（人文地理学专业论文）污染物入湖组成分析——以梁子湖为例.pdf

摘要 近年来，随着我国经济的腾飞，人民生活水平的不断提高，污染物的排放量逐渐增 加，我国大多数湖泊污染严重。湖泊污染源控制及对湖泊现有污染物的治理工作迫在眉 睫。如何计算入湖污染物量以及如何分析入湖污染物组成是重要任务。 文章按照污染物的不同入湖途径将污染源分为面污染源和点污染源，并且分别总结 了国内外点源和面源污染物的入湖量算法。最后，文章以梁子湖为例，对梁子湖流域内 不同污染源入湖量进行了匡算，并且根据匡算结果对污染源按照不同行业、不同组分、 不同入湖方式进行分析。分析结果表明，梁子湖流域范围内农业面源污染相当严重，其 排放的t n ( 总氮含量) 、t p ( 总磷含量) 和c o d ( 化学需氧量) 分别占到所有行业排放总量的 4 5 、2 8 和2 1 ；流域内城镇生活污水对梁子湖湖水的污染也非常严重，其t n 和t p 排放量分别占整个流域所有污染源排放量的2 7 和2 1 ；湖边规模化畜养作为一种新型 的污染源也不容忽视，其t p 排放量占全流域排放量的2 7 仅次于农业面源污染，t n 排放量也占到1 1 的比重，位居第三。 另外，对太和港和金牛港等两条主要入湖河流的河水水质进行了取样监测，监测结 果表明，两条河流各污染因子的入湖量均未超过入湖污染物总量的3 0 ，说明大多数污 染物可能并不是通过河流入湖的，而是通过管道直接入湖或者通过面源直接入湖。 最后，将入湖污染物量与湖泊的有效环境容量进行了比较，比较发现，现有的t p 入湖量远远超过湖泊的环境容量，入湖量是湖泊容量的2 0 5 倍；湖泊的t n 容量也基本 达到饱和，入湖量占湖泊容量的9 2 ；c o d 还有一定的容量空间，入湖量占湖泊容量 的7 3 。 根据以上计算和分析结果，文章最后提出了保护梁子湖的针对性建议，为梁子湖水 质保护和制定湖泊保护条例提供理论参考。 关键词：梁子湖；污染物面源污染；湖泊 a b s t r a c t w i t ht h ee c o n o m i cb o o ma n di m p r o v eo fp e o p l e sl i v i n gs t a n d a r di nc h i n a , p o l l u t a n t e m i s s i o ni si n c r e a s i n gr e c e n t l y m o s to ft h el a k e sh a v eb e e np o l l u t e d ，i nc h i n a i ti sh i 曲t i m e t oc o n t r o lp o l l u t i o ns o b r c ea n dr e d u c ec o n t a m i n a n ti nt h el a k e b u ti ti sd i f f i c u l tt oc a l c u l a t e t h ea m o u n to fc o n t a m i n a n tw h i c he n t e r si n t ot h el a k ea n dt oa n a l y s i st h ec o m p o s i t i o no ft h e c e n t a m i n a n t a c c o r d i n gt ot h ew a y so ft h ep o l l u t a n te n t e r si n t ot h el a k e ，t h i sa r t i c l ed i v i d et h ep o l l u t i o n s o u r c ei n t op o i n ts o u r c ep o l l u t i o na n dn o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ，a n dt h e ns u m m a r i z et h e m e t h o d sf r o mi n s i d ea n do u t s i d ec h i n aw h i c hw e r eu s e dt oc a l c u l a t eq u a n t i t yo fp o i n ts o u r c e p o l l u t i o na n dn o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n a tl a s t ，t h i sa r t i c l et a k el i a n g z i h ul a k ea sa l l e x a m p l e ，c a l c u l a t et h eq u a n t i t yo fp o l l u t a n tw h i c he n t e r si n t ot h el a k ew i t h i nt h el i a n g z i h u l a k ed r a i n a g eb a s i n , a n dt h e na n a l y z et h ec a l c u l a t er e s u l ti nt e r m so fd i f f e r e n ti n d u s t r y , d i f f e r e n tc o m p o s i t i o na n dd i f f e r e n tw a y se n t e r si n t ol a k e t h ea n a l y s i sr e s u l ts h o w st h a t , a g r i c u l t u r en o n - p o i n tp o l l u t i o ni st h em o s tg r a v e n e s sp o l l u t i o ns o u r c ew i t h i nl i a n g z i h ul a k e d r a i n a g eb a s i n ，i tt n ( t o t a ln i t r o g e n ) ，t p ( t o t a lp h o s p h o r u s ) ，c o d ( c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) e m i s s i o no c c u p i e d4 5 ，2 8 ，21 t og r o s ss e p a r a t e l y t o w nl i v i n gs e w a g ep o l l u t i o ni s g r a v e n e s st o o ，i t st n ，t pe m i s s i o no c c u p i e d2 7 a n d21 t og r o s ss e p a r a t e l y l a r g es c a l e l i v e s t o c ka san e wp o l l u t i o ns o u r c ec a l ln o tb en e g l e c t e d ，i t st pe m i s s i o no c c u p i e d2 7 t o g r o s sw h i c hi sa l i t t l el e s s e rt h a na g r i c u l t u r en o n - p o i n tp o l l u t i o n , t ne m i s s i o no c c u p i e d11 t og r o s sw h i c hw a so n eo ft h et h j r dl a r g e s tp o l l u t i o ns o u r c e i na d d i t i o n , t h i sa r t i c l eh a sm o n i t o r e dw a t e rq u a l i t yo ft a i h ea n dj i n n i ur i v e rw h i c hw e r e t h et w om a i nr i v e r si n f l o wt h el a k e m o n i t o r e dr e s u l ts h o w st h a t ，a l lk i n d so fp o l l u t a n tw h i c h w e r ei n f l o wt h r o u g ht h e s et w or i v e r so c c u p i e dl e s st h a n3 0 t og r o s s i ti sm e a n st h a t ，m o s t o ft h ep o l l u t a n tw a si n f l o wi n t ot h el a k et h r o u g ht h eo t h e rw a y s a tl a s t ，c o m p a r et h eq u a n t i t yo fi n f l o wp o l l u t a n tt ot h el a k e se n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y c o m p a r er e s u l t ss h o wt h a t ，q u a n t i t yo fi n f l o wt pi s 1 0 5t i m e sm o r et h a nt h el a k e s e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y , i n f l o wt na n dc o di s9 2 a n d7 3 o fl a k e se n v i r o n m e n t a l c a p a c i t ys e p a r a t e l yi nq u a n t i t y i tm e a n st h a t ，a st ot pa n dt n ，t h el a k ed o e sn o th a v ec a p a c i t y a n y m o r e ，b u ta st oc o d ，t h el a k es t i l lh a sm o r ec a p a c i t y b a s e do nt h er e s u l t sw h i c hw e r ea n a l y z e da b o v e ，t h i sa r t i c l eh a sb r o u g h tf o r w a r ds o m e g o o ds u g g e s t i o n s ，i no r d e rt op r o v i d es o m et h e o r yr e f e r e n c ef o rl i a n g z i h ul a k ep r o t e c t i o n a n de s t a b l i s hl i a n g z i h ul a k ep r o t e c t i o no r d i n a n c e k e y w o r d s ：l i a n g z i h ul a k e ；p o l l u t a n t ；n o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ；l a k e i i i 湖北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：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的作品或成果。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。本声明的法律后果由本人承担。 论文作者签名：砝锄 时间：l 眇留年月肛日 学位论文使用授权说明 本人完全了解湖北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名：北铂 签名日期：协以年彭月哆日 导师签名： 签名日期：睹年参月c 伊 1 前言 1 前言 - 我国是世界上湖泊众多的国家之一，全国范围内大小湖泊总共约有2 万多个，湖泊 的总蓄水量可达7 1 0 1 1m 3 f 1 1 。其中，湖北省也是全国湖泊比较多的省份之一，湖北省“素 有千湖之省”的美誉，湖北现有湖泊8 4 3 座。众多的湖泊给湖北省带来了丰富的淡水资 源，但是由于近几十年来的工农业生产所产生废弃物的污染和对湖泊湿地资源的过度开 发利用，导致湖北省境内的湖泊水质日益恶化，湖泊面积日益减少。据2 0 0 5 年湖北省 环境状况公报报道：2 0 0 4 年，全省水网各级监测站对省内4 3 条主要河流的1 0 2 个监测 断面、1 1 个省控湖泊、7 座水库、7 个城市内湖、1 1 条城市纳污河渠进行了检测。水质 符合功能区划标准的湖泊为2 6 7 ，处于富营养状态的占4 6 2 。与上年相比，劣v 类 水质的湖泊增加了1 4 3 ，湖泊水质总体低于上年。省内的武汉、黄石、荆州、襄樊、 十堰、荆门6 个城市的内湖和1 1 条纳污河渠的污染十分严重，内湖水质全部处于富营 养状态，水质绝大部分为劣v 类【2 j 。湖泊水质的好坏严重影响人民饮水安全和城市经济 发展，如何有效控制湖泊污染是一个亟待解决的难题。 1 1 研究背景 湖泊污染已经成为一个世界性的难题，而湖泊富营养化问题是其中最为严重也是最 为普遍的问题，被世界称为“湖泊癌”。富营养化是种氮、磷等植物营养物质含量过 多所引起的水质污染现象。在自然条件下，随着河流夹带冲击物和水生生物残骸在湖底 的不断沉降淤积，湖泊会从贫营养湖过渡为富营养湖，进而演变为沼泽和陆地，这是一 种极为缓慢的自然演变的过程。由于人类的活动，将大量工业废水和生活污水以及农田 径流中的营养物质排入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后，水生生物特别是藻类将 大量繁殖，使水体中生物的种群种类数量发生改变，破坏了水体的生态平衡。大量死亡 的水生生物沉积到湖底，被微生物分解，消耗大量的溶解氧，使水体溶解氧含量急剧降 低，水质恶化，以致影响到鱼类的生存，大大加速了水体的富营养化过程。水体出现富 营养化现象时，由于浮游生物大量繁殖，往往使水体呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等， 在江河湖泊中形成水华，在海洋中形成赤潮。这些藻类不仅有恶臭而且有毒，鱼不能食 用。藻类遮蔽阳光，使水底生植物因光合作用受到阻碍而死去，底生植物腐败后放出氮、 磷等植物的营养物质，再供藻类利用。这样年深月久，造成恶性循环，藻类大量繁殖， 底生植物灭绝腐烂，水质恶化而有腥臭，水体严重缺氧，造成鱼类死亡。 近2 0 多年来，随着中国经济的快速发展，湖泊污染也越来越严重，湖泊水环境污 湖北大学硕士学位论文 染的问题已经非常突出，湖泊污染和淡水资源短缺已经成为遏制中国社会和经济持续发 展的重要因素。在中国政府把巢湖、太湖和滇池的污染控制列为中国“九五”期间水环 境治理的重点工作之后，我国的湖泊水环境治理技术得到了很大的提高。治理经验表明， 湖泊的生态环境破坏容易，但是要恢复湖泊原有的生态环境就相当困难。要彻底治理湖 泊水污染问题，必须要控制污染源和湖水治理相结合，因为污染源是湖泊富营养化最直 接的原因之一，所以控制污染源应当是治理湖泊富营养化的首要条件，然而要控制污染 源必须要计算清楚湖泊的污染物的主要来源以及污染物的主要成份和污染物的入湖途 径。 1 1 1 国内外湖泊污染现状 ( 1 ) 国内湖泊污染现状 近几十年来我国湖泊不仅数量在迅速减少，现存湖泊中水质恶化、生态退化、景观 破坏现象也十分严重。上个世纪7 0 年代末主要湖泊富营养化约占4 0 ，8 0 年代末上升 到6 0 ，9 0 年代末已上升到接近8 0 。上世纪末我国5 大淡水湖泊营养状况水质各在 类与劣v 类之间。其他中小型湖泊和城市湖泊情况更严重。上世纪8 0 年代末尚可在 滇池中畅游，9 0 年代前期蓝藻水华迅速发展，如今的滇池几乎长年被蓝藻染成绿色。 虽然投入大量资金进行治理，但富营养化状况改观不明显。著名的大理洱海水质曾一度 由i i 类变为类，经过一番不懈的治理从类恢复到一i i i 类，2 0 0 3 年又全线崩溃到 类。又如我国第二大深水湖一抚仙湖，曾长期保持着i 类水体的优良水质，近年来也 一直采取措施加以保护，然而2 0 0 2 年也因t n 全湖平均超标，从而使水质下降到了i i 类，在局部水体及有的季节，t n 甚至出现了i 一类水质：特别是从上世纪9 0 年代中期 开始，藻类开始增殖导致湖水透明度不断下降，自1 9 9 4 年起，透明度平均每年下降约 o 3 m ，本是湛蓝的湖水正在改变颜刨3 1 。我国的武汉东湖、杭州西湖、南京玄武湖、济 南大明湖、抚顺的大伙房水库等著名的几大水域，都曾受到富营养作用的影响。近年来， 我国沿海的赤潮也时有发生，如1 9 8 9 年8 - - 9 月，河北黄骅县到天津塘沽百余里的沿海 出现世界上罕见的大规模赤潮，使养虾业遭到严重损失。2 0 0 5 年开始至今，太湖地区 就多次发生不同成都的水华现象，最为严重的一次是5 月2 8 日晚那次，无锡贡湖湾口 南泉水厂发生污水团进入水厂取水口，恶化水源水质导致无锡自来水污染事件引起全社 会的震惊。 ( 2 ) 国外湖泊污染现状 不仅我国遇到水质逐渐恶化的问题，北美和欧洲等发达国家同样遭受湖泊水质恶化 2 1 前言 的困扰。c h a m b e r s 等在2 0 0 1 年时对加拿大的有机氮肥流失量进行了计算，每年加拿大 动物产生4 3 1 0 6 t 有机肥，有1 9 7 1 0 6 t 进入农田生态系统，但是其中有3 1 0 5 t 通过各 种途径进入地表水体【4 ，5 】；在1 9 9 8 年r u d o l p h 和g o s s 等人对加拿大的o n t a r i o 湖进行监 测，结果表明，该湖大多数水体的n 0 3 。( 硝酸盐) 含量高于1 0 m g l 6 , 7 1 。随着加拿大人 1 3 的迅速增加，湖泊中的氮磷含量也在迅速增加，加拿大中部的w i n n i p e g 湖在不到l o 年的时间内t n 含量由0 3 5 m g l 增加至0 8 m g l ，t p 的含量由0 0 3 m g l 增加到 0 0 6 m g l 嗍。芬兰的j y v a s j a r v i 湖是一个城市湖泊，在1 9 6 0 年时，湖水的t n 和t p 的含 量分别为l 3 m g l 和0 2m g l ，但是到了8 0 - 9 0 年代，湖水中t n 和即和含量分别上 升到3 o 3 5m g l 和1 肛1 2m g l ，按照中国地表水评价标准，均是劣v 类；9 0 年代后， 虽然政府对排入该湖泊的废水进行了有效的控制，但是由于沉积在底泥中的污染物质不 断释放，湖泊富营养化的趋势很难遏制【9 1 。 1 1 2 湖泊污染产生的原因 我国大部分湖泊污染严重，并且近2 0 年来污染加剧，目前大多数湖泊已经富营养 化，剩下的也在中营养和富营养之间，湖泊的前途令人担忧。总结我国湖泊污染所产生 的原因，基本可以概括为以下五点： ( 1 ) 工业迅速发展，湖泊流域内用水量和废水排放量大幅增加 伴随着中国经济的飞速发展，人民生活水平的提高，人均需水量也在不断提高。特 别是在一些技术含量低资源消耗量大的简单加工型行业，对水资源需求量很大，同时产 生的污水量也相应增大。工业废水中产生的污染物质大多是高c o d 或者是有毒有害物 质，如果排放前不经过严格的处理，这些污染物质进入湖泊水体后很难去除。 ( 2 ) 传统的粗放的农业耕作方式 改革开放以来，一方面，由于城市化进程的加快和工业的迅速发展，使大量的农业 用地转化为工业用地和城市用地，使人均农业用地本来就缺乏的中国人地矛盾更加剧 烈；另一方面，由于农村劳动力素质低下等客观原因，大多数地区一味的依靠增加投加 化肥量的粗放耕种方式来增加产量。根据资料显示，我国全国化肥平均施用量是 2 6 2 k g h m 2 ，已经超过发达国家安全施肥量上限的两倍，但是根据实地调查数据可知， 梁子湖流域化肥平均施用量为6 7 2 6 8 k g h m 2 ，超过全国化肥平均施用量的2 倍m1 ， 高的化肥投加量使得大量未被利用的n 、p 等营养物质随地表径流汇入湖泊，加速了湖 泊的富营养化。 湖北大学硕士学位论文 ( 3 ) 对水面的不合理开发利用 在市场经济思想的指导下，一些地区盲目的追求经济发展，对湖泊水面进行过度开 发利用，如：在湖面大面积的围栏养殖、无序无节制的开发水面及湖周边旅游活动等， 使湖泊的开发程度大大超过了湖泊的承受能力，导致湖泊水质严重退化。 ( 4 ) 废污水治理能力低下 由于资金和技术等客观条件的限制，湖泊流域内的废水处理能力低下，大多数污水 处理厂的出水水质很难实现达标排放；另外，由于管网设施的不完善，大量生活污水未 经过污水处理厂而通过河渠直接汇入湖泊，导致湖泊营养物质含量增加。 ( 5 ) 湖泊管理体系的不完善，不合理 环保部门多年来只有对企业单位实施监督管理权，而对城市污水确未能有效控制， 对承接污水的河渠更是缺少管理，使得大量城市污水通过河渠汇入湖泊。虽然河渠的管 理属于水行政部门，但是水行政部门对于如何有效管理河渠的水环境，防止河渠水污染 依然缺乏明确的法律依据。另外，水资源和水环境等方面不能统一管理的现状直接阻碍 着水环境的治理和保护。 1 2 本文研究意义 1 2 1 理论意义 随着富营养化的范围越来越广泛以及其危害越来越严重，如何有效控制湖泊富营养 化的问题已经引起广泛关注。控制湖泊富营养化的第一步就是如何计算流域内入湖营养 物的总量以及如何确定重点污染源，这一步可以为以后的控制排污量以及控制重点污染 源提供理论依据。本研究以梁子湖为研究对象，对梁子湖整个流域范围内入湖的n 、p 及c o d 总量进行框算，得出各污染因子入湖总量。这一套计算方法简便可行，可以为 其他地区的入湖污染物量计算提供理论依据。 1 2 2 现实意义 另外，对入湖各条河流的入湖口进行监测，并结合往年的监测数据，计算每条河流 每年入湖的n 、p 和c o d 的总量，比较每条河流对梁子湖污染的贡献率，在以后的湖 泊污染控制中可以有的放矢的按照此结论进行重点污染河流流域重点治理，可以节省人 力、物力和财力。该研究计算结果可以为以后流域范围内控制入湖污染物总量提供参考。 4 1 前言 1 3 国内外湖泊污染调查统计方法 1 3 1 污染源分类及概念 目前湖泊的污染源按照产生范围可分为外源和内源，外源是指在湖区以外产生污染 的污染源，而内源是指在湖区以内产生污染的污染源。外源污染包括工业废水、城镇生 活污水、固废处置场、城镇地表径流、农牧区地表径流、大气降水等，内源污染指的是 进入湖泊的各种营养物、污染物的沉淀而成的底泥持续向水体释放污染物质的污染源、 水上进行的旅游活动和捕鱼及运输船只排放的污染源等【1 2 】。 按照污染产生的方式可以分为点源和面源污染，欧美的面源污染研究权威曾经在其 专著中为点源污染与面源污染进行了准确的定义，并且提到：对点源污染和面源污染的 监测和控制需要截然不同的技术和对策。根据欧美专家和美国环保局官方发布的定义， 点源污染最简单明确的定义是：污水在排放点通过排污管网直接进入水体。按照这一界 定，无论是生活、工业还是生产活动产生的污水，凡是通过污水管网直接排入水体的均 属于点源污染。与点源污染不同，在面源污染中，氮和磷养分、农药等污染物是在一块 地或一个区域如农田、园地、高尔夫球场上，通过地表径流、土壤渗滤进入水体。由于 地表径流和土壤渗滤与降雨关系密切，面源污染的发生主要受降雨影响，具有间歇性； 又由于在一块地上地表径流和土壤渗滤过程主要受土壤类型、土地利用类型和地形条件 的影响【1 3 ，1 4 1 5 1 。因此，面源污染发生的强度受发生地点的特定土壤类型、土地利用类 型和地形条件的影响【1 6 1 。 1 3 2 国内湖泊污染的调查统计方法 1 3 2 1 国内点源的计算方法 一般点源污染包括：工业污染和城镇生活污水污染。并且点源污染按照其排放方式 不同也有所差异，排放方式大体上可以分为直接排放和间接排放。对于直接排入受纳水 体的则直接计算排放量就是入湖量；但是，对于间接排放的要将排放量乘以一个污染负 荷损失系数或者通过模型拟定后扣除中途的损失量才是实际入湖量。点源污染相对于面 源污染来说容易找到污染源头，容易计算其排污量和及时治理。 ( 1 ) 工业污染源入湖污染量的计算方法 目前国内的工业污染负荷通常采用三种计算方法：实测法、单位负荷法、物料平衡 法【1 7 1 。 实测法 5 湖北大学硕十学位论文 实测法是通过实地测量废水中的污染物质浓度及废水流量，然后计算出各污染物的 绝对排放量。计算公式是： g = q * c( 式卜1 ) 式1 - 1 中，g 表示某污染物绝对排放量；q 表示废水排放总量；c 表示废水中某污 染物经多次测量后的加权算术平均浓度。 这种方法是目前计算工业污染排放量比较精确的一种方法，但是该方法的缺点是需 要实地测量，而且还要分不同的生产时期和不同的生产条件来测量，所以比较费时。 单位负荷法 单位负荷法是通过“单位产品排污量”乘以产品产量，从而得出污染物排放量的计 算方法。但是这种方法中运用的“单位产品排污量”数据只是经验的估计数据，可能不 同时期，生产条件不一样，排污量是不一样的，所以这种方法最大的缺点就是不太准确， 但是它的优点就是方便快捷，可以不通过测量而直接计算。 物料平衡法 该方法根据物质不灭定律，在整个生产工艺中，原料的投入量应该等于产品量加上 物料的流失量和物料回收量。通过该方法可以相对比较准确的计算污染物排放量，并且 也比较节约人力、财力和物力，此方法的缺点是：虽然能计算污染物的排放总量，但是 不能区分污染物的种类。 ( 2 ) 城镇生活污水入湖污染量的计算方法 实测法 该方法和工业废水的方法相同。 单位负荷法 单位负荷法是通过对居民生活用水及排水进行抽样详细调查，认定每人每日排放的 污染物量，再乘以居民区的人数就可以得到总的日排污量。该方法简便可行，并且每人 每日的排放量可以根据历史资料或者经验估算，所以该方法在实际操作中应用广泛。但 是值得注意的是，不同居住区，不同生活水平的居民同排污量是有差异的，所以不能随 便套用其他地区的经验值。 1 3 2 2 国内面源的计算方法 面源污染涵盖广泛，并且面源污染问题日益严重，尤其是面源污染所造成的地表水 污染问题，已经在我国许多城市和地区显现出来。在全球范围内，有3 0 - - 5 0 的地表水 体已经受到了面源污染的影响1 8 】。由于农业面源污染具有分散性、污染因子的不确定性、 6 1 前言 不连续性和不易监测性等原因，目前国内研究中没有能准确计算出面源污染量的可操作 的方法，根据目前可查阅的资料，面源污染根据其排放的特点一般可用以下几种方法计 算： ( 1 ) 直接测量法 这种方法和点源计算方法中的实测法比较相近，主要是通过对排水区域输出口、子 流域输出口、单位面源或是湖泊和水库的主要入流口的营养负荷的直接测量( 主要测量 这些地方的流量以及污染物浓度) ，然后将测得的流量乘以污染物浓度就可以得到污染 物的入湖量。这种方法是直接测量，不用考虑污染物的排放方式和迁移途径，而且比较 精确。但是，该方法需要通过对水量及污染物浓度的同步监测而计算污染物负荷，需要 大量的监测数据，这种经常性的连续监测要耗费大量的人力物力。另外，这种方法是计 算总的入湖量其中还包括间接点源入湖量，在计算面源污染物入湖量时，还要减去间接 点源污染量。 ( 2 ) 单位负荷法 一般情况下，湖泊或水库的流域面积很大，并且土地利用类型多且复杂，这种情况 下不具备常年监测的条件，在这种情况下就可以采用单位负荷法来进行计算。 面源污染的单位负荷计算法和点源污染中的计算方法差不多，只是这种面源单位负 荷是通过不同的土地利用类型来分别进行计算的每单位面积单位时间所产生的污染负 荷。单位负荷数值是根据长期取样观测来确定的，或者是通过对流域内单一土地利用的 积水区的污染负荷做几年的观测，然后用此通量除以监测年数和集水面积来计算。最后 将单位负荷乘以该类型土地面积即得到该类型土地的污染物排放量。但是，由于不同的 地方有不同的气候条件和地理条件还有不同的管理方式和不同的土壤类型，所以不能简 单的套用其他地区的单位负荷，计算附近地区的单位负荷量也要按照相关标准乘以校正 系数。 ( 3 ) 模拟法 有时候需要对污染物的种类及产生量进行非常精确的计算，通常会对污染负荷输出 的物理和化学生物过程进行模拟，该模拟的方法就是模拟法。一般面源污染的模拟有两 种途径：集中参量法和分散参量法。 1 集中参量法 集中参量法是将整个集水面积或者其中的一大部分看成是一个单元，把集水面积的 7 湖北大学硕士学位论文 各种特性集中在一起，通常是根据经验公式将参量的形式和数量加以简化，所模拟的单 元用一个均匀的系统来表示。每个单元的系数与系统参量，绝大多数都是根据模型对野 外实测的资料进行率定而确定的。如果系统参数发生改变，描述系统的系数必须要重新 计算。 2 分散参量法 分散参量模型是将集水面积分成性质相同的较小单元，对每个单元分别进行模拟， 然后将各个子单元的输出量相加后得到总的输出量。理论上来说，分散参量法更贴合实 际，但是分散参量模型需要较大的计算机容量，对每个参量必须有比较系统的表述。 总的来说，模拟法是目前来说比较贴近实际也比较准确的计算面源污染物产生量的 方法，但是由于其对操作人员和模型的开发人员素质要求较高，对计算机等设备要求也 比较高，所以应用范围有限。 ( 4 ) 新技术应用的空间分析法 在近几年的科学研究中，国内外逐渐有人将g i s 方法运用到计算面源污染量以及土 地侵蚀量的计算中。如：王宁等人对吉林的二龙湖运用g i s 方法对其土地侵蚀量以及面 源污染物产生量进行了计算，得出二龙湖流域范围内不同的土地利用类型的t n 及t p 流 失率1 9 l 。该方法是通过g p s 定位系统，通过实测数据与空间数据结合，计算出不同地区 污染物所产生的不同量，最后得出面源污染物产生量的总和。 1 3 3 国外湖泊污染的调查统计方法 1 3 3 1 国外点源入湖污染物量的计算方法 目前国外点源的计算方法多是先计算点污染源的流量，然后测量其污染负荷，将流 量乘以污染负荷即得到点源的排放量，方法与国内点源的实测法相似【2 0 1 。 1 3 3 2 国外面源入湖污染物量的计算方法 目前欧洲和美国等发达国家在计算面源污染时多用政府投资开发的模型来进行计 算，并且模型比较完善有满足各种不同研究需求的模型可供选择，比如要计算某地区连 续的长期的面源污染量时可以选择a n n a g n p s ，h s p f 以及s w a t 模型；如果要计算某 地区某一次雨后或者某次洪水暴发后的面源污染量时可以选择a g n p s ，a n s w e r s ， d w s m 和k i n e r o s 等单次计算模型；还有一些模型对于单次计算和连续计算都适用 的比如：c a s c 2 d ，m i k es h e 和p r m s 模型等【2 1 ，2 2 1 。其中s w a t 是由美国国家农业 局研发的，是目前公认的比较精准和应用也最为广泛的一种模型。 1 前言 y u nw a n g 和w o o n s u pc h o l 结合污染物径流模型( l - t h i a ) 和土地利用变化模型 ( l e a m ) 对美国的几个城市进行了分析，对不同的土地利用类型按照城市开阔地、灌 木丛，农业用地，低密度居民用地，草地、牧地和商业及工业用地进行分别监测和分析 得出不同的土地利用类别径流中所含的不同污染物的量，然后再进行汇总得出总的出面 源污染物产生量【2 3 】。 运用各种模拟实际情况的模型进行运算来计算面源污染产生量的方法相对来说比 较精确，并且简单操作，但是模型的开发比较困难，要进行大量的模拟实验。 9 湖北大学硕七学位论文 2 样地概况 ， 2 1 自然环境概况 ( 1 ) 地理位置 本次研究区域为梁子湖区，梁子湖位于鄂东南，介于e l l 4 。1 0 - 1 1 4 。5 3 ，n 2 9 。4 47 - 3 0 。3 37 ，湖心地理坐标为北纬3 0 。1 97 东径1 1 4 。3 47 ，跨鄂州梁子湖区 和武汉市江夏区，流域包括武汉江夏区、鄂州梁子区、黄石大冶市和咸宁咸安区，总集 水面积2 0 8 5 k m 2 ，现有水面2 2 5k n l 2 ，面积属江汉湖群中的第二大湖，仅次与洪湖；但 是梁子湖平均水深为2 5 4 m ，库容为5 4 3 1 0 8 m 3 。 ( 2 ) 地质构造 梁子湖区在地质构造上属新华夏构造体系，被称为梁子湖压扭性大断裂，呈n n e 向( 麻城团风向通过梁子岛东侧) 贯穿湖区。其湖泊成因主要受构造断陷影响，也 受河流作用控制。断裂线以东的湖东地区地势较高，为侵蚀剥削低山丘陵区；湖西地区 为剥蚀堆积垄岗地形，地势相对较低。 ( 3 ) 土壤类型 根据湖北省的普查结果，梁子湖湖区土壤分为4 个土类，1 1 个亚类，即：红壤类、 紫色土类、潮土土类、水稻土类。其中，旱地土壤3 个土类，6 个亚类；水稻土壤1 个 土类，5 个亚类。 ( 4 ) 气候状况 梁子湖位于鄂东南地区，属于亚热带季风气候区，季风气候明显，东冷夏热，四季 分明，雨量充沛，光照充足，无霜期长。年均气温1 7 o ，平均无霜期为2 6 6 天。研究 区域内多年平均降雨量为1 3 4 7 4 m m ，实测最大年降水量为1 8 0 5 0 r a m ，最小年降水量 7 7 7 0 r a m 。每年钆7 月为梁子湖的丰水期，1 1 月至次年3 月为枯水期。 l o 2 样地概况 2 2 研究区域形态特征 i 王夏区 五 华生 山铲 四专轿 。山譬镇 庙 湖霉饵亳芦全专镊 铁山区 双野饭犁杈 葺安匿 i 再擎甜 l 高蟹镇1 棒劲一 图2 1 梁子湖流域图 f i g 2 - lm 印o fl i a n g z i h ul a k ed r a i n a g ea r e a 梁子湖形态独特。受构造断裂和河谷沉溺的影响，梁子湖湖周为残丘，湖底呈平底 锅形，湖底构造、水深与湖岸形态上不仅有别于江汉湖群其他诸湖，更以湖汊众多而在 全国湖泊中独具特色。解放初，湖岸线长6 3 6k m ，发育系数高达8 8 ，素称“九十九汉”， 解放初曾有大小湖汊3 0 0 个以上，其中一级湖汊( 伸入陆地5 公里) 1 4 个，二级湖汊 ( 伸入1 5k m ) 6 7 个。受围垦等多方面人为因素影响，目前，根据省环境监测中心站 实测，与解放初相比，其发育系数明显降低( 图2 1 ) ，但仍高达4 2 。由于如此多的湖汊， 加上梁子湖仅有长港一个出口，并且是定期开闸，所以湖泊的水体交换速度很慢，污染 物容易在局部积聚，导致局部污染物浓度超标。 2 3 梁子湖的历史与变迁 由于受第四纪新构造运动的影响，梁子大断裂及其共生或伴生断裂群的出现，长江 堤岸的堆积，使古河床的一部分沿新裂呈南北走向，沉溺积水，形成“古梁子湖”。第 四纪后期，地壳抬升，湖的东西岸形成了许多相对高出地面的岗状地形，将“古梁子湖” 隔开，形成了后来的梁子湖、鸭儿湖、三山湖、保安湖。 湖北大学硕十学位论文 2 4 梁子湖流域社会经济概况 梁子湖气候温和，雨量充沛，资源丰富，具有渔业、调蓄、灌溉、航运等多种功能， 梁子湖周边分布1 9 个乡镇，近7 0 个自然村，沿湖渔农民近1 6 万人，湖区常年作业渔 船约1 5 0 0 条，渔业专业从业人员近5 万人。随着湖北省经济的高速发展，梁子湖日益 显现出其得天独厚的区位优势、生态优势和经济优势。近几年来，梁子湖的水产品产量 保持在1 1 0 7 k g 左右，产值超亿元，渔民户年均收入在2 万元以上，梁子湖的品牌效应 业己形成，梁子湖渔业经济的发展对周边城镇的经济发展起着积极的推动作用。 梁子湖流域临近武汉、黄石、鄂州、咸安等城市，地理位置优越，资源丰富，交通 便利，为湖区经济建设与资源开发提供了有利条件。依托这些优势，流域内苎麻加工和 非金属矿物加工业发达。梁子湖流域内耕地近百万亩，人口约6 0 万。梁子湖中有岛屿 两个，最大的梁子岛面积1 5 k i n 2 ，岛上有山有水，形成“湖中有岛，岛中有湖 的自 然美景，赋予了她独特的旅游资源。依赖其独特的旅游资源和离大城市较近的区位优势， 城镇、工业和三产发展较快。随着资源开发强度上升，工业、农业、城镇建设，尤其是 养殖和旅游业的无序发展，梁子湖水环境面临巨大压力。 2 5 梁子湖现状 2 5 1 梁子湖水质现状 根据1 9 8 6 - 2 0 0 4 年监测资料统计，梁子湖各点水质常规监测项目中超过i i 类的项 目包括总磷( t p ) 、总氮( t n ) 、氨氮( n h 3 n ) 、高锰酸盐指数，其他项目均在l i 类标 准限值以内。2 0 0 4 年，梁子湖水质良好，按l - - - 1 2 月定点常规监测结果评价，江夏水域 为i i 类，鄂州水域为类。7 1 2 月各月水质调查监测结果表明，梁子湖江夏水域水质 可达i i 类标准；鄂州水域以i i 类为主，未超过i i i 类，河港入湖口或近岸部分水域有超标 现象 综合历年常规监测点位的监测结果和2 0 0 4 年普查结果总体评价，多年来梁子湖水 质总体尚好，能满足水环境功能区划要求，但梁子湖水质在不同年份间波动显著，梁子湖 武昌江夏水域水质规划为i i 类，有超标情况，主要超标项目是总磷和总氮；鄂州水域规 划功能为i 类，但按多年均值评价为类，主要是总磷浓度达不到规定功能类别标准限 值。近年来，全湖氮磷浓度有所降低。 根据2 0 0 4 2 0 0 5 年监测结果，局部水域己受污染。主要污染水域是高桥河入湖口 区域和梁子岛东岸水域，主要污染指标是总磷。 2 样地概况 2 5 2 梁子湖藻类及富营养化现状 图2 2 梁子湖水质普查监测点位示意图 f i g 2 - 1s k e t c hm a po fl i a n g z i h ul a k ew a t e rq u a l i t ym o n i t o rp o i mp o s i t i o n 根据湖北省环境监测网络站对2 0 0 4 年9 1 0 月对梁子湖全湖( 1 4 个点位) 和全年各 月对常规点位的叶绿素a 、透明度、总磷、总氮和高锰酸盐指数等营养状态指标进行了 监测，按中国环境监测总站湖泊( 水库) 富营养化评价方法及分级技术规定评价方 法( 综合营养状态指数法) 评价，北梁子湖和西梁子湖富营养化水平略低于东梁子湖；梁 子湖南北嘴和梁子岛2 点位各月问有差异，综合营养状态指数变化范围分别为2 5 3 5 和2 6 - - 4 5 ；南北嘴点综合营养状态指数年均值为3 0 6 ，梁子岛略高为3 6 0 由此，对全 湖北大学硕十学位论文 湖营养状况评价为中营养。 根据梁子湖管理局2 0 0 1 年调查结果，梁子湖常见浮游藻类7 3 种， 浮游藻类密度 均值为1 6 3 8 1 0 7 个l ，生物量均值为6 1 3 4m g l ，叶绿素a 含量1 2 7 5ug l ，浮游藻类 表层氧气日生产量1 1 8 m g l 。 根据文献1 2 4 ，与2 0 世纪5 0 8 0 年代相比，梁子湖水生植被优势种群已发生变化， 浮游藻密度、生物量呈明显增加的态势，目前仍保持草型湖状态，但从上述水质监测与 浮游植物调查结果看，其营养状态已从贫营养型进入中营养，局部己接近富营养型。 2 5 3 粱子湖生态环境现状 ( 1 ) 梁子湖生物多样性现状 根据梁子湖湿地管理局提供的2 0 0 1 年调查数据，梁子湖及其湖滨湿地现有浮游植 物7 1 种，高等植物3 3 1 种，浮游动物8 9 种，底栖动物4 9 种，鱼类4 2 种( 采到样本) ， 两栖类8 种，爬行类1 5 种，鸟类1 6 6 种，兽类2 1 种。其中，国家级重点保护野生动物 2 5 种，国家级重点保护植物4 种。 f i g 2 3g r a p ho ff i s hs p e c i e sc h a n g ei nl i a n g z i h ul a k e 受构造等自然因素和围湖等人为活动影响，梁子湖全湖水生植物带状分布不典型， 局部区域呈湿生植物挺水植物浮叶植物沉水植物群落分布。 湖内水生植 被种类复杂，主体湖( 面积2 2 5 k m 2 ) n - 划分为1 2 个群丛，以沉水植物微齿眼子莱和金鱼 藻为优势群落( 详见表2 2 ) 。可见，梁子湖物种资源较丰富，生物多样性良好。但调查结 果也反映出浮叶植物群丛锐减，种群趋向单一的问题；此外，鱼类种类资源下降问题也 较突出( 图2 3 ) 。动植物变化趋势表明，梁子湖生物多样性降低。 1 4 2 样地概况 表2 - 2 梁子湖水生植物群落及其分布面积、群落生物量( 鲜重，2 0 0 1 年) t a b 2 - 2b i o m a s sa n dd i s t r i b u t i o na r c ao f h y d r o p h y t e sc o m m u n i t yi nl i a n g z i h ul a k e ( 2 ) 水生植物覆盖度与生物量 根据梁子湖湿地管理局提供的调查数据，2 0 0 1 年4 月至5 月间主体湖水生植物群 丛分布总面积为1 2 3 2 7k m 2 ，群丛总生物量7 9 4 2 0 3 t ，群丛单位面积生物量为6 4 4 3 k g m 2 ， 水生植被覆盖率5