黑河流域水环境因子时空分布特征及预测研究

摘要

随着人口的增加和社会经济高速的发展，黑河流域所面临的生态环境问题日渐凸显，水环境问题严重影响着黑河流域经济发展的速度。本文对黑河流域2013-2015年水环境因子时空分布特征进行研究，应用主成分分析法和因子分析法研究影响黑河流域水质的主要水环境因子，应用聚类分析和主成分排序对十个子流域进行分类排序，应用GM(1，1)模型对影响黑河流域水环境主要影响因子未来几年的变化趋势进行预测，以期为黑河流域水环境综合治理、水资源保护与可持续利用提供基础数据和理论依据。本研究取得的主要结果如下:
　　(1)通过对黑河流域的水环境因子时空分布特征进行分析，一些水环境因子表现出明显的季节变化规律，铜(Cu)、硝酸盐氮(NO3-N)、亚硝酸盐氮(NO2-N)，总氮(TN)在4月份达到最大值，4～12月份逐渐降低;钠(Na)、砷(As)、氯离子(Cl-)、硫酸根离子(SO42-)、碳酸根离子(CO32-)、溶解氧(DO)、电导率(EC)、溶解性总固体(TDS)、透明度(SD)在4月和7月份的值相对较小，12月份达到最大;铅(Pb）、锌(Zn)、汞(Hg)、pH、悬浮物(SS)、总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)、高锰酸盐指数(CODMn)4月份和12月份较小，在7月份达到最大。水环境因子变化规律不仅与季节变化有关，而且与地域环境也有很大关系，八宝河属于黑河源头地区，水环境因子变化程度不大，主要是随季节变化;张掖湿地和东居延海的水环境因子变化较大。
　　(2)基于主成分和因子分析，基于主成分分析把各个时期水环境因子分成了几个主成分，前四个主成分基本上反映出全部的水质信息，评价了各个时期水环境因子的相关性。基于因子分析选取出了不同时期的最重要的水环境因子，As、EC、T-Hard、pH、氨氮(NH3-N)、TN、TP、CODMn是对黑河流域水质影响较大的水环境因子，它们主要来自流域中的工业废水，生活污水和农灌退水。As属于有毒物质，结合As时空分布特征分析，均值较大的是张掖湿地、红水河和中游干流地区，这些地区经济工业规模大，所以As主要来自工业污水。TN、TP来自农业未充分利用的化肥、生活污水，NH3-N、CODMn主要来城镇生活污水。
　　(3)通过聚类分析和主成分排序对10个子流域进行分类，第一类为北大河、第二类为黑河中游干流、八宝河、额济纳河，第三类为张掖湿地，第四类为红水河，梨园河、野牛沟、山丹河、野牛沟，第五类为东居延海。野牛沟、梨园河、红水河，属于上游地区故水质较好，山丹河，张掖湿地属于上流域偏中流域，这些地区城市较多工业发达，水质受影响比较严重，水质有所下降。第五类东居延海，结合时空分布特征分析东居延海大部分水质参数都很高，水质最差，原因是由于地处河流末端，污染物富集，自我修复能力差。
　　(4)通过GM(1，1)模型对2016、2017年的As、pH、NH3-N、TN、TP、CODMn水环境因子变化趋势进行预测，As的含量2016、2017年将减少，低于Ⅰ类水含量标准;pH2016、2017年将增大，但幅度很小;NH3-N的含量2016、2017年将增大，未超Ⅱ类水含量标准，TN的含量2016、2017年将减少，在Ⅲ-Ⅴ类水含量标准之内;TP的含量2016、2017年将增大，超Ⅴ类水含量标准;CODM的含量2016、2017年将增大，在Ⅲ-Ⅴ类水含量标准之内。在未来的水环境治理中应该以控制流域内的NH3-N、TN、TP、CODMn含量为主，对生活污水和工业废水的排放要加强监测管理，农业活动应该控制化肥的使用，降低农业非点源对黑河流域水质的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 国外研究进展

1．2．2 国内研究进展

1．3 研究目的及意义

1．4 研究内容、创新点及技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 创新点

1．4．3 技术路线

2．1．1 流域概况

2．1．2 水系水文特征

2．1．3 生态环境概况

2．1．4 流域自然灾害

2．2 社会经济概况

第三章 黑河流域水环境时空分布特征研究

3．1 材料和方法

3．1．1 样点的布设与采样时间

3．1．2 水样采集与测定

3．1．3 研究指标的选取原则

3．1．4 数据的来源

3．2 结果与讨论

3．2．1 常规八大离子指标

3．2．2 重金属离子指标

3．2．3 化学非专一性指标

3．2．4 物理指标

3．2．5 氮磷营养盐指标

3．2．6 有机物非专一性指标

3．3 小结

第四章 基于主成分和因子分析的黑河水环境因子分析

4．1 材料和方法

4．1．1 数据的来源

4．1．2 主成分分析法

4．1．3 因子分析法

4．2 结果与讨论

4．2．1 基于主成分的黑河流域水环境因子分析

4．2．2 基于因子分析的黑河流域水环境因子分析

4．3 小结

第五章 基于聚类分析和主成分排序的黑河水环境因子分析

5．1 材料和方法

5．1．1 数据的来源

5．1．2 聚类分析

5．2 结果与讨论

5．2．1 基于系统聚类的黑河流域水环境因子分析

5．2．2 基于主成分排序的黑河水环境因子分析

5．3 小结

第六章 基于灰色GM(1，1)模型的黑河水环境变化趋势预测

6．1 材料和方法

6．1．1 数据的来源

6．1．2 灰色GM(1，1)模型

6．2 结果与讨论

6．2．1 As的预测结果与分析

6．2．2 pH的预测结果与分析

6．2．3 NH3-N的预测结果与分析

6．2．4 TN的预测结果与分析

6．2．5 TP的预测结果与分析

6．2．6 CODMn的预测结果与分析

6．3 小结

第七章 结论和展望

7．1 主要结论

7．2 存在的问题和不足

7．3 展望和建议

参考文献

致谢

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