（环境工程专业论文）镇江北固山湿地水质时空分布的研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ew e t l a n di sa l li m p o r t a n tn a t u r a le c o s y s t e mw i t hb i n - d i v e r s i t y h y d o r l o g i c a l s i t u a t i o ni st h e p r i m a r y f a c t o rw h i c ha f f e c t sw e t l a n de c o s y s t e mf o r m a t i o n 、 d e v e l o p m e n ta n dm a i n t e n a n c e i ti ss i g n i f i c a n tt os t u d yh y d o r l o g i c a ls i t u a t i o na n ds t a t u s q u oi nb e i g uw e t l a n df o re c o l o g i c a lr e p a i ra n dm a n a g e m e n ti nt h en a t u r a lw e t l a n d t h es u b j e c ti sap a r to f t h et l l i r di s s u eo f r e s t o r a t i o n 、c o n t r o l l i n ga n dd e m o n s t r a t i o n p r o j e c to fe c o s y s t e m 诚l lb a n ka n dw e t l a n dn e a ry a n g z ir i v e r , t h a ti st h es u b i s s u eo f e n v i r o n m e n t a li m p r o v e m e n t 、r e p a i r i n gt e c h n i q u ea n ds y n t h e t i c a l l yd e m o n s t r a t i n gi n z h e n j i a n gw a t e re n v i r o n m e n t t h r o u g h o u tay e a r sd i a g n o s i sf r o mj a n 2 0 0 5t oj a n 2 0 0 6 ，s t a t u sa b o u tt h ew e t l a n dr e s o u r c ea n de n v i r o n m e n t a lw a t e rq u a l i t ys t a t u si s i n v e s t i g a t e d ，m a i nf a c t o r s i sf o u n dw h i c hi n f l u e n c eo nw a t e r q u a l i t yr e m o v i n g m e c h a n i s mi sd i s c u s s e ds u p e r f i c i a l l y t h er e s u l t ss h o wt h a t ： ( 1 ) b e i g uw e t l a n dh y d r o l o g yh a sr e m a r k a b l ec h a r a c t e r i s t i co fa n n u a lp e r i o d ，m o n t h l y p e r i o da n dd a i l yp e r i o d t h ew e t l a n dh a sa b u n d a n te c o l o g i c a lr e s o u r c e s ，b u tm a i ne c o n o m i c f i s hr e s o u r c es h o w sat e n d e n c yo fd e c l i n e i ts h o u l dn o tb ei g n o r e dt h et o t a la m o t t r l to f p o h u t a n ti nw e t l a n df r o mp o h u t a n ts o u l ea n ds h o u l dt a k em e a s u r et or e s t o r e ( 2 ) t h ew e t l a n d sw a t e rq u a l i t yi nr a j n y s e a s o ni sb e t t e rt h a nd r ys e a s o n c o r r e s p o n d i n g ，f r o mb a n kt or i v e r , w i t hi n c r e a s e dd i s t a n c et h ew a t e ri sg e r i n gb e t t e n t h e r ea r eo b v i o u sd i f f e r e n c ei nw a t e rq u a l i t yb e t w e e nb a n ka n dr i v e r ，j u s tt h es a n l e a si nr a i n ys e a s o na n dd r ys e a s o n ( 3 ) t h ed e p t ho fw a t e rv a r i e so b v i o u s l yd u r i n gay e a rw h i l et h ev a l u eo fw a t e r c h a n g e sr e m a r k a b l ei nr 8 i 1 1 ys e a s o n ：w i t hw a t e rl e v e lb e i n gc h a n g e d ，t h ep o l l u t a n tn e a r p o l l u t i o no u t l e ti sd i l u t e dn o t a b l yi nr a i n ys e a s o n ，y e ti n d i s t i n c t i v e l yi nc o m p a r i s o n ( 4 ) t h ew e t l a n dh a sc e r t a i np u r i f i c a t i o nf u n c t i o no nt h es e w a g e a r e rt h es e w a g e e n t e r st h ew e t l a n d t h ev a l u eo f c o d d r o p sa td i f f e r e n ts c a l e s j u s ta st h a to f b o d 、t n a n dt pw h i l et h ed i s s o l v e do x y g e ni sr i s i n g w e t l a n di s h e l pt or e m o v e 矗l r t h e r b i o c h e m i c a lp o l l u t a n ti ns e w a g e ( 5 ) s u b o r d i n a t i v em e t h o di san e wo b j e c t i v ep r a c t i c a lm e t h o dt oe v a l u a t et h ew a t e r q u a l i t y c o d 、t n 、t pa n db o d 5a r em a i nf a c t o r sw h i c hu s e da s c r i t e r i af o rw a t e r c l a s s i f i c a t i o nb ym a t h e m a t i c a lm o d e l n er e s u l ts h o w st h a t e x c e p tt h r e es a m p l e si n r i v e r , t h ev a l u eo f w a t e ri nb e i g uw e t l a n di sw i t h i ni vg r a d eo f w a t e rs t a n d a r d sw h i c h w o r s et h a nt i tg r a d er e q u e s t e db yn a t i o n a ls t a n d a r d s k e y w o r d s ：w e t l a n d ，w a t e rq u a l i t y ， s p a t i o t e m p o r a ld i s t r i b u t i o n ，e v a l u a t i o n i i 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， 同意学校保留并向国家有关部f 丁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。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容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。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密回。 学位论文作者签名：飞雹季； g l 【) 年6 月占日 指导教师签名： ，如口占年j 具8 日 独创性声明 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。除文中已注明引用的内容以外，本论文不 包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。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。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 ，乡 午90 弩 月 1 1 易 名 年 签者 6 作 目 文 乒 雠 扣 位 期 学 日 江苏大学硕士学位论丈 第一章绪论 1 1 选题背景 水是生命之源，人们逐水而居，傍水而聚的习性筑就了今日的城市。随着我 国城市人口的不断增加和城市规模的不断扩大，影响城市发展的水环境污染和水 资源短缺问题日渐突出，严重制约了城市的可持续发展，针对我国城市水环境现 状，科技部在“十五”国家“水污染控制技术与治理工程”重大科技专项中，选 择了十一个城市启动“城市水环境质量改善技术与综合示范”专题研究。“镇江水 环境质量改善与生态修复技术研究及示范”就是其中之一。 总课题依据河道湖泊生态修复原理，充分考虑镇江城市水系和内江的水文水 动力学特征，以及主要污染物来源、特性和污染物运动迁移规律，结合内江的生 态潜力和地理、地形、气象等自然条件，规划设计了五个分项，其中第三分项“生 态堤一滨江带一湿地系统的修复和污染控制技术及示范工程”是根据总课题方案设 置的下属分项之一，主要结合大东沟一北固山一带内江沿岸的滨江水陆交错带的 整治，进行面源污染控制技术、生态护坡技术、滨江带湿地生态系统构建技术的 研究：在控制滨江水陆交错带环境污染的基础上，进行生态系统修复和景观建设 的示范工程，改善内江水环境；并与其他四个分项紧密联系，互相配合达到课题 总体的研究目标。 北固山湿地位于镇江北固山东北面的长江内江中，受内江河床结构变迁和水 动力条件的综合作用，泥沙大量沉积，洲滩成长出露，湿生植被逐渐发育，芦苇 生长茂盛，形成了一片天然湿地。湿地削减和控制了大东沟一北固山一带的面源和 点源污染，对江水中的泥沙和悬浮物起到了沉积和滞留作用，在改善内江水质、 保护生物多样性、防止堤岸侵蚀和美化城市等方面发挥着重要的作用。 湿地是在多水环境下形成和发展起来的。水不仅作为湿地系统中重要的物质 组分，同时也是湿地系统中物质和能量传输的载体，湿地水文对湿地的发育演化 和湿地生态系统的维持起到关键性作用。因此，研究天然湿地水文和水质现状对 湿地的生态修复与管理具有重要意义。 本文是第三分项的部分研究内容，从湿地水质指标分布的定量分析入手，对 湿地的气候、环境地理、动植物资源、水文和污染源状况进行初步调查，对北固 山湿地水质时空分布进行研究。对湿地水质质量进行评价。对影响湿地水质的部 江苏大学硕士学位论文 分因素进行了分析，为北固山湿地水环境质量评价与改善提供相关资料，为镇江 城市水环境质量改善与管理提供了参考依据。 1 2 水环境研究综述 水是生命的源泉，是社会发展和人类进步的不可缺少的自然资源，是生态环 境系统中最活跃和影响最广泛的因素。1 。它是一种可以更新的、宝贵的、动态的资 源，其特征是储量的有限性、补给的循环性、时空分布的不均匀性、用途的不可 替代性以及开发与利用的矛盾性。 随着全球经济的迅速发展，水需求不断增长，供需矛盾日益突出。水危机越 来越明显，水源枯竭、水质污染和生态环境恶化等现象不断增多，已经严重影响 社会经济的发展和人类的生存。1 。因此水资源研究已成为世界各国科学研究中的重 大课题。 国际科学联合会理事会( i c s u ) 提出全球变化研究计划“3 ，其中包括1 9 8 6 年提 出的国际地圈生物圈计划( i g b p ) 。i g b p 以研究全球变化为目的，包括7 个核心计 划和2 个技术支撑计划，其中水循环的生物圈方面b a h c 的第三个重点是生物圈与 水圈相互作用的全球多样性和时空综合，用模拟和观测方法研究生物圈一水圈反 馈的时间积分问题，观测计划将重点研究自然变化性( 如干旱等) 和人为活动的直 接影响( 如地下水消耗、河流的限流等) 。1 ，人类活动会不断改变陆面( 如农业、都 市化、森林滥伐、湿地排水) 及其水文状况( 如堤坝、灌溉、水利设施和梯田) ，不 仅在不同时间尺度内影响社会经济和生态环境，而且在区域尺度内会影响气候和 水循环。总之，全球气候与环境变化以及地圈、生物圈与水圈相互作用的全球多 样性、时空综合的全球分析、数据信息系统的建立、建模和预测等仍然是今后的 重大研究课题。国内水环境的研究趋势也突出表现为水与环境可持续发展一体化 研究，例如国家重点基础研究发展规划项目 9 7 3 0 6 课题黄河流域水资源演化 规律与可再生性维持机理、中国生态与环境动态监测网络建设等2 1 世纪重大研究 项目。 水环境科学是- - i 综合性特色很强的现代科学，是研究水的形成、存在、分 布、运动、质量及其演变规律，以及与开发、利用、管理水环境有关的知识体系”1 。 研究内容与方法是运用自然科学、工程技术科学、社会科学等有关科学的理论、 技术和方法来研究水环境资源问题，包括水环境资源的数量、质量、可利用量与 人类社会及其发展对水环境资源需求之间的关系，揭示社会经济发展与水环境资 源的合理利用、保护和协调发展的基本规律”叫；研究特点表现在直接观测实验( 原 2 江苏大学硕士学位论文 形观测实验) 是水环境资源科学研究的基本方法；未来研究方向是水环境资源科学 研究和科学理论正呈现整体化趋势，信息论、控制论、系统论等方法在水环境资 源科学研究中越来越显示其作用“，水环境资源的科学实验与数学模型研究相结 合是水环境资源研究的重要发展方向“，主要表现在水资源数据库、水环境资源 系统分析、水质模拟与模型、环境水系统研究、3 s 技术( 地理信息系统g i s 、全球 定位系统6 p s 、遥感r s ) 应用“2 “、水质污染评价与治理等。 随着人类进步和社会经济迅速发展，水环境资源需求不断增长，供需矛盾日 益突出。水环境资源危机越来越明显，水资源浪费、水资源短缺、水资源枯竭、 水质污染、生态环境恶化等现象不断增多，已经严重影响社会经济的发展和人类 的生存。特别是进人2 0 世纪以来，随着世界人口的骤增和农业、工业以及城市建 设的迅速发展，世界上的用水资源量和耗水资源量均急剧增长”“，二战以后增 长加快，且以亚洲、欧洲增长为快。需水资源量急增和可用水资源量的不断减少 已成为当今世界各国面临的最大问题之一。因此水环境资源研究已成为世界各国 科学研究中的重大课题。 世界各国为进行水环境资源研究、开发、利用、管理和保护，均成立了相应 的水环境问题机构。美国内务部于1 8 7 9 年设立了地质调查局( u s g s ) ，1 8 9 4 年设立 水资源处( w r i ) ) ，1 9 6 5 年成立水资源理事会( w r c ) 。1 9 7 2 年国际水资源协会( i w r a ) 成立，主要解决水环境的规划、开发、管理等方面的科学技术问题 5 8 。自本世 纪6 0 年代以来，用水问题在世界范围内已十分突出，对此联合国本部( u n ) 及各 有关组织开展了水环境研究项目，并进行国际交流。1 9 6 5 年联合国教科文组织成 立了国际水文十年( i h d ) ( 1 9 6 5 1 9 7 4 年) 机构，1 2 0 多个国家参加了水环境研究。 1 9 7 5 年成立了国际水资源计划委员会( i h p ) ( 1 9 7 5 1 9 8 9 ) 接替i h d 工作、第一期 i h p 计划( 1 9 7 5 1 9 8 0 年) 突出了与水资源综合利用、水资源保护等有关的生态、 经济和社会各方面的研究；第二期i h p 计划( 1 9 8 1 年1 9 8 3 年) 强调了水环境资源 与环境关系的研究；第三期i h p 计划( 1 9 8 4 1 9 8 9 年) 研究了“为经济和社会发展 合理管理水环境的水文学和科学基础”，强调水文学与水资源规划和管理的联系； 目前为第五期r h p 计划。美国是建立地下水环境管理模型最早和最多的国家啪1 。 1 9 8 0 年以来，中国从中央到地方先后成立了水资源管理办公室，负责水环境 资源评价、规划、开发、管理等工作。中国地质学会于1 9 7 8 年1 2 月在北京召开 了首届地下水环境评价学术会议，总结交流了中国地下水环境资源评价与开发利 用的研究成果，1 9 8 9 年6 月在河北省正定召开了“第二届全国地下水资源评价与 江苏大学硕士学位论文 管理学术讨论会”。水利部门于1 9 8 1 年l o 月在武汉召开了第一次全国地表水环境 调查评价技术经验交流会，会后选取有代表性的1 7 篇论文发表于水文( 1 9 8 2 年增刊水资源专集) ；8 0 年代初期完成了全国首次水环境评价“1 ( 包括大气降水、 地表水和地下水) ，后期完成了全国水资源利用。“，1 9 8 7 年提出中国水资源概 况及展望报告。1 9 8 8 年国家颁布了中华人民共和国水法，将水资源管理纳入 法制轨道。9 0 年代水利部门先后开展了水资源供需平衡分析、中长期供水规划以 及目前正在开展的水资源开发利用规划。州。近年来，中国在水资源( 地表水、地 下水) 评价与管理特别是北方干早、半干旱地区水资源评价、利用与管理方面的研 究取得了极大进展，完成大量的工程项目、科研项目( 包括模拟、预报与管理模型) 和科技出版物。在地下水研究方面，以林学钰院士为代表的水文地质学家先后研 制并提出了地下水水量水质模拟及管理程序集。、实用地下水管理模型“、石家 庄市地下水资源的科学管理m 3 、地下水资源开发及其负效应1 ”等先进的模型技术 与理论，许多方面达到了国内领先水平：1 9 9 8 年8 月在长春召开的“第二届未来 地下水资源危机国际会议”在国际水资源与环境领域具有广泛的影响，会议论文 于2 0 0 0 年由联合国教科文组织正式出版( i h p v ，t h e m e 3 ，n o 2 7 ) “。 1 3 本文研究的目的意义与内容 1 3 1 研究目的和意义 湿地是重要的自然生态系统，也是最具有生物多样性的生态系统，过去我们 忽视了这一自然资源的重要性，导致了环境恶化和人类自身发展的举步维艰，为 了获取人类与自然的和谐共存，湿地研究作为环境保护的重大课题之一，有其深 远意义。 长江中下游湿地从上世纪5 0 年代起，由于各种原因影响湿地生态的健康发展， 造成湿地功能下降。因此，水环境治理和天然湿地的保护和修复毋庸置疑地摆上 了重要位置。 镇江市北固山滨江湿地是天然湿地，是镇江“三山”湿地生态系统中的重要 组成部分。研究天然湿地与生态堤、水体及人工构建的生态系统之间物质和能量 的交换，有利于了解各子系统生态效应和水体净化、污染物的去除能力。湿地周 围的水文状况是影响湿地生态系统形成、发育和维护的首要环境因子。因此研究 天然湿地水文和水质与湿地生态系统的关系，以便指导天然湿地生态系统的修复 和保护。 4 江苏大学硕士学位论文 在2 0 0 5 年1 月2 0 0 6 年1 月期间，对镇江市北固山滨江湿地水体的各水化学 指标和一般理化因子( 水深、水温、透明度和悬浮物) 进行了为期一年的监测分 析。调查了该区域的水、动、植物等各种环境资源，对湿地周边的点源污染进行 调查，目的是从环境资源和水质状况等方面对该区域的生态背景和水环境现状进 行研究和分析，为湿地生态修复的管理和工程实施提供基础数据和理论依据，为 “示范工程”运行和管理提供背景资料。 1 3 ，2 研究内容 对湿地的各种资源的概况和污染源进行了初步调查，对湿地水质进行了为期 一年的监测分析。具体内容如下： ( 1 ) 对湿地的水文、水动力学特征进行分析。 ( 2 ) 对湿地水质进行为期一年的监测，对水质各项指标值作时空变化分析。 ( 3 ) 就湿地对水体的净化作用进行了分析，对污染物去除机理进行了理论探 讨。 ( 4 ) 就湿地水位变化和潮汐作用对湿地水质的影响进行研究。 ( 5 ) 用模糊数学法对全年湿地水质的现状进行评价。 江苏大学硕士学位论文 第二章湿地概况与分析方法 2 1 北固山湿地概况 在对湿地水文地貌条件和动、植物资源进行野外实地调查的基础上并结合镇 江市水文站提供的全年水文观测资料，对北固山湿地水、动植物等各种生态资源 进行归纳分析，对湿地内各点的污染源进行分析和说明。 2 1 1 湿地地理位置及形成 北固山湿地地处长江中下游平原的镇江市北固山脚下，面积3 0 余公顷，位于 东经1 1 9 。2 87 ，北纬3 2 。1 5 ，属于东部季风湿润区，为北亚热带，年降雨量达8 0 0 1 6 0 0 毫米，年平均气温1 5 4 ，全年无霜期2 4 0 2 6 0 天，年积温5 0 0 0 6 5 0 0 。c ，且 四季分明，适合多种植物生长。 湿地形成于上个世纪7 0 年代，受内江河床结构变迁和水动力条件综合作用， 江水中携带泥沙大量沉积。在长江高悬沙、低流速与北固山一大东沟凹型河岸特 殊地貌条件持续作用下，不断淤高扩展形成。滩面高程由江心到岸边缓缓增加， 形成了典型长江淤泥淤积型湿地。洲滩成长出露，湿生植被发育，在大东沟 北固山一带靠近堤防一侧形成了面积约3 0 0 亩的一天然湿地。潍面中段由于人为 活动挖掘了一条南北向的排水沟，将滩面一分为二，由此构成北固山湿地的现状 与结构特征。 2 11 2 湿地水系特征及水文分析 水是湿地生态系统中最重要的物质迁移媒介，与其它环境因子、生物因子耦 合作用于湿地生物及地球化学循环过程，影响湿地中元素的循环与转化、物质的 滞留和去除、污染物的净化和沉积物拦截等“1 。 湿地水文是湿地生态系统的重要组成部分之一，湿地水文不仅左右着湿地物 理、化学与生物学功能和生态价值，也对湿地的发育演化起到关键性的作用嘞“1 。 由于本课题选择的研究载体“生态堤一滨江带一湿地”其地理形态处在内江 的区位，由于内江兼有河流和湖泊的水文水动力学特征，因而该区域的污染物转 移，扩散的水文水动力学规律十分复杂。 6 江苏大学硕士学位论文 图2 - 1 研究区域水文动力学特征图 该地区水体的主流为自西向东，由于北固山的阻挡，水流方向在此发生较大 改变，受次水流作用，该区域上游的污染物部分被转移到本区域水体。 在雨季，由于雨水径流和北固山下的雨水排放，该区域有一定程度的自西向 东北方向的水体流向，该区域面源污染物被转移到本区域水体在东南季风或潮汐 作用的时候，该区域下游的水体受到自东向西的水体流动的影响，该区域下游的 虹桥港水系携带的污染物，滨江雨水泵站的面源污染物和大东沟与滨江带污水泵 站面源集中排放口的污染物等部分也被转移到本区域水体，在东北季风或潮汐涨 潮的时候，该区域北部的水体受到的自东北向西南的水体流向的影响，内江水体 的污染物，渔业污染物和船舶污染物等部分也被移动到本区域的水体。 此外，由于本研究区域是开放水体，在内江水文相对比较平静的时期，本区 域中的污染物在扩散，漂移等水动力学因素的影响下和内江水体发生大量的交换 活动。 镇江城市主要水体污染物转移的依托水系是古运河、运粮河和虹桥港( 包括 它们的支流) ，这三个水系的水位水量变化具有明显的季节性特征：夏季汛期各水 体主要功能是泄洪；春秋季雨水较多，城市水系能够依靠雨水维持水体的流动， 而在少雨的冬季，受长江水位显著下降的影响，城市水系必须依靠闸坝的人为调 江苏大学硕士学位论文 控才能保证基本水位和水量。城市水系水位与水量周期性大幅度变化导致城市水 体的自净能力和纳污能力非常脆弱，同时也具有显著的季节性变化特征。 镇江城市水系的最终受纳水体是长江。征润州芦滩的不断发展，对内江已形 成合围之势，因而形成镇江城市水系与长江的流通需要经过内江的交换的态势， 因此，内江也逐步具有湖泊的一些水文、水动力学特征。外江的水位、流量和潮 汐对内江的影响十分显著，各种水体污染物和污染源在内江的运动、转移、沉积 和扩散等规律也十分复杂多变。内江的湖泊水文、水动力学特征导致大量长江泥 沙沉积于内江，同时城市水系带来的污染物和内江周围的点源、面源污染物也大 量积聚内江，内江水位、水量、泥沙和污染物的相互作用导致内江水体污染严重， 水质复杂多变，特别是水体的透明度远远达不到沉水生态系统健康生长的要求， 内江水体富营养化日趋严重。 镇江主城区已经建立了长达2 0 余公里的城市污水截流管道( 包括运粮河部分 河段) ，根据统计，污水截流晴日均排出污水量达1 0 万吨天。这个水量占镇江自 来水日平均供水量1 8 万吨的5 5 5 。而未实现污水截流工程的区域分布在丁卯片 组团、官塘组团、蒋乔组团和征润州。丁卯片组团( 包括江苏大学) 和官塘组团 的污水，在非汛期通过古运河从丹徒闸和谏壁闸流入镇江下游的长江。蒋乔组团 污水通过运粮河注入内江。如果考虑镇江污水截流的实际功能和镇江市目前正在 实施的污染企业搬迁工程，镇江市城区的点源污染应能够得到非常有效的控制。 因此，镇江市主城区未来的水环境污染的主要污染源应该是城市面源污染。 镇江市内江水位的变化是长江上游来水和下游潮汐顶托共同作用的结果。内 江与长江水量交换大，每年内江换水接近i 0 0 次，主要发生在丰水季节。由于严 重的泥沙淤积，内江大多数区域底高超过1 米，到了枯水期。内江水位在低潮时 会低于0 5 米，除航道之外，内江江底大多露出水面。由于长江镇江段处于长江 感潮河段，每天涨潮落潮两次，涨潮时间平均约为3 小时，落潮时间平均约为9 小时，平均潮差为9 6 厘米，最大潮差约为2 3 3 厘米，在潮差之外，叠加长江水位 在枯水期和丰水期之间的变化，因此，内江水位变化剧烈，年最大水位变化在6 米左右，在强风作用下，内江浪高可达6 0 厘米。 北固山湿地水位在6 9 月份为丰水期，5 、1 0 、1 1 月份为平水期，1 2 月次 年4 月份为露干时期形成湿地水文年周期特性。受月球引潮力的影响，每月湿地 水位有两次朔望大潮，形成了湿地水文月周期的特性。由于长江口不正规半日潮 江苏大学硕士学位论文 影响，湿地还具有每日两次涨落潮的湿地水文日周期特性。湿地水位还具有显著 的脉动性质。其中，全年最高水位为7 8 7 米，滩地全部淹没。最低水位为2 1 9 米，滩地完全出露在水面之上最高水位与最低水位相差5 6 8 米湿地最高水位发 生在7 - 9 月份，最低水位发生在1 2 月份每年的冬季枯水季节，内江水位降到3 米 以下，绝大多数湿地滩面出露水面，三月随着春汛的来临，湿地水位出现了全年的 第一个高峰，进入5 月末6 月初的梅雨季节湿地水位达到另一个高峰7 8 月份的 集中降雨季节，长江来水明显增加，湿地水位达到一年中的最高值，有的年份最高 值也会在9 月份出现。9 月份以后，长江上游来水逐渐减少，湿地水位开始下降。 2 1 3 湿地生物资源 一、植物资源 北固山湿地具有丰富的生态资源，湿地植被具有明显的季节特征，水生高等 植物有5 0 余种。其中，芦苇和葫草是优势种，2 至4 月份稿草生长旺盛，覆盖度 从l o 增加到8 0 。4 7 月以蘸草和覆盖度为1 0 的芦苇作为优势物种并间杂少部 分的蓼类植物，7 月份后祷草被淹没死亡，只有芦苇和少量物种存留下来。 按照植物学、形态学，以植物群落的特征为划分原则，并按照中国植被 一书的分类标准，该湿地植被属于沼泽型组禾草沼泽亚型芦苇群系组芦苇一藤草群 系。经初步查明湿地区内植物物种有禾本科、菊科、蓼科等2 8 个科5 2 种，在不 同季节分别以芦苇、稿草为优势种，其它主要物种有：旱苗蓼、茭白、萍菜、藜、 蔺草、看麦娘、石龙芮、小飞蓬、齿果酸、野胡萝h 、泥胡菜、大巢菜、萑草、 羊蹄等。湿地中植物生长呈现明显的季节特点：3 4 月以覆盖度为l o 的芦苇为 主，两植物相间生长，高低交错，层次分明，在春季具有良好景观效果和生态功 能。但是随着7 月份丰水期的到来，祷草被淹没死亡，能够存留下来的就只有芦 苇等少数物种。 二、动物资源 该湿地还具有丰富的动物资源，湿地水域中存在着大量的浮游动物、鱼类和 鸟类。浮游动物有1 0 7 种，其中原生动物有3 6 种，轮虫类4 7 种，植角类1 8 种， 桡足类6 种，底栖动物种类7 9 种。由于镇江内江属于长江中下游水系鱼区。有较 多的洄游性鱼类和半洄游性鱼类。但因湿地生态环境受到一定程度的破坏，主要 经济鱼类呈衰减趋势，有的甚至消失，如：刀鱼产量下降，河鲍不能形成鱼汛， 江苏大学硕士学位论文 鲥鱼已趋于灭绝。 2 1 4 湿地区内污染源调查 根据镇江市排水规划和现状调查，目前北固山湿地相邻城区的雨水和污水收 集系统己基本建成。排入该湿她的污水主要是雨污合流溢流口排放的污水。具体 情况包括： 1 江滨泵站排放口 江滨泵站雨污合流，污染溢流雨水排放口；该排放口设置在内江大东沟北 固山段东侧，是镇江江滨雨水泵站的出水口。江滨雨水泵站与镇江截污工程的总 提升泵站江滨污水截流泵站合建。在内江水位较高时，通过泵站将溢流雨水提升 排放到内江，在内江水位较低时，直接溢流进入内江。由于江滨污水泵站是污水 截流工程的总提升泵站，在主城区雨水较大，超出主城区设置的溢流雨水泵站提 升能力时，还会有来自城区的合流污水通过排放口进入内江。根据溢流口水质监 测资料，镇江雨污合流溢流污水浓度接近典型生活污水。污染总量估算为：化学 耗氧量2 8 0 吨，固体为3 5 0 吨。 2 大东沟雨水排放口 该排放口排放的污染物主要来源于大东沟造纸厂的雨水径流污染，虽然大东 沟造纸厂的污水已经收集进入城市污水收集管网，但是工艺生产中，由于跑、冒、 滴、漏等现象难以杜绝，该排放口排放的雨水往往污染比较严重。 3 江苏交通工程公司雨水排放口 该排放口收集包括设置在北固山以东雨水排水规划的9 2 公顷的雨水径流，根 据雨水汇水面积和镇江年平均降雨量1 0 6 0 毫米参照我国城市径流污染总量计算得 出化学耗氧量约为1 0 0 吨，悬浮物为5 0 0 吨。 4 内江内源污染 大东沟紧靠镇江已用完的垃圾填埋场，又累积了大量污水溢流排放沉积的淤 泥和大东造纸厂排放的工业废水淤泥。根据防洪堤地质勘探资料和对江滩淤泥的 初步研究，内江淤泥深度在1 3 米不等，成为内江大东沟一北固山段一个重要污 染来源。该区域污染需通过生态清淤加以清除。 江苏大学硕士学位论文 2 2 样品采集与保存 22 1 样点布设和采样频率 采样为定点采样，各个采样点每次取三个平行样，采样点的布设见图2 2 ，分 别为a 区的l 6 号点和b 区的7 1 0 号点。具体采样频次见各章节。 图2 - 2 采样点布设图 2 2 2 样品保存方法的实验方案 现场采集湿地样品，置泡沫塑料箱中冷藏保存，在2 小时内运回实验室立即 测定。水样用玻璃瓶或塑料瓶冷冻进行贮存或分别加入不同的保存剂。详情见表 2 一l 表2 一l 水样的采集与保存 t a b 2 1 t h es a m p l e sc o l l e c t i n ga n dc o n s e r v a t i o n 注：g 表示为硬质玻璃瓶，p 为聚乙烯瓶( 桶) ；h 为小时，d 为天 江苏大学硕士学位论文 2 3 样品的测定和分析方法 2 3 1现场理化因子的测定 水深、水温、透明度和p h 值等指标现场测定。 水温：温度计法( g b l 3 1 9 5 9 1 ) p h ：便携式p h 计法 9 2 透明度：塞氏盘法【9 2 】 2 3 ，2 其它水质指标的分析 其它各水质指标的分析方法与计算采用水和废水监测分析方法 9 2 1 中的相 关分析方法。 高锰酸盐指数c o ：( g b l l 9 1 8 9 ) 化学需氧量c o d c ，：重铬酸钾法( g b l l 9 1 8 9 ) 生化需氧量b o d 5 ：稀释与接种法( g b 7 4 8 s 8 8 7 ) 悬浮物s s ：重量法( g b l l 9 0 1 8 9 ) 溶解氧d o ：碘量法( g b 7 4 8 9 8 7 ) 氨氮n h 4 - n ：纳氏试剂比色法( g b 7 4 7 9 8 7 ) 总氮t n ：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法( g b l l 8 9 4 - 8 9 ) 总磷t p ：铝酸铵分光光度法( g b l l 8 9 3 8 9 ) 2 4 湿地水质评价方法、参数和标准 用隶属度法对水体质量进行多因子综合评价时，按各因子对污染贡献大小求 出的权值排除了人为臆造的因素，从而使参加评价的参数比较客观，如本章中权 值大且对水质综合评价起作用的主要因子是高锰酸盐指数、生化需氧量、总氮和 总磷的含量，这种由实测资料计算出的权值，取决于现实污染源，能比较客观地 反映污染的实际情况，隶属度法的评价结果不受实测因子数目多少的影响，也不 受污染因子异同的限制，因此，不同区域环境之间，同一环境的不同时期之间都 可以此法进行环境质量的评价，是一种用于评价水体总体状况的实用方法，此外， 由于对地面水环境制订了统一的质量分类标准且由这些标准拟出的隶属函数编制 计算机程序，就可以进行规范化的质量评价，使用计算机程序进行运算既可大大 节省运算时间，又可提高结果的准确性。 江苏大学硕士学位论文 本文以高锰酸盐指数、总磷、总氮、生化需氧量作为主要指标口，运用模糊数 学的手段来进行湿地水质状况的评价。具体步骤如下： a 根据国家颁布的地面水水质标准划分的基础上，确定各指标评价的标准如 表2 2 。 表2 - 2 各指标评价标准( m g 几) t a b 2 - 2a s s e s s m e n ts t a n d a r dv a l u e so f c h o s e np a r a m e t e r s 类别高锰酸盐指数 生化需氧量总氮总磷 6 41 o 0 1 1 061 50 2 v 1 51 02 00 4 b 求出各调查站位各指标的周年平均值 根据调查所得数据，求出镇江北固山湿地1 0 个站位高锰酸盐指数、生化需氧 量、总氮和总磷这四个指标的周年平均值。 c 实测指标矩阵的建立 对于评价湿地水质n 个样本m 项指标，建立实测指标矩阵，用公式( 1 ) 表示： x = x ( i ，) = 站位1 工1 1 x 2 1 枷1 站位2 x 1 2 x 2 2 砌2 参数1 参数2 参数m d 标准指数矩阵的建立 将湿地水质的各项指标( c 个标准级别，m 项指标) 标准转化为标准指标矩阵 y ( 仁l 2 m ；h = l 2 ，c ) 。见公式( 2 ) ： _ y = y ( i ，= 标准级别1 标准级别2 标准级别n y 1 1y 1 2n c y 2 1j 2 2 j ，2 c y 砌1 ，锄2 见表2 - 1 ，建立标准指标矩阵y ( 4 ，3 ) 。 标准指标1 标准指标2 标准指标m 鬻? 胁 江苏大学硕士学位论文 y ( 4 ，3 ) = 皿船 6 4 1 o o 1 船 1 0 6 1 5 0 - 2 v 级 1 5 1 0 2 0 o 4 高锰酸盐指数 生化需氧量 总氮 总磷 e 隶属度矩阵的建立 根据公式( 1 ) 和( 2 ) ，求出标准指标隶属度矩阵s 和实测指标隶属度矩阵r ： 跽向) = 而y ( i , 而h ) - y ( i , 1 ) ( 3 ) s ( i ，h ) = r ( i ，) = n 锻 s 1 2 s 2 2 s 3 2 s 4 2 y 级 s 1 3 s 2 3 s ” s 4 3 高锰酸盐指数 生化需氧量 总氮 总磷 媳舻瓦x ( i , 而j ) - y ( i , 1 ) 样点1 样点2 样点1 1 r 1 ir 1 2 r 1 n r 2 1r 2 2 r 2 n r 3 l r 3 2 r h r 4 lr 4 2 r 4 n 高锰酸盐指数 生化需氧量 总氮 总磷 指标综合权重的建立 指标综合权重w 是考虑评价指标的超标权重和重要性权重的综合结果 w ( i ，) = 聊q ( i ，) = w 1 w 2 w 3 。w 4 。 q 1 1q 1 2 o l n q 2 1q 2 2 q 2 n q m lg 研2 q m n 其中：湿地水质评价指标重要性权向量聊2 夕壹尸f ( 6 ) p i 为调查区各指标的年均值c i 与对应的各指标的特定标准值s i 之比，表示各 指标的污染度，标准值s i 的确定采用了表1 中各评价指标c 种级别标准的平均值 1 4 江苏大学硕士学位论文 高锰酸盐指数生化需氧量总氮总磷、 2 l c 1c 2qc 4 j jp 1 删，1 ) ：j 见 1 p 3 【p 4 高锰酸盐 生化需氧量 总氮 总磷 实测指标的超标权重矩阵q ( f ，) ：了：盟 y ( f ， ) g 湿地水质隶属等级的确定 u ( h ，_ ，) = 塾型竺竺型：r 艺陟( f ，m ，) s ( i - s ( i ，刮川陟( f ，) 陬，)，刮川 式中p 为距离参数，p = 1 时为海明距离，p = 2 时为欧氏距离。 ( 8 ) 江苏大学硕士学位论文 第三章湿地水质时空分布研究 湿地既具有陆生生态系统的地带性分布特点，又具有水生生态系统的地带性 分布特点，表现出水陆相兼的过渡性分布规律。湿地水陆交界的边缘效应是湿地 具有高生产力和丰富生物多样的基本原因。湿地上述特点决定了其在调节气候与 水文情势、净化环境、维持生物多样性和生态平衡、提供资源等方面具有重要的 功能。因此在对湿地实施生态恢复研究前，必须对湿地水、动植物等各种资源进 行调查研究，为制定湿地恢复计划提供基础数据和理论依据。 湿地区内及周边地区的环境背景、水文动力学特性及相关资源分布情况直接 影响着区域内的水环境质量和生态系统的发育成长，同样也影响着本分项研究内 容的设计、生态系统构建和相关示范工程实施。为此，有必要对湿地区内水文特 征及水质的现状进行调查研究。 3 1湿地水质指标的时空分布研究 在湿地中，取靠近大东沟排污口的那块湿地为a 区，另一块湿地为b 区。a 区 由岸边经湿地到内江依次取1 、2 、3 、4 、5 和6 号点为取样点，b 区同样由岸边到 内江取7 、8 、9 和1 0 号点为取样点，详情见图2 2 。取样为定点取样，在水下5 0 厘米处。每个点取三个平行样进行平行测试。每月在上、中、下旬各取一次样。 十个采样点十一个指标值中，水温、p h 值和透明度为现场监测，其他项目的样品 用冷藏方法送回实验室及时分析。 对北固山湿地水质指标的十一个项目进行为期一年的监测，并对各个指标值 进行了时空变化分析。 3 11 湿地水温随时间的分布 根据对湿地水温的全年监测，湿地水温全年实测均值为1 7 8 。c ，最低水温6 0 出现在1 月份，最大水温为2 8 5 。c 出现在7 月份。全年变化详情见图3 1 ，由图 可知湿地在7 月水温最高，1 月份的水温最低。 1 6 江苏大学硕士学位论文 3 0 2 5 蚕2 0 翁t s l o 5 o 1 23 4 嘉闰 月f 89 1 0 1 2 图3 - 1 水温全年分布图 f i 9 3 1t e n d e n c yc h a r to ft e m p e r a t u r ev a l u ef o ro n ey e a r 3 1 2 湿地水中p h 值的时空分布 由图3 2 看出，根据对湿地的p h 值的分析可知，整个湿地的p h 值在6 o n 7 5 之间，其中a 区的l 号点和5 号点的在前4 个月变化较大而b 区的各点之间以及 各点全年p h 值基本一致，a 区与b 区相比其p h 值波动较大，这可能是由于a 区湿地 靠近大东沟面源集中排放口与雨水排放溢流口，其值受污水排放影响的缘故。 湿地b 区口h 值全年变化图 湿地a 区口h 值全年变化图 图3 2p h 全年变化趋势图 f i 9 3 2t e n d e n c yc h a r to fp hv a l u ef o ro n ey e a r 31 3 湿地水中透明度的时空分布 由图3 - 3 可知，全年湿地水质透明度在l 1 2 月的变化为由低到高再到低的 变化趋势，其变化范围是1 4 2 5 c m ，a 区和b 区所不同的是，a 区岸边水质的透明 度在1 6 月高于内江，而b 区水质的透明度全年岸边与湿地、内江没有太大差别。 8 7 6 5 4 3 2 l o 姆毛 江苏大学硕士学位论