s i v e w a t e rq u a l i t yi i l d e xm e t h o d t h eo b j e c to ft h es t l l d yi st 0 髂s e s sw a t e rq u a l i 哆w i m m 旬o rp 猢e t e r s ( e g d o ，c o d ，p 黜m g a l l a t ei i l d e x ，n h 3 - n ，咒b o d 5 ) m 出n g c o m p a r a t i v e 孤a l y s i so fm ea d v a l l t a g e s 觚dd i s a d v 肌t a g 锱o fm e s em e t l l o d s ，m e r e s u l t sa r e 嬲f o l l o w s ： s i n 哲e f a c t o ri i l d e xm e t l l o di sc o n s e r v a t i v c ，b u tt l l ec a l c u l a t i o ni ss i m p l e 锄d c o n v e i l i e n t n 锄e r o wi n d e xm e m o dc o n s i d e n n gm em a x i m 啪c o n c e n 廿撕o na n d a v e m g ec o n c e n m l t i o n ，w h i c hc o m p a r e dw i t l lt l l es i n 百e f a c t o rh d e xm e n l o d ，n l e r e 踟l ti sm o r ed b j e “v e t h ee v a l u a t i o nr 鹪u l t so fc o m p 础l e n s i v ew 缸e rq u a l 时i i l d 懿 m e t l l o di sm o r er e 弱o n a b l e 锄de 弱yt 0p u ti n t op m “ t h e 缸a d i t i o n a lc o m p r c h e 粥i v ew r a t e rq 时a l i t yi i l d c xm e 山o di si m p r 0 v c db y 访仃o d u c i n gc o n c 印to fw e i 曲t i n gv a l u e w e i 曲t 印p l i 懿e x c e e d i n gs t 孤d 莉m u l t i p l e m e t l l o d i tf o l l i l dm a tm e 弱s e s s m e n tc o n c l u s i o nb yi m p r 0 v c dc o m p r e h e n s i v ew a t e r q u a l i t yi i l d e xm e t i l o dw 嬲m o r es c i 锄t i f i c 锄dr e 嬲o n a b l e w h i c ha r e 印p l i c a b l et 0 e a s tw a t e 卜s o u r c eo fc h a o h ui 一，a ：k e k e yw o r d s ：c h a o h ul a k e ；m ee 懿t 锄w a t 盯s o l l r a m ；i r i f l o wr i w 猖；i i l o r g a i i i c 第一章前言 1 1 研究区域概况 1 1 1 巢湖流域简介 第一章前言 巢湖位于安徽省中部，长江流域下游左岸，是我国著名的第五大淡水湖泊， e1 1 7 0 1 6 ，5 6 ”1 2 7 0 5 l ，4 6 ，n3 1 0 4 3 2 8 ”3 2 0 2 5 2 8 ，水域面积8 0 0 k m z ，流域面积为 1 34 8 6k m 2 ，人口数目6 1 1 8 万，跨越合肥、六安等市，肥东、肥西、巢湖等县 【1 1 。湖泊平均水深2 7 m ，总贮水量2 1 1 0 9 m 3 【2 1 。巢湖是沿湖区域工、农业生产 的重要水源地，巢湖县居民生活用水的唯一水源地，也是重要的渔业生产基地。 地处江淮丘陵之间的巢湖流域地形为东低西高，中间较平坦低洼，形成了东 西长、南北窄的不规则状。湖泊长度5 4 5 k m ，最大宽度2 1 o k m ，平均宽度约为 1 5 1 k m 【3 1 。巢湖共有3 3 条入湖河流，分别属于南淝河店埠河、杭埠河丰乐河、 派河、裕溪河、柘皋河、白石山河、兆河等七条水烈4 1 ，其中四条入湖河流占流 域径流总量的9 0 以上，分别为南淝河、白石山河、杭埠河丰乐河、派河，而 注入巢湖水量最大的河流为杭埠河丰乐河，占总径流量的6 5 1 ，其次为分别 占总径流量1 0 9 和9 4 的南淝河和白石山河【5 1 。 巢湖年均气温为1 5 1 6 ，属于亚热带和暖温带过渡的季风气候区，多年平 均降雨量1 1 0 0 舢，多年平均降水日数1 2 0 天【酗。雨水补给为巢湖流域各水系水 量的主要补给方式，占总量的9 8 ，湖面降水量仅占2 嘣7 1 。 巢湖流域内降水的时空分布较不均匀，3 5 月降水约占年降水总量的2 8 ， 6 8 月占3 9 ，9 1 1 月为2 1 ，1 2 2 月为l l 。特别是每年6 、7 月份，雨量集 中，易形成洪涝灾害，导致部分地区水土流失严重。 近年来，由于沿岸地区工农业快速发展，人口急剧增长，巢湖已成为长江下 游地区典型的富营养湖泊【引，目前巢湖水质总体呈中度富营养状态，东半湖水质 较西半湖好，属于轻度富营养【9 1 ，西半湖富营养状态较严重【1 们。 巢湖东部水源区氮变化特征与水质评价研究 1 1 2 巢湖东部水源区概况 作为巢湖市的唯一水源地，巢湖东部集中式水源保护区是喇叭形开敞的下游 湖湾，包括龟山至张家户以东整个水源保护区范围，具有主航运水域、节制闸调 控、分散型多取水口、渔业养殖功能等特点。该水源保护区面积约1 0 l 锄2 ，有3 个主要取水口，主供巢湖县城4 0 万人口的饮用水和工业用水，日供水量1 5 2 0 万 吨。 巢湖东部集中式水源保护区有三条支流汇入，分别为柘皋河、小柘皋河、双 桥河。其中双桥河位于巢湖北岸东侧，巢湖城区西郊，距离主要取水口约1 k m ， 来水对水源区水质构成很大影响。双桥河与巢湖闸相距约2 h ，南面直通巢湖， 自双桥河河口至西排洪沟出口，全长约1 4 5 虹，沿岸有水泥厂等工业企业和巢湖 市经济开发区。柘皋河全长3 5 公里，流域面积5 0 7 平方公里，东南向流至柘皋镇， 进而折向南流，于龟山西北的河口村注入巢湖，沿岸主要为农田和散居农户。小 柘皋河位于柘皋河东侧，上游为巢湖火电厂，沿岸是城郊结合部。 当前巢湖的富营养化以及夏季蓝藻水华在局部湖区的大面积堆积，已经严重 威胁到水源地的饮用水安全。影响巢湖东部水源保护湖区水质安全的污染物成分 复杂，不仅有上述三条河流的汇入，还有西部湖区蓝藻水华迁入的衍生污染等， 而且污染来源多样，有工业废水、生活污水、农田径流污染、交通航运污染、渔 业养殖等污染、大气沉降、内源释放、主湖区扩散等。 1 2 氮循环简介及无机氮污染研究进展 1 2 1 氮的循环 自然界中，氮元素以分子态氮( n 2 ) 、无机结合态氮和有机结合态氮三种形 式存在，由于微生物的生产活动以及人类的影响，以上三种形式会相互转化。氮 循环是指在自然界中n 2 、无机及有机氮化合物相互转化的一系列过程的总称， 包括硝化、反硝化、氨化、固氮以及有机氮化合物的合成等作用【l 。 氮的生物地球化学循环作为生物圈物质能量循环的重要组成部分，在湖泊营 养循环中占有非常重要的地位【1 2 】。湖泊中各种无机氮，如氨氮( n h 3 n ) 、硝酸 盐氮( n 0 3 。n ) 可进行硝化作用、反硝化作用等反应，这两种作用都会生成亚硝 2 第一章前言 酸盐氮( n 0 2 n ) ，不同来源的n 0 2 。n 可参与硝化、反硝化、氨化等反应。n h 3 n 、 n 0 3 - n 、n 0 2 - n 和部分有机氮能被湖泊罩特定的生物同化吸收，生物死亡分解 后则是以n h 3 n 或有机氮形式释放。而n h 3 n 和有机氮可以通过扩散和沉降作 用进入沉积物中，成为内源污染物。 1 2 2 水体无机氮污染危害 氮是价态多变的环境元素，可形成系列有机和无机化合物，过量输入可能会 引起水体富营养化【1 3 】。富营养化是指生物所需的无机营养物质，如氮、磷等， 大量进入相对封闭或水流缓慢的水体，在水域的物理或化学等外界环境适宜的作 用下，藻类及浮游生物迅速增长繁殖，水体d o 下降，水质恶化发臭，引起水生 生物大量死亡的现象【1 4 l 。我国水体富营养化形势较为严峻，2 0 0 1 年调查结果显 示，处于富营养化水平的湖泊、水库占我国全部湖泊、水库的6 6 以上，而重富 营养和超富营养的占2 2 嘣1 5 l 。氮化合物引起藻类的过度增长繁殖，造成水体的 富营养化；而大量藻类死亡时，水体溶解氧量下降，一些蛋白类毒素会富集在水 生生物体内，并通过食物链向上传递，最终可能导致人类中毒。 n h 3 n 、n 0 2 n 、n 0 3 。- n 简称“三氮”，是衡量水体富营养化程度的重要指标 【1 6 l 。在水环境中，“三氮”有两种主要的转化途径，一是硝化反硝化作用，即n h 3 - n 通过硝化作用转化为n 0 2 。n ，进而转化为n 0 3 。n ，n 0 3 n 则可通过反硝化作用 变成n 2 最终离开水体；二是同化作用，即三氮作为营养物质被生物生长所利用。 n h 3 n 过量时对鱼类等水生生物有较大毒性：排放废水中的n h 3 n 和有机氮 会消耗水体中的溶解氧。n 0 2 。n 是强氧化剂，进入动物体内后，能导致血淋巴p h 值下降、c 0 2 分压上升，扰乱氮排泄、离子调节、呼吸气体交换，使得血红蛋白 中的f e 2 + 氧化成f e 3 + ，使各组织缺氧，氧输送功能丧失，进而动物神经麻痹甚至 窒息死亡【1 7 】。另外n 0 2 n 与胺反应生成的亚硝胺，有致癌致畸作用。饮水中过 量的n 0 3 n 导致成人诱发多种疾病，更是婴幼儿的致命条件【埽】。 1 2 3 水体无机氮污染研究进展 近年来水体的氮污染情况与污染趋势研究己取得了大批成果。夏星辉【1 9 】、李 恭臣【2 0 1 研究了黄河流域氮的形态组成，孟伟【2 i 】、潘胜军【2 2 1 研究了长江水域溶解 3 巢湖东部水源区氮变化特征与水质评价研究 无机氮的分布，邓建j 对人湖水体中各种形态氮的空间分布进行研究，结果呈现 出非均一性特础2 3 1 。潘成荣【2 4 】、周志华【2 5 】、姜霞【2 6 】、钟立香【2 7 】、王书航对巢 湖沉积物中氮进行了研究，王振祥【2 9 1 对巢湖水体氮的形态组成、浓度分布进行 了研究。 水质的季节变化会受到气温和水生生物生长的影响，一般来说，与汛期相比， 非汛期水体自净能力较小，水质较差，但对于点源污染不严重而非点源污染相对 突出的水体，丰水期水质则较差【3 0 】。由于地理位置、污染源、水文特征的差异， 不同水体的n 污染季节变化呈现不同规律性。 何德进研究了东平湖水体中n 的分布特征，结果表明，东平湖春季、夏季和 秋季的水体中总氮的含量分别为0 8 6 2 3 4 、1 6 3 - 4 7 5 和o 2 6 2 5 3m g l - l ，夏季 湖水中的总氮含量明显高于其他季节【3 1 1 。1 9 9 6 年贾海峰对密云水库n h 3 - n 的调 查结果表明，水体n h 3 n 秋季浓度最高【3 0 1 。1 9 9 9 年e p o m a 对a l b e e r h a 河水体 氮、磷等营养盐的时空分布规律进行了研究，结果表明由于春季和夏季流域内人 类活动加剧，水体无机氮浓度比秋冬季高。 相较主湖区，支流水体的水质相对往往较差。王毛兰研究表明鄱阳湖水体无 机氮浓度为o 9 2m g l ，总氮浓度为1 0 6m g l ，比其入湖河流河水的浓度稍低 些，入湖河流河中饶河段氮含量较高( 0 8 9 3 1 5m g l 1 ) 【3 2 】。陈永川研究了滇池氮 的含量情况，结果表明水体总氮、n h 3 n 、n 0 3 n 的平均浓度分别是2 1 4 、o 1 l 、 o 2 0m g l - 1 ，全年分别在0 6 6 6 4 4m g l 、o 0 7 4m g l 1 、o 0 9 4m g l 1 之间变化， 各区域水体总氮的浓度以海埂和斗南最高，n h 3 - n 、n 0 3 。- n 的变化幅度较大【3 3 1 。 成庆利对丹江口水库库区1 1 个监测断面进行了n h 3 - n 、n 0 3 n 、n 0 2 。n 时空变化 特征的分析和评价，发现d i n 在小清河口和唐白河口含量较高，且含量枯水期较 高，其它断面则相反【3 4 1 。 1 2 4 水体无机氮污染来源研究 未受污染的水体中，n h 3 n 、n 0 2 。悄、n 0 3 。n 主要来源于细菌分解各种含蛋 白质的复杂有机物，以及沉积地层中地质成因的氮【3 5 1 。而由外部进入水体的氮 主要有非点源和点源两种方式。常见的非点源污染有农业污染、雨水径流、大气 干湿沉降以及水产养殖的残饵，排泄物等造成的污染。农业生产活动中对水体造 4 第一章前言 成氮污染的方式主要有肥料流失、灌溉尾水、养殖，居民生活排放等方面，而由 于环境恶化造成的水土流失，给受纳水体带来了大量的营养物剧3 6 】。点源污染 主要来自于城镇生活污水、生活垃圾和工业污水的直接排放以及经处理后的尾水 排放。另外内源氮也为导致水体富营养化重要的二次污染源。底泥是自然水域的 重要组成部分之一，是自然水域的沉积物，氮蓄存于底泥中，主要是通过颗粒物 的吸附、沉淀作用和水生生物死亡沉积等方式。当水体的外源污染受到控制后， 内源氮的存在和释放使得底泥中的营养盐成为水体富营养化的主导因子【3 7 1 。 氮的价态和组成对探究其来源和影响具有一定的指示作用。呈还原态的 n h 3 - n 积累说明离污染源很近，可能本身就具有毒性且常伴有病原菌；水体中呈 氧化态的n 0 3 。n 积累则意味着离污染源较远【3 8 】。 ， 夏星辉通过对黄河水系干流、支流n 污染监测数据的分析发现，干流n 污染 沿程呈增加趋势，点源污染对于、支流n 污染贡献较大【 】。郭红岩研究了武进市 雪堰镇水稻季节非点源氮污染的负荷情况，主要采用实地调查与田间实验相结合 的方法，结果表明农田n 排放量占排放总量的7 2 7 ；农村居民n 排放量占总量的 1 8 9 【3 9 1 。秦保平研究表明天津市主要地表河流t n 、n h 3 - n 、n 0 2 。n 、n 0 3 - n 污 染较严重：景观水体污染程度次之。境内污染主要来源于工业企业、城镇生活以 及城市和农村非点源的排放，其中城镇生活源占绝大部分【加】。刘瑞祥研究了漳 泽水库入库河流的n 、p 等营养盐浓度、通量的逐月动态，结果表明氮的主要存 在形式为d i n ，而其中又以n 0 3 n 为主，点源污染是氮磷进入南漳河、石子河 的主要途径，而绛河的n 主要来自面源污染【4 1 1 。 1 3 水质评价方法简介 水质评价是水体质量评价的简称，是根据某些选定的水质污染指标值，通过 建立数学模型，对水环境品质的优劣进行定性或定量描述的方法【4 2 1 。水质评价 一直为环保及水利研究者关心，自2 0 世纪6 0 年代开始，时至今日已开发出数十 种水质评价方法。 1 3 1 指数评价法 水质评价按照选取评价项目的多少，可以分为单因子评价法和综合评价法 5 巢湖东部水源区氮变化特征与水质评价研究 【4 3 1 。其中单因子评价法以标准指数法为代表，这种方法虽然可以一针见血的指 出水质问题所在，但无法给出水环境质量的综合状况。为了克服单因子评价法的 不足，综合指标评价法被提出。该方法计算简单、便于操作，被大量使用。 单因子指数为评价因子监测数据与标准值的比值，为保证人类健康与环境安 全地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 【4 4 】规定了最严格评价的原则，即当 该水体中有一种评价指标超标时，即认为该水体超标。由于单因子评价法的计算 方式，直接利用该方法进行评价常会有所偏差。进行水质评价时，没有考虑不同 因子对水环境影响的差异，不完全符合水质类别的实际情况。 经过多年发展，水环境质量的综合评价有很多方法f 4 5 1 。综合指标评价法的计 算是用监测数据除以评价标准作为单项指数，通过数学综合运算后，得出一个综 合指数，综合指数是通过各污染物的相对污染值进行数学的归纳和统计，从而得 出一个能代表水体污染程度的简单数值郴】。 1 3 2 模糊评价法 所谓模糊就是边界不清晰，边界不清晰是由于事物之间的差异引起的中间过 渡过程，引入模糊数学的概念，符合水体质量评价的客观要求【4 7 1 。水环境本身 的模糊性导致各污染指标的级别划分和标准确定都具有不确定性，因此，模糊评 价法被广泛的应用于水质评价中。模糊评价法的基本思路是：利用污染指标的监 测结果，建立各指标对各级标准的隶属度集，从而形成隶属度矩阵，求出权重集 后，与隶属度矩阵相乘，得到模糊积，获得评价水体水质对各级标准的隶属程度 的综合评判集，这个综合评判集即可反映综合水质级别的模糊性i 捌。 1 3 3 人工神经网络法 人工神经网络属于“黑箱”模型，该方法是模拟人类的大脑结构以及思维方 式，利用简要信息处理单元所构成的信息处理系统，通过直观推理判断得到有用 结果。水环境质量评价运用人工神经网络模型，具有结果准确以及运算速度快的 优点【4 叭。 6 第一章前言 1 4 本课题研究的目的、意义及主要内容 1 4 1 研究的目的和意义 湖泊生态系统一般比较脆弱【5 0 1 ，容易受人为活动的影响【5 。近二十年来， 巢湖的蓝藻水华频发，富营养化严重【5 2 1 。研究巢湖水体中三氮的转化与影响因 素，以及三氮的累积规律对其富营养化控制和防治具有重要意义。巢湖东端集中 式水源保护区是巢湖县唯一水源区，牵涉百万居民的饮水安全，饮用水源受到污 染威胁是急待解决的问题。现有研究表明对巢湖水源区水质影响最大的还是氮、 磷和有机物等营养物质过量排放所引起的富营养化问题。 近年来水体氮污染情况与污染趋势研究己取得了许多成果，而对巢湖水体氮 形态组成、浓度分布的研究较少，对巢湖东部水源区的研究更是鲜有涉及。本论 文以国家水体污染控制与治理科技重大专项“巢湖东部水源区水环境污染控制与 生态修复技术及示范工程 项目为依托，以巢湖东端集中式水源保护区为研究对 象，在对项目区水环境现状进行调查、监测的基础上，分析了巢湖东部水源区及 入湖河流中无机氮形态的时空分布特征，探讨了它们的影响和可能来源，以期对 巢湖水源区的富营养化控制和治理和决策提供基础数据和理论依据。 水质评价可了解水质现状，是水质等级评定的前提，更是水质预测的基础。 对水源区及入湖河流进行水质评价可揭示巢湖东端集中式水源保护区水环境质 量现状并制定出水环境改善对策，对项目区生态环境建设具有主要的现实意义。 本论文通过单因子指数评价法、内梅罗指数评价法、综合水质标示指数法对水环 境质量现状进行了综合评价，并对上述评价方法的结果进行了对比分析，提出适 合巢湖东部水源区的水质评价方法。最后利用超标倍数法计算权重，对综合水质 标示指数法进行改进。 1 4 2 研究的主要内容 本文主要的研究内容如下： ( 1 ) 巢湖东部水源区及入湖河流，分析了t n 、n h 3 n 、n 0 2 n 、n 0 3 - n 水 平，研究其时空分布特征，并探讨了它们的影响。 ( 2 ) 对巢湖东部水源区及入湖河流溶解性无机氮的相关性及来源进行探讨。 7 巢湖东部水源区氮变化特征与水质评价研究 ( 3 ) 选取溶解氧、c o d 、高锰酸盐指数、氨氮、t p 、五几生化需氧量等污 染指标为评价参数，利用单因子指数评价法、内梅罗指数评价法、综合水质标示 指数法对巢湖东部水源区及入湖河流的水环境质量现状进行了综合评价，并对结 果进行对比分析，提出适合巢湖东部水源区的水质评价方法。利用超标倍数法计 算权重，对综合水质标示指数法进行改进。 1 4 3 技术路线 匝五巫蠡圈匮巫垂盎蔓圃 l _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - - _ - - _ _ _ - _ - - - _ - _ _ 一。，_ - _ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - _ j 互盎妇 】蔓叵 氮的季节li 氮的空闯ii 相关性分析 变化特征i1 分布规律il 及来源探讨 】蔓妇 图1 1本研究采用的技术路线 f i g 1 - lt h e 嗍hm l eo fd 嗡p a 雕r 8 第二章实验材料与方法 2 1 仪器和试剂 2 1 1 主要试剂 第二章材料与方法 本实验所用试剂主要有：氢氧化钠溶液( 2 0g l 1 ) 、碱性过硫酸钾溶液、l + 9 盐酸、硝酸钾标准溶液、l + 3 5 硫酸、硫酸锌溶液( 1 0 0g l 1 ) 、酒石酸钾钠溶液 ( 5 0 0g l 1 ) 、纳氏试剂、氢氧化钠溶液( 2 4 0g l - 1 ) 、氨氮标准溶液、磷酸l + 9 溶液( 1 5m o l l - 1 ) 、硫酸、亚硝酸氮显色剂、亚硝酸氮标准溶液、氢氧化铝悬浮 一 液、高锰酸钾标准溶液、草酸钠标准溶液、氨水、l + 4 乙酸溶液、氨基磺酸铵溶 液、麝香草酚乙醇溶液、硫酸银硫酸溶液、硝酸盐氮标准溶液。除标准溶液外， 其他溶液均用分析纯试剂或优级纯试剂加去离子化配制。 2 1 2 实验仪器 表2 1实验所用基本仪器设备 t h b i e 2 一le x p e r i m e n ti n s t 川m e n t s 9 巢湖东部水源区氮变化特征与水质评价研究 2 2 采样点布设及样品的采集 于2 0 1 0 年3 月、5 月、7 月、9 月、1 1 月，2 0 1 1 年1 月、3 月分别在巢湖东 端集中式水源保护区及入湖河流1 1 个点位采集水样，所有采样点位均用g p s 进 行精确定位，采样点位见图2 1 及表2 2 。每个采样点利用有机玻璃采水器采集 深度为o 5 至1 米深水样，保存于经过预处理的玻璃器皿中，于6 h 内带回实验 室并分装样品。样品放入2 - 4 冰箱冷藏保存，尽量于2 4 小时内测量完毕。 表2 2 采样点位置 t a b l e 2 2s a m p l i n gs i t e s 编号采样点东经北纬 城市取水口a 水源区前沿 在线监测浮筒 缓冲区 双桥河口 城市取水口b 小柘皋河口 电厂排水下方1 0 0 m 皖维出口下游1 0 0 m 双桥河公路桥 1 17 0 5 0 5 4 3 0 ” ll 丁4 6 1 9 4 0 ” ll7 i 4 7 1 8 2 0 ” l l 丁1 4 8 9 5 0 ” l l7 4 9 ，4 6 5 0 ” 1 1 7 0 5 0 1 4 7 0 ” l 17 p 4 7 4 4 5 0 ” l1 7 d 4 8 3 1 5 0 ” l l 丁4 9 ，4 8 3 6 ” ll 丁4 9 ，4 4 1 0 ” 31 0 3 2 4 7 0 31 0 3 6 ，4 3 0 ” 3 1 0 3 6 1 8 8 0 31 0 3 5 3 5 3 0 ” 31 0 3 6 7 1 0 31 0 3 5 3 4 9 0 ” 3i0 3 6 ，4 8 3 0 ” 31 0 3 8 2 9 4 0 ” 31 0 3 7 ，4 5 0 ” 3 1 0 3 6 3 2 1 0 ” c 4 柘皋河口 l l 似7 3 1 1 4 ” 3 1 0 3 7 ，1 3 6 8 ” 2 3 样品分析方法 为保证数据有效性，每批选取一点做3 次平行测定( 误差范围 5 ) ，同时 重复3 次加标回收( 加标回收率8 5 11 5 ) 。 2 3 1 理化性质 利用便携式p h 计( w t w p h3 1 1 0 ) 和便携式溶氧仪( w t w o x i3 1 5 i ) 进 行现场测定p h 和d o 。 s s 采用间接测量法：将混合后的水样过滤，1 0 3 1 0 5 下称量截留在滤纸上 l o 6 l 3 4 6 8 l 2 3 d 舶 m 酏 阱 邯 酏 a ； 第二章实验材料与方法 烘至恒重的固体重量【5 3 1 。 图2 1巢湖东部水源区及入湖河流采样点位图 f i g 2 lm o n i t o 咖gs n e s 妯m ee a s tw a t e r - u k ea n d 恤ei n n o w r 重、，e no fc h a o h ul a k e 2 3 2t n t n 的分析测定方法采用g b l l8 9 4 9 8 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法， 该方法的原理为：过硫酸钾于6 0 以上，在水溶液中可分解为硫酸氢钾+ 原子态 氧，硫酸氢钾在碱性介质中完全离解产生氢离子，而过硫酸钾分解出的原子态氧 在1 2 0 1 2 4 下，氧化水样中的含氮化合物为硝酸盐，可于波长2 2 0 和2 7 5 啪处， 分别测出吸光度如。及4 川。校正吸光度采用公式( 2 一1 ) 计算： 彳= 彳2 加一2 鸣7 5 ( 2 - 1 ) 在每5 0 0 m l 水样中加入o 5 m l 硫酸( 尸= 1 8 4g m l 1 ) ，使样品酸化至p h 亚硝酸盐氮；而双桥河 口三氮含量规律则是氨氮 硝酸盐氮 亚硝酸盐氮。工业、生活等污水排入自然 水体后，有机氮会经历有机氮_ 无机氮的河流自净过程，在无机氮形态转化过程 中，氨氮_ 亚硝酸盐氮_ 硝酸盐氮的转化程度，体现了河流的自净程度。在降质 河段，氨氮浓度较高，没有亚氮和硝氮；在复苏河段，氨氮较少，有微量的亚氮 和硝氮，并逐渐增加；在洁净河段，有硝氮，无亚氮。由此可见，双桥河口污染 最为严重，湖区及柘皋河口水质相对较好。 d i n 双桥河最高，小柘皋河次之，湖区和柘皋河相近双桥河流经巢湖市西北 工业区，汇聚了沿岸分布的皖维集团、7 4 1 0 工厂、巢东水泥等企业污水站出水， 还接纳了大量市政污水处理厂尾水，以及两岸居民的无序排放，所以d i n 和 n h 3 - n 浓度都偏高。 4 1 1 水体硝酸盐氮的空间分布 不同区域的硝酸盐氮含量依次表现为：小柘皋河口( 2 8 6 m g l ) 双桥河口 ( 1 9 7 m g l - 1 ) 柘皋河口( 1 5 4 m g l - 1 ) 湖区( 1 3 l m g l - 1 ) ，均符合集中式生活 饮用水地表水源地标准限值lo m g l 1 。在柘皋河口n 0 3 n 的变化范围为0 0 8 3 5 9 m g l 一，其中7 月出现最低值，1 0 年3 月时最高；在小柘皋河口硝酸盐氮在 o 4 9 7 5 8 m g l 1 范围内波动，其中7 月的c l 点最低，1 0 年3 月的c 2 时出现最 高值；在双桥河口水体中n 0 3 - n 随各时期的变化范围为o 4 7 3 5 0 m g l 1 ，其中7 月的c 0 点硝酸盐氮最低，l o 年3 月的b 6 点为峰；湖区的变化范围为o 1 2 2 8 8 m g l 1 ，其中9 月n 0 3 - n 的测量值最低，1 1 年1 月的b l 点出现最高值。 由于n 0 3 n 是氮的稳定存在形式，在自然界中，n 0 3 n 不易被悬浮颗粒物 质吸附、包裹，行为保守【7 0 】，因此河岸n 0 3 制因陆源排放的影响含量相对较高， 第p q 章巢湖东部水源区及入湖河流氮的窄问分布规律及米源探讨 而湖区由于湖水的稀释作用，n 0 3 。- n 龠 矗逐渐降低。柘皋河区域硝酸盐氮 l 1 d i n 质量分数的7 4 8 5 ，表明硝酸盐氮是水体中d i n 的主要组成部分，这与储茵【7 l 】 的研究结果一致。 该区域采样断面设在材i 皋河下游，柘皋镇以下河段。柘皋河全长3 5 公罩， 流域面积5 0 7 平方公里，东南流至柘皋镇，进而折向南流，于龟山西北的河口村 注入巢湖，沿岸主要为农| 羽和散居农户，是我国江淮丘陵区典型的农业生态系统 和农业高产区，流域内居民主要从事农业生产。区域内水生植物大量生长，以水 花生、水葫芦、芦苇居多，而柘皋河的上游，承载了柘皋镇生活污水的直排。小 柘皋河上游电厂出水n 0 3 。n 浓度很高，作为稳定形态，对下游水质影响较大。 留凰。_ 坼 阢tm j 南 图4 1水体n 0 3 - - n 空间变化 f i g 4 - ls p a h a la n dt e m p o r a lv a r i a t i o n 3o fn i t r a t en i 咖g e n i l it h ew a t e r 4 1 2 水体亚硝酸盐氨的空间分布 n 0 2 。n 的平均含量表现为：小柘皋河口( 8 7 8 0 肛g l 。) 双桥河口( 7 4 0 0 “g l 。1 ) 柘皋河口( 1 9 7 0 p g l 。1 ) 湖区( 1 1 3 0 p g l 1 ) 。在柘皋河口水体中n 0 2 。- n 的变化范围为6 o o 5 3 4 0 p g l - l ， 1 1 年1 月时出现最低值，l o 年3 月最高。小柘 皋河口亚硝酸盐氮的变化范围是9 6 0 2 2 0 2 0 p g l - l ，其中7 月的c 1 点出现最低 值，7 月的c 2 点为峰。小柘皋河位于柘皋河东侧，长约7 5 k m ，排污主要来源 于华能电场，小柘皋河周边分布着许多村镇，居民的生活、农业用水对该河水质 影响巨大。 园日h豳 ；i ，、itp、，习m港 i、-f r 河目=彻溜。目跏帑日hu嘲豳 坼 一 ，塑 巢湖东部水源区氮变化特征与水质评价研究 在双桥河口水体中亚硝酸盐氮在3 2 0 1 6 6 3 0 斗g l - l 范围内波动，其中9 月的 b 6 点n 0 2 。n 出现最低值，5 月的b 6 点最高：湖区亚氮的变化范围为 l - 3 0 一2 9 8 0 p g l ，其中9 月的测量值最低，l o 年3 月的b 8 点出现最高值。 由图4 2 知，除b 6 点外，各监测点汛期含量较高，其中湖区各点位n 0 2 n 含 量低，3 河含量高。 ：“l ，l ，l 图4 2 水体n 0 2 i 空间变化 f i g 4 - 2s p a 廿a la n dt e m p o r m v a n a h o n so fn i t r i t en i t r o g e ni n 出ew a t e r 4 1 3 水体氨氮的空间分布 n h 3 n 对水体中，水生生物的毒性较大【7 2 1 。从总体上看，河水的氨氮污染程 度比湖水严重，不同区域水体的污染状况轻重程度差异性较大，双桥河口氨氮 ( 2 6 8m g l 1 ) 含量最高，小柘皋河口( o 8 9 m g l 1 ) 次之，柘皋河口( o 5 0 m g l 1 ) 最低，除双桥河口外，均符合类水质标准限值1 0 m g l 。在柘皋河口，水体n h 3 - n 随各时期的变化范围为0 3 m o 9 0 i 】曙l 1 ，其中1 1 月时最低，7 月时最高；在小柘皋 河口氨氮的变化范围为o 3 1 2 7 l m g l 一，1 0 年3 月的c 1 点n h 3 - n 最低，7 月的c 2 点最高：在双桥河口。水体中氨氮在0 3 2 石7 l m g l 1 范围内波动，其中n h 3 n 最 低值出现在1 1 年1 月的c 3 点，峰值出现在9 月的c 0 点；湖区氨氮的变化范围为 0 1 4 - 1 4 9m g l 1 ，l o 年3 月氨氮的测量值最低，7 月的b 4 点最高。 双桥河口n h 3 n 含量远高于其他区域，分别为小柘皋河口的2 9 9 倍，湖区的 4 0 7 倍，柘