大明湖主要營養(yǎng)元素時(shí)空分布特征與動(dòng)態(tài)模擬.pdf

1、城市淺水湖泊與人們距離更近，受人類活動(dòng)影響更為明顯，對城市生態(tài)環(huán)境和人們健康的影響也更為直接。調(diào)查掌握城市淺水湖泊的污染狀況，特別是潛在的內(nèi)源污染機(jī)理，對改善湖泊環(huán)境，提高治理的有效性，具有重要的意義。本文以濟(jì)南市大明湖作為城市淺水湖泊的研究案例，通過對大明湖的水質(zhì)狀況的跟蹤監(jiān)測、沉積物的分布狀況、污染程度分析調(diào)查，了解內(nèi)部負(fù)荷在影響城市淺水湖泊水質(zhì)方面所起到的作用，研究了大明湖沉積物中N、P主要營養(yǎng)鹽的吸附釋放的特性，并進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬

2、。得出了以下主要結(jié)論：
　　 1、隨著大明湖治理措施的進(jìn)一步加強(qiáng)，泉水的不斷引入，外源污染控制的逐步加強(qiáng)，2003-2009年的數(shù)據(jù)顯示大明湖的水質(zhì)呈現(xiàn)逐步改善的趨勢。多年的數(shù)據(jù)顯示，大明湖水質(zhì)的主要環(huán)境指標(biāo)之間存在一定的相關(guān)性，COD與水溫、NH3-N等指標(biāo)存在正相關(guān)性，與DO參數(shù)存在負(fù)相關(guān)性。TN指標(biāo)與透明度、DO和糞大腸菌群指標(biāo)存在顯著正相關(guān)性，與CODmn、Chla、TP等參數(shù)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。TP指標(biāo)則與水溫、CODmn、

3、Chla、BOD5、NH3-N呈現(xiàn)正相關(guān)性，與透明度、DO、TN呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。Chla與水溫、CODmn、TP、DO呈顯著正相關(guān)性，與 TN、透明度呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)性。
　　 2、通過對大明湖外源污染源情況的調(diào)查，經(jīng)測算，大明湖內(nèi)約蘊(yùn)含8.07×107kg沉積物，大明湖湖水中P的含量只占湖泊系統(tǒng)中總磷含量的0.23％，而每年外源在湖泊系統(tǒng)中累積的P的量也僅占湖泊磷含量的0.68％；湖水中N的含量只占整個(gè)湖泊系統(tǒng)中總氮含量的2.29

4、％，而每年外源在湖泊系統(tǒng)中累積的N的量也僅占整個(gè)湖泊系統(tǒng)氮含量的2.82％，可以看出大明湖整個(gè)湖泊系統(tǒng)中絕大部分營養(yǎng)鹽是蘊(yùn)藏在沉積物中的，沉積物中營養(yǎng)鹽的吸附釋放是影響湖泊水質(zhì)的一個(gè)重要的潛在因素。
　　 3、按照月份分析，葉綠素a和總磷呈現(xiàn)出同步的變化趨勢存在顯著正相關(guān)，r2=0.729，N的變化趨勢與葉綠素a的變化呈負(fù)相關(guān)，r2=0.713。在自然狀況下，湖水中的P的濃度與湖水的水溫、溶解氧存在一定的相關(guān)關(guān)系，r2分別為0.

5、7430、0.947，TN濃度變化與溫度和溶解氧呈現(xiàn)正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.749和0.61，由于自然狀況下pH變化幅度小，與N、P濃度體現(xiàn)出的相關(guān)性較差。在空間上大明湖水體中 TN、TP都呈現(xiàn)出入水口濃度偏高，東部和南部水質(zhì)較差，北部和西部受外界影響較小，水質(zhì)相對較好，這也說明外源污染并沒有完全杜絕，仍然會(huì)對水質(zhì)產(chǎn)生直接影響。
　　 4、大明湖的沉積物分布不均，具有南岸沉積層較薄，北岸、西岸較厚，入水、出水口和湖中小島附近

6、較薄的特點(diǎn)。大明湖沉積物較疏松，淤積程度較弱，湖區(qū)內(nèi)沉積物最大厚度約為1.8m。通過分析計(jì)算，大明湖內(nèi)沉積物體積約為3.49×105m3，0.8-1m的厚度沉積物分布面積大約為15.4萬m2，約占湖面面積的33.5％，沉積物厚度在0.4-1.2 m之間的區(qū)域占湖面面積85％以上的。
　　 大明湖沉積物的污染程度在空間上存在明顯的區(qū)域性差異，湖岸區(qū)域的污染程度明顯高于湖心區(qū)域，且南部湖岸區(qū)域要明顯高于北部湖岸區(qū)域，造成這種現(xiàn)象的主

7、要原因可能是大明湖內(nèi)入水口的分布和大明湖的水利條件有關(guān)。大明湖沉積物中有機(jī)碳含量6.24％-18.27％，平均值為10.31％，總磷含量為1.45-2.85 mg/g，平均值為1.76 mg/g。沉積物中Zn，115-591 ppm；Pb，63-220 ppm；Cu，64-154ppm；Cr，42-145ppm，大明湖沉積物污染狀況較為嚴(yán)重。
　　 5、大明湖沉積物中P的形態(tài)以HCl-P含量最高，NH4Cl-P含量最低，分別占沉

8、積物中 TP的39％～54％和2％～7％。大明湖沉積物中P對湖水P濃度起到緩沖作用，當(dāng)大明湖中的P濃度超過2mg/l時(shí)，沉積物表現(xiàn)出對湖水中P的吸附作用大于釋放作用，整體表現(xiàn)為吸附，這種情況自然環(huán)境中是很難發(fā)生的。在自然狀況下，大明湖沉積物中的磷的緩沖特性更多情況下表現(xiàn)為釋放，大明湖換水后短期內(nèi)湖水中磷的迅速恢復(fù)，污染狀況較重，且蘊(yùn)含量較大的沉積物成為影響大明湖水質(zhì)的潛在重要因素。對于大明湖這種位于城市中心地區(qū)，湖體小、水體淺，受外部環(huán)

9、境影響較大的城市淺水湖泊，沉積物中磷的釋放對湖水水質(zhì)的影響尤為明顯。實(shí)驗(yàn)室條件下，根據(jù)時(shí)間、溫度和pH的條件變化，得出的沉積物中磷釋放的數(shù)學(xué)關(guān)系式為r=8.4135+0.0933[T]-0.0833[pH]+0.3253[t]。
　　 6、大明湖沉積物中的氨氮在不同的環(huán)境條件下，也會(huì)呈現(xiàn)出吸附和釋放的特性。不同的檢測點(diǎn)位的沉積物中的氨氮，在溫度、PH、上覆水溶液濃度、時(shí)間等條件的變化時(shí)呈現(xiàn)出類似的變化趨勢。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，全氮含量較

10、高的檢測點(diǎn)，卻表現(xiàn)出較低的釋放能力，這說明決定沉積物N釋放能力大小，不是全是N的總量問題，而更有可能與沉積物的特性和沉積物中氮的存在形態(tài)有著更為直接的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)室條件下，根據(jù)時(shí)間、初始氨氮濃度和溫度的變化，得出的沉積物中氮釋放的數(shù)學(xué)關(guān)系式為r=0.006673+0.000364[T]-0.04447[c]+0.00467[t]。
　　 7、在不同的N/P范圍內(nèi)，大明湖湖水中Chla與TN、TP可以建立不同的數(shù)學(xué)關(guān)系式，當(dāng)N/P≤