河流水质模拟及污染总量控制研究

摘要

我国经济社会的快速发展，给流域水环境带来了巨大压力，威胁了生态环境的安全，流域水环境治理成为了我国水利发展的迫切需求。近年来，国内外在水环境治理和污染控制领域开展了大量科学研究和工程实践，包括污染负荷估算、污染物迁移转化规律模拟、水环境容量计算及污染减排控制方案等。然而，针对多源污染的不同特性，开展从负荷估算、水质模拟、污染源贡献率分析，并结合河流水环境容量制定具体污染防治方案，以期指导工程实践的全链条式研究尚待加强。为此，本研究面向流域治水提质及水环境管理的迫切需求，以辽宁省大连市登沙河流域为研究对象，对流域内多源污染负荷进行估算，利用QUAL2K水质模型对氨氮（NH3-N）和总磷（TP）在河流中的迁移转化规律进行模拟，揭示不同时空尺度下多源污染对河流水质考核断面的负荷贡献，计算不同时、空尺度下的水环境容量，并因地制宜地提出污染防治建议，从而科学地指导流域水环境治理的工程规划及应用实践。 本研究取得的主要成果如下： （1）对基础资料进行收集整理，结合实地调研监测，开展水环境质量评价，分析登沙河流域水质状况，确定NH3-N和TP为登沙河主要水质超标因子，以其作为本研究的主要目标污染物。 （2）针对研究区水质不达标现象，对流域内工业点源、农村生活、畜禽养殖、农业种植和自然水土流失5种主要污染源的NH3-N和TP的污染负荷量进行计算，识别主要污染来源和组成。以农村生活和农业种植污染为例，结合卫星遥感数据提取下垫面信息，并据此估算其产生的污染负荷，为缺资料地区污染负荷估算提供方法借鉴。 （3）为充分掌握陆源污染负荷对河道水质变化的影响及污染物在河道内的迁移转化规律，研究构建登沙河QUAL2K水质模型，基于水质监测数据对模型参数进行率定，率定结果表明该模型在登沙河适用性良好，可用于模拟NH3-N和TP的迁移转化规律。以此为基础，进一步解析各污染源在不同时、空尺度下对河流中、下游水质考核断面的污染负荷贡献。结果表明：研究区NH3-N负荷的主要来源为畜禽养殖污染，TP负荷的主要来源为自然水土流失污染；各污染源的负荷贡献亦呈现出不同的年内变化特征。 （4）基于QUAL2K水质模型，采用模型试错法计算登沙河上、下游区域年总及各月NH3-N和TP的水环境容量，结合污染源对各断面的贡献率，提出上下游污染排放总量控制的负荷削减方案和治理措施建议。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 污染负荷估算研究

1.2.2 水质模型研究

1.2.3 水环境容量和总量控制研究

1.3 研究目标及内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.4 技术路线

1.5 本章小结

2 研究流域概况及数据

2.1 自然环境概况

2.2.1 地理位置

2.1.2 水文信息

2.1.3 气象气候

2.2 社会经济情况

2.2.1 行政区划及人口

2.2.2 社会经济结构

2.3 数据来源

2.4 水环境问题解析

2.4.1 水环境质量评价

2.4.2 主要水环境问题分析

2.5 本章小结

3 多源污染负荷估算

3.1 点源污染

3.2 非点源污染

3.2.1 农村生活污染

3.2.2 畜禽养殖污染

3.2.3 农业种植污染

3.2.4 自然水土流失污染

3.3 入河污染负荷汇总分析

3.4 缺资料流域非点源污染负荷估算

3.4.1 登沙河流域土地利用分类

3.4.2 农业种植污染负荷推求

3.4.3 农村生活污染负荷推求

3.4.4 对比分析

3.5 本章小结

4 登沙河水质模拟

4.1 QUAL2K模型简介

4.1.1 模型基本原理

4.1.2 模型在登沙河流域的适用性

4.2 登沙河水质模型构建

4.2.1 河流概化与河段划分

4.2.2 模型输入数据

4.2.3 模型参数的确定

4.3 模型率定与验证

4.4 污染贡献率分析

4.5 本章小结

5 水环境容量和总量控制方案

5.1 设计条件

5.1.1 计算单元和水功能区目标

5.1.2 设计水文条件

5.2 水环境容量计算

5.3 面向河口水生态安全的治理规划方案研究

5.3.1 总量控制方案

5.3.2 源头减排措施

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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