（环境工程专业论文）吴江水系富营养化控制水质模拟研究.pdf

摘要 随着经济的快速发展，富营养化已成为当今世界最普遍的环境问题之一。本论 文利用水质模型对同样面临富营养化问题的吴江水系进行了模拟和研究，并调查了 富营养化的起因及其对水环境的影响，分析了当前解决此问题的各种方法中成功和 失败的例子，从而为水系修复工程的管理提供了选择依据。基于此，本论文利用 w a s p 5 水质模型对吴江水系的丰要污染物指标n h 3 - n 和c o d c 。进行了数学模拟。 论文对防治富营养化最有效的措施展开了讨论，其中之一是点源和面源污染负荷的 削减。为达到i i i 类水功能要求，通过模型预测可知，c o d c ，和n h 3 - n 的削减量分 别需达到4 0 和7 5 。同时，论文对引起吴江水系富营养化的主要成因进行了分 析，主要为氮素的累积。此外，论文还考虑了其他因素，如点源和面源污染物排 放。基于此，对可能适合吴江水系的富营养化控制措施进行了探讨，包括物理、化 学和生物方法，并推荐将生物操纵法( 内源控制) 和人工湿地( 外源控制) 结合作 为吴江水系的富营养化控制措施。 关键词：水华、富营养化、水质模拟、水质模拟、c o d c r 、n i1 3 - n a b s t r a c t t h i st h e s i se x p l o r e sas p e c i f i ce n v i r o n m e n t a li s s u et h a to f t e na c c o m p a n i e sr a p i d e c o n o m i cd e v e l o p m e n t s ，n a m e l yn u t r i e n to v e r - e n r i c h m e n tp r o b l e m a l s or e f e r r e dt oa s e u t r o p h i c a t i o n i tm o r es p e c i f i c a l l yf o c u s e so ns t u d i e sa n da n a l y s e so fw a t e rq u a l i t y m o d e l i n gi n t h ew u j i a n gr i v e rs y s t e m ，w h i c hh a si t s e l fb e e nf a c i n g e u t r o p h i c a t i o n p r o b l e m s t h ea u t h o re x a m i n e st h ec a u s e sa n de f f e c t so fe u t r o p h i c a t i o no nt h ew a t e r e n v i r o n m e n ta n da n a l y z e sd i f f e r e n tc a s e si nw h i c hv a r i o u sm e t h o d sw e r ee m p l o y e d s u c c e s s f u l l yo ru n s u c c e s s f u l l yt om i t i g a t es u c hap r o b l e m t h i sa n a l y s i si sd o n es oa st o p r o v i d er e a l i s t i ca l t e r n a t i v e si nt h em a n a g e m e n to fr e h a b i l i t a t i o np r o g r a m sf o rw a t e r s y s t e m s i no r d e rt od os o ，t h ea u t h o rp r o c e e d e dw i t ht h ef o l l o w i n gm e t h o d o l o g y f i r s t a n a n a l y s i so fw a t e rq u a l i t ys i m u l a t i o n ( w a s p 5 ) w a sc o n d u c t e do nt h em a i np o l l u t a n t s 0 q h 3 - na n dc o d c r ) i nt h ew u j i a n gr i v e rs y s t e m t h e n ，ad e t a i l e df r a m e w o r ko ft h e h y d r o d y n a m i c sa n dt h ew a t e rq u a l i t yw a sc o n d u c t e d t h et h e s i se m p h a s i z e st h em o s t e f f i c i e n tw a y st op r e v e n te u t r o p h i c a t i o n o n eo ft h e mi st h er e d u c t i o no fe f f l u e n t p o l l u t a n tl o a df r o mw a s t e w a t e rp l a n ta n dr u n o f ff r o ma g r i c u l t u r ea n dc o m m u n i t i e si n o r d e rt om e e tt h ec o n c e n t r a t i o nl e v e li i i ，a sp r e s c r i b e db yc h i n e s ea u t h o r i t i e s w i t ht h e s e l e v e l so fc o n c e n t r a t i o n s ，ap e m e n t a g eo fr e d u c t i o nw a se s t i m a t e da t4 0 a n d7 5 f o r c o d , xa n dn f l 3 - nr e s p e c t i v e l y a f t e rh a v i n gp e r f o r m e dt h ew a t e rq u a l i t ys i m u l a t i o na n de s t a b l i s h e dt h eq u a n t i t yo f p o l l u t a n tr e d u c t i o nr e q u i r e d ，t h i st h e s i sa s s e s s e sp o t e n t i a l s o l u t i o n st or e d u c et h e p r e d o m i n a n tp o l l u t a n ti nt h ew u j i a n gr i v e rs y s t e m ，n a m e l yn h s - n s i n c enr e p r e s e n t s t h em a i nf a c t o ra f f e c t i n gt h eg r o w t ho f a l g a e h o w e v e r , t h ea u t h o ra l s ot o o ki n t oa c c o u n t t h a t , i na d d i t i o nt oh i g hl e v e l so f n h 3 - n ，c u r r e n te f f l u e n tf r o mp so f p o l l u t i o na l eo t h e r m a j o rf a c t o r st h a tt e n dt oe x a c e r b a t ep r o b l e m so fe u t r o p h i c a t i o ni nt h ew u j i a n gf i v e r s y s t e m s p e c i f i c a l l y t h ep r o p a g a t i o no fa l g a eb l o o mp o p u l a t i o n s b a s e do nt h e s e f i n d i n g sa n dc o n s i d e r a t i o n s ，t h i sp a p e rb r i e f l yd i s c u s s e ss o m ee x a m p l e so fp h y s i c a l ， b i o l o g i c a l ，a n dc h e m i c a lt e c h n i q u e st h a th a v eb e e ne m p l o y e df o ra l g a lb l o o mc o n t r o li n w a t e rb o d i e sa n dt h a tc o u l dp o t e n t i a l l yb eu s e di nt h ec o n t e x to ft h ew u j i a n gr i v e r s y s t e m t h u s ，t h ea u t h o rs u g g e s t ss o m em e a s u r e ss u c ha sb i o m a n i p u l a t i o n ( i n t e r n a l c o n t r 0 1 ) a n da r t i f i c i a lw e t l a n d ( e x t e r n a lc o n t r 0 1 ) a ss u i t a b l et e c t m i q u e st oa d d r e s st h e p r o b l e mo f a l g a lb l o o m c o n t r o li nt h ew u j i a n gr i v e rs y s t e m k e y w o r d s ：a l g a lb l o o m ，e u t r o p h i c a t i o n ，w a t e rq u a l i t ys i m u l a t i o n , c o d c r ，n h 3 - n p r e f a c e u r b a nr i v e r sr e s t o r a t i o nh a sb e c o m eav e r yp o p u l a ra r e ao fs t u d y w o r l d w i d e ，p a r t i c u l a r l yi nd e v e l o p i n gc o u n t r i e sw i t h ar a p i de c o n o m i c g r o w t hs u c ha sc h i n a t h em a i np r o b l e mf a c e db yt h ew a t e rb o d i e si st h e i r c o n t a m i n a t i o na n de m e r g e n c yo fe u t r o p h i c a t i o np h e n o m e n a v a r i o u s a s p e c t sa r en e c e s s a r yt ob ec o n s i d e r e di no r d e rt oa c h i e v er e g e n e r a t i o no f w a t e rb o d i e s v i z t h ee x a m i n a t i o no ft h ew a t e re n v i r o n m e n ti nd e t a i l ，a v a s tm o n i t o r i n gd a t a ，e t c ，w i t ht h eo v e r - n u t r i e n te n r i c h m e n tc o n t r 0 1b e i n g t h em o s ti m p o r t a n tp a r ti nt h i sc o n e e p t a ne f f i c i e n ta n de c o n o m i c a la p p r o a c hi sr e q u i r e di nw a t e rp o l l u t i o n m a n a g e m e n ti no r d e rt oa t t a i n d e s i r a b l ew a t e rq u a l i t y t oa c h i e v ew a t e r q u a l i t ys t a n d a r d si nw a t e rb o d i e s ，as i m u l a t i o no ft h ew a t e rq u a l i t ya n d q u a n t i f i c a t i o n o fp o l l u t a n tr e d u c t i o ni s r e q u i r e d f o r a s p e c i f i c r i v e r n e t w o r ke g w u j i a n gf i v e rs y s t e m ，i t sn e c e s s a r y t ou n d e r s t a n dt h e p o l l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dc a p a c i t yo fp o l l u t a n t s ，t om a n a g es u i t a b l e c o n t r am e a s u r e sf o re u t r o p h i c a t i o nc o n t r 0 1 t h i st h e s i si sb a s e do nt h ep r o j e c tr e l a t e dt ow a t e re n v i r o n m e n t i m p r o v e m e n to fw u j i a n gr i v e rs y s t e m t h em a i nw o r ki n c l u d e s ：b a s i c i n v e s t i g a t i o no ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fw u j i a n gr i v e rs y s t e m ；w a t e rq u a l i t y m o d e l i n gu s i n gw a s p f o ra l g a eb l o o mc o n t r o li nw u j i a n gf i v e rs y s t e m ； p r e l i m i n a r ym e a s u r e sf o rn u t r i e n to v e r - e n r i c h m e n t ( e u t r o p h i c a t i o n ) c o n t r o l i nt h ew u i i a n gr i v e rs y s t e m ；c o n c l u s i o n sa n dr e c o m m e n d a t i o n t h i st h e s i sw a sf i n a l i z e dw i t ht h ec a r e f u la n da s s i d u o u sh e l po fp r o f r u a nx i a o h o n g h e r e ，1w a n tt oe x p r e s sm ys p e c i a lg r a t i t u d et oh e r a l s o ，1 w a n tt oe x p r e s sn a yg r a t i t u d et om yf a m i l ya n df r i e n d s 学位论文独创性声明： z10 】5 8 6 0 本人所呈交的学位论文是我个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。与我一同工作的 同事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。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：釜丝氅岂一2 。6 年q 2 月1 9 日 ( 注：手写亲笔签名) 学位论文使用授权说明： 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文 档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允 许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海 大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： ( 注：手写亲笔签名) 2 , 0 0 6 年1 2 月1 9 日 h o h a iu n i v e r s i t ye n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n ga n ds c i e n c ed e p a r t m e n t c h a p t e r1 ：i n t r o d u c t i o n 1 1i n t r o d u c t i o n t h ee c o l o g i c a lr e c o v e r yo fw a t e rb o d i e s p a r t i c u l a r l yr i v e r s h a s b e c o m eac h i e fo b j e c t i v eo fw a t e rp o l i c y m a k i n gi nc h i n a e n v i r o n m e n t a l a u t h o r i t i e sh a v eb e e ni n c r e a s i n g l yc o n c e r n e dw i t hr e e s t a b l i s h i n 2t h eq u a l i t y o fw a t e rb o d i e st h a ts u f f e r e df r o mt h ei n c r e a s e da m o u n to fp o l l u t i o n a s s o c i a t e dw i t hg r o w i n ge c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dd e m o g r a p h y i nt h i s c o n t e x t ，c h i n e s ea u t h o r i t i e sa r ec o n d u c t i n gi n d e p t hs t u d i e sa n de l a b o r a t i n g c o m p r e h e n s i v ep l a n st or e s t o r er i v e r s i nu r b a na r e a s ，a si st h ec a s eo f w u i i a n gc i t y sr i v e rn e t w o r k t l l i st h e s i sd r a w so nt h e s ec u r r e n tp r o j e c t s a n ds t u d i e s a sw e l la so np r e v i o u sw a t e rm o n i t o r i n gs t u d i e s t op e r f o r ma s i m u l a t i o no f t h ew a t e re n v i r o n m e n ts i t u a t i o ni nw u i i a n gc i t y b a s e do nt h e r e s u l t so b t a i n e d ，t h ea u t h o rh i g h l i g h t ss o m eo ft h ep r o b l e m se n c o u n t e r e di n t h ew u j i a n gr i v e rs v s t e m a n de x a m i n e sv a r i o u st e c h n i q u e st h a tc o u l d p o t e n t i a l l yi m p r o v et h ew a t e rq u a l i t yo ft h en e t w o r k w u j i a n gc i t y w e l li l l u s t r a t e ss o m ec o m m o n c h a l l e n g e s t h a t e n v i r o n m e n t a la u t h o r i t i e sa r ef a c i n gi nc h i n a l o c a t e di ns o u t h e a s tc h i n 扎 j i a n g s up r o v i n c e ，w u j i a n gc i t yh a d ，i n2 0 0 2 ，at o t a lp o p u l a t i o no f a p p r o x i m a t e l y7 6 吼4 0 0p e o p l ei nat o t a la r e ao f11 7 6 8k m z t h eb e i i i n g h a n g z h o uc a n a lr u n st h r o u g hi t st e r r i t o r y t h e r ei sad e n s es t r e a ma n dl a k e n e t w o r ka tt a ih u ( f i g u r e1 1 1 ，a n dw a t e ra c c o u n t sf o r2 2 7 o ft h et o t a l a r e a t o p o g r a p h i c a lc h a n g e s h a v e b e e n o c c u r r i n g s i n c et h e g e n e r a l e c o n o m i cs i t u a t i o nh a sb e e ni m p r o v i n ga n dh a sg i v e np l a c et on e wa n d m o d e mi n f r a s t r u c t u r e t h er a p i d p o p u l a t i o ng r o w t h a n dt h ee n s u i n g i n f r a s t r u c t u r e d e v e l o p m e n t s f o rd o m e s t i c i n d u s t r i a l a n d a g r i c u l t u r a l c o n s u m p t i o nl e dt oa d d i t i o n a lr e g u l a t i o n sf o rr i v e r s ，w a t e ra b s t r a c t i o n ，a n d i n t e rb a s i nt r a n s f e r ss c h e m e s n e e d l e s st os a y 。t h ew u i i a n gr i v e rs y s t e m l i k em a n yo t h e ru r b a nr i v e r s w a sa f f e c t e db yt h i sr a p i de c o n o m i cg r o w t h a n dh a s t yu r b a nd e v e l o p m e n t g i v e ni t sp r o x i m i t yt ot l l ec o m m u n i t y t h e r i v e rs y s t e mh a sb e e ns u b i e c tt oal a r g ea m o u n to fp o l l u t a n tl p a d sa n d e x p e r i e n c e dr a p i de n v i r o n m e n t a ld e g r a d a t i o n s u c hp r o b l e m sf o r c e dt h ec o m m u n i t yt oi n v e s th e a v i l yi n t or e h a b i l i t a t i o n p r o j e c t s i no r d e rt o i r e p r o v et h e s t a t eo ft h er i v e rn e t w o r k r e c e n t e n v i r o n m e n t a lc h a n g e sh a v ec a u s e dw a t e rq u a l i t yd e t e r i o r a t i o n , a n dl e dt oa p r e s e n c eo fe u t r o p h i c a t i o na n ds t a g n a n tf l o wi nt h ew u i i a n gr i v e rs y s t e m i nt h ep a s ty e a r s ，t h ew a t e rq u a l i t ys i g n i f i c a n t l ys u f f e r e df r o mt h ed i s c h a r g e o fp o l l u t a n t sg e n e r a t e db yd o m e s t i c i n d u s t r i a la n da g r i c u l t u r a ls o u r c e s t h e ，h o h a iu n i v e r s i t y e n v i r o n m e n t a l e n g 。i n e e r i n g a n d s c i e n c e d e p a r t m e n t 。 i n c i d e n c eo fo v e r - e n r i c h m e n to fn u t r i e n t si nt h ew a t e rb o d vh a s1 e dt ot h e g r o w t ho fa l g a ep o p u l a t i o n ( a l g a lb l o o m ) b a s e do nap r e v i o u sr e p o r t ( p r o f e s o rr u a nx i a o h o n g 2 0 0 5 ) t h a tp r o v i d e s p o l l u t a n t l o a d sd a t af r o mt w e n t y e i g h t p o l l u t i o n s o u r c e s t h ea u t h o r g e n e r a t e daw a t e rq u a l i t ym o d e lt oa n a l y z et h el e v e lo fp o l l u t a n tl o a d si nt h e w u j i a n g su r b a nn e t w o r k t a b l e3 1a n dt a b l e3 2s h o wt h ew a t e rq u a l i t y l e v e l so fw a t e rs u r f a c ea n dw a s t e w a t e r 仃e a t m e n tp l a n t sa s s e tb yt h e i n s t i t u t i o nr e s p o n s i b l ef o rt h em a n a g e m e n to f w a t e rq u a l i t yi nc h i n a e n g i n e e r i n gc o u n t e r m e a s u r e s ，a i m i n ga tr e d u c i n gp o l l u t a n tl o a d sa te a c h p o l l u t i o ns o u r c e ，a r ev e r yi m p o r t a n tf o re f f e c t i v ew a t e rq u a l i t ym a n a g e m e n t i nw a t e rb o d i e s d u et oah i g hl e v e lo fp o l l u t a n t s i n s t r e a ma l g a lp r o d u c t i o n r e p r e s e n t sa ni n t e r n a ls o u r c eo fo r g a n i cl p a d ，o f t e ng r e a t e rt h a nt h et r e a t e d w a s t e w a t e ri n p u t sa n dc a p a b l eo fi n d u c i n gh e t e r o t r o p h i cc o n d i t i o n sa n d o x y g e nd e p l e t i o ni nd o w n s t r e a ms e c t o r so ft h er i v e rn e t w o r k ( g a m i e rj e t a 1 ，2 0 0 5 ) t b u s ，m e t h o d sf o rr e d u c i n gp o l l u t a n tl p a dh a v et ob ei d e n t i f i e d a n di m p l e m e n t e dt or e s t o r ew a t e rq u a l i t ya n de n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y m a n ys t u d i e sh a v er e l i e do nn u m e r i c a lm o d e l i n gt oe v a l u a t ep l a n sf o r w a t e rq u a l i t ym a n a g e m e n t w a t e rq u a l i t yc a nb ea s s e s s e du s i n gm o d e l s b a s e do ne n v i r o n m e n t a lv a r i a t i o no ft h ew a t e rb o d y f r o mt h e r e p o l l u t i o n 1 0 a d sr e d u c t i o np l a n sc a l lb ef o r m u l a t e db a s e do np e r m i r e dw a t e rq u a l i t y g r a d e s n u m e r i c a lw a t e rq u a l i t ym o d e l sh a v eb e e ne x t e n s i v e l yu s e dt os t u d y t h e 1 - n a n a g e m e n t o fw a t e r q u a l i t y c o n d i t i o n sb a s e do nm a s sb a l a n c e e q u a t i o n sf o rd i s s o l v e da n dp a r t i c u l a t es u b s t a n c e si nw a t e rc o l u m n ( p a r kk e ta 1 2 0 0 5 ) t h ew a t e rq u a l i t ym o d e ld e v e l o p e db yt h ea u t h o rr e v e a l e dt h a tt h e p o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o n si nt h ew u j i a n gr i v e rs y s t e mm u s tb er e d u c e di n o r d e rt or e a c ht h el e v e l ss e tb ye n v i r o n m e n t a la u t h o r i t i e s ac a l c u l a t i o nw a s m a d et oq u a n t i f yt h ea p p r o p r i a t ep o l l u t a n tl p a dr e d u c t i o n a tt h i ss t a g e i ti s i m p o r t a n tt oe m p h a s i z et h a tt h eh i g hc o n c e n t r a t i o no fn h 3 - na d p e a r st ob e t h em a i nf a c t o rc o n t r i b u t i n gt ot h ed e t e r i o r a t i o no ft h ew a t e rq u a l i t ya n dt h e p r e s e n c eo fe u t r o p h i c a t i o np r o b l e m si nt h ew u j i a r l gr i v e rs y s t e m a f t e r e x p l o r i n gv a r i o u sm e t h o d s 协a ta d d r e s sn u t r i e n to v e r - e n r i c h m e n tp r o b l e m s t h es t u d y s u g g e s t sp r e l i m i n a r ym e t h o d st h a tc o u l dp o t e n t i a l l yr e d u c et h e h i 幽l e v e l so fni nt h ew u j i a n gr i v e rs y s t e m i ts p e c i f i c a l l yf o c u s e so n p h y s i c a l ，b i o l o g i c a la n dc h e n f i c a la p p r o a c h e ss u c ha sd r e d g i n g ，a r t i f i c i a l w e t l a n d sa n db i o m a n i p u l a t i o n 2 竖! ! 型堕! ! ! ! 堕! 塑曼! 竺竺! 竺! ! 塑! 至! g ! ! ! ! ! ! 1 91 1 1 曼! ! ! ! ! ! 旦! e ! 堕婴! 坐 1 2s t u d ya r e ad o c u m e n t a t i o n 1 2 1g e o g r a p h i cl o c a t i o n o ft h ep r o j e c t n e c i t yo fw u i i a n gi sl o c a t e di nt h es o u t he a s to fc h i n ai nj i a n g s u p r o v i n c e w i t hl o n g i t u d eo f1 2 0 0 2 1 4 - 1 2 0 0 5 3 3 9 ”e a n dl a t i t u d e3 0 0 4 5 。3 6 “ 3 1 0 1 3 。4 1 i i i ti sd e l i m i t e 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