（水文学及水资源专业论文）南四湖主要入湖河流水质分析与评价研究.pdf

a n a l y s i sa n d e v a l u a t i o no nw a t e r q u a l i t y f o rm a i n i n f l o wr i v e r so fn a n s i h ul a k e b y z h a n gw e i u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f y a n gl i y u a n at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo fj i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，er c h i n a m a y ，2 0 1 1 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， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作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责任由本人承担。 论文作者签名： 缢整 e l期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或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鉴；本人授权济南大学可以将学位论文 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 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 囱么开口保密(年，解密后应遵守此规定) 论文作者签名：丞缸导师签名： 济南大学硕上学位论文 目录 摘要v a b s t r a c t v i i 第一章绪论l 1 1 国内外水环境现状一1 1 1 1 国外水体污染及富营养化现状1 1 1 2 我国水体污染及富营养化现状1 1 2 国内外水质现状评价研究进展2 1 2 1 国内外水质评价的发展2 1 2 2 现有水质评价方法及特点3 1 2 3 水质评价方法的发展趋势5 1 3 本文研究的意义、主要内容与技术路线6 1 3 1 本文研究的意义6 1 3 2 研究内容与技术路线7 第二章南四湖流域概况9 2 1 南四湖流域自然概况9 2 1 1 南四湖的地理位置及概况9 2 1 2 气候1 0 2 1 3 地质特征1 2 2 1 4 入湖河流概况1 2 2 2 南四湖流域社会经济概况15 2 2 1 社会概况1 5 2 2 2 经济概况1 6 第三章南四湖主要入湖河流水质分析与评价1 9 3 1 水质监测1 9 3 1 1 监测断面的布设1 9 3 1 2 监测项目与分析方法1 9 3 2 水质评价方法2 1 3 2 1 单因子水质标识指数2 l 南四湖主要入湖河流水质分析与评价研究 3 2 2 综合水质标识指数2 2 3 2 3 水质级别的判定2 2 3 3 监测结果与单因子分析2 3 3 3 1 监测结果2 3 3 3 2 各监测断面单因子分析2 6 3 4 水质综合评价。3 6 3 4 1 各河流综合水质年变化趋势分析3 7 3 4 2 主要入湖河流综合水质对比分析4 l 3 5 本章小结4 5 第四章南四湖主要入湖河流富营养化评价4 7 4 1 富营养化评价方法4 7 4 1 1 改进的评价方法理论思路4 7 4 1 2 评价标准和评价因子4 7 4 2 改进的评价方法在南四湖入湖河流中的应用4 8 4 2 1 富营养化评价结果4 9 4 2 2 富营养化变化趋势分析4 9 4 3 本章小结5 0 第五章灰色系统预测模型预测未来水质5 1 5 1 水质预测方法的选择51 5 2 预测模型的建立5 2 5 3g m ( 1 ，1 ) 预测模型在入湖河流中的应用5 3 5 3 1 灰色g m ( 1 ，1 ) 用于东鱼河的水质预测5 3 5 3 2n h 3 n 和t n 预测模型的改进5 6 5 3 3 预测结果5 7 5 4 本章小结5 8 第六章南四湖流域污染防治对策研究5 9 6 1 污染原因分析。5 9 6 1 1 人类活动导致入湖河流污染严重5 9 6 1 2 农业面源污染严重一5 9 济南大学硕士学位论文 6 1 3 生态环境遭到破坏6 0 6 1 4 环境监管能力不足6 0 6 2 污染防治对策与治理措施6 0 6 2 1 入湖河流污染控制6 0 6 2 2 面源污染治理6 l 6 2 3 全面恢复流域生态系统功能6 l 6 2 4 制定管理条例，加大执法力度6 2 第七章结论与展望6 3 7 1 结论6 3 7 2 展望6 4 参考文献6 5 致谢6 9 附j 录7 l 一、在校期间发表的学术论文7 1 二、在校期间参加的项目7 1 三、在校期间获奖情况7l u i 南四湖主葛入湖河流水质分析与评价研究 i v 济南大学硕卜学位论文 摘要 南四湖是我国十大淡水湖之一，是山东省重要的水源地，同时也是南水北调 东线工程的主要调蓄枢纽区。自二十世纪八十年代以来，南四湖湖泊水质严重恶 化，这与众多的入湖河流遭受严重污染有着密不可分的关系。因此，了解入湖河 流的污染程度，评价入湖河流的水质现状，并对未来水质做出合理预测，对于南 四湖流域水体污染治理有一定的指导意义。 本文结合实际情况，选取了部分主要入湖河流对南四湖入湖河流水质状况进 行了分析，对其进行水质综合评价和富营养化程度评价，并利用灰色预测模型， 以东鱼河为例对未来三年水质做出预测。主要内容如下： ( 1 ) 根据南四湖入湖河流的水质监测结果，利用综合水质标识指数法，对 入湖河流监测断面进行单因子评价和综合水质评价。结果表明，综合水质总体上 逐年改善，城郭河、老运河、光府河污染严重，东鱼河、泗河水质较好。 ( 2 ) 对入湖河流富营养化指标进行评价。分析结果表明，光府河、城郭河、 洙赵新河富营养化较严重，泗河、东鱼河营养状态相对较好。 ( 3 ) 结合南四湖入湖河流水质监测数据，选用基于灰色系统理论的g m ( 1 ，1 ) 预测模型及改进模型，对东鱼河主要监测指标浓度做出了预测，具有一定的理论 指导价值。 ( 4 ) 在对南四湖入湖河流水质评价和预测的基础上，分析了南四湖流域污 染的原因，并针对性地提出了流域治理措施，如：入湖河流污染控制、面源污染 治理、生态系统功能恢复、管理条例制定等。 关键词：综合水质标识指数；水质评价；富营养化评价；南四湖 v 南四湖主要入湖河流水质分析弓评价研究 v i 济南大学硕七学位论文 a b s t r a c t n a n s i h ul a k ei sa l li m p o r t a n tw a t e rs o u r c ei ns h a n d o n gp r o v i n c e ，a n di ti sa l s oa m a j o rr e g u l a t i o na n ds t o r a g eh u bo fs o u t ht on o r t hw a t e rt r a n s f e rp r o j e c t s i n c et h e 19 8 0 s ，w a t e rq u a l i t yo fn a n s i h ul a k eh a sb e e ng r a d u a l l yd e t e r i o r a t e d ，w h i c hh a sa c l o s er e l a t i o n s h i pt ot h ep o l l u t i o no fal a r g en u m b e ri n f l o wr i v e r s t h e r e f o r e , u n d e r s t a n d i n gt h ep o l l u t i o nd e g r e ea n dw a t e rq u a l i t ys t a t u so fi n f l o wr i v e r s ，a n d m a k i n gar e a s o n a b l ep r e d i c t i o no ff u t u r ew a t e rq u a l i t yh a v es o m es i g n i f i c a n c ef o r w a t e rp o l l u t i o nt r e a t m e n to f n a n s i h ul a k e i nt h i sp a p e r , a c c o r d i n gt oa c t u a ls i t u a t i o n , s o m eo ft h em a j o ri n f l o wr i v e r sw e r e s e l e c t e dt om a k ea na n a l y s i so fw a t e rq u a l i t ys t a t u s w a t e rq u a l i t ya n de u t r o p h i c a t i o n w e r ee v a l u a t e d ，a n dw a t e rq u a l i t yo ft h en e x tt h r e ey e a r so fd o n g y ur i v e rw e r e p r e d i c t e d t h ec o n t e n to ft h i sp a p e rf o l l o w s ： ( 1 ) a c c o r d i n gt ow a t e rq u a l i t ym o n i t o r i n gr e s u l t so fi n f l o wr i v e r s ，t h i sp a p e r s e l e c t e dc o m p r e h e n s i v ew a t e rq u a l i t yi d e n t i f i c a t i o ni n d e xt om a k es i n g l ef a c t o r e v a l u a t i o na n dc o m p r e h e n s i v ew a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o no fm o n i t o r i n gs e c t i o n s ，a n d e v a l u a t i o nr e s u l t sw e r ea n a l y z e d i ts h o w e dt h a tt h ec o m p r e h e n s i v ew a t e rq u a l i t y i m p r o v e dy e a rb yy e a ro nt h ew h o l e ，p o l l u t i o no fc h e n g g u or i v e r , l a o y u nr i v e ra n d g u a n g f ur i v e rw a ss e r i o u s ，a n dq u a l i t yo fd o n g y ur i v e ra n ds ir i v e rw a sb e t t e r ( 2 ) a c c o r d i n g t oc h a r a c t e r i s t i c so f e u t r o p h i c a t i o n , t h i sp a p e r e v a l u a t e d e u t r o p h i c a t i o no fi n f l o wr i v e r s t h er e s u l ts h o w e dt h a tg u a n g f ur i v e r , c h e n g g u o r i v e ra n dz h u z h a o x i nr i v e rw e r ei nt h es t a t eo fe u t r o p h i c a t i o n , n u t r i t i o n a ls t a t u so f s ir i v e ra n dd o n g y ur i v e rw e r ei n t h eb e t t e rs t a t e ( 3 ) c o m b i n e dw i t hw a t e rq u a l i t ym o n i t o r i n gd a t a s ，t h i sp a p e rs e l e c t e dg m ( 1 ，1 ) m o d e lb a s e do ng r e yt h e o r ya n di t si m p r o v e dm o d e lt om a k ear e a s o n a b l ep r e d i c t i o n o fm o n i t o r i n gi n d i c a t o r so fd o n g y ur i v e r t h i sp r e d i c t i o nh a dac e r t a i nt h e o r e t i c a l v a l u e ( 4 ) b a s e do nw a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o na n dp r e d i c t i o no f i n f l o wr i v e r so fn a n s i h u l a k e ，p o l l u t i o nr e a s o n sa n dc o n t r o lc o u n t e r m e a s u r e sf o rn a n s i h ul a k eb a s i nw e r e v 南p 1 1 湖主要入湖河流水质分析与评价研究 p r e s e n t e di nt h i sp a p e rs u c ha sg o v e r n a n c eo fi n f l o wr i v e r s ，s t r e n g t h e n i n gn o n p o i n t s o u r c ep o l l u t i o nc o n t r o l ，t h ef u l lr e s t o r a t i o no fe c o s y s t e mf u n c t i o n sa n df o r m u l a t i o n o f r e g u l a t i o n s k e yw o r d s ：c o m p r e h e n s i v ew a t e rq u a l i t yi d e n t i f i c a t i o ni n d e x ，w a t e rq u a l i t y e v a l u a t i o n , e u t r o p h i c a t i o ne v a l u a t i o n , n a n s i h ul a k e v i 济南大学硕士学位论文 1 1 国内外水环境现状 第一章绪论 1 1 1 国外水体污染及富营养化现状 当前，世界水环境面临的主要问题是水体污染和水资源短缺，而水的污染进 一步加剧了水资源危机。统计表明，全世界每年大约有4 0 0 亿m 3 的污水排入江河 湖泊等各种水体，使占全球淡水总量1 4 左右的水源受到污染。2 0 世纪7 0 年代， 工业发达国家的水体污染已经很严重：美国5 2 条较大河流，其总长的三分之一遭 受严重污染；原苏联有5 0 左右的城市污水和6 0 - 7 0 未经处理的工业废水排入 各种水域；日本的水域污染面积达3 5 ，几乎没有一条未被污染的河流。水环境 质量的持续恶化导致了可利用水资源的进一步减少，也就是我们所说的水质型缺 水，水资源供需矛盾进一步激化，水资源的短缺又使污染地区缺乏稀释水量，污 染控制变得非常困难【i l 。 水体受到污染，水中的营养物质特别是氮和磷的富集，就造成了水体富营养 化。据来自联合国环境规划署( u n e p ) 的一项调查结果表明：在全球范围内有 3 0 q o 的湖泊和水库存在着不同程度的富营养化状况。世界上大部分的湖泊、 水库像：苏必利湖、贝尔加湖、马拉维湖等富营养化影响较小，水质较好，而在 气候比较干旱的地区，水源以半人工和人工方式蓄积起来的水体，富营养化现象 十分严重【2 】。例如，在西班牙的8 0 0 个湖泊中，有l 3 都处于富营养状态；南美、 南非、澳大利哑及墨西哥的湖泊也大都存在富营养化现象；韩国的南汉河和意大 利的威尼斯泻湖已经处于严重富营养状态；亚洲大部分水体尤其是南部水体的氮 磷浓度偏高，存在着富营养化隐患。世界水体富营养化污染严重，且正在向河流 及海岸水域迅速扩大。 1 1 2 我国水体污染及富营养化现状 随着我国工农业的迅速发展和城市化进程，工业废水和生活污水排放量日益 增加，湖泊河流等开发活动加剧，加之人们一个时期以来，环保意识淡薄，全国 性的湖泊河流污染及富营养化问题不断出现和发生。截止至 1 1 9 9 7 年底，我国各类 南叩湖主要入湖河流水质分析与评价研究 水体8 2 左右的河段受到不同程度的污染，其中大约3 9 的河段污染严重，7 0 以上的城市河段达不到饮水水源的标准，5 0 的城市地下水浑浊不清，长江、珠 江等七大水系水质持续恶化，湖泊水库普遍受到污染【3 1 。根据2 0 0 9 年我国环境保 护部公布的数字表明，全国地表水污染依然很严重。2 0 0 7 年，在我国七大水系1 9 7 条河流4 0 7 个重点监测断面中，i 类水质占4 9 9 ，i v 、v 类水质占2 6 5 ， 劣v 类水质占2 3 6 。其中，松花江为轻度污染，淮河、黄河为中度污染，海河、 辽河为重度污染。 我国水体富营养化问题十分突出，富营养化发展速度相当快。多年以来的调 查结果显示，富营养化湖泊的比例已由2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代后期的4 1 发展 n 8 0 年代后期的6 1 ，而后又发展至2 0 世纪9 0 年代的7 7 。在2 6 个国家控制的重 点湖泊中，水质大都低于v 类标准，污染较严重。水库富营养化的问题也十分严 峻，据一份对全国3 9 个大、中、小型水库的调查结果显示，在所调查的水库中， 1 1 2 的水库处于富营养状态，库容比为3 0 8 4 1 。近年来我国部分河流水域如珠 江、汉江、葛洲坝水库的黄柏河也出现了“水华 等富营养化现象。可见富营养 化已成为我国水环境保护中最为重要的环境问题。 1 2 国内外水质现状评价研究进展 1 2 1 国内外水质评价的发展 水体水质现状评价工作已有多年的历史，最初水质的优劣程度是通过水的色 泽、味及浑浊度等感官性状来进行认定评价的。后来采用了生物和化学指标，来 进行一定程度的定量评价。随着对水体富营养化研究的深入，氮、磷等被作为水 体水质现状评价的重要指标。r k h o r t o n 于1 9 6 5 年提出了质量指数法( q i ) ， 用于水质评价，以此标志着评价工作的开始；1 9 7 0 年，r m b r o w n 等提出了水 质现状分析的质量指数法( w q i ) ；n l n e m e r o w 在其书河流污染的科学分析 中提供了另外一种指数方法内梅罗法，并利用该方法对纽约州的一些水体污染 情况进行了计算；1 9 7 7 年，s l r o s s 根据生化需氧量、氨氮、悬浮固体及溶解氧 四项水质指标，对英国克鲁德河流域主要支流的水质进行了评价【5 1 。9 0 年代后， 水质评价的方法进一步得到扩展，水质评价更加全面和科学。 我国的水质评价工作是从1 9 7 3 年开始的。北京西郊环境质量评价研究是最 2 济南大学硕上学位论文 早的水质评价工作，这其中包括了水质评价的具体内容。随后开展了如松花江、 北京官厅水库、图们江、湘江、太湖及南海海域等水环境质量评价的专题工作 s l 。 与此同时，叠加型指数法、加权均值型指数法和均值型指数法被提出与应用。1 9 7 8 年，中科院地理研究所提出了地表水质污染指数，以对我国东部的河流进行污染 程度的评价。7 0 年代末，广州市进行了水质分级评价。1 9 8 1 年我国第一次全国 水质评价，采用了单项评价法、水质指数算术均值法和地图重叠法。在随后的洋 河水质评价中，我国学者又提出了水质隶属度概念。近年来，随着计算机和数学 的发展，我国的一些学者又提出了一些评价方法，像模糊数学法、人工神经网络 法等，这些方法已被广泛用于各种类型水体水质的评价中【0 1 。 1 2 2 现有水质评价方法及特点 为了评价水体水质及富营养化状况，国内外先后提出了特征法、参数法、营 养状态指数法、图解法、生物评价法和评分法等多种评价方洲1 1 朋】。由于影响水 质和富营养化程度的因素很多，评价因素与水质等级之间的关系复杂，各等级之 间的关系模糊，并且这些方法均有其适用条件和局限性，因此至今尚未形成一种 统一的确定的评价模式。 目前，在综合水质评价中，应用较多的典型方法包括：单因子评价法、污染 指数法、模糊数学评价法、灰色聚类法、物元分析法、层次分析评价法、人工神 经网络法，以及水质标识指数评价法等。 ( 1 ) 污染指数评价法 污染指数评价法是用监测数据与评价标准之比作分指数，然后通过数学手段 综合得到水体的污染指数，作为环境质量评定尺度。该方法的优点是计算简便。 缺点是难以与质量标准统一，缺乏一定的可比性。针对指数法的不足，各种改进 的指数公式相继被提出。如姚斐提出的分指数分级评分叠加法【1 6 1 ，邓峰提出的模 糊综合指数法【1 7 1 。 在污染指数评价法中，包括有叠加型指数法、w 型水质评价法、均值型指数 法、加权均值法、综合指数混合加权模式【1 引、组合指数模式【1 9 1 、内梅罗污染指 数法等。 ( 2 ) 模糊评价法 3 南四湖主要入湖河流水质分析与评价研究 模糊数学理论是美国控制论专家l a z a d e h 于1 9 6 5 年提出来的。在水环境的 质量综合评价中，涉及大量的复杂现象和多种因素的相互作用，也存在大量的模 糊现象和模糊概念，因此水质评价也可以用模糊数学的方法进行定量化处理【2 0 1 。 其基本思路是：由监测数据建立各评价指标对各级水质标准的隶属度集合，构造 隶属度矩阵，再把权鼋集与隶属度矩阵相乘以获得一个综合评判集合。 模糊数学评价法包括模糊综合评判法、模糊聚类法、模糊模式识别等，其中 最典型的方法是模糊综合评判法。赵泽斌采用模糊综合评判法对太湖等5 个湖泊 的水质富营养化进行了分析评价【2 1 1 。由于传统的模糊评价确定指标权重的方法带 有一定的片面性，评价结果有时不能真实地反映水质现状，肖明杰重新定义了权 重计算公式，应用改进的模糊综合评价模型探讨了长江近两年的水质状况瞄】。 ( 3 ) 灰色评价法 灰色系统理论是我国学者邓聚龙于1 9 8 2 年提出的- 1 3 新理论。水质监测数据 都是在有限的时间和空间范围内获得的，因而是不确切或不完全的，所以可将水 环境系统视为一个灰色系统。以灰色系统为理论基础的水质评价方法已经较多地 应用到综合水质评价中。其基本思想是：计算断面水质中各因子的实测浓度与各 级水质标准的关联度，然后根据关联度大小确定断面水质的级别。根据同类水体 与该类标准水体的关联度大小还可进行优劣比较【2 0 】。朱庆峰等应用灰色聚类法对 湖泊水质富营养化进行了评价，即体现了水质等级界线的模糊性，又充分利用了 信息，避免了模糊数学的不合理之处，是一种简便、客观的方法【2 3 1 。 灰色系统理论包括的评价方法主要有灰色聚类法【冽、灰色模式识别法【2 5 1 、 灰色局势决策、梯形灰色聚类分析等【2 6 1 。 ( 4 ) 人工神经网络评价法 人工神经网络是2 0 世纪8 0 年代迅速发展的一门非线性科学，它可以模拟人脑 的一些基本特性，如自适应性、自组织性和容错性能等。应用人工神经网络评价 水质，首先将水质评价标准作为“学习样本”，经过自适应、自组织的多次训练 之后，网络具有了对该学习样本的记忆能力，然后将实测数据资料输入网络系统， 由已掌握信息的网络对它们进行综合评价2 0 2 7 。3 0 1 。任黎等根据水体富营养化程度 影响因素多，富营养化等级与评价因素之间关系复杂及非线性的特点，研制了一 个能够自动对湖泊富营养化程度进行准确评价的人工神经网络模型，并对太湖富 4 济南大学硕卜学位论文 营养化进行了评价，取得了很好的效梨3 。 ( 5 ) 物元分析法 物元分析法是物元分析理论在水质评价领域的探讨和应用2 0 】。它是根据各级 水质标准构造经典域物元矩阵，由水质监测值建立节域物元矩阵，然后构造各污 染指标对不同级别水质标准的关联函数。该方法的缺点是有时不能正确判断水质 级别，应当对关联函数的计算方法加以改进【2 0 ，3 2 1 。 ( 6 ) 水质标识指数法 水质标识指数法是我国学者徐祖信教授于2 0 0 3 年提出的新的水质评价方法， 已在我国部分省市水体评价中得到全面推广应用。该方法完整地显示了综合水质 类别、水质状况、水质类别与水环境功能区标准的比较结果等信息，计算方法比 较简单，分析结果合理直观【2 0 ，3 3 。3 4 1 。 此外，还有集对分析法f 3 5 1 、主成分分析澍3 6 3 7 1 、逐步判别分析澍3 引、矩阵 排序法等评价方法，这些方法应用于水质综合评价有一定的限制性，还有待于进 一步研究。 相比较而言，模糊评价法、人工神经网络法等评价方法应用于水质评价中均 有一定的优点，但却无法筛选出参与评价的指标中不符合水环境功能目标的指 标，且无法估测水体水质现状与水环境功能目标的定量差距。综合水质标识指数 法，作为2 0 0 3 年提出的新的水质综合评价方法，已在我国河流水质评价中得到推 广应用。该方法不仅能完整地表达单因子的水质类别，而且还能定量、定性地对 水质进行综合评价，克服了目前常用的一些评价方法的不足，是一种值得推广的 水质综合评价方法。 1 2 3 水质评价方法的发展趋势 水环境质量分析与评价为政府水环境质量管理目标的实现提供了决策支持 和管理工具。水质综合评价方法的发展应该接近于水环境质量评价的目的，发展 趋势总结如下【3 9 舢】： ( 1 ) 针对水体的具体情况，选取具有代表性的评价参数及监测指标，使评 价结果能较真实、准确地反映客观实际，而参数的选取不能过多以致计算过于复 杂。 南四湖主要入湖河流水质分析与评价研究 ( 2 ) 在应用范围上，综合指数评价方法计算简单，易于操作，在水质综合 评价中仍会得到广泛应用。此外，水质标识指数法也越来越被认可，逐渐显示出 一定的优势。 ( 3 ) 近年来，针对大流域或大区域的水体，不少学者将水质评价与遥感相 结合，提出了遥感水质模型。今后，遥感技术在地表水水质综合评价中的应用会 越来越多。将新方法、新技术与传统方法相结合成为今后重点努力的方向。 1 3 本文研究的意义、主要内容与技术路线 1 3 1 本文研究的意义 水是生命之源，是人类生活和生产活动所必不可缺少的物质。而在现代生活 中，由于工业废水、生活污水等直接排入江河湖泊，使得水体受到严重污染。2 0 0 5 年，国家环境状况公报结果表明，我国江河湖泊普遍受到不同程度的污染，除部 分内陆河流、大型水库外，污染均呈加重趋势。湖泊普遍受到氮、磷等营养物质 的污染，在2 8 个国控重点湖库中，满足i i 类水质的湖库有2 个，占7 ；达到类 水质的湖库有6 个，占2 l ；水质类别为类的湖库有3 个，占1 1 ；水质类别为 v 类的湖库有5 个，占1 8 ；污染最为严重的劣v 类水质的湖库1 2 个，占4 3 【4 5 】。 水体污染导致城市饮水水源水质下降和处理成本大大增加，使得城市居民的饮水 安全和身体健康遭受到严重威胁，不仅加剧了水体资源短缺的矛盾，也对我国的 可持续发展战略带来了严重的负面影响【3 】。水体污染导致的富营养化的危害也是 多方面的，它可以使水体变得腥臭难闻，降低水体透明度，影响水体中的溶解氧， 向水体释放有毒物质，影响供水质量，增加供水成本，加速湖泊衰亡【4 7 1 。因此 研究水体污染及富营养化意义重大，可为水体污染的治理提供科学依据。 在湖泊水质污染及富营养化过程中，绝大部分面源污染物主要是通过入湖河 流进入湖泊的，入湖河流的水质和营养状态与湖泊水质密切相关，因此控制入湖 河流污染物对于湖泊水质治理至关重要【4 引。而科学客观地评价主要入湖河流的水 质污染和富营养化状况，则是进行入湖河流水环境综合治理前的基本工作。 南四湖位于山东省西南部，是山东省重要的水源地，也是我国十大淡水湖泊 之一；同时，南四湖也是南水北调东线工程的重要调蓄枢纽区，有着非常重要的 战略位置【4 9 1 。f 1 2 0 世纪8 0 年代以来，伴随着区域经济的高速发展，南四湖湖泊水 6 济南大学硕士学位论文 质严重恶化。在2 0 0 2 年底南水北调东线工程开工时，输水干线上南四湖水域不甚 乐观的水环境现状成为各界关注的焦点。湖泊水质恶化已经成为当地社会经济可 持续发展和南水北调东线工程建设的主要障碍因素之一。 南四湖水质恶化与流入湖区的众多入湖河流遭受严重污染有着密不可分的 关系，多条入湖河流纳污量较大，污染严重，它们均都直接汇入南四湖，对南四 湖湖区造成了最严重、最直接的污染。因此，掌握入湖河流的污染程度，评价入 湖河流的水质现状，并对未来几年水质做出预测，可对治理南四湖水域污染提供 一定的科学依据。 本课题旨在以南四湖主要入湖河流为研究对象，从众多的水体水质及富营养 化评价方法中选出适合南四湖入湖河流的评价模式，对其进行水质综合评价和富 营养化程度分析，并以东鱼河为例对未来几年水质做出预测，以为今后的南四湖 及其入湖河流的污染治理提供科学依据。 1 3 2 研究内容与技术路线 本论文的主要研究内容包括： ( 1 ) 对南四湖主要入湖河流合理布点取样，进行水质监测。 ( 2 ) 分析监测结果，采用综合水质标识指数法，对南四湖主要入湖河流进 行单因子评价和综合水质评价，并分析其时间序列特征。 ( 3 ) 将综合水质标识指数法依照富营养化的特点进行改进，对有氮、磷监 测指标的河流进行富营养化评价，了解河流综合营养状态，并对其时空分布、变 化规律等进行分析。 ( 4 ) 采用基于灰色系统理论的g m ( 1 ，1 ) 预测模型，以东鱼河为例，对该河流 的主要污染因子做出合理预测，并对模型精度不高的因子采用改进模型，以使预 测结果更加精确。 ( 5 ) 分析南四湖流域污染原因，提出具体可行的水质污染防治体系和治理 措施。 本论文的技术路线见图1 1 。 7 南p l j 湖主要入湖河流水质分析与评价研究 l 灰色预测模型预测未来水质 u i 水污染及富营养化综合防治体系 图1 0 l 技术路线图 8 济南大学硕士学位论文 第二章南四湖流域概况 2 1 南四湖流域自然概况 2 1 1 南四湖的地理位置及概况 南四湖位于山东省西南部，是南阳湖、独山湖、昭阳湖和微山湖四个相互连 贯的湖泊的总称，位于北纬3 4 0 2 7 一3 5 0 2 0 ，东经1 1 6 0 3 4 - 1 1 7 0 2 1 ，属于淮河流域 泗河水系。该湖南北长1 2 6 k m ，东西宽5 - 2 5 k m ，面积为1 2 6 6k m 2 ，是我国著名 的大型淡水湖泊。该流域东以泰沂山脉的尼山为分水岭，西到黄河大堤，北起大 汶河左岸，南至废黄河南堤。湖盆呈北西南东方向延伸，中间较窄，南北开阔， 中间最窄处称为湖腰( 即昭阳湖下段) 。1 9 6 0 年在湖腰处建二级坝，将南四湖一 分为二，分别称为上级湖和下级湖( 图2 1 ) 。坝北为上级湖，湖面面积为6 0 2k m 2 ， 集流面积2 6 9 3 4k m 2 ，占总集流面积的8 8 4 ；坝南为下级湖，面积为6 6 4k m 2 ， 集流面积3 5 1 9k m 2 ，仅占集流面积的1 1 6 t 5 0 1 。 图2 1 南四湖的位置及流域水系图 f i g 2 1p o s i t i o no f n a n s i h ul a k ea n d i t sw a t e rs y s t e m 9 南四湖主要入湖河流水质分析与评价研究 南四湖上级湖允许最高水位为3 6 5 0 m ，兴利水位为3 4 5 0 m ，死水位为 3 3 o o m ；下级湖允许最高水位为3 5 o o m ，兴利水位为3 2 5 0 m ，死水位为3 1 5 0 m 。 在南水北调东线工程中，上级湖只是输水不调蓄，最高输水位为3 4 2 0 m ，利用 下级湖作为调蓄水库，正常蓄水位为3 3 o o m 。南四湖全湖防洪库容为4 7 3 1 亿 m 3 ，兴利水位库容为1 7 0 2 亿m 3 ，兴利调节库容为1 1 2 8 亿m 3 ，死库容为5 7 4 亿m 3 。二级坝、韩庄水利枢纽建成后，南四湖成为我国华北地区面积最大的一 座集灌溉、水产、蓄洪和航运等一体的可综合利用的水库型湖泊。 2 1 2 气候 南四湖地处暖温带，为季风性气候区，季风环流是湖区气候的主要影响因素。 该流域四季分明，气候温和，光照充足，雨量集中。春季多风且干旱，夏季炎热 雨水较多，秋季比较凉爽，冬季寒冷干燥；流域湖面与周围的陆地相比，温度略 高，无霜期较长，积温较多，相对湿度较大，辐射量和降水略小，为典型的湖区 气候【5 1 。5 2 1 。 1 太阳辐射与日照时间 太阳辐射是影响气候资源的重要因素之一。南四湖区内全年日照时间平均为 2 5 1 6 小时，日照百分率一般为5 3 5 9 ，湖陆日照差异8 1 d , 。全年以六月份最 大，二月份最小，其中南部高于北部，湖东略高于湖西。 2 温度 南四湖湖区的温度，除了取决于太阳辐射外，还受到水、陆下垫面条件差异 性的制约。湖内年平均气温为1 4 2 ，沿湖陆地1 3 7 ，湖区比沿湖陆地偏高 0 5 。七月份温度最高，湖内为2 6 5 ，沿湖陆地为2 6 8 ；一月份温度最低， 湖内为0 3 ，沿湖陆地为1 4 。气温年较差呈现出一定范围内距湖岸越远年 较差越大的规律。年较差沿湖陆地为2 8 2 。c ，湖内为2 6 5 c ，其中以离湖岸最远 的滕州年较差最大，为2 8 7 ，比湖内的马口高1 7 。 南四湖湖内水深2 0 c m 处年平均水温为1 6 3 ，七月份最高，为2 8 8 ，一 月份最低，为5 。一般每年至1 1 月下旬后，南四湖便会出现地面结冰与湖面 封冻现象，年平均结冰数一般为9 0 9 9 天。湖河结冰厚度一般在1 5 c m 左右，个 别年份可达3 0 c m 。 1 0 济南大学硕一 ：学位论文 图2 2 南四湖一月份平均气温分布图( ) f i g 2 2a v e r a g et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o no f n a n s i h ul a k ei nj a n u a r y 3 降水 降水是南四湖主要的水源来源，并直接影响湖水位的高低。由于受季风环流 的影响，降水季节变化明显。夏季由于太平洋高压暖流向北扩展，雨量显著增加； 秋冬季由于蒙古冷高压南下增强，雨量显著减少。因此年内降水的特点是夏季降 水比较集中，周围陆地降水大于湖面，且自南向北递减5 2 】。 据监测资料，南四湖流域年降水量平均在7 5 0 m m 左右，湖内年平均降水量 7 0 0 m m ，沿湖陆地为7 6 0 r a m 。降水年际间差异非常悬殊，如二级坝1 9 7 1 年的降 水量最多，为1 0 4 9 6 m m ，1 9 8 2 年最少，为4 4 7 3 m m ，二者相差2 3 倍。 降水不仅年际间差异悬殊，各季降水也极不均匀。夏季降水一般为 3 7 7 4 7 0 m m ，占全年降水总量的5 9 6 3 ；冬季降水量最少，一般为2 7 4 4 r a m ， 仅占全年降水总量的4 5 。 南四湖湖区蒸发量一般为1 8 1 5 m m ，以六月份蒸发量最大，冬季蒸发量最小， 沿湖陆地蒸发量一般大于湖内( 沿湖陆地年蒸发量1 7 0 2 m m ，湖内1 4 9 0 m m ) 。 4 风情 南四湖主要入湖河流水质分析与评价研冗 南四湖湖区全年以东南风为最多，频率为1 2 。冬季在蒙古高压的控制下， 盛行西北风；春季是过渡时期，偏南风显著增多；夏季在副热带高压的控制下， 盛行东南季风；秋季济宁北风频率为1 0 ，而微山、鱼台等以偏东南风为主。多 年平均风速为2 7 3 8 m s ，而北部风速大于南部风速，湖内风速大于沿湖陆地 风速。 2 1 3 地质特征 图2 3 南四湖流域地质图 f i g 2 3g e o l o g i c a lm a po f n a n s i h ul a k o 南四湖流域的大地构造单元属中朝准地台一鲁西中台隆济宁一成武凹断柬， 西部聊考断裂以西东明一带为华北台拗开封台陷花园口台凹，东部宁阳_ b 县一 滕州一线以东为鲁西中台隆、鲁西拱断束尼山穹断束5 3 1 。湖盆位于鲁西断块的西 部，坐落于受n n w 与近e w 向断裂控制的嘉尼凸起、鱼滕凹陷及济宁凹陷之上。 受此格局控制，南四湖呈n n w - s s e 狭长带状，水体潴留于两大地貌单元的交接 带上：湖区东部为鲁中南丘陵区与山前冲洪积平原，湖区西部为黄河下游冲积平 原。在新构造运动期间，湖区西部冲积平原区呈向东掀斜式且不均匀的沉降运动， 黄河冲积扇持续向东漫溢推进，其前缘已至湖东山麓一带，冲积扇前缘所至的洼 地带随之积水成湖【5 2 】。 2 1 4 入湖河流概况 1 2 济南大学硕士学位论文 南四湖入湖河流总共5 3 条，总集流面积为3 0 4 5 3k m 2 ，其中湖东注入河流 2 7 条，集流面积为8 5 0 1k m 2 ，河流流速较急，洪水势猛峰高；湖西注入河流2 6 条，集流面积为2 1 9 5 2k m 2 ，河道宽且水流缓，洪