河流水質(zhì)發(fā)展模型研究.pdf

1、隨著區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,北京、天津、渤海灣地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺,水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)惡化,90％以上河流污染,水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重。該地區(qū)日益嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已成為國(guó)家實(shí)施京津都市圈發(fā)展戰(zhàn)略的重要瓶頸,也為我國(guó)本領(lǐng)域的科技發(fā)展提出了具有挑戰(zhàn)性的迫切需求。為此,國(guó)家確定了973計(jì)劃,其中“主要污染物的時(shí)空變化及污染物遷移規(guī)律”被立為一個(gè)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(duì)象,對(duì)河流水質(zhì)變化,時(shí)空變化規(guī)律進(jìn)行

2、了研究,并同時(shí)進(jìn)行了污染源調(diào)研,結(jié)合水質(zhì)分析確立了主要污染因子。建立了反應(yīng)主要污染物遷移規(guī)律的預(yù)測(cè)模型,反應(yīng)主要污染物時(shí)空變化規(guī)律的水質(zhì)發(fā)展模型以及精確反應(yīng)水質(zhì)沿不同水期變化規(guī)律的分階段水質(zhì)發(fā)展模型,旨在為解決京津渤地區(qū)的重大環(huán)境問(wèn)題,保障區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全有所貢獻(xiàn)。
　　 在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,將水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)初步定為水溫、濁度(Tur)、pH等常規(guī)水質(zhì)指標(biāo),CODCr、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)等生源要素指

3、標(biāo)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(kāi)展了對(duì)目標(biāo)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(cè),共進(jìn)行了9次采樣。其中,枯水期(3、4月)進(jìn)行了3采樣,平水期(5月)、豐水期(8月)、平水期(10、11月)均進(jìn)行了兩次采樣。并同時(shí)進(jìn)行了DG河流域的污染源調(diào)研工作。通過(guò)水質(zhì)分析

4、評(píng)價(jià)并結(jié)合污染源調(diào)研結(jié)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(zhuǎn)化規(guī)律、遷移與轉(zhuǎn)化模型理論的基礎(chǔ)上,運(yùn)用時(shí)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(yù)測(cè)模型。其中平穩(wěn)時(shí)間序列 CODCr的 ARIMA(1,0,2)模型和非平穩(wěn)時(shí)間序列 NH3-N的平滑指數(shù)預(yù)測(cè)模型有較好的預(yù)測(cè)效果,其預(yù)測(cè)精度均在80％以上。污染物遷移預(yù)測(cè)模型對(duì)未來(lái)值的預(yù)測(cè)可以為我們對(duì)河流進(jìn)行

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

6、水質(zhì)時(shí)空變化規(guī)律一目了然。
　　 為了更精確地了解水質(zhì)沿不同水期的變化情況,本文在水質(zhì)發(fā)展模型的基礎(chǔ)上又引入了分階段水質(zhì)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(zhì)發(fā)展模型,其中 CODcr的三階水質(zhì)發(fā)展模型和NH3-N的四階段水質(zhì)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(zhì)的變化情況。CODcr的三階段水質(zhì)發(fā)展模型將 CODcr的發(fā)展趨勢(shì)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(gè)階段,該模型的程序運(yùn)行結(jié)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(shì),變化率為-38.533。NH3-N的四階段水質(zhì)發(fā)展模型將 NH3-N的平均發(fā)展趨勢(shì)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(gè)階段,該模型的程序運(yùn)行結(jié)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(shì),在平水期(5月),NH3-N的濃度呈顯著下降趨勢(shì)(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(gè)分階段水質(zhì)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(zhì)變化率,且與實(shí)際結(jié)果相一致。無(wú)疑,水質(zhì)發(fā)展模