河流水質發(fā)展模型研究.pdf

1、隨著區(qū)域社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,北京、天津、渤海灣地區(qū)水資源嚴重短缺,水環(huán)境質量持續(xù)惡化,90％以上河流污染,水質風險嚴重。該地區(qū)日益嚴重的生態(tài)環(huán)境問題已成為國家實施京津都市圈發(fā)展戰(zhàn)略的重要瓶頸,也為我國本領域的科技發(fā)展提出了具有挑戰(zhàn)性的迫切需求。為此,國家確定了973計劃,其中“主要污染物的時空變化及污染物遷移規(guī)律”被立為一個主要的課題。為此,本文以天津市為例,選取了具有代表性的河流-DG排污河為研究對象,對河流水質變化,時空變化規(guī)律進行

2、了研究,并同時進行了污染源調研,結合水質分析確立了主要污染因子。建立了反應主要污染物遷移規(guī)律的預測模型,反應主要污染物時空變化規(guī)律的水質發(fā)展模型以及精確反應水質沿不同水期變化規(guī)律的分階段水質發(fā)展模型,旨在為解決京津渤地區(qū)的重大環(huán)境問題,保障區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全有所貢獻。
　　 在查閱相關文獻的基礎上,將水質監(jiān)測指標初步定為水溫、濁度(Tur)、pH等常規(guī)水質指標,CODCr、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)等生源要素指

3、標以及重金屬銅(Cu)、錳(Mn)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、汞(Hg)和砷(As)等。并于2007年8月到2008年8月,開展了對目標河道枯水期(3、4月)、平水期(5)和豐水期(8月)、平水期(10、11月)的污染物監(jiān)測,共進行了9次采樣。其中,枯水期(3、4月)進行了3采樣,平水期(5月)、豐水期(8月)、平水期(10、11月)均進行了兩次采樣。并同時進行了DG河流域的污染源調研工作。通過水質分析

4、評價并結合污染源調研結果確定了DG排污河的主要污染因子(CODCr、NH3-N)。
　　 在了解污染物遷移與轉化規(guī)律、遷移與轉化模型理論的基礎上,運用時間序列方法建立了DG排污河主要污染因子 CODCr、NH3-N的遷移預測模型。其中平穩(wěn)時間序列 CODCr的 ARIMA(1,0,2)模型和非平穩(wěn)時間序列 NH3-N的平滑指數(shù)預測模型有較好的預測效果,其預測精度均在80％以上。污染物遷移預測模型對未來值的預測可以為我們對河流進行

5、科學管理提供技術依據(jù)。
　　 首次將多層統(tǒng)計分析方法應用于河流的水質分析。建立了DG河主要污染因子 CODCr、NH3-N隨機截距、隨機截距-斜率以及納入時間變化協(xié)變量的隨機截距—斜率水質發(fā)展模型,其中納入時間變化協(xié)變量的CODCr隨機截距-斜率水質發(fā)展模型和 NH3-N的隨機截距-斜率水質模型能較好地反映水質沿不同水期的縱向變化規(guī)律以及各采樣點在不同時間的空間變化規(guī)律。CODcr、NH3-N的水質發(fā)展模型可以使我們對目標河道的

6、水質時空變化規(guī)律一目了然。
　　 為了更精確地了解水質沿不同水期的變化情況,本文在水質發(fā)展模型的基礎上又引入了分階段水質發(fā)展模型。建立了DG河主要污染因子CODCr、NH3-N的兩階段、三階段以及四階段水質發(fā)展模型,其中 CODcr的三階水質發(fā)展模型和NH3-N的四階段水質發(fā)展模型具有很好的擬合效果,能夠較精確的反映河流水質的變化情況。CODcr的三階段水質發(fā)展模型將 CODcr的發(fā)展趨勢線劃分為枯水期(3、4月)、平水期(5)

7、和豐水期(8月)、平水期(10、11月)三個階段,該模型的程序運行結果表明 CODcr的濃度沿不同水期的平均變化率約為-38.301,與平均變化率相比,第二階段的變化趨于平緩,變化率為-10.329,而到了平水期(10、11月)則又程顯著下降趨勢,變化率為-38.533。NH3-N的四階段水質發(fā)展模型將 NH3-N的平均發(fā)展趨勢線分成枯水期(3、4月)、平水期(5月)、豐水期(8月)和平水期(10、11月)四個階段,該模型的程序運行結果

8、表明 NH3-N的濃度沿不同水期的平均變化率約為-11.197,與平均變化率相比,NH3-N的濃度在第一階段的變化趨于平緩,以-6.098的斜率程線性下降趨勢,在平水期(5月),NH3-N的濃度呈顯著下降趨勢(斜率為-11.784),而到了豐水期(10、11月),其變化幅度又趨于平緩(斜率為-6.298)。這兩個分階段水質發(fā)展模型分別定量地展現(xiàn)了 CODcr、NH3-N沿不同水期(階段)的水質變化率,且與實際結果相一致。無疑,水質發(fā)展模