太湖沉积物磷形态空间分布的研究及其环保疏浚范围的确定

摘要

湖泊富营养化是目前世界各国面临的重大环境问题之一。各环境介质中过量的营养物质的累积是引起湖泊富营养化的根本原因。研究发现，磷是富营养化进程的限制因素。磷在湖泊生态系统中的迁移转化具有一定的规律，水体中的磷元素可以经过一系列的物理、化学或生物作用聚集到沉积物中，而沉积物中的磷元素也可以通过各种途径释放到水体中。在一定浓度范围内，磷元素在沉积物—水界面上始终保持着某种动态平衡。然而当其浓度超出这个平衡关系的承受能力时，平衡就会被打破。而沉积物作为湖泊的重要组成部分，不断在“源”和“汇”这两个角色中来回转变。
　　本研究首先选择我国第三大淡水湖——太湖，作为研究对象，分别检测了其上覆水、沉积物和沉积物间隙水中的磷元素含量;应用SMT法对太湖沉积物中的磷形态分布特征进行研究;并就此对其沉积物质量进行了评价。结果显示太湖上覆水体中TP浓度在0.02～2.07 mg/L之间，平均值为0.12 mg/L，总体上为Ⅳ类水。北部的竺山湾、西岸区、梅梁湾的TP污染程度明显高于其它湖区。沉积物间隙水中的DTP含量在0.01～2.36 mg/L之间，平均含量为0.17 mg/L，竺山湾含量明显高于其他湖区。沉积物中总磷的含量为126.28～1326.00 mg/kg，平均值为507.53 mg/kg，其中竺山湾、东太湖、西岸区、梅梁湾明显高于其它湖区。太湖大部分区域属于轻度污染;东太湖、梅梁湾及竺山湾主要为中度污染，部分呈重度污染;西岸区北部及湖心区基本无污染。
　　根据对太湖水和沉积物中磷形态的调查，研究者继续选取太湖北部的梅梁湾进行磷形态在沉积物中的柱状分布特征的研究。结果表明，梅梁湾中总磷和各形态磷含量随深度的增加而呈递减趋势，即深度越深，含量越小，存在明显的表层富集现象。另外相关性分析显示，TP与IP、Ca-P两两之间均呈现极显著相关。Fe/Al-P和IP、OP、TP之间呈显著相关关系。
　　本次研究通过静态吸附模拟试验对梅梁湾沉积物中磷的吸附/解吸特征进行了分析，结果表明上覆水中DIP的平均浓度远小于吸附/解吸平衡点浓度，即梅梁湾沉积物的磷主要以释放为主。其次，通过Fick定律计算得出了梅梁湾表层沉积物中DIP的释放通量，结果表明梅梁湾表层沉积物中DIP的扩散通量为-0.113～1.372 mg/(m2·d)，平均值为0.160 mg/(m2·d)，年释放量为7.01 t。另外，根据梅梁湾沉积物中磷形态的分布特征确定了疏浚面积为47.46 km2，通过拐点法确定了疏浚深度为0.17 m。因此，梅梁湾的总疏浚体积为8.07×106m3，即总疏浚量为1.62×107 t。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．1 磷是湖泊富营养化的限制因子

1．2 磷在湖泊生态系统中的赋存形态

1．3 SMT法是目前用于分离沉积物磷形态的最佳方法

1．4 沉积物对磷的吸附与解吸

1．4．1 沉积物对磷的吸附

1．4．2 沉积物对磷的解吸

1．5 选题意义及研究内容

1．5．1 课题来源

1．5．2 选题意义

1．5．3 研究内容

2 太湖上覆水、间隙水和沉积物中各形态磷的分布特征

2．1 研究区域概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 地形地貌

2．1．3 河流水系

2．2 样品的采集与分析

2．2．1 采样点的布设

2．2．2 样品的采集

2．2．3 样品的预处理

2．2．4 样品的分析测试

2．3 结果与分析

2．3．1 太湖上覆水水质调查

2．3．2 太湖间隙水中DTP和DIP的分布特征

2．3．3 太湖沉积物中各形态磷的空间分布特征

2．4 讨论——太湖沉积物质量评价

2．5 本章小结

3 梅粱湾上覆水、间隙水和沉积物中各形态磷的分布特征

3．1 研究区域概况

3．2 样品的采集与分析

3．2．1 采样点的布设

3．2．2 样品的采集

3．2．3 样品的预处理

3．2．4 样品的分析测试

3．3 结果与分析

3．3．1 梅梁湾上覆水水质调查

3．3．2 梅粱湾间隙水中DTP和DIP的分布特征

3．3．3 梅梁湾表层沉积物中各形态磷(SMT法)的空间分布特征

3．3．4 梅粱湾沉积物中各磷形态的柱状分布特征

3．4 讨论——梅粱湾表层沉积物中磷形态之间的相关性分析

3．5 本章小结

4 沉积物中磷的吸附／解吸特征分析及扩散通量的计算

4．1 梅梁湾沉积物中磷的吸附／解吸特征

4．1．1 磷在沉积物-水界面的吸附／解析平衡质量浓度的测定

4．1．2 梅粱湾沉积物中磷的吸附／解吸特征

4．2 梅梁湾表层沉积物DIP扩散通量的特征分析

4．2．1 扩散通量的计算方法

4．2．2 梅梁湾DIP扩散通量空间分布特征

4．3 本章小结

5 梅梁湾沉积物疏浚范围及深度的确定

5．1 梅梁湾环保疏浚范围的确定

5．2 利用拐点法确定梅粱湾的疏浚深度

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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