海灣入海污染物總量控制方法與應(yīng)用研究.pdf

1、污染物總量控制已成為我國水污染防治的一項(xiàng)重要舉措，是實(shí)行水資源保護(hù)目標(biāo)管理的重要依據(jù)，也是開展水資源保護(hù)規(guī)劃工作的基礎(chǔ)。進(jìn)行海灣入海污染物總量控制研究對(duì)保護(hù)和恢復(fù)海洋環(huán)境，協(xié)調(diào)和促進(jìn)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)展與海洋的合理開發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)海洋經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文針對(duì)目前入海污染物總量控制中對(duì)氮磷等營養(yǎng)鹽和非點(diǎn)源污染研究工作的不足，進(jìn)行了海灣入海污染物總量控制方法與應(yīng)用研究。研究成果及結(jié)論主要包括以下幾個(gè)方面： 1．建立了膠州灣三維

2、非保守物質(zhì)水質(zhì)模型。以WASP5中的富營養(yǎng)化模塊為基本框架，并耦合了ECOM-si水動(dòng)力模型，從而建立了膠州灣八個(gè)狀態(tài)變量的水質(zhì)數(shù)值模型，并且用觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了校驗(yàn)和修正，為氮磷等非保守物質(zhì)的環(huán)境容量計(jì)算打下了基礎(chǔ)，為膠州灣水質(zhì)規(guī)劃與管理提供了科學(xué)依據(jù)。 2．改進(jìn)了環(huán)境容量計(jì)算及總量分配優(yōu)化模型。以往的環(huán)境容量研究中常將氮磷等營養(yǎng)鹽作為保守物質(zhì)對(duì)待，而且非點(diǎn)源污染在污染負(fù)荷分配研究中亦考慮不足。鑒于此，本文通過在水質(zhì)約束方程中引

3、入生物化學(xué)作用對(duì)氮磷等營養(yǎng)鹽變化的影響及非點(diǎn)源污染對(duì)水質(zhì)濃度變化的貢獻(xiàn)，提出了氮磷等非保守物質(zhì)環(huán)境容量計(jì)算方法以及將非點(diǎn)源納入總量控制的方法，對(duì)環(huán)境容量計(jì)算及總量分配優(yōu)化模型進(jìn)行了改進(jìn)。 3．根據(jù)2005年膠州灣環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查資料，分別采用隸屬度加權(quán)綜合平均水質(zhì)級(jí)別法、模糊綜合評(píng)價(jià)模型和等標(biāo)污染負(fù)荷法，對(duì)膠州灣綜合水質(zhì)、富營養(yǎng)化狀況、污染源進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：膠州灣海域整體水質(zhì)水平屬于Ⅱ類水質(zhì)；膠州灣沿岸海域富營養(yǎng)化水平較高，

4、中央海域和南部海域營養(yǎng)水平較低；河流輸入等標(biāo)污染負(fù)荷比達(dá)88.42％，成為膠州灣污染物最主要的來源：化學(xué)需氧量、氨氮和總磷，等標(biāo)污染負(fù)荷比分別為34.43％、33.14％、29.95％，是膠州灣主要的入海污染物。 4．采用非保守物質(zhì)水質(zhì)模型，模擬了膠州灣2005.5～2006.5期間氨氮、硝氮、活性磷酸鹽的時(shí)空分布，估算了營養(yǎng)鹽年循環(huán)收支。結(jié)果表明：受陸源污染物輸入的影響，在膠州灣東岸、膠州灣北部墨水河口海域營養(yǎng)鹽濃度較高，在

5、東岸形成了一條貫穿南北的污染帶：氨氮和活性磷酸鹽都經(jīng)歷了春夏的減少和秋冬的補(bǔ)充，浮游植物生物量的變化對(duì)膠州灣水體中營養(yǎng)鹽的濃度變化具有下行控制作用。在膠州灣海域，浮游植物在營養(yǎng)鹽循環(huán)中起了重要的作用，光合作用吸收成為氨氮和活性磷酸鹽最大的匯，陸源輸入是其最大的源；由于氨氮對(duì)硝氮吸收有抑制作用，光合作用消耗的硝酸鹽較少，對(duì)流輸運(yùn)成為其最大的匯，硝化作用轉(zhuǎn)化是其最大的源。經(jīng)過一年的循環(huán)，氨氮、硝酸鹽和活性磷酸鹽分別增加了438t、116t、

6、138t。 5．模擬了膠州灣2005.5～2006.5期間溶解氧、化學(xué)需氧量的時(shí)空分布，模擬的DO和COD的變化趨勢與觀測值較吻合。與營養(yǎng)鹽分布不同，溶解氧濃度灣外高于灣內(nèi)，灣中央高于沿岸。溶解氧濃度年內(nèi)波動(dòng)較小，冬季含量較高，夏秋季含量較低。 6．模擬了膠州灣浮游植物生物量、初級(jí)生產(chǎn)力年變化，從模型的角度估算了f比，對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探討。結(jié)果表明：膠州灣海域浮游植物生物量周年變化呈雙峰型特征，峰值分別出現(xiàn)

7、在夏季和春季；模擬的初級(jí)生產(chǎn)力夏季最高，春、秋季次之，冬季最低；模擬的浮游植物生物量和初級(jí)生產(chǎn)力年變化趨勢與觀測值符合較好。模型估算膠州灣f比值約為0.61，這表明膠州灣具有較高的新生產(chǎn)力水平，同時(shí)證明了氮源劃分基礎(chǔ)上的<'15>N同位素示蹤方法容易低估膠州灣的新生產(chǎn)力水平。 7．通過數(shù)值實(shí)驗(yàn)定量討論了生態(tài)系統(tǒng)對(duì)污染物河流輸入量變化的響應(yīng)。結(jié)果表明：河流污染物輸入變化對(duì)東部沿岸的水質(zhì)影響最大，對(duì)膠州灣南部海域影響最??；浮游植物

8、對(duì)河流污染物輸入變化最敏感，溶解氧最不敏感，當(dāng)河流輸入減少75％時(shí)，在大沽河口附近海域浮游植物生物量減少了79.8％，溶解氧濃度變化僅為3.5％。 8．預(yù)測了非點(diǎn)源污染對(duì)膠州灣水質(zhì)濃度的貢獻(xiàn)和生物化學(xué)過程對(duì)膠州灣水質(zhì)變化的影響，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用環(huán)境容量計(jì)算及總量分配優(yōu)化模型，計(jì)算得到膠州灣化學(xué)需氧量、無機(jī)氮、活性磷酸鹽的環(huán)境容量，分別為84601t/a、5085.3t/a和633.3t/a。將環(huán)境容量在主要排污單元進(jìn)行了分配，