（环境工程专业论文）丹江口库区及上游污染源解析和典型支流及库湾水质风险特征研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 签名：。易堕f t 期：纱，2 垒亿i a a p l a 签名： 矽“乍期：当”1 v f 关于论文使用授权的说明 本人完伞了解武汉理工大学有关保留、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。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：盟导师( 签名) ： 期：沙f 2 1 辟如p 武汉理- t 火学硕i ：学位论文 摘要 丹江口水库是南水北调中线工程的取水处，其水质状况不仅是水库生态环境问 题，更直接关系到调水工程受水区水质的安全问题。近年来，丹江口水库尤其是入库 支流和库湾接受着大量污染的输入，面临着营养盐、重金属等污染物带来的巨大压力， 水库的水质安全存在着潜在的威胁。本文针对丹江口水库水质安全存在的问题，通过 对丹江口库区及上游c o d 和氨氮污染源解析，确定主要污染区域和重点污染行业， 了解库区水系外部污染输入的主要驱动力；在对丹江口水库入库支流及库湾不同污染 类型划分基础之上，选取不同污染类型的支流和库湾对其水质、沉积物重金属污染状 况及潜在风险进行研究，并对沉积物中营养盐释放风险机制进行探讨和研究，辨识水 库水质安全问题。在此基础上完成对丹江口库区典型库湾及支流水体水质潜在富营养 化、重金属污染及生态风险和内源营养盐释放风险的综合诊断。主要研究结果如下： ( 1 ) 对丹江口库区及上游地区污染源解析最终确定了重污染区域( 十堰市) ，识 别重污染行业( 石化、造纸、制药等) 。2 0 1 0 年丹江口库区及上游点源排放c o d 和 氨氮主要来自工业源，工业源贡献率分别为6 7 和5 7 。工业源c o d 、氨氮排放量 分别为1 7 9 1 9 7t 、2 8 4 1 3t ，陕西c o d 、氨氮排放贡献率分别为5 8 3 、8 0 6 ，为陕 西、湖北和河南3 省中最高；十堰、汉中、商洛是丹江口库区及上游c o d 和氨氮排 放贡献率最大的3 个地级市。制药、食品和石化为区域c o d 排放贡献较高的行业， 贡献率分别为4 0 、1 9 和1 6 ；而石化、采掘和冶金的氨氮排放贡献率为4 5 、2 0 和1 7 ，为丹江口库区及上游的高氨氮排放行业。 ( 2 ) 丹江口水库部分典型支流及库湾水体富营养化现象严重，对水库的水质安 全有潜在的威胁。在研究期间内，重污染神定河及其入库河口水中t n 浓度有明显上 升趋势。神定河t n 、t p 浓度年均值分别为1 1 6 3m g l 、0 9 3m g l ，与参比区五龙池 ( t n 为4 4 1m g l ，t p 为0 0 7 6m g ，l 相比分别超过3 倍和1 2 倍；中污染的大柏河 t n 、t p 全年均值分别为4 7 9m c l 、0 1 5m g l ，略高于五龙池。3 条典型入库支流都 处于富营养化状态，其中神定河及其入库河口及大柏河处于重度富营养化状态，大柏 河入库河口和五龙池处于中度富营养化状态，东库湾处于轻度富营养化状态。 ( 3 ) 典型库湾及支流沉积物部分重金属存在一定程度的富集，有一定的潜在生 态风险，c d 在支流沉积物中富集现象严重。各采样点表层沉积物中n i 和p b 均未发 生富集；而c d 、c r 、c u 和z n 平均富集系数分别为7 1 2 、1 8 0 、1 6 3 和2 8 4 ，均存在 不同程度的富集，其中c d 在各点的富集系数均在3 0 以上。沉积物中n i 和p b 含量 主要来自于天然地球化学来源，而c d 、c r 、c u 和z n 则主要是受人为源的影响。以 丹江口库区土壤( 黄棕壤) 中重金属背景值为参比，典型库湾及支流表层沉积物总体 处于高生态j x l 险，以c d 生态风险为主，参与评价的5 种重金属的潜在生态风险程度 武汉理 ：人学硕+ 学位论文 顺序为c d c u c r z n p b 。 ( 4 ) 三个丹江口水库典型库湾水沉积物界面孔隙水中氨氮和磷酸盐浓度都远大 于上覆水中的浓度。所有采样点氨氮及磷酸盐均表现为由沉积物向上覆水释放，表明 库湾水体水质存在潜在的内源营养盐( 氨氮和磷酸盐) 释放风险。神定河库湾( s e ) 氨氮扩散通量高达6 9 6 7m g ( m 2 d ) ，为三个库湾样点最高；老灌河库湾( l e ) 和大 柏河库湾( d e ) 的氨氮扩散通量分别为4 6 8 1m g ( m 2 d ) 和4 9 2 3m e d ( m 2 d ) ，两者 较为接近。三点磷酸盐扩散通量分别为1 9 0 2m g ( 1 t 1 2 d ) 、0 6 4 7m g ( m z d ) 和1 3 7 5 m g ( m 2 d ) 。 关键词：丹江口水库；水质安全：富营养化；沉积物；重金属 i l 武汉理工大! 学硕士学位论文 a b s t r a c t d 删i a n g k o ur e s e r v o i ri st h ew a t e ri n t a k i n gp l a c eo ft h es o u t h - n o r t hw a t e rt r a n s f e r p r o je c ta n di t sw a t e rq u a l i t yw a sr e l a t e dt ow a t e rp o l l u t i o na n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a l p r o b l e m s ，m o r ed i r e c t l yr e l a t e dt ow a t e rq u a l i t ys e c u r i t yo fr e g i o nw h i c h r e c e i v e dt h ew a t e r b yt h et r a n s f e rp r o j e c t i nr e c e n ty e a r s ，d a n j i a n g k o ur e s e r v o i r ，e s p e c i a l l yi t st r i b u t a r i e sa n d t h er i v e rm o u t h ，r e c e i v i n gt r e m e n d o u sp o l l u t i o ni n p u t ，c o m i n gf r o mn u t r i e n t s ，h e a v ym e t a l s a n do t h e ro r g a n i cp o l l u t a n t s ，i t sw a t e rq u a l i t yh a sap o t e n t i a lt h r e a t t h i sp a p e rm a i n l y c a r e da b o u td a n j i a n g k o ur e s e r v o i rw a t e rq u a l i t ya n ds a f e t yp r o b l e m s t h r o u g ha n a l y s i n g f o rc o da n dn h 3 - np o l l u t i o ns o u r c eo fd a n j i a n g k o ur e s e r v o i ra r e aa n du p p e rr e c h e s ，t h e k e yp o l l u t i o nr e g i o na n dk e yp o l l u t i n gi n d u s t r i e sw e r ea c q u i r e d ，w h i c hc o n t r i b u t e t o u n d e r s t a n dm a i nd r i v i n gf o r c eo fe x t e r n a li n p u to fw a t e rp o l l u t i o n b a s e do nc l a s s i f i c a t i o n o fd i f f e r e n tp o l l u t i o nd e g r e et r i b u t a r i e sa n dr i v e rm o u t h ，w a t e rq u a l i t ya n ds e d i m e n th e a v y m e t a lp o l l u t i o na n dp o t e n t i a lr i s kw e r er e s e a c h e dt oi d e n t i f yw a t e rq u a l i t ys e c u r i t yp r o b l e m o fd a n ji a n g k o ur e s e r v o i r w h a t sm o r e ，s e d i m e n ti n t e r n a ln u t r i e n tr e l e a s er i s kp r o c e s sa n d m e c h a n i s mw e r ea l s os t u d i e d a sac o n s e q u e n c e ，w ec o u l da c c o m p l i s hac o m p r e h e n s i v e d i a g n o s i sf o rr e p r e s e n t a t i v ei n p u tt r i b u t a r i e so fd a n j i a n g k o u r e s e r v o i rb yt h ew a t e rq u a l i t y e u t r o p h i c a t i o n ，p o t e n t i a le c o l o g i c a l r i s ko fh e a v ym e t a lp o l l u t i o na n di n t e r n a ln u t r i e n t r e l e a s i n gr i s k t h em a i na c h i e v e m e n ta r ee x h i b i t e d a sb e l o w ： ( 1 ) c o da n dn h 3 - nd i s c h a r g e df r o mi n d u s t r i a lp o l l u t i o ns o u r c e ，w h i c hc a m ef r o m 2 010n a t i o n a lp o l l u t i o ns o u r c ec e n s u sd a t a ，w e r es e l e c t e df o rac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so f p o l l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n di n d u s t r i a lc o n t r i b u t i o n so fd a n j i a n g k o ur e s e r v o i ra r e aa n d u p p e rr e a c h e s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tc o d a n dn h 3 - no fd a n j i a n g k o ur e s e r v o i ra r e a a n du p p e rr e a c h e sm a i n l yd i s c h a r g e df r o mi n d u s t r i a ls o u r c e s ，a n dt h e i rc o n t r i b u t i o nr a t e w e r e6 7 a n d5 7 ，r e s p e c t i v e l y t h ea m o u n to fc o da n dn h 3 - nd i s c h a r g e df r o m i n d u s t r i a ls o u r c eo fd a n j i a n g k o ur e s e r v o i ra r e aa n du p p e rr e a c h e sw e r e17 919 7ta n d 2 8 4 1 3t ，m a ds h a a n x ip r o v i n c ea c c o u n t e df o r5 8 3 ，8 0 6 f o rt h ee n t i r ea r e a ，i tg o tt h e l a r g e s tp r o p o r t i o n s o fp o l l u t i o nd i s c h a r g e di na l l3p r o v i n c e so ft h i sa r e a s h i y a n ， h a n z h o u n ga n ds h a n g l u oc i t yw e r et h et o p3c i t i e sf o ri n d u s t i r a lp o l l u t i o nd i s c h a r g e d i n t e r m so fi n d u s t r i a ls t r u c t u r e ，f o o d ，p e t r o c h e m i s t r ya n dh a r m a c yi n d u s t r i e sw e r et h et o p3 i n d u s t r i e st h a tc o n t r i b u t e d4 0 ，19 a n d16 f o rc o dd i s c h a r g e d ，w h i l ep e t r o c h e m i s t r y , m i n i n ga n dm e t a l l u r g yi n d u s t r i e sw e r et h em a i ni n d u s t i e sf o rn h 3 - nd i s c h a r g e da n dt h e i r p r o p o r t i o n sw e r e4 5 ，2 0 a n d17 ，r e s p e c t i v e l y ( 2 ) t h e r ew a sas e r i o u se u t r o p h i c a t i o ni nt h er e p r e s e n t a t i v ei n p u tt r i b u t a r i e s o f 武汉理： 大学硕士学位论文 d a n j i a n g k o ur e s e r v o i r , a n di t s w a t e rq u a l i t ys a f e t yh a dap o t e n t i a lt h r e a t t h er e s u l t s i n d i c a t e dt h a ts h e n d i n g h er i v e ra n di t sr i v e rm o u t h ，w h i c hw e r eh e a v yp o l l u t e d ，h a da n o b v i o u se l e v a t e dt nc o n t e n t st r e n d t h ea n n u a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so ft na n dt pi n s h e n d i n g h er i v e r , r e c e i v i n gb o t hi n d u s t r i a la n dd o m e s t i cw a s t e w a t e rf r o ms h i y a nc i t y , w e r e1 1 6 3m g l a n d0 9 3m g l ，w h i c hw e r e3t i m e sa n d1 2t i m e sr e s p e c t i v e l y , c o m p a r i n gt ot h a to fw u l o n g c h is t r e a m t h a tr e c e i v e dl i t t l ea g r i c u l t u r a ln o n p o i n ts o u r c e p o l l u t i o n w h i l e f o rd a b a i h er i v e r , c h a r a c t e r i s t i cb ym o d e r a t ea g r i c u l t u r a ln o n - p o i n t s o u r c ep o l l u t i o nc o m b i n i n gw i t hw a s t e rw a t e rf r o mas m a l lt o w nh a ds l i g h t l yh i g h e rt n a n dt pc o n c e n t r a t i o n st h a nt h a to fw u l o n g c h i a l lo ft h e s et h r e et r i b u t a r i e sw e r ei nt h es t a t e o fe u t r o p h i c a t i o n ，a n dn u t r i t i o ns t o i c h i o m e t r ya n a l y s i sr e v e a l e dt h a ts h e n d i n g h er i v e rw a s i nt h es t a t eo fn i t r o g e nl i m i t a t i o n w h i l et h er i v e rm o u t ha r e as t a y e di np h o s p h o r u s l i m i t a t i o n ( 3 ) h e a v ym e t a l si nt h es e d i m e n t sf r o mt h er e p r e s e n t a t i v er i v e rm o u t h sa n d t r i b u t a t i e s o fd a n j i a n g k o ur e s e r v o i rh a dad e g r e eo fe n r i c h m e n t ，w i t hac e r t a i np o t e n t i a le c o l o g i c a l r i s k ，c de n r i c h m e n tw a se s p a c i a l l ys e r i o u s t h er e s u l t ss h o w e dt h a te n r i c h m e n tf a c t o r sf o r c d ，c r , c ua n dz ni ns u r f a c es e d i m e n t sw e r e7 1 2 ，1 8 0 ，1 6 3a n d2 8 4 ，r e s p e c t i v e l y c o r r e l a t i o na n a l y s i sr e v e a l e dt h a tn ia n dp bw e r eo r i g i n a t e df r o mn a t u r a ls o u r c e s ，w h i l ec d ， c r c ua n dz nw e r em a i n l yi n f l u e n c e db ya n t h r o p o g e n i ca c t i v i t i e s c o m p a r i n gt ot h e b a c k g r o u n dv a l u e so fd a n j i a n g k o ur e s e r v o i r , t h es t u d i e dh e a v ym e t a l s i nt h es u r f a c e s e d i m e n t sh a dah i g he c o l o g i c a lr i s ki ns e q u e n c ea sf o l l o wc d c u c r z n p b ( 4 ) t h r e es e d i m e n tc o r e s p o r e w a t e ra n do v e r l y i n gw a t e rw e r ea e p u i r e df r o mt h e r e p r e s e n t a t i v er i v e rm o u t h so fd a n j i a n g k o u r e s e r v o i r t h er e s u l ts h o w e dt h a tn h 4 + - na n d p 0 4 3 pc o n c e n t r a t i o n sa r ef a rl a r g e ri nt h ep o r e w a t e rt h a nt h eo v e r l y i n gw a t e r b o t ho f n h 4 + - na n dp 0 4 3 - pa r er e l e a s e df r o ms e d i m e n tt oo v e r l y i n gw a t e r , w h i c hi n d i c a t e d p o t e n t i a li n t e m a ln u t r i e n tr e l e a s i n gr i s k t h en h 4 + - ni n f l u xa c r o s st h es e d i m e n t - w a t e r i n t e r f a c ei ns h e n d i n gr i v e rh a dt h em a x i m a lv a l u e ，6 9 6 7m g ( m l d ) d a b a ir i v e ra n d l a o g u a n r i v e r si n f l u x e sw e r e4 6 81m ( m 2 - d ) a n d4 9 2 3m g ( m 2 - d ) t h ep 0 4 3 - - pi n f l u x e s o ft h e s et h r e ef i v e rm o u t h sw e r e1 9 0 2m g ( m 2 。d ) ，0 6 4 7m g ( m 2 - d ) ，a n d1 3 7 5m g ( m z - d ) ， r e s p e c t i v e l y k e yw o r d s ：d a n j i a n g k o ur e s e r v o i r ；w a t e rq u a l i t ys a f l y ；e u t r o p h i c a t i o n ；s e d i m e n t ；h e a v y m e t a l s ； 1 v 武汉理一人学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论l 1 1 文献综述2 1 1 1 湖库水体营养盐特征研究2 1 1 2 湖库水体沉积物研究5 1 1 3 研究存在的不足之处9 1 2 研究意义与目标一9 1 2 1 研究意义9 1 2 2 研究目标1 0 1 3 研究内容与技术路线l0 1 3 1 研究内容1 0 1 3 2 技术路线1 l 第2 章研究区域概况与研究方法1 3 2 1 研究区域概况1 3 2 1 1 丹江口水库1 3 2 1 2 南水北调中线工程1 4 2 1 3 自然条件概况1 5 2 1 4 河流水系概况1 5 2 1 5 丹江口水库支流水污染概况1 6 2 2 研究方法16 2 2 1 污染源数据来源和解析方法1 6 2 2 2 典型支流及库湾选取的原则与方法1 9 2 2 3 水质监测分析方法1 9 2 2 4 沉积物采集与分析方法2 0 2 2 5 重金属评价方法2 2 2 2 6 水沉积物界面营养盐扩散通量估算方法2 3 2 2 7 数据处理和图形制作方法2 4 第3 章丹江口库区及上游污染源解析2 5 3 1 引言2 5 3 2 污染源解析2 5 3 2 1 社会经济数据2 5 v 武汉理工大学硕士学位论文 3 2 2 点污染源结构解析2 9 3 2 3 工业源排放污染物总量及强度解析3 2 3 2 4 工业污染源行业解析3 5 3 3 污染物贡献分析与防治对策3 8 3 3 1 污染源结构分析3 8 3 3 2 工业源排放污染物总量及强度分析3 8 3 3 3 工业污染源行业分析3 9 3 3 4 污染防治对策4 0 3 4 本章小结4 3 第4 章丹江口水库典型入库支流及库湾营养盐动态变化特征研究4 5 4 1 引言4 5 4 2 结果与讨论4 5 4 2 1 支流t n 、t p 动态变化特征4 5 4 2 2 溶解性氮、磷动态变化特征4 7 4 2 3 重污染河流与河口营养盐比例关系研究4 9 4 2 4 入库支流营养状态评价51 4 3 本章小结5 2 第5 章丹江口水库典型库湾及支流沉积物重金属垂直分布特征及生态风险评价5 3 5 1 引言5 3 5 2 结果与讨论5 3 5 2 1 沉积物重金属垂直分布及污染水平5 3 5 2 2 丹江口典型库湾及支流沉积物重金属污染评价5 5 5 2 3 重金属可能的来源分析5 7 5 2 4 表层沉积物重金属潜在生态风险评价5 9 5 3 本章小结6 0 第6 章丹江口水库典型库湾沉积物营养盐释放风险研究6 1 6 1 引言6 l 6 2 沉积物孔隙水中氨氮释放风险研究6 1 6 2 1 上覆水和表层水氨氮垂直分布特征6 1 6 2 2 水一沉积物界面氨氮扩散通量估算6 3 6 3 沉积物孔隙水磷酸盐释放风险研究6 3 6 3 1 上覆水和表层水磷酸盐垂直分布特征6 3 6 3 2 水沉积物界面磷酸盐扩散通量估算6 5 v l 武汉理一j ：大学硕士学位论文 6 4 本章小结6 5 第7 章结论与展望6 7 7 1 结论6 7 7 2 问题与展望6 8 致谢。7 1 参考文献7 3 攻读学位期间的科研成果目录8 3 v l i 武汉理i ：大学硕+ 学位论文 v i i ! 武汉理工人学硕十学位论文 第1 章绪论 湖泊和水库是人类赖以生存重要的水源之一，不仅与工农业发展、居民生活息息 相关，同时还兼有调节地表径流、蓄水防洪、维持生态系统完整性等作用【1j 。随着社 会经济不断发展，人口急剧增加，生活污水、工业废水排放日益增长，大量营养物质 进入湖泊、水库，造成湖库水体富营养化的发生，导致水体透明度下降、水质变坏、 严重影响湖库供水、养殖等社会服务功能【2 ，3 】。一般可将集中式供水水源地( 湖泊、水 库) 划分为河道型、地下水型和湖泊水库型三类。河道型水源水体流速较快，自净、 稀释能力较强；地下水型水源水体相对封闭，受到外部污染的风险和可能性较低；而 湖库型水源地水体流速缓慢，污染物容易累积，其水质安全风险相对较高。其中水库 是我国多个城镇饮用水水源地或备用水源地，其水质好坏直接影响着当地人们饮用水 安全和区域经济的发展【4 j 。2 0 0 7 年，水利部监测的全国3 2 1 座水库中，水质优良( 符 合和优于i i i 类水) 占评价水库总数7 8 5 ，水质未达到i i i 类水的水库达2 1 5 ，其中 水质为劣v 类水水库达8 座。评价其中2 9 9 座水库营养状态发现处于中营养水库有 2 0 9 座，处于轻度、中度和重度富营养水库分别有7 1 座、1 8 座和l 座【引。 湖泊、水库等水源地水质安全应该表现为水体质量各项指标都能够持续地满足供 水水质的要求1 6 】7 | 。其内涵主要表现为3 个方砸：首先，水体的水质指标必须满足相关 水环境质量标准的要求，以确保不影响其正常使用功能；2 ) 水源地水体营养状态较 低，确保不会发生富营养化事件：3 ) 水质环境风险或环境事故概率低，水质风险事 件不发生或者其发生不会对水源地水质安全构成威胁。 虽然一些库型水源地总体水质良好，符合饮用水水质标准，但这些水源地部分支 流局部水域的水质仍有超标现象【8 j 。水源地上游大量水利工程设施的兴建，导致支流 水体流速变小、水交换能力减弱，污染物扩散与迁移速率减小；同时由于水源地一般 位于城镇郊区或农村地区，服务区域的土地利用类型丰富，生活污水、工业废水和农 业面源等污染持续进入水源地的支流，这些都加大了水源地营养盐、重金属等污染物 累积，并最终对水源地水质安全造成威胁 9 , 1 0 】。 流域人类生产、生活活动产生的污染排放是影响湖库水质恶化的主要外部驱动 力；在流域外源输入得到控制后，湖泊或水库水体沉积物内源释放会威胁到水质安全。 目前对于湖库水质进行控制和管理两个标准分别为地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 和生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) ，包含水质指标选取主要是参考了发 达国家标准，其毒理学和生态学的意义还有待研烈1 1 , 1 2 】，同时这些标准未考虑水体沉 积物污染释放风险给湖库水质安全构成威胁。因此，如何在了解湖库外部污染输入特 征情况下，丌展湖库支流水体水质营养盐特征、水体沉积物重金属污染及沉积物营养 盐释放研究，对于揭示流域水环境恶化过程、诱导因子以及制订有效的控制管理措施 武汉理工大学硕士学位论文 具有非常重要的理论和指导意义。 1 1 文献综述 l ，1 1 湖库水体营养盐特征研究 水体中过剩营养盐是造成湖库水体富营养化的重要原因，按进入水体途径可将营 养盐来源分为外源和内源两大类 】3 j 。外源又可分为2 类：点源，来自城市、城镇居 民生活污源和工矿企业业污染源的排放；面源，来自农田径流、畜禽、水产养殖及 其它面源。随着外源污染的控制，内源污染会成为水体富营养化的主要来源。内源污 染是由于水体沉积物中营养盐等污染物向上覆水体释放并在动力作用下再悬浮造成 的，在这种因素影响下，即使大幅度削减外源污染负荷，仍可能引起藻类爆发，最终 对湖库水质安全构成极大威胁队”j 。 ( 1 ) 湖库水体富营养化概念 一般认为，富营养化( e u t r o p h i c a t i o n ) 是指生活污水、工业废水以及在雨水、地 表径流作用下，大量氮、磷等营养物质进入水库、湖泊等缓流水体，促进水体中浮游 植物大量生长与旺盛繁殖，其它水生生物大量死亡、水体生产力水平和水体营养状态 变高的过程1 6 , 1 7 。富营养化是水中浮游植物优势种建立的过程，它包含一系列物理、 化学以及生物的变化，与水体的理学性质、流域气候、流域地理、地质构造、水体流 态等多种因素有关。 富营养化是湖库发展或老化过程中不可避免的自然过程，是氮、磷等营养盐浓度 增加对水生生态系统的生态学效应【1 8 】。尽管富营养化是湖泊老化中的自然过程，但自 2 0 世纪中叶以来，城市径流、农业径流、污水排放以及其它与人类相关的活动使有机 质和营养盐进入湖库水生态系统的速率加快，这些物质会刺激藻类等浮游植物生长， 导致水生生态系统结构发生变化，在很大程度上促进了水体富营养化进程，并危及鱼 类和其它动植物健康和生物多样性。目前较为认同的概念为国际经济与开发合作组织 ( o e c d ) 对水体富营养化的定义：水体中由于营养盐的增加而导致藻类和水生植物 初级生产力的增加、水质下降等一系列的变化，从而使水的用途受到影响的现象。 o e c d 在1 9 8 2 还将叶绿素a 和透明度并入到水体营养状态划分的指标中来【1 9 1 。 ( 2 ) 水体限制性营养元素 水中营养元素是水体发生富营养化的物质基础。水生生态系统一般存在一种或某 种起限制性作用的营养盐，当它含量减少时会导致生物体之间的竞争。大量文献表明 c 、n 、p 、f e 及s i 均可成为水生生态系统的限制营养元素 2 0 , 2 1 】，但是同时也在暗示 n 和p 是最具有意义的限制性营养元素。氮通常在河口、海岸生态系统中对初级生产 力起限制作用【2 2 】，而磷对一些河口、海岸生态系统和绝大多数淡水生态系统都起到限 武汉理工大学硕十学位论文 制作用【驯。 早期人们假设藻类的生长和繁殖可能需要较高的磷、氮浓度来支持，判识限制藻 类生长的营养元素常采用氮磷比( t n ：t p ) 的方法，r e d f i e l d 比例( 原子比为1 6 ： 1 ) 通常被认为是浮游植物“平衡”或“健康”生长所需要的比例，也是冬季在海水 中观察到的粗略的营养元素比【2 4 1 。由于磷是许多水体富营养化较为主要的限制因子， 可以根据磷的浓度来判别或辨别湖库水体的富营养化程度【25 | 。o e c d 对水体富营养化 研究发现氮、磷等营养物盐的输入和积累是水体发生富营养化最主要的原因之一，并 提出了藻类的“经验分子式”为c 1 0 6 h 2 3 6 0 1 1 0 n 1 6 1 。由利贝格最小值定律可知，植物生 长的限制取决于外界提供给它所需营养成分中数量最少的一种，因此，藻类分子式中 所占的百分比最小氮和磷两种元素尤其是磷更易成为限制性营养元素【2 6 2 7 j 。 ( 3 ) 湖库水体富营养化评价方法 对水体富营养化过程中某一阶段中水体的营养状况定量描述的最有效手段之一， 水体富营养化评价是通过对具有水体富营养化代表性指标的测定与分析，判断水体的 营养状况，了解其富营养化进程和预测其发展趋势，为水体水质安全管理及富营养化 防治提供依据。然而，由于水生态系统较为复杂，系统内部会涉及到相当多的变量， 且各变量之间的关系也十分复杂，导致富营养化评价指标的选取和评价方法确定等还 存在很大的争议，只有从数量众多的指标中挑选能反映影响水体富营养化状态主要的 因子，才能相对客观地反映出水体的富营养化状态口8 。3 们。目前常采用的富营养化评价 方法有如下几类： 1 ) 水质指标法 在富营养化的水体中，各种理化因子与生物因子相互作用，一般采用总氮、总磷 和叶绿素a 等水质综合污染参数来对湖泊、水库的营养状态进行评价。表1 1 为国内 推荐的湖库水体富营养化评价方法及分级技术规范p 1 1 。当然，这些参数指标的确定与 国外相比还是没有相对统一的评价标准。 表i - i 我国湖泊、水库水体富营养化评价分级技术规范 t a b i - 1a s s e s s m e n tm e t h o d sa n dc l a s s i f i c a t i o ns t a n d a r d sf o rl a k eo rr e s e r v o i re n t r o p h i c a t i o n 2 ) 指示生物法 武汉理工大学硕士学位论文 由于藻类与水环境间存在天然的生态平衡和相对稳定的关系，因此浮游植物可被 选为评价水质污染或富营养化的指示生物。水质污染将直接影响原有生物种群的平 衡，改变种群的组成和数量【3 2 1 。因此，可用生物的指示种群来划分水质的污染级别以 及表示其污染程度。 3 ) 营养状况指数法 营养状况综合指数法主要是选择一些参数，经过处理得到一些能综合反映富营养 化程度的指数，进而对水体富营养化状态进行评价。 t s i 指数法以透明度为基础，分为0 1 0 0 连续数值，作为评价湖库水体营养状况 的分级标准3 3 3 钔。该指数并没有考虑到除浮游植物以外的其它因子对水体透明度的影 响，特别是浅水水体与深层水体的特征不同，不能用透明度来简单地来划分。日本 a i z a k i 把以透明度为基准的t s i 指数，改为以叶绿素a ( c h l a ) 浓度为基准的营养状 况指数，即修正的营养状况指数( t s i m ) 。该方法也是采用o 1 0 0 连续分值来描述 湖泊的营养状况 ”】。而综合营养状态指数法是在以叶绿素a 为基准参数，通过研究 c h l a 与其它参数之间的相关关系而对不同指标进行相应的权重赋值，从而来对水体的 营养状况进行综合评价【3 6 | 。 4 ) 营养评分评价 该评价方法的基本公式为： m ：! 争必 ，2 鲁2 ( 公式1 1 ) 式中，m 为富营养化程度的评分值；聪为评价因子的评分值；，z 为评价因子的个 数。评分因子的评分值是根据给定的评分标准，在0 7 0 分范围内分别赋予各评分因 子相应的分值。评分值越高，表明水体富营养化程度越高1 37 i 。 其它以数学为基础的富营养化评价方法如富营养化模糊评价、人工神经网络评价 3 8 - 3 9 等新兴方法也引起人们的关注。这些方法通过构建数学模型来综合分析水质营养 状况，这些评价系统大多数还处于研究阶段，选择了不同的指标可能会得到较大的误 差，所以对其改进和完善仍将是评价工作者要努力的方向。 总的来说，对于湖库水体营养特征研究主要是集中在水体水质富