新建人工湖水质演变及影响因素研究--《重庆大学》2007年硕士论文
新建人工湖水质演变及影响因素研究
【摘要】：
近年来,在城市绿地、公园建设和居住小区的建设中,人工湖泊、景观池塘及景观水池不断涌现。人工湖已经成为城市人居环境中重要的组成部分,对于改善人居环境有着重要作用。但同时这类湖泊的水质恶化问题也不容忽视,由于多数人工湖为静止或流动性差的缓流水体,水体的自净能力弱,易为居民生活污水、雨水和垃圾所污染,导致不同程度的污染,乃至富营养化,从而丧失了景观水体的功能。
本文以重庆大学虎溪校区人工湖为例,研究了新建人工湖水质的演变规律及影响因素,为人工湖的建设和运行管理提供了依据。重庆大学虎溪校区人工湖成库于2005年底,包括学子湖、世纪湖,两湖成串联布置,湖容积4.84万m3。本研究通过在人工湖成库后,定期采集水样及底泥,分析其物理、化学以及生物学指标,对其水环境进行监测,对人工湖不同点位水环境变化规律进行分析;将人工湖与重庆市其他水库(湖泊)相比较;用模糊聚类分析方法评价其富营养化状况。
①通过对人工湖各监测点物理、化学和生物学指标的水质监测,得出人工湖成库一年的时间内,除透明度、TN指标超标外,其余各项水质指标满足地面水IV类水域水质标准。人工湖大部分水量靠雨水补给,水体水质状况随季节变化大,但由于2006年的气候干旱原因,监测周期中枯水期较长,且丰水期较短。枯水期水量少,水流滞缓,水质较差,平水期水质优于枯水期。
②该人工湖的非点源污染以降水为主,雨水及其产生的径流所带来的N、P营养盐是该人工湖的主要污染源。
③与成库初期相比,成库一年后人工湖底泥营养盐含量有明显的升高,且成为不可忽视的营养源。底泥释放营养盐实验说明,当人工湖的外源污染得到控制之后,沉积物污染物释放是导致水体水质变差的主要原因。
④从监测指标分析重庆市大中型水库普遍存在透明度低、营养盐含量高、有机污染相对较小的特征。而虎溪校区人工湖的水质特征是透明度低、营养盐含量与其他水库相比较少、基本无有机污染。当然,由于人工湖自身库容小,自净能力差,营养物质容易发生沉淀,可以预测在若干年以后,很可能出现目前水库所出现的营养状态。
⑤根据模糊计算结果,可以看出人工湖成库一年内,湖水年平均水平处于中营养级状态。根据评价结果,虎溪校区人工湖已有发生水体富营养化的趋势,应及时采取有效的措施进行富营养化综合防治,加强湖区水体循环,及时清捞湖区死亡的水草、垃圾等污染物质,控制湖泊的内源污染,这是改善和维护人工湖水环境的关键所在。
⑥由于虎溪校区人工湖是新成库的浅水景观湖泊,在其成库初期就开始对其进行跟踪观测,准确地了解不同时期人工湖富营养化的演变趋势,对制定正确有效的富营养化预防措施有着重要意义,对确定其他城市景观湖泊的水环境保护和水资源综合利用的技术措施也提供了科学的依据。
【关键词】：
【学位授予单位】：重庆大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2007【分类号】：X824【目录】：
ABSTRACT5-9
1 绪论9-21
1.1 富营养化概述9-14
1.1.1 富营养化定义9-10
1.1.2 富营养化成因10
1.1.3 国内外水体富营养化状况10-13
1.1.4 富营养化对环境的影响13-14
1.2 国内外湖泊富营养化研究现状及发展趋势14-18
1.2.1 国内外湖泊富营养化治理研究现状14-15
1.2.2 国内外湖泊富营养化模型的研究进展15-18
1.3 课题的提出18
1.4 课题研究内容及目的18-21
1.4.1 课题研究内容18-19
1.4.2 课题研究的目的19-21
2 人工湖水质状况分析21-47
2.1 概况21-22
2.2 材料和方法22-25
2.2.1 研究方法和监测项目22-24
2.2.2 选择监测项目的原因24-25
2.3 自然条件下人工湖水质随时间变化情况研究25-42
2.3.1 物理指标25-31
2.3.2 生物化学指标31-38
2.3.3 叶绿素a 与各指标的相关关系38-41
2.3.4 氮磷比41-42
2.4 非点源污染对水体的影响研究42-46
2.4.1 试验方法43
2.4.2 结果讨论43-46
2.5 本章小结46-47
3 人工湖内源污染分析47-61
3.1 底泥特性研究的意义47
3.2 未成库前人工湖底泥特性研究47-51
3.2.1 底泥随取样深度变化情况49-50
3.2.2 底泥沿程分层变化情况50-51
3.2.3 底泥特性分析51
3.3 成库后人工湖底泥营养盐释放模拟试验51-59
3.3.1 底泥的理化性质分析51-52
3.3.2 底泥营养盐释放模拟试验52-59
3.4 本章小结59-61
4 人工湖与城市湖（库）对比研究61-69
4.1 重庆市城市湖库水环境状况61-64
4.1.1 重庆市城市湖库分布情况61-62
4.1.2 重庆市城市湖库水质状况62-64
4.2 新校区人工湖水环境状况64
4.2.1 新校区人工湖特点64
4.2.2 人工湖水质状况64
4.3 水环境状况差异产生的原因分析64-66
4.3.1 外源污染分析64-65
4.3.2 内源污染分析65-66
4.4 本章小结66-69
5 人工湖水环境综合评价69-77
5.1 人工湖水环境的综合评价方法69-71
5.1.1 灰色聚类评价方法69-70
5.1.2 评价指标的选取70-71
5.2 运用模糊综合评判法对人工湖进行评价71-75
5.3 本章小结75-77
6 结论与建议77-79
6.1 主要结论77-78
6.2 建议78-79
参考文献81-85
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【关键词】：
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丈八沟人工湖富营养化的研究治理
湖泊富营养化是湖泊老化的标志,是湖泊内氮、磷等营养物质富集的结果.其中磷是富营养化的限制因素,因此研究磷的去除成为治理湖泊富营养化的关键问题.该论文针对西安市丈八沟人工湖富营养化的问题,进行了一系列的研究、治理工作.通过对丈八沟人工湖进行的藻类潜力实验,结果表明,磷是该湖泊富营养化的限制因素.在不同的pH值条件下,对丈八沟人工湖底泥释磷的情况作了一系列的实验研究.该实验选取3种不同的化学药剂石灰、硫酸铝和高分子化合物进行了试验研究,确定了三种药剂的最佳投量、最佳搅拌时间、最佳pH值等重要参数.通过技术经济比较,确定石灰为治理丈八沟人工湖的最佳投加药剂.在pH=10.5,石灰投加量为500mg/L,反应时间20分钟,沉淀时间为40分钟的条件下,磷的去除率达到最佳,为98.2﹪,高锰酸盐指数的去除率为47﹪,均达到国家景观用水B类标准.在治理丈八沟人工湖中采用在污水入口处建两个前置水库Ⅰ、Ⅱ的方案进行处理,并对工程总投资、运行成本进行了概算.该论文为丈八沟人工湖的综合治理提出了切实可行的设计方案.该治理方法将化学方法与生物化学法相结合,对富营养化水体进行处理,具有投资省、易于操作管理、处理效果明显等特点,是在国内外湖泊富营养研究中的一个新的尝试.
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关于人工湖等景观水体常见问题及处理方法
关于人工湖水体常见问题及处理方法一、人工湖水体常见的污染源1. 人为或自然引进的尘土、污染物，如漂浮着的塑料袋、纸屑、杂草落叶等；2. 地表径流、地下水和雨水，会夹杂着地面或是空气中的N、P、S等杂质进入水体；3. 养殖污染、水生植物和底泥污染，如向水中投入的过多食料和鱼类的排泄物、季节性死亡的水生植物残体、各种污染物或死亡的生物群落沉积到池底腐烂分解形成的底泥等；4. 中水补给水，中水来源于淋浴及洗漱等生活污水，在经中水站处理后、依然会含有大量的氨氮、硝酸盐以及磷酸盐等富营养元素；5. 地下水和雨水中往往会携带过量的重金属元素（如铁、锰等），这些金属元素会与消毒剂发生氧化反应，致使水体变黑。以上这些污染物若未及时处理，景观水体则容易发绿变黑、散发臭味、引起水生植物和动物的死亡，也会对人们的身心产生一定得影响。二、黑臭问题1. 现象水体呈黑色或棕黑色；有严重的腥臭味；透明度很低、溶解氧也很低甚至为零、PH也很低，水面上常会冒气泡，并常会漂浮着一块块黑色的底泥表层的剥离物；严重时水体缺乏脊椎动物甚至软体动物的生存条件或者引起大量死亡。2. 原因水体发黑一般有两种原因造成：1) 水体富含重金属元素（如铁、锰），这些元素往往会与水体投加的消毒剂发生氧化反应致使水体变黑。2) 水体发臭主要是有机污染物发生生物作用的结果。当水中有机碳、有机氮及有机磷极为丰富时（即硝酸盐、磷酸盐导致的水体富营养化），无论水中是否有充分的溶解氧，只要在合适的水温下，都将受到好氧或厌氧微生物的降解（一般情况下水温越高降解速度越快），产生各种不同的发黑发臭物质。发生这种现象的水域一般说来是：A. 缺乏固定的补充水源，一潭死水；B. 有外来的污染源（点源或面源）；C. 由于受严重的有机污染，而有机物的分解消耗大量的氧气，常使这类水体处于缺氧的状态，污染物在厌氧条件下分解产生一些低价的氧化物如亚铁类、亚锰类、低价硫盐等棕黑色的悬浮颗粒及硫化氢、甲烷、游离氨等带第1页，共5页臭味的气体，水质发生恶性循环；D. 因水体环境条件恶劣，使水中的菌相和藻相都不合理，有益微生物群处于弱势。3. 措施1) 切断污染源；2) 引水换水；3) 去除上层浮泥。若采用原水解救时一般可采取下列办法：A. 污染源必须切断；B. 若水的PH值偏低，应先调节PH值，使之上升到7.5-8.0；因为此范围的PH值能使微生物维持在较高的脱氮水平；C. 增氧：特别是底层增氧，为好氧微生物创造生存条件。酸性及厌氧环境容易促进底泥磷的释放。增加水体中的营养负荷；D. 投加水改剂：如强力去氨氮剂、天然有机物螯合剂、复合微生物制剂、水质澄清剂、去磷、去氮剂等；E. 采用浮岛技术及适当移入水生动植物，实现营养物质的转移；F. 使用多功能水质净化机；G. 采用生物膜技术；H. 投加合适的微生物制剂。三、水华问题1. 现象水体呈现浓厚的深绿色或棕黑色，水体表面覆盖着一层绿色、棕色或棕红色的藻类层。2. 原因水中营养物质极为丰富，造成藻类过量繁殖。形成水华的藻类有微囊藻、鱼腥藻、水花束丝藻、裸藻、硅藻等。因形成水华的藻种不同所呈现的颜色也不同。微囊藻、鱼腥藻形成的水华呈绿色；水花束丝藻形成的水华暗绿色；裸藻水华呈红棕色等。3. 措施A. 消除外来污染源；B. 使用多功能水质净化机；C. 化学除藻法（如硫酸铜除藻剂）或使用生物型（环保型）控藻剂，使用一次效 第2页，共5页果可保持0.5-2个月（具体视污染源而定），对兰藻形成的水华效果特别明显，因为控藻剂中的生物能吞食兰藻；D. 配置适当的水生植物包括挺水植物、浮叶植物、沉水植物以及建造浮岛；E. 采用絮凝过滤装置（包括过滤床），脱磷，除藻；F. 运用生物膜技术；G. 运用生物投菌技术；H. 合理放养滤食性鱼类和螺、蚌类等水生动物。据研究报告显示白鲢对鱼腥藻的利用率可达35%以上；I. 采用气浮技术。四、青苔问题1. 现象在水质较清、水深较浅又不太流动的水域或者是在水草上面着生一种丝状的，形如棉花一样的绿色藻类。2. 原因青苔一般在水质较瘦（有机物较少、浮游生物较少，一般在冬春季节）、水位较浅、水位较高的地带容易滋生，特别是阳光直射池底的区域是青苔滋生最佳环境。3. 措施A. 在无水草又无鱼类的水体可直接投加硫酸铜或杀菌灭藻剂（用量需准确计算） ；B. 在有鱼类而无水草的水体，可按比例投加杀菁苔剂；C. 在有水草需要保护的水域，可用石灰加草木灰合剂或泼石膏水；D. 遮阴避光 。五、水质变坏元凶：水体富营养化1. 定义水体富营养化是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这种自然过程非常缓慢。而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。水体出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖，形成水华（淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象）。因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象在海洋中则叫做赤潮或红潮。
第3页，共5页2. 来源本水体中过量的氮、磷等营养物质主要来自未加处理或处理不完全的生活污水、有机垃圾和粪便等。1) 氮源大量氨氮和硝酸盐氮进入水体后，改变了其中原有的氮平衡，促进某些适应新条件的藻类种属迅速增殖，覆盖了大面积水面。美国的有关研究部门发现，含有尿素、氨氮为主要氮形态的生活污水和人畜粪便，排入水体后会使正常的氮循环变成“短路循环”，即尿素和氨氮的大量排入，破坏了正常的氮、磷比例，并且导致在这一水域生存的浮游植物群落完全改变，原来正常的浮游植物群落是由硅藻、鞭毛虫和腰鞭虫组成的，而这些种群几乎完全被蓝藻、红藻和小的鞭毛虫类所取代。2) 磷源水体中的过量磷主要来源于淋浴洗漱等生活污水。在生活污水中磷酸盐的主要来源是洗涤剂，它除了引起水体富营养化以外，还使许多水体产生大量泡沫。水体中过量的磷一方面来自生活污水，另一方面还有其内源作用，即水体中的底泥在还原状态下会释放磷酸盐，从而增加磷的含量，特别是在因硝酸盐引起的富营养化时，由于污水的排入使之更加复杂化，会使该系统迅速恶化，即使停止加入磷酸盐，问题也不会解决。这是因为多年来在底部沉积了大量的富含磷酸盐的沉淀物，它由于不溶性的铁盐保护层作用通常是不会参与混合的。但是，当底层水含氧量低而处于还原状态时(通常在夏季分层时出现)，保护层消失，从而使磷酸盐释入水中所致。3. 危害富营养化会影响水体的水质，会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。同时，因为水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解产生的有害气体和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。因富营养化水中含有硝酸盐和亚硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。在形成“绿色浮渣”后，水下的藻类会因得不到阳光照射而呼吸水内氧气，不能进行光合作用。水内氧气会逐渐减少，水内生物也会因氧气不足而死亡。死去的藻类和生物又会在水内进行氧化作用，这时水体也会变得很臭，水资源也会被污染的不可再用。六、常见的景观水体处理技术及方法景观水体的处理技术、方法可以大体上分为物理法、化学法和生物法三种。详情参见下表：
第4页，共5页分类 技术方法 适用条件水体泥沙过多、透明度下降时采用可稀释水中的杂质浓度。适用于水量小的水池（十几立方）。 对含有较多悬浮固体（SS）或泥沙的景观水体效果尚好。一般泳池水处理采用过滤法。 对含悬浮物和藻类较多（富营养化）的水体适用。特点换取洁净的水源费用高、维持时间不确定，会浪费宝贵的水资源。 对水中溶解性污染物、藻类、色度的去除没有针对性，且需修建机房并考虑循环管道的铺设。存在循环周期这一瓶颈。 需修建机房并铺设管道，亦存在循环周期的瓶颈。分离出来的藻类和漂浮物没有被分解掉，即变相的“污染转移”。引水换水物理法 循环过滤气浮法化学法 投撒化学药剂长期使用会出现抗药性藻类，药投撒化学杀菌灭藻剂效剂本身累积的污染易产生其他隐果立竿见影，应急之用。患。 适用于土地资源丰富、气具有一定的美学价值和经济效候适宜的地区，且要求景益，能将水中的污染物分解吸收。观水体水量小、污染轻。 但对管理和技术要求高。 适合各种景观水体，对水量大的水体尤其适用。以生态净化为主，机械循环净化为辅。人工湿地生物法直接净化技术
云南健尔峰机电工程有限公司第5页，共5页
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