松花江哈尔滨段底泥中营养盐释放规律与数字模拟

摘要

大顶子山航电枢纽工程的修建使松花江哈尔滨段水体向“河道型水库”转化,主要表现为河道明显变宽,水流流速降至建坝前的1/4～1/5。一方面,这将有利于外源污染物质向底泥的沉积,另一方面低缓的流速增加了富营养化发生的风险。
　　围绕以上两项猜测,本文首先对建坝前后(2005～2010年)松花江哈尔滨段的水体富营养化变化趋势进行了研究,总结了各断面三氮、总磷等的时空变化规律,发现建坝后水质变化趋势总体较为乐观。各断面氮磷比均比较大,说明松花江哈尔滨段为磷限制性水体,水体的富营养化发生与否与磷含量密切相关。分别采用综合营养状态指数法、藻类优势种群法对松花江哈尔滨段各个监测断面建坝前后历年夏季水质营养状态进行了评价。结果表明,大坝建成前后水体营养状态基本未发生变化,但大坝建成后,松花江哈尔滨段“湖库化”明显,导致水体富营养化风险大大增加;另外,工程建成后,藻类种群结构发生明显变化,代表中度富营养化水平的硅藻所占比例大幅降低,代表富营养化的蓝绿藻比例大幅上升。说明大坝建成后松花江哈尔滨段已具备富营养化趋势。
　　为研究松花江哈尔滨段底泥中营养盐的释放规律,采集新鲜底泥与江水开展室内模拟实验。实验结果表明,随着温度的升高,氨氮释放通量增大,硝酸盐氮释放通量减小;温度对底泥中总磷、总氮、正磷酸盐的释放无明显影响。厌氧极大促进了氨氮、正磷酸盐的释放;好氧条件下,底泥对上覆水中的正磷酸盐以吸附为主。扰动大大促进了底泥中氨氮、总氮、总磷的释放以及底泥对正磷酸盐的吸附。对松花江哈尔滨段的底泥中氮、磷营养盐空间分布规律进行了调查,发现松花江哈尔滨段底泥中的磷以无机磷为主,松花江底泥中的氮的来源,除城市工业污染源、生活污染源以外,水土流失、农田径流也是主要来源之一。通过有机指数法(采用有机质、总氮两项指标)、内梅罗综合污染指数法(采用总磷、总氮两项指标)对松花江哈尔滨段底泥营养盐污染水平进行评价。从有机指数法评价结果看出,松花江哈尔滨段底泥基本属于“尚清洁”水平,阿什河口下底泥属于有机污染水平,阿什河口内、呼兰河口下、大顶子山有机指数比较高,接近有机污染。松花江哈尔滨段底泥磷污染不严重,属于清洁水平。
　　最后以对水体富营养化影响较大的磷作为研究对象,基于系统动力学软件PowersimStudio2005搭建了底泥中好氧层与厌氧层之间、底泥好氧层与上覆水之间底泥释放动力学模型,将该模型进行优化分析,能较好的预测室内模拟实验下4℃时底泥中磷的释放情况。调整模型中上覆水初始磷浓度、温度、底泥好氧层中可交换态磷含量,考察了以上指标对上覆水磷浓度的影响。发现随着以上指标的增大,底泥的磷释放速率与释放通量都呈增大的趋势。

目录

松花江哈尔滨段底泥中营养盐释放规律与数字模拟

A RESEARCH ON SEDIMENT NUTRIENTS RELEASE REGULATIONS AND DIGITAL SIMULATION OF SONGHUA RIVER IN HARBIN REGION

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究目的与意义

1.2 研究现状

1.3 研究路线

第2章 研究对象概况与研究方法

2.1 研究对象概况

2.2 研究方法

第3章 松花江哈尔滨段水体富营养化变化趋势研究

3.1 松花江哈尔滨段营养盐时空变化分析

3.2 松花江哈尔滨段水体富营养化变化趋势的分析研究

3.3 本章小结

第4章 底泥中营养盐释放实验模拟及规律研究

4.1 环境因子对底泥中氮磷释放的影响研究

4.2 底泥中氮、磷空间分布规律与肥力评价

4.3 本章小结

第5章 底泥中磷释放动力学模型

5.1 底泥中磷释放动力学概念模型

5.2 底泥中磷释放动力学模型构建

5.3 模型的求解与验证

5.4 模型的应用

5.5 本章小结

结 论

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