自然及人为干扰下天津市饮用水水源地水质特征及管理研究

摘要

经济的快速增长导致大量污染物流失到地表水体中，尤其是作为人类社会经济发展的最重要的场所和水源地的湖泊水库及其流域水质污染愈来愈严重，湖泊老化，水体生态系统功能受损。因此，本文着眼于天津市唯一的集中式饮用水水源地，对于桥水库多年水质及富营养化时空分布特征以及富营养化阈值管理进行了研究，其次对于桥水库流域生态补偿标准进行了核算。
　　本文基于天津市于桥水库多年的水质数据和降水资料对水库多年水质变化进行解析，结果表明于桥水库流域水质时间差异性表现汛期（即丰水期）和非汛期（包含枯水期和平水期），汛期内的水质对降水存在水质响应延迟现象。污染源解析结果表明在监测时段内，氨氮浓度差异性较小，水体中悬浮物、有机物和磷营养盐主要受面源污染影响，氮营养盐主要受点源污染影响，同时面源污染对氮营养盐的影响不容忽视。由于库内水质对降水的响应延迟效应，在雨季前期应采取农业面源污染控制措施，以减轻降水高峰期的磷污染控制压力;雨季过后应将防治重点转移到含氮工业废水等点源污染控制，以减轻旱季氮污染控制压力;还应注意疏浚底泥，以消除底泥营养盐污染风险。此外，于桥水库库内水质明显好于库外水质，1990～2012年库内水质基本处于国家地表水质标准(GB3838-2002)的Ⅱ～Ⅲ类水质，高于库外水质1～2个级别，于桥水库流域水质变化从1990～2001年呈下降趋势，2001～2008年期间水质呈稳态波动，并没明显好转，从2008年开始，流域内水质逐渐变好，库外水质维持在Ⅲ类水质，库内水质则处于Ⅱ～Ⅲ类之间。
　　本文通过富营养化研究发现，于桥水库富营养化主要体现为氮污染超标，有机污染较轻且水库富营养化为磷控型。水库总氮营养状态指数随库中水体流动方向呈现逐渐降低的趋势，主要来自上游入库河流及库周农业面源污染;总磷营养状态指数分布相对稳定，污染主要来自于坝下区域的畜牧养殖业;汛期内营养状态的空间差异较非汛期显著，非汛期内营养状态均表现为水库北岸沿岸和水库入口高而水库出口低的趋势。于桥水库富营养化水平主要受库周流域内经济活动影响，因此，控制水库周边非点源污染，建立合理的土地利用模式与科学的农业生态系统管理措施降低农业面源污染，引导库周居民环保的生活行为方式等措施对有效管理水库水质十分重要。此外，在水库富营养化管理阈值分析中，基于于桥水库满足地表水质Ⅲ类标准的要求，可通过控制入库总磷浓度（0.153mg/l～0.211mg/1）、溶解氧浓度(3.756 mg/1～5.589 mg/1)来实现。此外，在使入库水质满足地表水质Ⅲ类标准前提下，可通过改变水力停留系数实现目标水质要求，水体停留系数范围可通过增加或减少入库与出库水量调整为1.25～3.47，通过此联合控制措施对于桥水库水质进行管理以满足天津市居民生活饮用水水质要求。
　　本文通过对于桥水库流域生态补偿测算方法结果的比较，认为基于生态系统服务功能价值的补偿标准过高，可以作为补偿标准的上限;基于发展机会成本的补偿标准较低，建议作为补偿标准的下限，而且只是一个情景模拟的结果，只能作为参考。基于水资源价值的测算方法考虑了调水的水量水质、经济、社会等多个因素的影响，较为全面;基于水环境容量的测算方法有利于目标管理，但是忽略了水质水量外的其他因素，而且主观性太强;基于补偿主体支付能力的测算方法充分考虑了补偿主体的支付意愿和支付水平，但是忽略了水质的因素，存在局限性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 研究背景

1．1．1 水环境的问题

1．1．2 水质评价研究进展

1．1．3 水环境管理进展

第二节 研究意义

1．2．1 水环境管理的现实需求

1．2．2 解决的问题

1．2．3 技术路线图

第二章 研究区域及数据获取与处理

第一节 研究区域

2．1．1 研究区域概况

2．1．2 自然环境概况

2．1．3 社会经济发展概况

2．1．4 流域水环境状况

第二节 数据获取与预处理

2．2．1 水质数据

2．2．2 土地利用及空间数据

2．2．3 空间属性数据预处理

第三章 于桥水库流域水质时空特征及污染源解析

第一节 研究方法

3．1．1 多元统计分析方法

3．1．2 模糊数学分析方法

第二节 流域水质时空特征

3．2．1 水质统计性描述

3．2．2 水质时间特征

3．2．3 水质空间特征

3．2．4 于桥水库多年水质趋势变化

第三节 水质污染源解析

3．3．1 基于多元统计学方法

3．3．2 基于PMF源解析模型方法

第四节 本章结语

第四章 于桥水库富营养化评价及管理阈值分析

第一节 研究方法

4．1．1 富营养化指数分析方法

4．1．2 CMB模型

第二节 插值方法选取

4．2．1 插值交叉验证法

4．2．2 于桥水库富营养化统计分析

4．2．3 最优插值方法选取

第三节 富营养化评价及空间分布特征

4．3．1 单项营养指数空间分布特征

4．3．2 基于时间特征的营养状态指数空间分布

4．3．3 于桥水库富营养化综合评价

第四节 于桥水库富营养化管理阈值分析

4．4．1 贝叶斯方法

4．4．2 CMB模型参数估计

4．4．3 模型比较分析

4．4．4 基于目标水质的富营养化阈值分析

第五节 本章结语

第五章 基于生态补偿机制的于桥水库流域环境管理研究

第一节 于桥水库流域水源涵养功能评估

5．1．1 InVEST模型

5．1．2 于桥水库流域水源涵养分析结果

第二节 流域生态补偿标准核算

5．2．1 基于生态系统服务功能价值的补偿标准

5．2．2 基于水资源价值的的补偿标准

5．2．3 基于水环境容量的补偿标准

5．2．4 基于补偿主体支付能力的补偿标准

5．2．5 补偿金额的分配

第三节 本章结语

第六章 结论、存在的不足与展望

第一节 结论

第二节 存在的不足及展望

参考文献

附录

致谢

个人简历