（环境工程专业论文）黄河兰州段水体氮素（n）污染水平及其传输通量的研究.pdf

黄河兰州段水体氮素( n ) 污染水平及其传输通量的研究 a b s t r a c t n i t r o g e ni so n eo ft h ek e ye l e m e n t sw h i c hc a u s ee u t r o p h i c a t i o n t h en i t r o g e n c o n t e n ti nt h er i v e rh a sb e e ng r e a t l yi n c r e a s e d ，c a u s i n ge u t r o p h i c a t i o na n dm a n y o t h e re n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s s t u d yo nt h en i t r o g e np 0 1 l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n d t r a n s m i s s i o nn u x e so ft h er i v e r sa r eo fg r e a ts i g n i f i c a n c ef b rt h er e s t o r a t i o no fr i v e r h e a l t ha n dr e c o g n i t i 。nt h ei m p a c t 。fh u m a na c t i v i t i e si n t e n s i t ya n ds c a l e o nt h et h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t t or e s e a r c ht h ec h a n g e so ft h en i t r o g e np o l l u t i o ni nt h ey e l l o wr i v e r i nl a n z h o uc i t y ，x i n c h e n gb r i d g es e c t i o na n dy a n e rb a ys e c t i o nw e r es e l e c t e d a l o n gt h ey e l l o wr i v e ri nl a n z h o uc i t y t h r o u g hm o n t h l ys a m p l i n ga n dm e a s u r i n g n i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n s ( t o t a ln i t r o g e na n dd i s s o l v e di n o r g a n i cn i t r o g e n - d i n ) i n 2 0 0 7 ，t h en i t r o g e np o l l u t i o nl e v e lw a sa n a l y s i s da n de v a l u a t e d ，a l s ot h en i t r o g e n c o n t e n tt r a n s f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i cw a sd i s s c u s s e da n dnt r a n s m i s s i o nn u x e sw e r e c a l c u l a t e d t h ex i n c h e n g b “d g e s e c t i o n ：t nc o n t e n tw a s1 5 31 2 3 7 3 m g l o r g a n i c n i t r o g e nc o n t e n tw a so 81 1 6 8 9 m g l ，a c c o u n t i n gf 6 r4 9 2 6 7 2 2 3 p e r c e n to ft h e t o t a l n i t r o g e n ； n i t r a t en i t r o g e nc o n t e n tw a so 3 0 2 o 8 7 5 m g l ， a c c o u n t i n g f o r 1 6 8 0 4 5 13 p e r c e n to ft h et o t a l n i t r o g e n ；n h 4 十一nc o n t e n tw a s0 0 3 0 0 311 m g l ， a c c o u n t i n g b r1 9 6 15 0 3p e r c e n to ft h et o t a ln i t r o g e n t h ey a n e rb a ys e c t i o n ：t nc o n t e n tw a s2 3 7 8 3 6 8 2 m g l o r g a n i c n i t r o g e n c o n t e n tw a so 9 9 0 1 1 8 8 1 5 m g l ，a c c o u n t i n g 矗d r3 6 0 1 6 0 2 4p e r c e n to ft h et o t a l n i t r o g e n ；n i t r a t en i t r o g e nc o n t e n tw a s0 7 6 9 1 3 7 m g l ，a c c o u n t i n g 氨d r2 5 4 9 4 7 8 6 p e r c e n to ft h et o t a ln i t r o g e n ；n h 4 + 一nc o n t e n tw a s0 2 5 0 0 8 2 2 m g l ，a c c o u n t i n gf o f 10 51 2 6 9 4p e r c e n to ft h et o t a ln i t r o g e n n i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n sw e r eh ig h e ri nt h ed o w n s t r e a mt h a ni nt h eu p s t f e a m t n c o n t e n tw a s2 4 6 7 4 2 6 8p e r c e n t ，o r g a n i cn i t r o g e nc o n t e n tw a s2 15 3 4 9 6p e r c e n t ， n i t r a t e n i t r o g e n c o n t e n tw a s18 6 9 6 0 7 3 p e r c e n t ，a n dn h 4 + 一n c o n t e n tw a s 5 2 3 8 5 4 4p e f c e n th i g h e ri nt h ed o w n s t r e a mt h a ni nt h eu p s t r e a m t h ex i n c h e n gb r i d g es e c t i o n ：i nt h ed r ys e a s o n s ( f r o mm a yt oo c t 。b e r ) ，t n c o n t e n tw a s2 13 3 8m g l ，o r g a n i cn i t r o g e nc o n t e n tw a s1 2 5 7m g l ，n i t r a t en i t r o g e n c o n t e n tw a so 6 6 9 m g l ，n h 4 十一nc o n t e n tw a so 2 0 8 m g l ；i nt h ew e ts e a s o n s ( f r o m n 。v e m b e rt oa p r i lo ft h en e x ty e a r ) ，t nc o n t e n tw a s1 8 6 1 m g l ，o r g a n i cn i t r o g e n c o n t e n tw a s1 2 5 7m g l ，n i t r a t en i t r o g e nc o n t e n tw a s0 6 0 9m g l ，n h 4 + 一nc o n t e n t w a s0 15 7m g l t nc o n t e n tw a s12 7 8p e r c e n t ，o r g a n i cn i t r o g e nc o n t e n tw a sl2 8 9 p e r c e n t ，n i t r a t en i t r o g e nc o n t e n tw a s8 。9 7p e r c e n t ，a n dn h 4 十一nc o n t e n tw a s2 4 5 2 p e r c e n th i g h e ri nt h ed r ys e a s o n st h a ni nt h ew e ts e a s o n s i i 硕士学位论文 t h ey a n e rb a ys e c t i o n ：i nt h ed r ys e a s o n s ( 靠o mm a yt oo c t o b e r ) ，t nc o n t e n t w a s3 3 8 4 5m l ，o r g a n i cn i t r o g e nc o n t e n tw a s1 4 6 7m g l ，n i t r a t en i t r o g e nc o n t e n t w a s1 13 4m g l ，n h 4 + 一nc o n t e n tw a so 7 8 3 m g l ；i nt h ew e ts e a s o n s ( f r o mn o v e m b e r t oa p r ilo ft h en e x ty e a r ) ，r nc o n t e n tw a s2 7 9 7 7 m g l ，o r g a n i cn i t r o g e nc o n t e n tw a s 1 3 2 9 m g l ， n i t r a t en i t r o g e nc o n t e n tw a s1 0 0 0m g l ，n h 4 一nc o n t e n tw a s 0 4 6 8 m g l t nc o n t e n t w a s17 3 4 p e r c e n t ，o r g a n i cn i t r o g e nc o n t e n tw a s9 4 1 p e r c e n t ，n i t r a t en i t r o g e nc o n t e n tw a s1 1 8 2p e r c e n t ，a n dn h 4 1 。一nc o n t e n tw a s 4 0 2 3 p e r c e n th i g h e ri nt h ed r ys e a s o n st h a ni nt h ew e ts e a s o n s 。 i n2 0 0 7 ，n i t r o g e nt r a n s m i s s i o nn u x e sa c r o s st h ex i n c h e n gb r i d g es e c t i o nw e r e 6 1 6 9 6 0 3t o n s ，w h i c hc o n t a i n e d5 9 6 5p e r c e n to fo r g a n i cn i t r o g e n ，3 1 5 1 p e r c e n to f n 0 3 。- n ，8 8 4 p e r c e n to fn h 4 + 一n n i t r o g e nt r a n s m i s s i o nf l u x e sa c r o s st h ey a n e rb a y s e c t i o nw e r e9 5l17 9 7t o n s ，w h i c hc o n t a i n e d4 6 7 8p e r c e n to fo r g a n i cn i t r o g e n ， 3 4 8 4 p e f c e n to fn 0 3 。n ，18 3 8 p e r c e n to fn h 4 十一n t r a n s m i s s i o nf l u x e so fn i t r o g e n a c c r o s st h ey a n e rb a ys e c t i o nw e r e3 5 1 4p e r c e n th i g h e rt h a nt h ex i n c h e n gb r i d g e s e c t i o n t h er e s u l ts h o wt h a tt r a n s m i s s i o nn u x e so fn i t r o g e no ft h ey e l l o wr i v e ri n l a n z h o uc i t ya r ec l o s e l yr e l a t e dw i t hh u m a np r o d u c t i o na n dd a i l yl i f ea c t i v i t i e s k e yw o r d s ： t h ey e l l o wr i v e r ；l a n z h o us e c t i o n ；t o t a ln i t r o g e ； a m m o n i a n i t r o g e n ；n i t r a t e ；c o n t e n t ；t r a n s m i s s i o nn u x i i i 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：翥强辆豁 日期：硼年j ，月g 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文 收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服 务。 日日 墓夕 月月 r r 年年 毽谚 湖 d期期诊卫 汾倍 、魂矽 名名签签 者师作导 硕士学位论文 第1 章绪论 氮是重要的生源要素，广泛存在于自然界中，与人类的生产生活有着紧密而 广泛的联系。氮素的物质循环过程和在环境中的传输通量不仅影响区域和全球环 境质量，也反映出区域人类生产、生活活动的强度和规模，以及这种过程对环境 的影响程度。作为引起水体富营养化的主要营养盐之一口1 ，氮等营养物质的浓度 过高，会引起水体尤其是缓流水体的富营养化，导致水质恶化、水体功能的降低 甚至丧失。人类活动已经显著改变了全球的氮循环，氮超负荷已是一个全球性 的环境问题h 1 ，氮污染及其导致的水体富营养化已引起了人们越来越多的关注。 河流对全球的物质、能量的传递与输送起着重要作用，是陆地生态系统和水 生生态系统间物质循环的主要连接通道，其水力传输是全球化学循环和生物地球 化学循环的重要途径随1 。同时，河流也是氮素滞留的主要区域，氮素在河流中发 生复杂的物理、化学、生物过程。而人为活动改变了河流系统的结构与功能，加 剧了水体富营养化的发生蹭1 。研究河流中的n 素含量及其传输通量具有重要的环 境指示意义，全面分析氮素在河流生态系统中的迁移转化，识别主要影响因素， 对恢复河流生态系统的健康具有重要意义，同时也可为控制水体富营养化提供理 论依据。 1 1 黄河兰州市区段自然概况和社会经济情况 黄河兰州段位于黄河中上游，西起永靖县境内的刘家峡水库，东止景泰县的 五佛寺，全长15 2 公里，汇水面积约l8 0 0 平方公里，河床比降为千分之一，河 面宽在2 3 0 米到6 0 0 米之间。黄河流经兰州市区4 5 公里，自西柳沟至桑园峡， 经西固区、安宁区、七里河区、城关区，穿行于峡谷和平地之间，沿途接纳了湟 水河、庄浪河、宛川河。由于深居大陆腹地，地处干旱、半干旱气候地带，降水 量稀少，所以黄河兰州段成雨机会较少，大部分地区十年九旱，气候干燥，多年 平均降水量在2 0 0 4 0 0m m 之间，水量很不稳定，9 1 的降水集中在夏秋季节 ( 5 1 0 月) ，1 1 月至次年4 月为枯水期引。据水利部黄河水利委员会发布的2 0 0 6 年黄河水资源公报，2 0 0 6 年黄河兰州水文站实测径流量为2 9 8 9 0 亿m 3 。 兰州市是一个以机械、石油化工、冶金为主，兼以毛纺、食品、制药、电力、 煤炭、建材等行业的重、化、轻工业城市。现辖城关、七里河、西固、安宁、红 古5 个区和永登、榆中、皋兰3 个县，总面积1 3l 万平方公里，其中市区面积 l6 31 6 平方公里。兰州市2 0 0 5 年总人口为312 万人，其中非农业人口18 3 9 3 万 人，农业人口1 2 8 0 7 万人；2 0 0 4 年，全市实现生产总值5 0 4 6 5 亿元。黄河为兰 州市提供了主要的生产、生活用水。目前兰州市城区同供水能力为16 6 万立方米， 黄河兰州段水体氮素( n ) 污染水平及其传输通量的研究 实际日供水为7 5 万立方米，其中地表水源占9 0 ，地下水占l o 。全市地下水 资源总量为2 7 4 亿立方米，允许可开采量为1 5 9 亿立方米，人均仅为7 4 2 立方 米，可利用水资源量十分有限，远低于国际缺水警戒线1 7 0 0 立方米的水平，是 严重缺水城市之一。兰州在黄河水系的位置见图1 1 。 图1 1 兰州在黄河水系中的位置 黄河兰州段沿岸工业集中，人口稠密，工业废水及生活污染叠加，排放的问 题没有从根本上遏制。2 0 0 6 年，兰州市共排放废水1 6 8 8 0 万吨，其中工业废水 4 2 5 5 万吨，生活及其他污水1 2 6 2 5 万吨。近年来工业污水量有所减少，但生活 污水排放量大幅度上长，存在着工业污水排放不达标，大部分生活污水未经处理 直接等问题。1 9 9 5 2 0 0 4 年监测数据表明n ：黄河兰州段水质污染沿流程加重， 包兰桥为主要污染断面。上游扶河桥至新城桥断面为i i 类水质，包兰桥河段为 i v 类水质，主要污染物为挥发酚、石油类、氨氮；支流湟水桥断面和出境断面 什川桥为i i i 类水质，主要污染物为挥发酚、化学需氧量、氨氮；各断面污染程 度顺序依次为包兰桥 湟水桥 什川桥 新城桥 扶河桥，挥发酚、石油类、化学 需氧量、氨氮、高锰酸盐是影响黄河兰州段水质的主要污染物。 1 2 水体氮污染及危害 1 2 1 氮的存在形态 环境中氮的存在形态主要为有机氮和无机氮。据估计n 扪，地球上蕴藏的有 机态氮至少有2 0 0 2 5 0 亿t ；无机态氮又包括铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐及气态氮， 其中铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐三种形态氮素地球蕴含量约为有机态氮总量的1 。 氮化合物共有9 种价态，分别为：n o r g ，n h 3 ( 一3 ) 、n 2 0 ( + 1 ) 、h n 0 3 ( + 5 ) 、n 2 h 4 ( 一2 ) 、 n o ( + 2 ) 、n h 2 0 h ( 一1 ) 、h n 0 2 ( + 3 ) 、n 2 ( o ) 、n 0 2 ( + 4 ) 。 氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮是环境中常见的三类无机氮化合物。污染主要 发生在地面水中，其中来源有大气( 如废弃有机物氨化和化石燃料燃烧过程中分 别产生n h 3 、n o x ，经转化后汇入地面水) 、土壤( 如施用氮肥流失到水体) 及 生活污水、工业废水的排放。 2 硕十学位论文 ( 1 ) 氨氮 氨( n h 3 ) 和铵( n h 4 + ) 中的氮( n ) 称氨氮，纯净天然水体中有机物的含量很低， 如果含有大量有机物的生活污水，工业废水及农业废水进入水体后，受微生物作 用而分解为无机含氮化合物，其中n h 3 ( n h 4 + ) n 含量较高时，使水体富集过多 的t n 而富营养化，就会使水体污染进一步的升级。 水中的氨氮是指以游离氨( 或称非离子氨，n h 3 和离子氨( n h 4 + ) 形式存在的 氮。n h 4 + n h 3 形成共轭酸碱对，在水溶液中平衡方程为：n h 3 + h 2 0on h 4 + + o h 。( p k a = 9 2 6 ) 。水体中n h 4 十、n h 3 的浓度分配随p h 变化而变化。在p h o 5 0m l 的四类海水 水质标准2 引。 我国湖泊、水库和江河富营养化的发展趋势非常迅速。有数据显示，19 7 8 1 9 8 0 年大多数湖泊处于中营养状态，占调查面积的9 1 8 ，贫营养状态湖泊占 3 2 ，富营养状态湖泊占5 o ，而到2 0 世纪9 0 年代，贫营养状态湖泊大多已 向中营养状态过渡，中营养状态湖泊向富营养状态过渡，贫营养状态湖泊所占评 价面积比例从3 2 迅速降低到0 5 3 ，富营养化湖泊所占评价面积比例从5 o 剧增到5 5 0 1 n 钊。如武汉汉江下游近l o 年来水质急剧恶化，呈富营养化状态， 在2 0 世纪9 0 年代曾2 次出现水体中藻类急剧繁殖的“水华”现象。北方的辽河、 汾河、海河及淮河，南方的黄浦江、太湖、巢湖、滇池等都遭受严重的氮磷污染 乜4 矧。西南地区河流、湖泊、水库的水体富营养化和其他水污染近年来呈加重 之势：四川4 5 条小流域受水葫芦污染；云南省的九大高原湖泊中有一半以上的 湖泊营养指数超过6 0 ，有“高原明珠”之称的滇池草海甚至达到8 0 ，处于中度和 重度富营养化状态。 张菊等凹6 1 利用1 9 9 0 2 0 0 2 年水质监测数据，分析了上海河流水体中氮负荷( 总 氮和氨氮) 的年际变化特征：从整体上来看，上海河流水体氮负荷较大，氮污染 严重：苏州河、黄浦江下游河段氮负荷明显高于上游河段，市区河流氮负荷明显 高于郊区河流；从年际变化上看，苏州河、黄浦江、市区河流( 除龙华港) 水体历 年氮含量有降低趋势，郊区河流水体历年氮含量有增长趋势。 熊代群等心7 1 从海河天津段至河口海域选取2 0 个采样点，研究了水体中氨氮、 硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的分布特征及其与溶解氧的关系。结果表明：海河天津段 及河口海域水体氮素以氨氮含量最高，均超出地面水环境质量标准 ( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 的v 类水质标准，与海河两岸排放的工业废水及城镇生活污水有 关；海河内陆水体的氮素含量远高于河口海域，且亚硝酸盐氮的含量表现得尤为 9 黄河兰州段水体氮素( n ) 污染水平及其传输通量的研究 突出，可能与水体溶解氧水平和微生物环境有着很大关系；海域的氮素含量因受 水体均质化的影响，与溶解氧含量的关系不明显，而河水的氮素组成受溶解氧含 量的影响波动很大。 毛剑英等对淮河干流1 9 9 0 年至2 0 0 2 年氮污染和溶解氧监测数据的分析 表明，沿淮河干流上游至下游氮污染加重，溶解氧含量降低。在一年中的6 9 月，淮河干流无机氮和溶解氧浓度为最低，溶解氧的浓度直接影响到氨氮向亚硝 酸盐氮和硝酸盐氮的转化这一氧化自净作用。 谢迎新等心们利用g p s 定位的方法在丰水期和枯水期对常熟地区境内1 2 条河 流和3 个湖荡水体氮磷污染现状进行了调查研究，对常熟地区主要河湖地表水中 不同形态氮浓度的季节性变化特征进行了初步探讨。根据地表水中不同形态氮的 浓度及总磷、溶解磷的浓度，结合1 5 n 示踪法和大型原状土柱渗漏池试验进一步 补充探明了对该地区河湖水体中的氮磷污染来源。研究发现，该地区河、湖水体 氮磷污染已相当严重，现阶段氮磷污染源主要来自城镇生活污水、农村人畜排泄 物。 ( 3 ) 国外水体氮素污染研究 s m i t h 等心们发现美国大多数河流的n 浓度在近几十年中不断升高，而且近 3 0 0 多条河流的n 污染来源是非点源输入。j i c k e l l st d 对对沿海地带氮等营养元 素的生物地球化学特性进行了研究，认为河口地区硝酸盐除来源于河流径流外， 在河口地区还有多种输入途径，如大气沉降、地下水的排入等。 s e b i l o 等曲利用氮氧同位素对法国塞纳河进行了详细的反硝化研究，发现河 底反硝化受水一沉积物界面硝酸盐扩散速率的控制，河滨反硝化过程中硝酸盐的 供应是对流传输，对塞纳河各个级别支流中硝酸盐的61 5 n 进行了测定和源汇计 算，发现反硝化作用主要发生于河滨地带，河底反硝化是相对次要的。 s e i t z i n g e r 等2 1 发现河流输送的氮素中有3 7 7 6 被滞留，其中一半发生在 1 4 级河流中，可通过河道级别、河水流量、土地利用、氮素负荷、水力滞留时 间、水体更新率等确定滞留量。p e t e r s o n 等阳3 1 发现源头溪流具有较大的水体一底 泥接触面积以及周期性的水文过程，是流域内氮素滞留的主要区域。 n r v i n e y 等们建立了一个对河流集水区颗粒氮、硝酸盐氮及氨氮营养物质 的日输出量进行预测的概念性平衡模型。该模型涵盖了营养物质的迁移、矿化、 滤取、固定、挥发、硝化、反硝化、植物吸收及收获损失等循环全过程。 此外，国外还较多开展了稳定性氮氧同位素识别水体中陆源氮污染物的分布 以及基于g i s 过程模型定量分析区域氮素迁移的数量及其环境效应的研究等。 1 3 本论文的研究内容 1 3 1 本文的研究内容 2 0 0 7 年内黄河兰州市区段表层水温、p h 值、溶解氧、电导等水环境因子的 l o 硕士学位论文 变化特征。 2 0 0 7 年内黄河兰州市区段水体中各种形态氮素( 氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸 盐氮及总氮) 含量变化特征以及黄河兰州市区段水体中各形态氮素的传输通量。 黄河兰州市区段水体氮素来源及含量变化影响因素分析。 1 3 2 本文研究方法 选取黄河兰州市区段的新城桥、雁儿湾断面为采样点，2 0 0 7 年1 1 2 月每月 取水，测定氮素及水温、p h 值、溶解氧、电导等指标。通过分析各形态氮素逐 月、水期变化特征，以及氮素含量变化与水温、p h 值、溶解氧、电导等之间的 关系，研究了黄河兰州市区段水体氮污染状况及氮素含量的影响因素。 1 3 3 本文目的、意义及特色 通过研究黄河水体氮污染现状，明确黄河水体氮污染水平及特征，为提高黄 河兰州市区段水质提供理论依据。对各种形态氮素浓度及其变化特征进行分析， 研究黄河兰州市区段氮素污染水平及水体各形态氮素的转化规律，为防止黄河兰 州市区段发生富营养化提供依据；对氮素传输通量的研究可以为制定黄河兰州段 氮素总量控制指标提供依据。 本文的研究特色是对黄河兰州市区段水体的氮素进行较为全面和详细的研 究，并计算了氮素的传输通量。研究结果可为控制黄河水体氮素浓度、防止富营 养化提供依据，具有一定的理论和实际意义。 黄河兰州段水体氮素( n ) 污染水平及其传输通鼍的研究 第2 章黄河兰州市区段氮素污染特征分析 2 1 实验设计 2 1 1 取样断面设置 本文旨在研究兰州市区对于黄河氮素水平的贡献，经实地踏勘后选定位于兰 州市西固区新城镇的新城桥断面及位于雁儿湾污水处理厂下方的铁索桥断面( 下 称雁儿湾断面) 作为取样断面进行取样测定分析。两断面之间包容了兰州市区内 大多数主要排污口，可基本反映兰州市区对黄河氮素污染的影响。取样断面设置 见图2 1 。 ( 1 ) 新城桥断面 位于兰州市西固区新城镇，距离兰州市区约4 0 公里。新城桥断面附近为农 村环境，主要农作物有小麦、玉米、百合、果品等。 ( 2 ) 雁儿湾断面 位于兰州市，距兰州市区约8 公里，雁儿湾污水处理站下方。河岸种植有 果树、向日葵等植物。 图2 1取样断面分布 2 1 2 取样及分析方法 2 1 2 1 水样采集 2 0 0 7 年1 l2 月每月取水一次，每个断面各设左、中、右3 个采样点，水样 混合后进行测定。 2 1 2 2 水样保存 ( 1 ) 总氮加硫酸p h 2 ； ( 2 ) 硝酸盐氮低温避光保存； ( 3 ) 氨氮加硫酸p h s 2 ； ( 4 ) 亚硝酸盐氮低温避光保存。 1 2 硕士学位论文 2 1 2 3 测定项目及评价标准 本实验测定项目主要有p h 值、水温、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总氮、 总有机氮、t d s 、溶解氧、总悬浮体含量。 评价标准执行地面水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 。相关性分析采用 e x c e l 软件。 2 1 2 4 水样分析方法 除水温采用常用温度计于采样地点即时测定外，其余指标均于实验室内当日 测定。其中溶解氧采用s e n s i o nt m 6 便携式溶解氧仪测定；p h 值采用s e n s i o n t m 5 便携式p h 测量仪测定；t d s 采用s e n s i o n t m 4 台式p h i s e 测量仪测定；t s m 采 用重量法测定。 除有机氮外，其余氮的测定均采用分光光度法。其中，氨氮采用水杨酸一次 氯酸钠比色法测定，亚硝酸盐氮用重氮偶合比色法测定，硝酸盐氮采用紫外分光 光度法测定，总氮用过硫酸钾氧化紫外分光法测定。测定均严格按照水和废水 监测分析方法( 第三版) 中提供的步骤进行1 。 溶解态无机盐氮d i n ，包括：氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮，其含量由三者 加和而得，即d i n = n h 4 + ( n h 3 ) n + n 0 3 n + n 0 2 。一n ；水体有机氮含量采用总氮减 去d i n 获得，即n o r g = t n d i n 。 2 1 2 5 实验仪器及试剂 ( 1 ) 主要仪器 7 2 1 型分光光度计及1 0 m m 石英、玻璃比色皿，医用手提式高压蒸汽消毒器， 温度计，s e n s i o n t m 5 便携式p h 测量仪，s e n s i o n t m 6 便携式溶解氧仪，5 0 m l 、 2 5 m l 、1 0 m l 具塞比色管。 ( 2 ) 实验药品 本实验所需药品均按水和废水监测分析方法( 第四版) 要求购置，试剂 也按水和废水监测分析方法( 第四版) 要求配制。 2 2 数据统计及实验结果分析 2 2 1 黄河兰州市区段基本水质参数分析 水环境的质量特别是水温、溶解氧( d o ) 、p h 值等因素对水体中营养盐的迁 移和水体初级生产力的水平十分重要h 。为了反映各形态氮素与水温、溶解氧 ( d 0 ) 、p h 值等水环境要素之间的关系，本文对水温、溶解氧( d o ) 、p h 值、表层 水溶解性固体( t d s ) 、表层水悬浮体( t s m ) 进行了测定。 2 0 0 7 年黄河兰州市区段水环境基本水质参数测定结果见表2 1 。 水温：黄河兰州市区段表层水温在l 一2 2 之间，具有显著的季节性变化 1 3 黄河兰州段水体氮素( n ) 污染水平及其传输通量的研究 特征，冬春季较低，夏季较高，由于地理位置和日光辐射等的影响，黄河水体表 面水温略低于当地气温。在取样期问，两取样断面上均没出现水体热污染。 溶解氧：实验期间，黄河兰州市区段溶解氧在4 5 5 6 9 4 6m g l 之间，按地 面水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) i i i 类水域标准评价，超标1 次，超标率为 4 17 。溶解氧受水温变化影响较为明显，枯水期含量较高，丰水期含量低于枯 水期。黄河兰州市区段水体富氧性较好。 p h 值：黄河兰州市区段表层水体p h 值在7 5 8 8 8 1 8 8 之间，稍偏碱性，但符 合地面水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) i i i 类水域标准要求。p h 值变化趋势与 水温变化相似，春、冬季相对较低，夏秋季较高。 溶解性固体( t d s ) ：为水中溶解性固体物质的总称，主要成分有钙、镁、钠、 钾离子和碳酸离子、碳酸氢离子、氯离子、硫酸离子和硝酸离子。2 0 0 7 年黄河 兰州市区段t d s 含量在4 3 8 5 6 9 m g l 之间，年内变化幅度不大，雁儿湾断面含 量略高于新城桥断面，丰水期略高于枯水期。 悬浮体( t s m ) ：黄河为多泥沙河流，据水利部黄河水利委员会发布的2 0 0 6 年黄河水资源公报，黄河兰州段实测悬移质输沙量为0 2 7 0 亿t 。据实验测定， 黄河兰州市区段表层水t s m 含量在2 8 9 2 0m g l 之间，随径流量变化明显，丰 水期大于枯水期。 表2 1 各取样断面水体环境要素情况一览表 2 2 2 黄河兰州市区段水体氮素测定结果与分析 2 2 2 1 总氮 ( 1 ) 逐月变化 2 0 0 7 黄河兰州市区段新城桥、雁儿湾断面水体总氮含量逐月变化见图2 2 。 1 4 硕十学位论文 巴 鲁 鬈 135791 1 月份 图2 2黄河兰州市区段水体总氮含量逐月变化图 由图2 2 可知：2 0 0 7 年新城桥断面总氮含量在1 5 3 l 2 3 7 3m g l 之间，新城 桥断面水体总氮含量在1 3 月逐渐升高，在3 月份出现了一年中的最高值： 2 3 7 3 m g l ，随后总氮含量在5 1 0 月呈降低趋势，7 1 0 月总氮含量变化基本上 趋于平稳，于1o 月达到一年中的最低值：1 5 3 1m g l ，11 月开始上升，1 2 月份 又略有下降。雁儿湾断面水体总氮含量明显高于新城桥断面，在2 3 7 8 3 6 8 2 m g l 之间，逐月变化趋势与新城桥断面类似，总氮含量最高值与最低值同样分 别出现在3 月和1 0 月。 ( 2 ) 水期变化 新城桥断面枯水期( 1 4 、1 1 、1 2 月) 总氮月平均浓度为2 1 3 3 8 m g l ，丰水 期( 5 1 0 月) 月平均浓度为1 8 6 1m g l ；雁儿湾断面总氮月平均浓度为 3 3 8 4 5 m g l ，丰水期月平均浓度为2 7 9 7 7 m g l 。两断面枯水期总氮含量均大于 丰水期。总氮随水期变化见图2 3 。 枯水期丰水期 图2 3 总氮随水期变化图 ( 3 ) 与水温之间的关系 总氮与水温变化之间的关系见图2 4 。可以看出，总氮与水温变化为低度、 显著负相关关系，相关系数分别为：新城桥断面r = 0 4 3 9 7 4 ，雁儿湾断面 r = 0 5 0 4 2 。 1 5 4 5 3 5 2 5 1 5 o 3 2 l 0 一e 蜮碘 黄河兰州段水体氮素( n ) 污染水平及其传输通萤的研究 2 5 2 套1 5 溪 o 5 0 o51 01 52 02 5 水温 ( a ) 新城桥断面 j 。 宣 腻 珀 o51 01 52 02 5 水温 ( b ) 雁儿湾断面 图2 4 总氮与水温相关关系图 ( 4 ) 与流量之间的关系 总氮与流量变化之间的关系见图2 5 。由图中可以看出，黄河兰州市区段总 氮含量与流量之间存在一定的负相关关系，相关系数为：新城桥断面r = o 6 4 7 9 ， 2 # 雁儿湾断面r = 0 7 5 l o 。黄河兰州市区段总氮含量与流量间存在显著线性负相 关关系，说明河水对总氮的稀释作用较为明显5 1 。 2 5 2 j 、 警1 5 鬈 o 5 0 05 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 0 月流量m 3 s 一 鲁 腻 确 o5 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 0 流量m 3 s 7 ( a ) 新城桥断面( b ) 雁儿湾断面 图2 5 总氮与流量相关关系图 ( 5 ) 与溶解氧之间的关系 总氮与溶解氧含量变化之间的关系见图2 6 。新城桥断面总氮与溶解氧含量 相关性很小，相关系数仅为o 0 3 9 2 ；雁儿湾断面总氮与溶解氧含量存在一定的相 关性，相关系数为0 3 6 6 6 ，属低度相关。 1 6 硕十学位论文 2 5 2 j 套1 5 日 腻 1 珀 1 0 5 0 一 曹 腻 珀 o24681 0 o24681 0 溶解氧m g l溶解氧m g l ( a ) 新城桥断面( b ) 雁儿湾断面 图2 6 总氮与溶解氧含量相关关系图 ( 6 ) 与p h 值之间的关系 总氮与p h 值变化之间的关系见图2 7 。新城桥断面总氮与p h 值之间存在低 度负相关关系，相关系数为0 3 9 1 7 ；雁儿湾断面总氮与p h 值之间存在显著负相 关关系，相关系数为o 6 4 4 5 。 2 5 2 j 曹1 5 鬈 ， o 5 o 7 47 67 888 28 4 p h 值 j 皇 腻 珀 7 67 888 28 4 p h 值 ( a ) 新城桥断面 ( b ) 雁儿湾断面 图2 7 总氮与p h 相关关系图 2 2 2 2 氨氮 ( 1 ) 逐月变化 2 0 0 7 黄河兰州市区段新城桥、雁儿湾断面水体氨氮含量逐月变化见图2 8 。 从图中可以看出，2 0 0 7 年新城桥断面氨氮含量在1 4 月较为波动，在4 月份出 现了一年中的最高值：o 3 1 1 m g l ，随后在5 1 0 月呈逐渐降低趋势，于1 0 月达 到一年中的最低值：o 0 3 0m g l ，1 1 月开始上升。雁儿湾断面氨氮含量在l 一5 月呈现降低趋势，但6 月份氨氮含量较高，可能是因为采样时期为大雨过后，生 活垃圾被雨水冲入河中，使黄河水体受到了暂时的污染；此后7 l o 月氨氮含量 继续降低，并于lo 月达到一年中的最低值：0 2 5 0m g l ，1 1 月与12 月氨氮含量 上升，年内氨氮含量最大值出现在1 月份为o 8 2 2m g l 。两断面相比，下游雁儿 湾断面氨氮含量明显高于上游新城桥断面。以地面水环境质量标准 1 7 黄河兰州段水体氮素( n ) 污染水平及其传输通鼍的研究 ( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) i i i 类水域标准要求衡量，2 0 0 7 年黄河兰州市区段新城桥、雁儿湾 断面氨氮达标率为1 0 0 。 o 9 0 8 0 7 0 6 冒o 5 嘁0 4 嘛o 3 0 2 0 1 0 12 3 4 5 6 7 8 91 01 11 2 月份 图2 8 黄河兰州市区段水体氨氮含量逐月变化图 ( 2 ) 水期变化 新城桥断面枯水期氨氮月平均浓度为0 2 0 8 m l ，丰水期月平均浓度为o 1 5 7 m g l ；雁儿湾断面枯水期氨氮月平均浓度为o 7 8 3 m g l ，丰水期月平均浓度为 o 4 6 8 m g l 。两断面枯水期氨氮含量均大于丰水期。氨氮浓度随水期变化见图2 9 。 o 9 0 8 o 7 0 6 誉o 5 膈0 4 嘛o 3 0 2 0 。1 0 12345678 9 1 01 l1 2 月份 图2 9 氨氮含量随水期变化图 ( 3 ) 与水温之间的关系 氨氮与水温变化之间的关系见图2 1 0 。由图2 1 0 可以看出，氨氮与水温变 化之间存在一定的负相关关系，相关系数为：新城桥断面r = o 15 4 1 ，属于微弱 负相关；雁几湾断面r = o 5 9 5 2 ，属显著负相关。有资料报道，温度对硝化细菌 的代谢有明显的影响引，大多数硝化细菌生长的最适温度为2 5 3 0 “1 ，水温适 当增高有利于水体硝化反应的进行，氨氮与水温的负相关性可能与水中发生硝化 反应，氨氮向硝酸盐转化有关。 硕十学位论文 誉 憾 葺目i o 5l o1 52 0 2 5 水温 ( a ) 新城桥断面 0 9 o 8 o 7 o 6 旨0 5 腻o 4 城0 3 0 。2 0 1 o o51 01 52 02 5 水温 图2 1 0 氨氮与水温相关关系图 ( 4 ) 与流量之间的关系 氨氮与流量变化之间的关系见图2 1 1 。 o 3 5 o ，3 0 2 5 普0 2 酶o 1 5 强0 1 0 0 5 o 1 o 8 一 鲁o 6 臻叫 o 2 0 ( b ) 雁儿湾断面 o5 0 01 0 0 01 5 0 0z o o o o5 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 0 流量m 3 s 流量m 3 s ( a ) 新城桥断面( b ) 雁儿湾断面 图2 1 1 氨氮与流量相关关系图 由上图可知，黄河兰州市区段氨氮含量与流量之间存在负相关关系，相关系 数为：新城桥断面r = o 2 7 5 8 ，雁儿湾断面r = 0 7 7 8 5 。其中，新城桥断面氨氮 含量与流量呈微弱负相关，雁儿湾断面氨氮含量与流量呈显著负相关。 ( 5 ) 与溶解氧之间的关系 氨氮与溶解氧含量变化之间的关系见图2 1 2 。新城桥断面氨氮与溶解氧含量 相关系数为o 0 4 7 5 5 ，几乎不存在相关关系；雁儿湾断面氨氮与溶解氧含量存在 低度正相关关系，相关系数