涇河流域陜西段污染物輸移通量及水環(huán)境容量研究.pdf

1、隨著工農(nóng)業(yè)和城市化的發(fā)展，水污染問題日趨嚴(yán)重。影響水污染的因素不僅有點源排放，而且包括在水循環(huán)驅(qū)動下的非點源污染。隨著點源污染控制水平的不斷提高，各類非點源污染對水環(huán)境的貢獻(xiàn)越來越突出。黃河是中國華北地區(qū)的重要水源，近年來水環(huán)境逐年惡化，渭河作為黃河的最大支流，其徑流中含沙量高和水污染嚴(yán)重這兩大問題直接影響到黃河的水環(huán)境。涇河作為渭河的最大支流，發(fā)源于寧夏，流經(jīng)甘肅省和陜西省，從2000年以來水污染日趨嚴(yán)重，因此研究涇河的水環(huán)境狀況對水

2、環(huán)境規(guī)劃與管理提供理論依據(jù)。涇河陜西段張家山斷面以上點源排放量不大，而由農(nóng)業(yè)活動、生活污水、畜禽養(yǎng)殖所引起的非點源污染對河流的水質(zhì)產(chǎn)生重要的影響。因此本文在采用單因子法和多元統(tǒng)計分析（主成分分析和因子分析）對水質(zhì)評價的基礎(chǔ)上，利用河流水質(zhì)模型研究涇河陜西段氮的非點源負(fù)荷，應(yīng)用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型模擬了氮營養(yǎng)物質(zhì)的濃度變化，應(yīng)用輸出系數(shù)法模型計算了TN的非點源負(fù)荷和水環(huán)境容量及分配。主要的研究成果如下:
　　(1)針對涇河陜西段，對

3、景村斷面和張家山斷面12種水質(zhì)參數(shù)分枯水期、平水期和豐水期進(jìn)行水質(zhì)評價，分析出主要的污染指標(biāo)為CODMn、BOD5、NH4+-N、TN和ROH，反映出涇河主要呈有機型污染和無機氮污染。污染物主要來源于果汁廠、煤礦等點源排放，以及農(nóng)業(yè)非點源污染，此外還有來自咸陽市境外的有機廢水，涇河陜西段源頭水已呈現(xiàn)Ⅴ類水質(zhì)。
　　(2)以涇河陜西段干流景村和張家山斷面3年16個水質(zhì)參數(shù)為依據(jù)，分枯水期和豐水期，采用主成分分析法評價不同時期水質(zhì)參數(shù)

4、的相關(guān)性，應(yīng)用因子分析法選取不同時期最重要的水質(zhì)參數(shù)。結(jié)果顯示兩斷面枯水期以自然輸入的鹽化指標(biāo)為主，景村斷面還包括涇河上游人為輸入的有機污染;豐水期以人為輸入的非點源污染指標(biāo)（包括氮營養(yǎng)指標(biāo)和溶解性固體指標(biāo)）為主，張家山斷面還包括大的徑流量攜帶的兩斷面之間的有機物（揮發(fā)酚）;而硫酸鹽總是涇河陜西段不同時期最重要的水質(zhì)參數(shù)變量。
　　(3)以涇河陜西段景村斷面至張家山斷面為例，采用河流水質(zhì)模型QUAL2E，結(jié)合主成分與因子分析水質(zhì)評

5、價結(jié)果，分枯水期和豐水期計算氮營養(yǎng)指標(biāo)氨氮（NH4+-N）和硝酸鹽氮(NO3--N)2種水質(zhì)參數(shù)2002～2007年的點源負(fù)荷和非點源負(fù)荷。結(jié)果顯示NO3--N的計算結(jié)果理想，NH4+-N的計算結(jié)果不理想。這與主成分和因子分析結(jié)果一致，NO3--N枯水期來源于生活污水等點源排放，豐水期來源于降水所產(chǎn)生的非點源污染，NH4+-N則全年以點源排放為主，點源排放的不穩(wěn)定性導(dǎo)致NH4+-N的計算結(jié)果不理想。此種方法對由暴雨徑流所產(chǎn)生的非點源污染

6、結(jié)果可靠。
　　(4)應(yīng)用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型模擬了涇河陜西段氮營養(yǎng)物質(zhì)NH4+-N、NO3--N、TN的濃度變化。通過模擬的水質(zhì)參數(shù)相關(guān)性分析和河流機理性水質(zhì)模型分析，確定模型的輸入因子，從而構(gòu)建不同結(jié)構(gòu)的BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。以實測的月水文、水質(zhì)、降水量資料進(jìn)行模型的訓(xùn)練和檢驗。結(jié)果表明NO3--N和TN模型的模擬結(jié)果精度較高，不同結(jié)構(gòu)的模擬結(jié)果相對誤差在±18％以內(nèi);NH4+-N模型的模擬結(jié)果相對誤差大，分析其原因，與NH4

7、+-N來源有關(guān)，NH4+-N主要來源于點源排放，在一年內(nèi)不穩(wěn)定排放是模型模擬誤差大的主要原因。模型也顯示單參數(shù)輸出結(jié)構(gòu)的BP網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)果要優(yōu)于三參數(shù)輸出結(jié)構(gòu)的，單隱含層結(jié)構(gòu)的BP網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)果要比多隱含層結(jié)構(gòu)的模擬結(jié)果更精確。
　　(5)通過實地調(diào)研，分析了總氮的非點源污染營養(yǎng)源，結(jié)合各種營養(yǎng)源數(shù)據(jù)統(tǒng)計資料，在考慮降雨因素和流域損失因素的影響下，利用輸出系數(shù)法模型估算出張家山斷面以上總氮非點源負(fù)荷。研究區(qū)控制斷面TN的水質(zhì)均為Ⅴ類或

8、劣Ⅴ類，對上下游均超出水環(huán)境功能區(qū)劃水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的研究河段，可利用的水環(huán)境容量為研究段的自凈水量。采用輸出系數(shù)法計算年投放量和年入河量，對年入河量進(jìn)行按月分配，通過河流輸入-輸出平衡關(guān)系計算研究河段的月自凈水量。按照水環(huán)境功能區(qū)劃中Ⅲ類水質(zhì)的要求，涇河流域陜西段總氮全年超標(biāo)，流域內(nèi)各污染源的總氮投放量均需削減，削減總量達(dá)到3191.8911噸;按照污染源削減量分配結(jié)果，土地利用類型是總氮污染削減量最大的（1294.2396噸），而畜禽養(yǎng)殖是