毕业论文：东昌湖水体健康问题研究.doc

聊城大学本科毕业论文 本科生毕业论文（设计）题 目: 东昌湖水体健康问题研究 专业代码: 070701 作者姓名: 王坤芳 学 号： 2007201961 单 位: 环境与规划学院 指导教师: 陈诗越 2011年 5 月 31 日 间用小吸管慢慢将细胞团轻目录 1 前言11.1 论文选题的背景与意义11.2 水体健康评价国内外研究进展22 聊城市东昌湖概况32.1聊城市概况32.1.1 自然条件32.1.2社会经济条件32.2 东昌湖区概况42.2.1 历史由来42.2.2 自然特征43 东昌湖水体健康评价指标体系54 东昌湖水体健康评价84. 1富营养化评价84. 2东昌湖N、P平衡估算94. 2. 1东昌湖水体N、P输入94. 2. 2N、P输出94. 2. 3东昌湖N、P平衡计算94.3 评价结果分析95 东昌湖水体健康改善106 结语11参考文献12致谢13摘要东昌湖是聊城市的重要湖泊，近年来湖泊周边污染加剧,水质下降,富营养化较为严重。本论文借鉴众多学者在“湖泊生态系统”中的研究成果，结合聊城市和东昌湖的实际情况，对“东昌湖水体健康”进行了初步研究。 研究东昌湖水体健康问题,对于制定东昌湖水体健康的防治措施具有重要的理论和现实意义。 关键词：东昌湖；水质现状；分析评价；防治对策AbstractAs one of the principal lakes in Liaocheng city, the water quality of Dongchang lake has a significant connection with Liaocheng economic development and the safety of peoples life and property. However, having carried on the water bodys eutrophication experiment on Dongchang lake, it was found that it was acute eutrophication. Although phosphorus content did not exceed the limit of the national standard of surface water, nitrogen content was seriously exceeding the allowed figure, and NH3-N content was near the limit around. Therefore, this paper propose the corresponding measures to solve the problem of Dongchang lake eutrophication, both from controlling external source and reducing intrinsic source of pollutants.Key words: Dongchang Lake; water quality ；analysis and evaluation；counter measures 1 前言1.1. 论文选题的背景与意义由于近年来湖泊周边污染加剧，水质下降，富营养化较为严重。为了研究防止、抑制和净化湖泊水污染的有效方法和措施，实现水资源的可持续利用和良性循环，本文对湖泊现状条件下以及采取各种可能措施下的水质状况进行模拟研究，并对模拟结果进行评价分析，为水质规划和环境质量管理提供重要依据。 本文主要分为水质模拟和水质评价两部分。其中水质模拟所选用的模型为WASP模型，全称为Water QualityAnalysis Simulation Program，即水质分析模拟程序，它分为水动力模型DYNHYD和水质模型WASP两部分。由美国国家环保局环境研究实验室开发，能够用于不同环境污染决策系统中分析和预测由于自然和人为污染造成的各种水质状况；水质评价所选用的方法是主要从地表水水质级别、景观娱乐用水水质标准和富营养化级别三个方面出发，分别利用模糊模式识别方法、浓度指数法和评分法对水质状况进行评价分析。本文首先利用东昌湖水质实测数据，对湖泊水质现状进行了评价，评价结果为东昌湖水体水质为类，部分污染物指标不满足景观娱乐用水要求，水体呈富营养化状态。在此基础上，运用水质模拟程序WASP对东昌湖水质现状进行模拟，验证WASP的可行性和有效性。验证结果为模拟值与实测值的相对误差较小，符合水质模型模拟的要求。然后，本文运用情景分析法，通过对东昌湖影响水质因素变化发展的规划和预测，共设置了补水量变化、补水过程变化和引水口位置变化三个情景，其中补水量分为最小补水量、中等补水量和最优补水量，补水过程分为集中补水和均匀补水，引水口位置变化分为只用东北口引水、只用东南口引水和两个引水口同时引水，共八个方案，利用WASP对各个方案下东昌湖的水质状况进行了模拟，并对模拟结果进行了分析评价。最后，得出结论，并提出水质改善建议。 1.2 水体健康评价国内外研究进展水质基准全称是水环境质量基准(ambientwa-ter quality criteria,AWQC),是制定水质标准的重要依据,保护特定水体用途的水质基准是水质标准必不可少的组成部分(USEPA, 1998a)。经过近20多年的发展,我国已逐渐形成了相对完整的水质标准体系(孟伟等, 2006),然而,由于缺乏主要参考依据水质基准,使得我国制定水质标准的科学依据并不完善。水质基准的系统研究在我国尚未开展,水质标准的制定大多依据世界卫生组织和美国等发达国家的水质基准资料(夏青等, 2004)。直接采用国外数据不能客观地反映我国水环境质量的真实情况,进而导致我国水质管理不能达到预期的效果。随着我国工业化进程的加快,水污染也不断加剧,亟需更加科学合理的水质管理体系,开展我国水质基准的研究已迫在眉睫(孟伟等, 2006;周启星等, 2007;吴丰昌等, 2008)。开展水质基准的研究也是国家环境保护“十一五”规划(国发200737号)中环境科技创新的优先领域。由于水质基准在水环境管理和水体污染控制中的重要性,国际上很早就开展了水质基准的研究。到目前为止,欧美等发达国家已经建立了各自比较完善的水质基准体系。本文深入探讨了水质基准的概念,详细分析了美国等发达国家和国际组织对水质基准的研究历史、现状、发展趋势及存在的关键问题,提出了建立我国水质基准体系的研究重点和发展趋势,从而为我国水质基准研究提供理论参考。2 聊城市东昌湖概况2.1聊城市概况2.1.1 自然条件聊城市位于山东省西部，地处北纬35473702和东经1151611632之间。西部靠漳卫河与河北省邯郸市、邢台地区隔水相望，南部和东南部隔金堤河、黄河与河南省及本省的济宁市、泰安市、济南市为邻，北部和东北部与德州市接壤。全境东西直距114公里，南北直距138公里，总面积8590平方公里，占全省总面积的5.6%。地势西南较高，东北略低，平均坡降为1/7500，海拔高度在22.847.8米之间，最高49米(莘县西南部)，最低27.5米(高唐东北部)。地貌主要分6种类型：河滩高地27.48万公顷，占全市总面积的31.8%；决口扇形地3.09万公顷，占3.6%；缓平坡地37.87万公顷，占43.8%；浅平洼地7.08万公顷,占8.2%；背河槽状洼地4.5万公顷，占5.2%；沙质河槽地3.5万公顷，占4.1%。此外，还有位山、关山、苫山、贾山、鱼山、曲山、香山、艾山、张山、凌山等10余座不足50米高的石灰岩残丘，约2.8万公顷，占3.3%。2.1.2社会经济条件国民经济保持快速健康发展，综合实力迈上新台阶。初步统计核算，2009年实现全市生产总值(GDP)1375.92亿元，按可比价格计算，比上年增长13.2。其中第一产业实现增加值198.63亿元，增长4；第二产业实现增加值808.45亿元，增长15.4；第三产业实现增加值368.84.亿元，增长12.9。全市人均生产总值(GDP)达到24613元，增长12.5。高新技术产业不断壮大。2009年，全市规模以上工业企业完成高新技术产业产值85.27亿元，比上年增长14.8，占规模以上工业企业总产值比重为26.6，比上年提高2.15个百分点。招商引资工作成绩斐然。2009年合同利用外资16696万美元，比上年增长5.5%，实际利用外资9076万美元。经济和社会发展中存在的主要困难和问题：农民收入增长较缓慢，“三农”问题依然是经济社会发展中最薄弱的环节；经济结构矛盾突出，第一产业所占比重仍过高，第三产业发展滞后，经济的外向度较低；社会事业发展相对滞后，社会保障能力不强，就业再就业压力较大。2.2 东昌湖区概况2.2.1 历史由来东昌湖,初建于宋熙宁三年(公元1070年),为人工开挖而成,逐代开扩。东昌湖，又名环城湖、凤城湖。总面积4.2平方公里，略小于杭州西湖，为中国北方少见的城市人工湖泊。建国后，屡经治理，常年水深保持12米。1973年改称“环城湖”后，又进行了开发性建设，先后建成湖心阁、钓鱼基地、竹寨等景点，并添置了游艇、游船等设施。1995年底更名“东昌湖”。黄河水为源,常年蓄水,为永久性淡水湖泊,湖底平坦,水深为2 m3 m,是一个集景观旅游、工业用水(聊城热电公司发电用水)、渔业养殖、水上运动为一体的多功能湖泊。2.2.2 自然特征东昌湖是目前中国长江以北最大的城市人工湖，它为聊城这座城市增加了灵气，是聊城的最亮点。它由6个湖区和20块水面组成，总面积5平方千米，湖岸线长达16千米，素有“南有西子，北有东昌”之称。宽阔的水面簇拥环抱着千年古城，新城环湖而建。有的地方借细流深入城区内部，如银线穿珠，连接起一个个似铃铛一样的小湖，形成了城中有湖、湖中有城、城湖一体的独特格局。这些铃铛小湖还具有调节东昌湖水位的作用，旱时补给水源，涝时存水调洪。 东昌湖景色宜人，春夏秋冬，明晦昏暗，各具情趣，触目之处皆可人镜，湖城相映，。当和煦的春风吹拂湖面时，岸边花红草绿，生机盎然；立夏时节，湖上清风拂面，波光粼粼，荷花盛开；初冬乍寒，雾锁水面，湖心小岛若隐若现，宛若海市蜃楼；隆冬岁月，冰封湖面，雪花飘飘，银装素裹，一派北国风光。 3 东昌湖水体健康评价指标体系评价标准采用中华人民共和国国家标准地表水环境质量标准对东昌湖进行水环境质量评价。评价方法包括(1)单参数评价方法。以中华人民共和国国家标准地表水环境质量标准（GB3838-2002）为评价标准，对监测资料中的各水质参数逐一评价，确定各水质参数所属类别。(2)综合污染指标P评价。据对水质用途要求，以地面水环境质量标准的类标准为评价标准，采用综合污染指标P方法对东昌湖水质进行综合评价，评价方法如下： Pi=Ci/C0i 式中：Pi单参数污染指标； P综合污染指标； Ci各水质参数的实测值； oi各水质参数地面水环境质量标准的类标准或补充项目的标准值。 当2.0时，为严重污染水。评价结果如下，依据最近几年水质监测资料，据地表水环境质量标准（GB3838-2002）以单参数评价和综合污染指标P评价方法对东昌湖进行水环境质量评价，评价结果见下表。从东昌湖水质评价成果表看，东昌湖水质状况良好。基本评价项目中高锰酸盐指数、化学需氧量和五日生化需氧量为-类标准，氨氮和总磷为-类标准，其余项目均符合类标准；水源地补充项目均符合标准。综合污染指标P评价均属于尚清洁水。能够满足一般景观用水要求和一般工业用水及人体非直接接触的娱乐用水的要求。但不能满足水产养殖等渔业用水和游泳区用水的要求。这主要是由湖水中含有耗氧有机物和氮磷造成的，耗氧有机物和氮磷主要来源于湖区周围的污染。为了满足东昌湖水体的多种使用功能，水质状况有待进一步改善。 表1 东昌湖水质评价结果 评价项目 2004年 2005年 2006年 2007年 监测结果 水质类别 监测结果 水质类别 监测结果 水质类别 监测结果 水质类别 基本项目 pH值 8.2 8.2 8.1 8.3 溶解氧 11.1 7.8 5.7 10.6 高锰酸盐指数 3.4 3.8 3.2 4.8 化学需氧量 23.1 20.7 21.7 26.6 五日生化需氧量 6.0 4.0 3.5 6.0 氨氮 0.05 0.05 0.43 0.08 总磷 0.01 0.01 0.03 0.03 铜 0.01 0.01 0.01 0.01 锌 0.05 0.05 0.05 0.05 氟化物 0.70 0.70 0.70 0.70 硒 0.005 0.005 0.005 0.005 砷 0.002 0.002 0.002 0.002 汞 0.00005 0.00005 0.00005 0.00005 镉 0.001 0.001 0.001 0.001 六价铬 0.004 0.004 0.004 0.004 铅 0.01 0.01 0.01 0.01 氰化物 0.004 0.004 0.004 0.004 挥发酚 0.002 0.002 0.002 0.002 阴离子表面活性剂 0.02 0.02 0.02 0.02 硫化物 0.005 0.005 0.005 0.005 水源地补充项目 硫酸盐 177 190 154 161 氯化物 107 113 109 103 硝酸盐氮 0.75 1.33 0.27 1.30 溶解性铁 0.05 0.16 0.37 0.24 锰 0.01 0.01 0.01 0.01 P值 分值 0.22 0.22 0.25 0.28 评价 尚清洁水 尚清洁水 尚清洁水 尚清洁水 注:除pH值外，其它浓度单位均为mg/L。 通过对东昌湖水质监测结果表明,其水体中重金属及其它有毒、有害物质浓度均优于GB3838-2002类标准。水体水质进行了评价,结果表明其水质总体可达到类标准。2005年东昌湖各湖区水体中TN、TP和CODMn的含量如表1所示。根据GB3838-2002, 2005年东昌湖水体中TP和CODMn为类,TN为类。Tomas和坂本等根据各国研究结果提出了以水体中TP、TN的含量对湖泊营养状况分级的标准7。根据Tomas的分级标准,TP含量为0.03mg/L0.1mg/L,湖泊水体为中-富营养化;而坂本评价湖泊水体富营养化的标准为: TP含量为0.01 mg/L0.09 mg/L,TN含量为0.5 mg/L1.3 mg/L。2005年东昌湖水体中TP和TN的平均值分别为0.06和0.90 mg/L,均属于中-富营养化水平。在东昌湖的各湖区中, 2#、3#湖区中TN、TP和CODMn的含量均高于其他湖区,这主要是由于这两个湖区水域面积较小且破碎,湖岸临近居住区,易受到生活污染的影响;且这两个湖区均远离东昌湖的入水口,水体交换较为缓慢,营养物质易于积累。4 东昌湖水体健康评价4. 1水体健康评价采用卡尔森指数法的计算公式对各湖区的卡尔森指数值进行计算,所得结果中东昌湖水体中TP和CODMn的平均卡尔森指数值(TSI)分别为62.1和63.9,卡尔森指数平均得分为63.0分。根据卡尔森指数法的分级标准,东昌湖水体处于富营养化水平, TP和CODMn两项指标均为富营养化型。6个湖区的卡尔森指数平均得分为60.1 65.4,均已处于富营养化水平,其中, 2#和3#湖区由于水域面积较小且破碎,又临近居住区易受污染,且远离东昌湖的入水口,其营养化程度较高,其卡尔森指数的平均值均为65.4,其它4个湖区的指数值相对较低。4.2东昌湖N、P平衡估算4.2.1东昌湖水体N、P输入引起水体富营养化的物质有20余种,其中N、P是最重要的控制因素8。东昌湖水体中N、P污染物来源有上游来水、湖面降雨、极少量的水产养殖投料、少量湖区周围居民生活污水输入及游客污染物的抛弃等几个方面。东昌湖的水产养殖现在主要采用的是自然养殖方式,基本上没有投放饲料的情况;同时,东昌湖作为中国4A级风景区,随着管理的不断加强,生活污水排放和污染物的抛弃量会越来越少,基本可以忽略。因此,在进行N、P平衡计算时,直接入湖的这部分污染可以忽略不计。所以,N、P的输入主要为上游的谭庄水库输水和湖面降雨。(1)输水进入。输水进入东昌湖的河流仅有古运河。根据谭庄水库水质报告,谭庄水库水质为-类。据研究9,当谭庄水库的水质变化时,引入东昌湖的水量也随着发生变化,谭庄水库水质为类时引水量是类时的1.5倍。当谭庄水库水质为类时,输入水量为734.7万m3,输入N、P分别为7.35 t/a和1.47 t/a。(2)湖面降水进入。聊城市的多年平均降水量约为600mm,东昌湖面积约为4.2 km2,年入湖降水量为2 520 m3,远小于谭庄水库的入水量,同时由于降水中TN、TP浓度较低,因此降水中带入东昌湖的N、P量相对于河流带入的N、P量可以忽略不计。4. 2. 2N、P输出东昌湖的N、P输出主要包括捕捞输出和出水输出。据资料3,东昌湖年均捕鱼量约为10万kg,而鱼体中含N量均值为25.3 g/kg,含P量为6.48 g/kg7。由此计算可得,通过捕捞,N损失量为2.53 t/a,P损失量为0.65 t/a。由于城市的发展,东昌湖已没有出水口,且东昌湖不具有灌溉的功能。因此,供给聊城热电公司发电用水(每年约500万m3)是东昌湖向外输水带走N、P的唯一途径,经计算东昌湖出水N、P输出量分别为3.91 t/a和0.23 t/a。由此,东昌湖N、P输出总量为6.44 t/a和0.88 t/a。4. 2. 3东昌湖N、P平衡计算东昌湖水体N、P的截留量为N、P的入湖量减去出湖量,由此计算出东昌湖N的截留量为0.91 t/a、P的截留量为0.59 t/a,截留率分别为12.4%和39.9%。东昌湖局部区域的水体中水草生长茂盛,尤其是沉水性植物生长迅速,显然和底泥中截留过量的N、P有关。被截留的N、P,除少部分以溶解态的形式进入水体,增加水体N、P浓度、被水生生物所利用外,大部分N、P以颗粒物吸附态的形式沉积于东昌湖底部,在一定的环境条件下,有可能发生再次释放,造成“二次污染”,进一步加剧东昌湖水体的富营养化。4.3 评价结果分析卡尔森指数法的评价结果表明,东昌湖水湖量分别为7.35 t/a和1.47 t/a,N和P截留量分别为0.91 t/a和0.59 t/a,截留率分别为12.4%和39.9%。针对东昌湖水体N、P负荷和归趋、入湖水体的水质特点,体已达到富营养化水平。2005年,东昌湖水体中TN和TP的平均含量分别为0.90 mg/L和0. 06 mg/L,、P入建议当务之急应充分利用水生植物的功能,以提高水体的自净能力,同时还可以形成旅游景观。可在部分湖区引种一些如芦苇、香蒲、莲藕等具有净化价值和经济价值的高等植物,适当增加食腐殖质及食浮游藻的鱼类放养,利用湖泊水生生物吸收、转化水体中的营养元素和其它元素;其次,对部分淤积较为严重的湖区进行清淤,以减少内源的释放。5 东昌湖水体健康改善(1)解决生活垃圾污染问题。湖区及所有旅游设施把所有生活垃圾和废水密闭化、袋装化运出，严禁直排。(2)湖区居民不得向水体直接排放污水。不得在湖边洗刷脏物。(3)合理开发湖区旅游项目并全面开展环境影响评价，全面落实旅游点的污染防治措施。(4)清淤和绿化，对湖岸进行石材衬砌，对湖区进行清淤开挖，重点实施毛石护坡。在湖区周围划定近二百米宽绿化带，大量种植观赏和绿化树木，既能美化湖区环境又为湖区水质保护打下良好基础。(5)建立东昌湖水污染预警机制，按国家和省有关规范定期对入湖水质进行监测，严密监控入湖水量、水质变化情况，及时发现并查找问题原因，发现异常情况及时上报，及时发布紧急预警通知，立即启动应急预案，采取紧急应对措施。(6)建设东昌湖生态功能保护区，通过实施湿地生态保护工程，将运河水与湖水连通起来，把湖水的更新流动与为工业企业提供循环冷却水结合起来，让湖水变“活”，大大提高了水体净化能力。 6 结语水体污染已成为全球水资源短缺的一个重要因素。水体富营养化是水体污染中最普遍的现象,也是国内外水环境污染治理难题。城市湖泊富营养化严重影响其水体功能,对其进行富营养化评价及防治措施研究,目的是为城市湖泊水环境保护和改善提供科学依据,指导人们在社会与经济发展中更加有效及合理地开发、利用城市湖泊水资源,维持生态平衡,以达到可