基于解释结构模型的巢湖富营养化分析评价研究

摘要

论文以巢湖为研究对象，根据湖内12个国控监测点位2000年～2009年连续10年的水质监测数据，研究巢湖水体富营养化状况。主要研究内容和采用的方法概括为：①结合巢湖的富营养化成因，采用解释结构模型法对巢湖富营养化和水华爆发的影响要素进行整体结构分析；②以巢湖2000年～2009年的12个国控监测点的数据为基础，尝试用结构方程模型建立叶绿素a与各类影响因子的湖泊富营养化模型，定量分析各因子对叶绿素a的影响；⑨基于ArcGIS软件，选择TP、CODMn、TN、SD和Chla为评价指标，采用Kriging插值法，对巢湖的富营养化评价指标进行时空分析；④分别采用评分法、集对分析方法和综合营养状态指数法对巢湖的东、西半湖进行富营养化评价并比较分析评价结果；⑤采用Kriging插值法空间插值模拟各监测点的综合营养状态指数，从而对巢湖的富营养化进行时空分析。主要结论概括如下：
　　1.使用解释结构模型对巢湖富营养化及水华爆发的18个影响要素进行整体结构的层次分析。结果表明，风场、巢湖水闸、气温和光照对巢湖富营养化和水华爆发有重要影响；要素营养盐的下层影响因子最多，其中，人力可以控制的影响因子仅为严格减少和控制入湖污染物。
　　2.由结构方程模型分析可知，各因子对叶绿素a的影响大小顺序为：TP>CODMn>TN>SD>T，巢湖仍为磷控制性湖泊。通过绘制TP、CODMn与叶绿素a的等值线图，结果显示：CODMn的浓度大约在7.5mg/L～10mg/L之间，叶绿素a增长加快；当总磷高于0.3mg/L时叶绿素a的浓度增长加快；叶绿素a浓度最大点并非与CODMn和总磷浓度最大点相对应。
　　3.基于ArcGIS软件平台，采用Kriging插值方法，对TP、CODMn、TN、SD和Chla浓度分别进行Kriging空间插值模拟，绘制出空间变化图，结合时间变化图可以看出：巢湖西北部湖区的水体富营养化明显比东南部湖区严重，2003年巢湖西半湖曾爆发大规模的水华；各评价指标的测量值基本呈现“西高东低”的分布。
　　4.采用评分法、集对分析方法和综合营养状态指数法分别对巢湖富营养化进行评价，结果均显示，巢湖西半湖的富营养化状况明显比东半湖严重，并且从三种方法的评价结果可以看出，在2003年巢湖西半湖曾发生大面积水华，到2009年巢湖水质得到改善，有减轻趋势。
　　5.使用Kriging插值法对巢湖综合营养状态指数进行空间插值模拟，结果显示：用综合营养状态指数对湖区富营养化的插值模拟结果稳定，10年间的总体分布趋势基本相同。

目录

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第一章 绪论

1.1 富营养化及其危害

1.1.1 水体富营养化的定义

1.1.2 水体富营养化的危害

1.2 国内外富营养化研究进展

1.2.1 湖泊富营养化研究进展

1.2.2 巢湖富营养化研究进展

1.3 解释结构模型

1.3.1 ISM的优势

1.3.2 ISM在富营养化中的应用

1.4 结构方程模型

1.4.1 模型的优点

1.4.2 结构方程模型在富营养化中的应用

1.5 研究意义、内容和技术路线

1.5.1 研究意义

1.5.2 研究内容

1.5.3 技术路线

第二章 研究区域概况、数据和研究方法

2.1 自然环境概况

2.1.1 地理位置

2.1.2 地形地貌

2.1.3 岩性与土壤类型

2.1.4 气象气候

2.1.5 河流水系

2.1.6 植被

2.2 流域的社会经济概况

2.3 数据来源

2.4 研究方法

2.4.1 解释结构模型(ISM)

2.4.2 结构方程模型(SEM)

2.5 水体富营养化的评价方法和标准

2.5.1 评分法

2.5.2 综合营养状态指数法

2.5.3 集对分析方法

2.6 其他分析工具

2.7 小结

第三章 巢湖富营养化原因分析

3.1 巢湖富营养化成因

3.2 基于ISM的巢湖富营养化影响要素分析

3.2.1 生成邻接矩阵

3.2.2 生成可达矩阵

3.2.3 各要素的级别分配

3.3 解释结构模型结果分析

3.4 小结

第四章 富营养化影响因子对叶绿素a的影响分析

4.1 富营养化结构方程模型的构建

4.2 结果与分析

4.2.1 模型拟合指数分析

4.2.2 结果分析

4.2.3 等值线图

4.3 小结

第五章 富营养化评价指标的时空变化分析

5.1 Kriging插值法步骤

5.2 指标的时空分析

5.3 小结

第六章 巢湖富营养化评价与时空分析

6.1 评分法

6.2 集对分析法评价结果

6.2.1 单因子评价

6.2.2 构造联系度表达式

6.2.3 计算联系度

6.2.4 权重的确定

6.2.5 计算综合联系度

6.2.6 富营养化等级确定

6.3 综合营养状态指数法

6.4 巢湖富营养化时空分析

6.5 小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.1.1 解释结构模型分析结果

7.1.2 结构方程模型分析结果

7.1.3 评价指标时空分析结果

7.1.4 富营养化评价时空分析结果

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文