地下水污染与防治复习大全

1、第1章 总论第二节 水与生态系统一 水与自然生态系统1.地球上动物、植物和微生物所存在和活动的圈层称为生物圈。2.自然生态系统是在一定的空间内由生物化学物理学活动所组成的，是物质、能量、信息相互依存和作用的一个整体系统。3.在地球上，生态系统分为生命系统和环境系统，进一步又可以分为四个基本成分包括:生产者 ，消费者，分解者，环境要素。其中，人是其中的高级消费者。4.水汽循环过程为各种化学反应的发生和生命的进化提供了条件。水是进行生物化学反应的优良介质。5.对于生态系统来说，水和土壤是生态环境存在的重要环境要素。第三节 水环境修复的基本原则和内容一、 水环境现场调查1.现场调查内容如下：外部污染

2、源范围和类型，内在污染源变化规律，积泥土壤环境形态和性质，水动力学特征等。2、 设计原则1.制定合理的修复目标以及遵循法律法规方面的要求；明确设计概念思路，比较各种方案；进行现场研究；考虑可能遇到的操作和维修方面的问题，公众的反应，健康和安全方面的问题；估算投资、成本和时间等因素的限制，结构施工容易程度以及编制取样检测操作维修手册。三 主要设计程序1、 项目设计计划:综述已有的项目材料数据和结论；确定设计目标；确定设计参数指标；完成初步设计；收集现场信息；现场勘察；列出初步工艺和设备名单；完成平面布置草图；估算项目造价和运行成本。 2、 项目详细设计: 重新审查初步设计；完善设计概念和思路；确

3、定项目工艺控制过程和仪表；详细设计计算、绘图和编写技术说明相关设计文件；完成详细设计评审。3、 施工建造：接收和评审投标者并筛选最后中标者；提供施工管理服务；进行现场检查4、 系统操作：编制项目操作和维修手册；设备启动和试运转：5、 验收和编制长期监测计划。第2章 湖泊水库污染控制与修复第1节 湖泊水库的基本特征2、 湖泊与水库形态特征不同：湖泊一般都是天然形成的，而水库一般是在河流水系基础上人为设计和建造的。 相对来说，天然湖泊水深比较浅，而水库通过建造水坝形成，水深度比较大。水库通常具有更大的流域面积，比较大的水面面积，更深的平均和最大深度，比较短的水力停留时间，水体流动形态相差比较大。相

4、似：例如，其生物过程和一此物理过程是类似的，具有相同的动物群落和植物群落，两者都可能发生分层现象，其富营养化现象也是类同的。第2节 湖泊水库水动力学（本节重点是吞吐量、水团运动、水体分层）1、 水来源1.流域降水、汇流是湖泊水库水的主要来源。2.入湖径流水量的计算分为两类： 通过各级河流汇合进入湖泊，可以在河口设置观测站，实际测量； 散流，即沿湖泊周围陆地分散进入湖泊。3、 吞吐量1.湖泊水库吞吐量一般用水力停留时间或者换水周期表示。2.水力停留时间指汇流水在湖泊水库中的平均滞留时间。3.换水周期表示湖泊水库水量吐故纳新一次平均所需要的时间。4.溶解性污染物的浓度在很大程度上依赖于湖泊水体的交

5、换和稀释过程。因此，湖泊水平均停留时间的倒数又称为“水力冲刷率"或者“水体交换率"。5.由入流和出流的水质可推算湖泊污染物或者营养盐的累积量。4、 水团运动1.湖泊水库中水体在多种因素的推动下，形成不同形式的流动。主要划分为密度流、吞吐流(又称为倾斜流)和风生流。（1）密度流是由于水体温度分布不均匀所导致的密度不均匀引起的。（2）吞吐流是湖泊水库与河道相连的出、入流所延伸的湖泊水库内部的水流。 河流径流速度比较大，因此，当河流汇入湖泊水库时，由于惯性力而形成对湖泊水库水体的冲击，同时由于水量堆积而形成重力梯度。重力梯度与惯性力合在一起形成了湖泊水库内的局部推流，自入湖口向内

6、呈扇形分布。（3）风成流对湖泊水库水体混合和传质具有重要的影响。风成流是由风对水面的摩擦力和风对波浪背面的压力作用引起的。风成流实际上具有双向大范围的传质搬运特征。风成流以风浪的形式还影响水体垂直方向的混合。风浪是风力作用与水面而产生的水团周期性振荡起伏运动，引起水体在垂直方向运动迁移和混合。这种现象对于浅层湖泊影响非常显著。5、 水体分层（一）温度是影响水动力学的一个重要参数，通过各种途径影响湖泊水库的物理化学和生物过程。水体温度是热量平衡的结果。1、 热量输入来源：太阳辐射，约占90以上；其余来自底部热量等。2、 热量的散失途径：水面热反射，约占30；蒸发，约占4575；以及对流，引起部分

7、传导热量损失。3、 热量传输特征：在实际湖泊中，还有各种因素影响温度变化，主要因素有风力、汇流、季节、水密度引起的重力流等。4、 水体分层在风力比较小和水体比较平静的状态，温度沿水体深度分布存在着温跃现象，水体呈现分层现象，垂直方向的传质受到抑制，形成了一年一度中具有周期性特征的温度循环和水体分层现象。（1） 在夏末秋初季节，水体上层受太阳辐射，温度比较高，而密度比较轻，形成自我不断循环的水层；而底部深层水(>710 m)温度比较冷，密度比较重，形成相对静止的水层；在两层之间是一层温度变化比较剧烈的水层，称为变相层，又称为“斜温层"。（2） 到秋冬季节交替时，湖泊表层水体温度容

8、易迅速下降。当表层水体温度下降到4左右时，水体密度最大。此时表层水体密度大于深层水体密度，导致表层水下沉，而深层水上浮，发生垂直方向的混合传质。（3） 在冬季，表层水由于受寒冷气流的影响，温度比较低，小于4，而密度反而比较轻，形成稳定表层水体；深层水由于没有与气流交换热量以及底部深层的保温作用，温度相对比较高，密度比较大，形成稳定的深水层，从而形成冬季水体分层现象。（4） 在冬春季节交替时，湖泊表层水体温度随着气流温度的上升而首先上升，当温度达到4左右时，表层水体密度大于深层水体密度，由此又导致表层水下沉，而深层水上浮，发生垂直方向的混合传质，俗称“翻底”现象。每次发生这种现象，都会将深层污染

9、物携带至表层，导致水质下降。（5） 春天频繁的刮风和夏季猛烈的降雨是破坏湖泊水库水体分层现象主要因素。5、水体分层对水环境的影响（1）水体分层现象会加剧藻类的繁殖生长。（2）湖泊水库分层的另一个后果是导致生态失衡6、水体分层的其他影响因素一些因素例如突然一场冷雨可能会扰乱水的分层，而和煦的阳光可能恢复水分层。在比较浅的湖泊水库，水分层租乱层循环可能交替发生。在分层时，氮磷从底泥中释放，而在乱层时，释放的氮磷通过循环比较快地进入表层，可能加快了富营养化现象。7、水体分层的水化学表现 具体的水体分层现象和温度分布可以采用相关的数学模型进行计算和预测。度和深层温度都比较稳定，而中间温度过渡比较大，温

10、度相差15以上。相应地，在深层水体，溶解氧被逐渐消耗，但是由于分层而得不到及时补充，溶解氧降为零。8、水体分层的一般判断根据水深可以大概判断湖泊水库的水体分层状态。（1）当水深小于10 m时，水体中难以形成长期稳定的分层，即使某一特定时间内形成一些分层，也非常脆弱，非常不稳定，风或者其他因素的作用很容易破坏这种弱分层，使水体混合。随着水体深度增加，分层也越来越稳定。（2）当水深大于30 m时，水体通常会形成时间的比较稳定的分层。（3）当湖泊水库的水深位于1030 m之间的范围，属于弱分层，容易形成分层，也容易受到风力、气温等因素的影响。第三节 水质化学特征1.水体主要成分包括无机金属和非金属物

11、质，有机化合物，颗粒态悬浮物和底泥以及微生物等。1、 氮1.水体中的氮包括有机态氮、氨氮、硝酸态氮和亚硝酸态氮。2、 磷1.磷以化学形态分为正磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷三种，以存在形态划分为溶解态、悬浮态和胶体三种。 2.磷的主要来源三个方面：含磷矿物例如磷灰石、城市污水和工业废水、农田排水以及大气沉降。湖泊水库周围的农田是水体磷污染的一个重要污染源。一般来说，草地和林地径流中的磷以溶解态磷为主，农田土壤流失总磷中以颗粒态磷为主。3.在湖泊水库中，磷是一个在生态循环中没有气体状态的元素。其在水中的浓度取决于进水中的浓度、沉淀速度、水更换的速度(出水速度)，水稀释程度、磷从底泥和动物体中释放速度

12、以及其他来源等。底泥中的磷释放是一个重要的内源。当氧化还原电位和pH条件改变，或者在微生物作用下，原来非溶解性的磷转化为溶解性的磷。4.磷循环是一个单向流动过程，大多数磷因沉淀进入底泥。5.磷被广泛地认为是藻类的生长速率的主要限制性元素。除此之外，藻类生长还受氮、光线和瞧藻动物等的影响。3、 有机污染物1、有机物来源 ：主要来自生活污水、工业废水、地表径流、降水降尘、水生动植物分解以及养殖饵料等。 在雨季，大量的雨水将地表层的有机物冲刷进人湖水，构成湖水中有机物的主要来源。在旱季，降雨较少，湖水主要靠地下水补给，补给水中的有机物浓度较低。2、有机物分类：有机物可以笼统地分为容易降解的有机物和难

13、降解有机物。 容易降解的有机物能够立即被微生物所利用，是导致水体溶解氧下降的主要原因。 难降解的有机物，除腐殖质和纤维素之外，大多是毒性比较大的有机物，在水体中容易积累，导致长期毒理效应。3、有机物的作用:有机物对湖水中其他物质的存在形态起着重要的调节作用。有机物与粘土颗粒表面的作用主导着其表面的化学特征。通常，有机分子的一端或部分吸附在颗粒表面，未吸附的部分则伸展在水中。四、金属离子 1.主要金属元素包括钙(Ca)、铝(灿)、钠(Na)、钾(K)、镁(Mg)、铁(Fe)和锰(Mn)以及其他微量重金属元素。铁和锰性质类似，而且经常进行频繁的氧化还原转化，称为水体中的活性金属元素。在充氧条件下，

14、或者在弱酸性至碱性条件下，铁以氢氧化铁(III)形式存在。（1） 、 活性金属离子：铁锰金属离子 1、来源 ：铁锰金属主要来自土壤流失、矿山以及采矿冶炼工业废水、地下水等。 2、存在形态：在含氧水层中，铁以三价铁稳定存在。氢氧化铁等无定型状。在缺氧水中，亚铁离子是比较稳定的。亚铁离子主要以水合形式存在。亚铁离子与大多数离子形成的盐是溶解性的。非溶解性的盐有碳酸亚铁、硫化亚铁以及磷酸亚铁。3、化学与生物化学作用 三价铁在水中能够被还原为二价铁。在这个异相反应过程中，铁氧化物或氢氧化物的表面过程是控制步骤。还原过程的速率与有机物在其表面形成的络合物浓度成正比。 有机物与三价铁形成的FeO键能够在很

15、大程度上改变其氧化还原电位。有机化合物分子上的羟基和羧基与铁形成表面络合物，能够加快电子的传递。表面络合物同时也能够将固态的三价铁转化为溶解性的铁，进而被周围其他类型的还原剂（例如二价硫）所还原。此外，细菌可以利用同化有机物过程中传递出来的电子直接将三价铁还原。细菌也能间接还原三价铁，其机理是细菌代谢过程中产生还原剂与三价铁发生化学反应使之还原。4、铁在湖泊中循环 铁主要以三价铁氧化物颗粒的形式进入湖水中。 三价铁的还原和二价铁的氧化反应主要在湖泊内部的活性反应带内进行。活性反应带位于好氧带和厌氧带交接区域。在活性反应带内，反应由好氧氧化向厌氧还原过渡，氧化还原电位变化剧烈。 进入湖水的三价铁

16、二价铁三价铁二价铁，从而形成一个循环，称为“车轮反应”。在这个循环反应过程中，活性反应带对颗粒状和溶解态的铁起着主要的转化作用。在大多数湖泊水库中，这个反应带随着水层氧化还原电位的变化而上下迁移，处于非稳定态。季节性变化和微生物物代谢和分解对水层的氧化还原电位起着关键的决定性作用。 (2） 、重金属污染1. 重金属不能被生物降解，具有生物累积特性。2. 重金属离子主要是通过悬浮颗粒的吸附和输送进入水库的，进而产生共沉淀，沉积在底泥层中。3.重金属离子在水体中迁移过程包括扩散、对流、沉降和再悬浮等，转化途径包括吸附、解吸、絮凝、溶解、沉淀等，参与的生物过程包括生物富集、摄取吸收、甲基化等。5、

17、悬浮泥沙 湖泊水库有泥沙淤积，其来源包括周围径流和河流输送两种。1、 泥沙来源:湖泊水库的泥沙主要来自暴雨和风对土壤的侵蚀。2、淤积过程 泥沙随水流进入湖泊水库后，发生淤积。淤积的形式一般分为两种：壅水淤积和异重流输沙。 壅水淤积是水流进入湖泊水库时，由于与水体速度有差异，产生壅水流态现象，此时，人流水速逐渐递减，泥沙逐渐沉降，故称壅水淤积。 异重流淤积一般发生在泥沙含量比较高的情况，此时水流比较重，在进入水库湖泊时，不与清水掺混，而是直接潜入底部，形成清水水面以下的异重流，引起泥沙输送和淤积。3、淤积形态泥沙在湖泊水库中淤积形态分为以下三种：三角形淤积 淤积体的纵剖面呈三角形形态，这种情形发

18、生在湖泊水库容积比较大，水位比较稳定时。锥体淤积 当水位不高，来沙又比较多时，淤积直接达到坝前，而且淤积厚度比较大，越往上游，淤积厚度越薄，像一个锥体。带状淤积 泥沙比较均匀地分布在底部。4.调节库容与年水量之比反映了水库调节的程度。库容与年水量之比，称为水库调节系数。调节系数越大，水库汛期泄水越少，泥沙随水排向下游的也越少，则拦沙率越高。第4节 湖泊水库生态系统1、 宏观生态系统划分为三个不同类型的区域：湖滨带、浮游区和底栖区。1、湖滨带:通常生长着大量的草类植物，又称为“草床”，是湖泊与陆地交接区域。湖滨带有益功能有两个： 湖滨带可以有效截流地面径流中泥沙等悬浮物，吸收地面径流中营养物质，

19、减少其对湖泊水库水体的影响；湖滨带植物可以为各种动物提供良好的栖息地和大量的食物，促进生态良性循环。影响水质负面效应，即过度茂盛繁殖的湖滨带植物也会产生大量有机物，每年大量的根生植物和附着的藻类腐烂后产生的有机物随水流进入湖泊水库内，将影响水体水质，甚至加剧湖泊富营状态。2、 浮游区:浮游区是湖泊水库水域主体。 水生高等植物是水体常见植物，根据其生长形态而划分为沉水植物、漂浮植物、浮叶植物和水植物。利：水生高等植物在生长过程中，能够将一部分溶解性、悬浮性和沉积性的营养物质吸收固定在植物体内，通过定期收割，移出水体之外，一定程度上降低水体富营养化水平。植物还能够通过与藻类竞争营养，遮挡光线能量，

20、抑制藻类的繁殖生长速度。弊：如果在湖泊水库中，任由水生高等植物自由生长、堆积和腐烂，将导致湖泊水库的沼泽化。水体中生长着大量的浮游植物、浮游动物和鱼类等，形成了典型的生态“食物链”。最主要的浮游植物是藻类。3、 在底栖区，生活着丰富的底栖动物和微生物。在底栖区微生物起分解者的作用。2、 微生物生态1.微生物之间具有复杂的微生物生态结构，对于湖泊水库的水体质量起着决定性的作用。以湖泊为例，水体表层光合细菌；有氧浅水层好氧细菌和自养细菌；氧气浓度比较低的水层兼氧细菌；深水层和底泥厌氧细菌。(1)好氧细菌通过好氧呼吸作用将溶解状态的有机物转化为简单的无机物。(2)在比较深的湖泊，存在着一个比较明显的

21、好氧反应与厌氧反应的分界层，又称为活性区域或者活性带，是生物氧化与还原交替反应最活跃的区域，伴随着二价铁的氧化和三价铁的还原。活性区随着季节的转换而不断上下迁移。(3)一般，将低营养条件下仍然能够生存的微生物统称为贫营养微生物。为了更加有效地吸收有机物，贫营养细菌细胞的比表面积与体积之比都非常大；贫营养细菌的世代周期比较长。3、 底泥1.底泥主要由三部分组成：无机矿物、有机物和流动相。 底泥含水量非常高，底泥主要由矿物元素和有机化合物组成。2.磷的释放方式主要有：有机态磷的转化溶解；与铁氢氧化物结合的磷；沉积物扰动，导致底泥间隙中的磷被释放出来。3.底泥有机物的主要组分是腐殖质和人为排放的各种

22、有机污染物。腐殖质可以为微生物提供碳。4.氮和磷的浓度一般来说随着积泥深度而递减。5.底泥生存着大量的生物，主要是藻类、大型植物、底栖无脊椎动物和细菌。6.动物在底泥频繁运动，能够引起孔隙水流动、底泥颗粒翻动和物质迁移转化，称为生物扰动作用。7.风、波浪和地形等是影响底泥运动的主要因素。根据底泥纹状形态，可以测定底泥沉积物年龄，湖泊水库的运动历史轨迹。第4节 湖泊水库的富营养化1、 富营养化及其危害富营养化现象通常表现为藻类滋生，根生或者浮游生物大量生长，以致达到公害的程度。2、 蓝藻特性固氮蓝藻是指具有明显固氮能力的蓝藻，蓝藻的繁殖方法属无性繁殖。藻类的生长过程用生长速率表示。藻类生长模型一

23、般采用MONOD模型和DROOP模型来进行描述。3、 富营养化原因分析当水环境中总磷浓度超过0.015 mg/L，氮浓度超过0.3 mg/L时藻类就会出现快速增殖。在营养盐浓度比较低时，藻类和其他浮游植物的生产量随着营养盐浓度的增加而响应增加，称为响应阶段，这类湖泊也称为响应型湖泊，表明富营养化正处于发展阶段。当营养盐浓度超过一定限度，浮游植物生产量反而下降或者持平，称为非响应阶段，表明湖泊的富营养化过程已经趋向极限。此时，营养盐浓度达到饱和，生物生产导致水体内部溶解氧浓度急剧减少，限制了生物生产过程。(1)污染源 导致富营养化的污染源一般在湖泊水库周围，可以是“点”污染源，也可以是“面”污染

24、源。（2） 污染源进入的水体的途径 污染物质进入水体的途径包括生物过程、气象过程和水利过程等。2、气象环境是诱发富营养化的外因温度和光照是影响藻类繁殖的重要环境条件。温度能够影响细胞内酶的活性，而光照提供细胞代谢所需要的能量。所以，水库湖泊中富营养化现象的季节变换和生物生产量峰谷交替等，主要取决于水体温度和光照强度。3、水力流态是产生富营养化的载体 富营养化现象容易发生在水流比较缓慢，水深比较浅(一般小于4 m)，相对封闭的水域。4、生态系统失衡加剧富营养化5、恶性循环四、富营养化评级 营养状态指标体系，包括总氮、总磷、透明度、叶绿素、BOD5、COD、DO、水生生物群落结构等。 富营养状态分

25、类：贫营养、中营养、富营养和重富营养等。湖泊富营养化类型分为响应型和非响应型。响应型湖泊有进一步分为浮游植物为主的“藻型和以大型水生植物为主的“草型”第五节 湖泊水库水环境综合评价1.可行性研究的目的是：调查进入湖泊水库的营养元素、悬浮泥沙、有机物的定量负荷或者速率；调查研究湖泊水库的状态和周期性变化规律；确定适合湖泊水库的最有效的修复技术，有利于湖泊水库的长期保护和修复。2.水体评价涉及的基本问题包括四个方面：湖泊水库的基本用途，湖泊水库的历史，湖泊水库存在的问题，以及修复技术是否可行等。1、 基础资料收集1、 气象；2、水文；3、地质与社会经济；4、污染源分布及其特点；5、物理参数；6、化

26、学参数。（化学测定的目的是测定水体中各种物质的平均浓度，包括总体的、局部的和各个季节时段等。）7、生物学参。2、热量衡算 热量交换包括三个部分：辐射热量流，蒸发热量流和对流热交换。总的热流量是这三个方面热流量的和。3、污染物负荷衡算 磷是富营养化过程的限制因子，衡算磷的浓度可以比较准确地评价富营养化状态。磷的浓度可以通过估算污染源的输出系数，结合水的流量和湖泊水库结构形态大小，就可以估算出磷的输入量。 磷的输入包括河流、地下水、直接降雨、不成河的漫流以及从污水厂排放的点源污染负荷等，而输出包括向下游河流的排泄、地下水、蒸发以及工业或者生活抽取等。当总磷浓度等于或者小于10 mg Pm3时，一般

27、不会发生富营养化现象，称为最大可接受浓度。4、 自净速率通常用溶解氧变化来表征水体自净过程。水体消耗溶解氧的过程包括：有机物好氧分解；硝化作用；污泥好氧呼吸；藻类和其他生物呼吸。水体溶解氧恢复过程包括：大气复氧，包括水面更新和水团环流等不同过程；藻类光合作用释放氧气。大气复氧过程与水体氧亏成正比。所谓氧亏是可能达到的饱和溶解氧浓度与实际溶解氧浓度之间的差值。5、水生态系统 水生态系统主要包括水体生态结构的组成、能量流动、物质转化和循环。第六节 湖泊水库水环境修复技术一、修复技术选择原则技术有效性；水环境修复程度；投资和成本；是否有可替代方案的有效性与成本比较。二、水体修复技术类型1、控制营养物

28、质来源的技术2、控制藻类和植物的技术3、水动力学技术4、消除内源污染三、 控制外源性污染的技术1.控制外源性负荷是改善湖泊富营养化状态的根本途径。在工业方面，主要途径是清洁生产；在农业方面，主要途径是退耕还林还草，精准施肥等；在生活消费方面，是改变消费习惯等。4、 稀释和冲刷1. 对于短期效果预测，可以根据流量衡算方程进行预测或者计算；对于稀释和冲刷的长期效果，考虑到稀释水量相对水体比较小，在稳态条件下，磷浓度可以采用以下方程进行预测。稀释与冲刷经常混淆使用。稀释包括了污染物浓度的降低和生物量的冲出，而冲刷仅仅指生物量的冲出。 对于稀释来说，稀释水的浓度必须低于原水，浓度越低，效果越好。对于冲

29、刷来说，冲刷速率必须足够大，使得藻类的流失速率大于其生长繁殖速率。最理想的稀释情形是采用低浓度低流量的水，而达到长期的效果。稀释法的成本取决于输送水的设施，水源远近，水量大小，单位水量的价格等因素。一般来说，稀释法的优点包括：在水量充足时成本相对比较低；能够马上见效；在浓度比较高的情况下也能够见到部分效果。五、深层水抽取技术：该技术一般采用虹吸的方式。六、水动力学循环技术1、水体循环的主要原理有：提高溶解氧浓度；控制水体生物数量；控制内源性污染；加快氨氮的氧化。(1) 提高溶解氧浓度: 水体循环的最主要作用是提高湖泊水库水体溶解氧的浓度。(2)控制水体生物数量Oskam建立了一个比较简明的描述

30、混合层深度与生物量和生长速度关系的模型，该模型假定营养物质不是限制性因素，藻类细胞除了呼吸衰减以外的损失例如沉淀、吞噬或者流失等忽略不计。水体循环就是增加混合层的深度的一种技术。2、 设计水体循环一般用压缩空气，向底部曝气，随着气泡的上升，在被充氧的同时，水流被提升至表面，使水体形成循环。曝气位置一般选择在湖泊水库最深处，效果最好。(2)曝气设备置深 曝气设备一般置于水体最深层，但是需要距离底泥约12 m，以防底泥泛起。曝气设备所占的空间应该是空气释放程度的0.1倍。水体循环的副作用包括以下几个方面：加快磷从底层传递至水体表层，尤其是颗粒状原本可能沉淀的磷，使其在表层得到生物作用，变成溶解性的

31、；水体透明度可能下降，由于粘土颗粒和浮游生物等增加；藻类生物的增加和光合作用的增强，导致CO2浓度下降，相应pH上升；水体循环可能抑制了藻类的沉淀，导致更多的藻类繁殖，当然如果是硅藻种类得到繁殖，情况就比蓝绿藻要好。七、深水曝气1 原理（1）深水曝气的目的在不改变水体分层的状态下提高溶解氧浓度；改善冷水鱼类的生长环境和增加食物供给；通过改变底泥界面厌氧环境为好氧条件来降低内源性磷的负荷；其他附带的目的或者效果包括降低氨氮、铁、锰等离子性物质的浓度。2）深水曝气方式机械搅拌；注入纯氧；注入空气。空气曝气包括空气全部提升或者部分提升。全部空气提升指用空气将水全力提升至水面然后在释放，而部分提升仅是

32、窄气和深层水在深层混合然后气泡分离。八、磷的沉淀和钝化1 原理：磷的沉淀和钝化属于改善湖泊水库的技术，目的是通过沉淀去除水体中的磷，通过钝化延缓内源性磷从底泥中的释放。选择铝理由：一是铝的络合物或聚合物在氧化条件变化时呈现惰性，同样被结合的磷也呈现惰性。这一点与铁不同，铁的络合物在氧化还原条件变化时将磷重新释放。二是铝的络合物能够高效地捕捉颗粒状和无机性的磷，而且在一般的用量范围内对水体生命没有毒性威胁。2 、投药量的确定目前有两种确定投药量的方式：（1）以去除水体中磷的比例来确定；（2）投加尽可能多的药量与底泥磷的去除相匹配。最佳投药量的确定涉及氢离子浓度(pH)的变化、碳酸盐碱度和铝离子的

33、毒理学效应等。这种技术的最大缺点是容易受pH的影响。九底泥疏浚1 疏挖技术种类：（1）将水抽干；（2）采用带水作业。2、方法各论(1)长臂泥斗疏挖主要优点：容易从一个挖泥点转移至另一个新的挖泥点，能够在比较小的工作面施工。主要应用在近岸边，尤其码头附近的底泥。主要缺点是必须将疏挖的底泥堆放在附近，一般在3040 m附近，而且疏挖速率比较缓慢。水力疏挖，包括抽吸式疏挖、漏斗式、簸箕式、铣轮式挖泥等。底泥的抽吸量一般由铣轮旋转速率、吸刮厚度和摆动速率等决定。第3章 河流生态系统第一节 河流生态一、河流生态系统的特点：1、生物的多样性：河水流速比较快，冲刷作用较强。生物为了在流水中生存，在形体结构上

34、相应地进化。河流中存在不同类型的介质，包括水本身、底泥、大型水生植物和河床岩层从而为不同类型的生物提供了栖息场所。河流中的杂物、碎屑等提供了初级的食物。这些基本条件造就了河流生物的多样性。2、很强的自我净化作用：5、 河岸生态：河岸生态是河流生态的重要组成部分。第2节 河流污染一、污染源 污染主要是由：工业化造成的；城镇生活；现代农业开发也导致河流污染。二、河流污染的水质变化特征 包括两个方面：一种是带有一定随机性的变化，一般与污染源排放特性相关，与周围居民的生活特性和工厂生产周期相关；另一种变化是在河流水系或者区域范围所表现出来的具有方向性的水质变化，与社会发展和自然变化趋势相关联。三、污染

35、物1、悬浮颗粒物质（1）来源：可能来自矿山、煤矿、裸露土地等。（2）对河流生态的影响：最终结果导致河流生物多样性减少。2、有毒物质：主要是重金属离子和人工合成有机物。3、城市生活污水：城市污水对河流的影响主要是间接性的。4、农田排水：对河流进行了修整改变了河流的水力和生物系统的特性，含有化肥的农田排水进入河流容易导致河流的富营养化。5、降雨侵蚀 入河沉积物大部分是由表层侵蚀过程引起的。侵蚀包括两种种类型：雨滴和流动的水。 径流流动侵蚀包括坡面径流和冲沟侵蚀。第三节 污染物在河流中的传输一、泥沙对污染物的传输1.吸附作用是决定河水系统中的污染物分布和归宿的一个主要控制机制。2.泥沙和溶解物质的产

36、生和搬运的特征可以归纳为大小、时间、历时和频率等方面。3.悬移式泥沙对河流污染物的传输起这决定性的作用。4.河底积泥也对污染的储存、迁移和转化起着重要的作用，而且受许多因素的影响。外在因素包括流域地质条件、地貌、土壤类型、气候变化、土地开发，以及河流管理调度等。内部因素包括颗粒尺寸、河床结构、河岸材料、植被特征、河边植被、河谷坡度、河道形态、沉积泥沙的形态。二、有机物迁移转化 有机物的变化包括：浓度变化，沿程动态变化，输送特征，流动通量，以及与流域面积的关系等。 有机物作为载体和配位体，对许多无机污染物和有毒有害有机物的输送迁移起着重要的作用。有机污染物与沉积物颗粒之间存在一个动态相互作用关系

37、，主要包括分配过程、物理吸附和化学吸附过程等，从水相转移至沉积物固相中。 降雨能够导致河流有机物含量增加，一是降水通过地表漫流将地表污染物冲刷进入河流，二是降水径流形成侧向淋溶将土壤表层的水溶性有机物冲进河道。 有机物在水体与沉积物之间的平衡关系通常采用分配系数表示。3、 河床底泥化学变化过程底泥主要由矿物成分、有机组分和流动相。矿物成分主要是各种金属盐和氧化物的混合物；有机质主要是天然有机物例如腐殖质和其他有机物等；流动相主要是水或者气。有机质具有对重金属、有机污染物等进行吸附、分配和络合作用的活性作用。有机质中的主要成分是腐殖质。4、 重金属离子污染物 当重金属浓度比较高时，金属的沉淀和溶

38、解作用是主要的，而在浓度比较低时，吸附作用是金属污染物由水相转为固相沉积物的重要途径。 底泥是重金属污染物在河流中迁移输送的主要载体，也是主要归宿。悬浮物粒度越细，输送距离越长。不同深度的底泥中其重金属含量不同。 重金属离子在一定条件下，能够从底泥中重新释放出来。主要是生物氧化还原反应和有机物络合反应。五、营养盐的累积输送和释放 磷在沉积物中主要以有机态磷和无机态磷存在，沉积物是磷迁移的载体、沉积的归宿和转化的起点。 从河床沉积物中被释放出来的营养盐首先进入沉积物的孔隙水，然后逐渐扩散至沉积物与水的交界面，进而向水体其他部分混合扩散。第4节 河流水质综合模型具体来说，模型的主要作用包括以下几点

39、： (1)有助于综合性地理解河流中发生的各种过程。利用模型可以定量描述各种过程的加和，对水质的影响，识别起着控制性作用的过程或者因子。 (2)可以比较各种河流修复整治方案的有效性和经济性，统一考虑各种复杂的技术、经济和社会因素，帮助进行科学的工程修复决策。 (3)预测河流周围自然条件和人类工农业活动对水质的影响，预测水质的变化趋势，对评价水质，河流修复，以及河流的科学管理等具有重要的意义。(4)是进行河流全流域管理和调控的有力工具。利用模型，能够对大量的监测数据进行动态分析，帮助制定各种有效的管理措施。一、 河流水量水质平衡方程 称为水力停留时间，单位是s，代表水流进;出水体单元平均需要的时间

40、，其倒数1/又称为水体的稀释率。2、 河流传质1.大体上来说，污染物在河流中的传质可以分为三个阶段。第一阶段，污染物在河流中的扩散传质是三维性质的。第二阶段，严格来说也是三维性质的，但是在河流中，如果水深远远小于河宽，垂直方向的扩散很快完成，主要是横向扩散和纵向的离散，可以视为二维性质的传质。第三阶段，由于在垂直方向和横向近乎完全混合，传质可以视为一维纵向的离散传质。3、 河流水质模型（一）河流水质模型的概念河流水质数学模型是描述水体中污染物随时间和空间迁移转化规律的数学方程。（二）河流水质模型分类1、按时间特性分类：动态模型；静态模型2、按空间维数分类的水质模型：零维的水质模型；一维水质模型

41、；二维/三维水质模型3、 按水质组分描述分类：单一组分的水质模型；多组分的水质模型；按水质特定组分4、按水体的类型分类：河流水质模型；河口水质模型(受潮汐影响)；湖泊水质模型；水库水质模型；海湾水质模型等。（三）关于水质模型维数的理解通常水质模型的维数指的是空间维数，即x、y、z的空间方向。零维指的是空间完全均匀混合水体，只考虑物质的时间轴上的变化。一维情况，对于河流、河口类水体，常指的河流纵向，即x方向上的浓度变化；对湖泊、水库指的是z方向，即垂直方向上的浓度变化。二维通常指的是x和y方向。（四）、几个重要概念稳态：在环境介质处于稳定流动状态，污染源稳定连续排放的条件下，环境中的污染物分布状

42、况也是稳定的。这时污染物在某一空间位置的浓度不会随时间变化，这种不随时间变化的状态称为稳态。瞬时突发性排污：与污染源稳定排放相对，本课程不介绍。衰减系数K：非守恒物质进入环境后，随着环境介质流动而改变位置，不断扩散而降低浓度，此外还因自身的衰减而加速浓度的下降。污染物在环境中的 衰减过程基本符合一级反应动力学规律。（5） 守恒物质零维模型（河流的混合稀释模型）在水质完全混合断面以下的任何断面，处于均匀混合段，则污染物浓度可以用下式来计算： 该模型适用于相对窄而浅的河流，河流为稳态，均匀河段，河流过水断面流速及污染物排入量不随时间变化，污染物为难降解的有机物、可可溶性盐类和悬浮固体情况下的预测。

43、 污染物进入水体后，在水体的平流输移、离散和紊动扩散作用，同时与水体发生物理、化学和生物作用，使水体中污染物浓度逐渐降低。第五节 河流修复的目标和原则 一、概念1. 河流修复是指将受污染的河流恢复至原来没有受干扰的状态，或者恢复到某种合适的状态。2. 河流的保护是指维持水系的物理、化学和生态的整体状态，保护意味着维持不受污染或者受污染的不会继续恶化。二、河流修复目标的选择1.河流修复的目标需要根据环境的变化、经济状况和汇水流域的变迁而具体情况具体分析。3、 河流修复基本原则(1) 系统规划和综合治理；(2)突出重点和逐步实施；(3) 因地制宜和就地取材；(4)科学监测和管理。第6节 河流水力稳

44、定性设计1、 基本资料；二、流域特征；三、河床材料；四、确定河流流量河道形成流量是指能够冲刷河道中的积泥而维持河道形态的流量。第6节 河流景观修复一、河流廊道的概念在景观生态学中，把与河流联系紧密的河岸带和洪泛区等生态系统，包括陆地、植物、动物及其内部的河溪网络，称作河流廊道。二、河流廊道的生态功能河流廊道重要的生态功能包括： 物质传输、污染物净化，并是动植物迁移、传播通道和水生、陆生动植物的栖息地等。三、衡量河流廊道功能发挥的指标1、连接度：它是河流廊道或基质空间连续性的一个指标。2、宽度：是指横垮河流和沿岸植被带的距离。四、河流景观的破碎与聚集 河流结构和功能的变化主要体现在景观破碎化和景

45、观聚集化。1、景观破碎化：是指景观中各生态系统之间的各种功能联系断裂或连接度降低。景观破碎化是一个渐进的过程，需要较长的时间。2、景观聚集：景观聚集与景观破碎化过程相反，但在很多情况下同样具有造成景观退化的负面效应。景观聚集在自然景观中普遍存在，主要发生在干扰引起的景观破碎化之后的植被恢复过程中。五、景观修复目标 国际岛屿生物区系生态学会提出模式生态系统，强调景观生态修复与重建的目标是建立一种由结构合理、功能高效、关系协调的模式生态系统组成的模式景观。 在制定景观生态恢复与重建目标时，需要考虑的生态系统特征包括组分、结构、格局、异质性、功能、动力学和恢复力等。六、景观生态恢复与重建模式1、首先

46、明确被恢复对象，并确定系统边界 。2、退化景观诊断分析；3、生态退化的综合评判；4、恢复与重建的生态规划与风险评价；5、进行恢复与重建的优化模式试验模拟研究。景观结构评份指标主要有：1、斑块面积，廊道数量；2、斑块密度、边缘密度；3、斑块形状指数、斑块分维度；4、斑块邻近指数、斑块连接度；5、斑块多样性指数；6、景观镶嵌对比度等。景观功能与动态评价指标有：1、生态系统数目，土地利用方式、利用时间和强度；2、生态交错带类型、数量；3、重要群落多样性；4、生态系统内物质、能量交换写传输率；5、人类改造景观的水平；6、干扰分布，生物入侵的数量及影响等。第4章 地下水污染控制与修复1 地下水污染与防治

47、基础地下水污染的组成要素 :污染源污染物污染途径污染物迁移 1-1 地下水污染的概念概念 ：凡是在人类活动的影响下，地下水水质变化朝着水质恶化方向发展的现象。辨析 ：产生地下水污染的原因是人类活动，尽管天然地质过程亦可导致地下水水质恶化，但它是人类所不可防止的、必然的，我们称其为“地质成因异常”。地下水污染的结果或标志是水质不断恶化方向发展，不是只有超过水质标准才算污染，有达到或超过水质标准趋势的情况亦算污染。判别地下水是否污染必须具备两个条件:（1）水质朝着恶化的方面发展;(2)这种变化是人类活动引起的。1-2 地下水污染源概念 污染源：引起地下水污染的各种物质的来源，如各种组分、热、沙尘等

48、。分类：（1）按物质的形成原因：自然污染源；人为污染源 （2）按行业或部门活动：工业污染源；农业污染源；生活污染源；区域性水体污染源 （3）按时间动态：连续性污染源；间断性污染源；瞬时性污染源1-3 地下水污染物1-3-1概念与分类1. 概念：凡是人类活动导致进入地下水环境，会引起水质恶化的溶解物或悬浮物，无论 其浓度是否达到使水质明显恶化的程度，均称为地下水污染物 。2.分类 按性质可分为：化学污染物；生物污染物；放射性污染物。 1-3-2 化学污染物 1.生物易降解有机污染物耗氧有机污染物：不稳定，在微生物作用下，都能转化为稳定的无机物，主要来源于生活污水，无直接毒害作用，在降解过程中会

49、DO，使水体 DO 值下降。 2.生物难降解有机污染物：性质稳定，不易分解，能在各种环境介质中长期存在。 分为：环境内分泌干扰物（环境激素）；持久性有机污染物。 1-3-3 生物污染物 分为：细菌；病毒；寄生虫。 1-3-4 放射性污染物 六种放射性核素：氚、碘、锶、铯、钚、镭。1-4 地下水污染途径1-4-1 概念与分类概念：污染物从污染源进入到地下水中所经过的路径有助于制定正确的防治地下水污染的措施。分类：依据水力学特点，分为4种：间歇入渗型；连续入渗型；越流型；径流型1-4-2 间歇入渗型 特点：有毒或有害物质周期性渗入含水层，受污染的对象主要是浅层地下水，常与大气降雨或灌溉对应，污染源

50、一般呈固态。1-4-3 连续渗入型 特点：污染方式由上而下，污染物经包气带连续渗入，污染源一般呈液态。1-4-4 越流型 特点：污染物通过越流形式，人类活动引发越流方向改变，难于查清越流具体的地点及地质部位。1-4-5 径流型 特点：污染物通过径流形式，污染范围可能不很大，污染程度往往由于缺乏自然净化作用而显得十分严重。思考题：1、某地因超采浅层地下水，形成水位降落漏斗，地下水矿化度升高，试分析原因，指出污染源及污染途径 2、内蒙某地浅层地下水为高砷水，为了解决当地居民饮水问题，政府部门进行了改水，开采深层承压水。但近年来，深层水中砷含量不断升高，试分析原因，指出指出污染源及污染途径 3、某电

51、厂不断将冷却水排入附近的溪流，造成当地居民饮用的地下水水温升高，试分析这是否属地下水污染事件1-5 污染物在地下水中的迁移1-5-1 水动力弥散 在多孔介质中，当存在两种或两种以上可溶混的流体时，在流体运动作用下其间发生过渡带，并使浓度趋于平均化，这种现象称为多孔介质中的水动力弥散现象，简称弥散现象。 形成弥散现象的作用，简称弥散作用。水动力弥散机理：1、分子扩散 2、机械弥散 3、对流对流:污染物质点在含水层中以地下水平均实际流速(亦称平均流速)传播的现象。分子扩散：在物理化学作用下，由浓度不一引起的物质运动现象，它是由不均一向均一发展的不可逆过程。机械弥散：溶质质点在微观尺度上由于流速的变

52、化而引起的相对于平均流速的离散运动 ，称为机械弥散。总结：水动力弥散：由于多孔介质的渗流场速度分布的不均一性和溶质浓度分布的不均一性 造成的溶质相对于平均流速扩散运移的现象，它是一个不可逆过程。 在水动力弥散作用下污染物浓度随距污染源的距离增大而减小，在地下水流动方向上纵向流速大于横向流速，即纵向扩散要大于横向扩散。污染物迁移的定量描述对流-弥散方程：基于水动力弥散机理和质量守恒定律。 （i,j=1,2,3）Dij水动力弥散系数 ui地下水流速1-5-2 液体的密度和粘滞度的影响密度差除了影响分界面的形状,在层状均质岩层中，两种液体分界面在x轴上的投影长度LP与相对密度差、地层性质及渗透时间有

53、关。密度差影响分界面的运动速度。1-5-3-1 地下水水化学特征及作用地下水：一种经水岩相互作用形成，且组成复杂的溶液。水岩相互作用：水岩（土）复杂系统中发生的各种物理、化学、生物作用的综合。地下水水化学性质是其固有的属性。不考虑地下水化学成分的形成、分布和演变的研究都是不全面的。 特定地区和时间的地下水水化学特征是特定条件下水岩相互作用的结果。 它取决于参与水岩相互作用的地下水和岩石的性质及环境特征。 在不同时空尺度下和多样的地下水赋存环境中发生的水岩相互作用所导致的地下水化学组成复杂多样。地下水环境特征的主要参数：氧化还原电位(Eh)；地下水总矿化度（TDS）；电导率（EC）；溶解氧（DO

54、)；化学需氧量(COD)；生化需氧量(BOD)；二氧化碳（CO2）；地下水的碱度（ALK） ；地下水的酸度(pH)；地下水的总硬度。1-5-3-2 污染物在地下水中发生的水岩相互作用1.物理作用:对流：驱动地表下污染物运动的主要机制 弥散：引起纵向、横向和垂向迁移；降低溶质的浓度 扩散：从较高浓度区域向较低浓度区域扩散 挥发：将污染物从地下水中去除，并转移到土壤气相中 吸附：固着在含水层介质上，将溶质从地下水中去除 稀释：可能增加电子受体的浓度，特别是溶解氧的浓度 2.化学作用：水解反应/取代反应；脱氢卤化反应。 3.生物作用：有机化合物用作主要的生长底物；共代谢。2 地下水污染调查2-1 地

55、下水调查的目的 以地下水系统理论为指导，通过钻探、物探、试验等手段深入调查研究区水文地质条件，重点揭示介质空间、水动力场和水化学场的特征，提供污染调查背景。通过监测、示踪、模拟等方法，识别污染，查明污染源、污染物、污染途径，为地下水污染评价、污染防治提供基础参数和数据。2-2 地下水污染调查的方法包括：资料收集；现场踏勘；遥感方法；地球物理方法；钻探方法；监测方法；实验或试验。2-2-1 资料收集 类型：数据、图件、研究报告、论文等。2-2-2 现场踏勘：了解工作区基本情况，增加感性认识。2-2-3 地球物理探测 特点：无破坏性，可遥测地下介质多种特性的三维变化，效率高、成本低。 种类：重力法、探地雷达、磁法、电法和电磁法、地震法、放射性方法及测井等。 探地雷达：估算导水系数试验结果。 电法、电磁法：确定水质类型、盐度、腐蚀性。 控源音频大地电磁法：斑岩铜矿铜提取液监测。2-2-4 钻探 特点：费用高、可以获取某个点上高精度信息 作用：精确揭示地下岩层层位、岩性；成井供