大沽河河口區(qū)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽輸移轉(zhuǎn)化行為特性研究.pdf

1、隨著青島市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，沿海工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市化進(jìn)程加快，大量工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水通過(guò)河流排放到膠州灣中，膠州灣水體的環(huán)境污染形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。大沽河是匯入膠州灣中流量和含沙量最大、流程最長(zhǎng)的河流，是膠州灣重要的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽輸入來(lái)源。因此對(duì)復(fù)雜徑流和潮流條件影響下大沽河口的無(wú)機(jī)氮、磷酸鹽遷移轉(zhuǎn)化行為進(jìn)行深入研究，進(jìn)而為膠州灣海域的水質(zhì)改善提供參考依據(jù)和技術(shù)支持，是一項(xiàng)既有理論研究意義又有實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值的工作。
　　本文采用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資

2、料搜集、理論研究和數(shù)值模擬等手段，分析了大沽河和膠州灣的水力學(xué)和水質(zhì)特性。重點(diǎn)建立了徑流、潮流耦合作用下的平面二維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型，無(wú)機(jī)氮、磷酸鹽輸移轉(zhuǎn)化水質(zhì)數(shù)學(xué)模型和富營(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，并與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料進(jìn)行了驗(yàn)證;通過(guò)分析數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果，探討了典型徑流、潮流過(guò)程和不同排污標(biāo)準(zhǔn)情況下，大沽河口的NH4、NO-2、NO-3、PO43-4、 PN、PP、DN、DP、IN和IP等參數(shù)的時(shí)空分布特性。主要工作和結(jié)論如下:
　　(1)在膠

3、州灣、大沽河口附近徑流和潮流特征參數(shù)整理的基礎(chǔ)上，對(duì)膠州灣主要排污單元進(jìn)行了現(xiàn)狀分析。分析了2009年6月-2012年12月11個(gè)測(cè)站現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的水溫、鹽度、pH、DO、COD、NH4、NO-2、NO-3和PO43-數(shù)據(jù)，探討了膠州灣水質(zhì)參數(shù)的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)膠州灣東北部海域的COD、NH4、NO2、NO-3和PO3-4數(shù)值較大，水體污染較嚴(yán)重。P是膠州灣浮游植物生長(zhǎng)的主要限制因子。膠州灣東北部富營(yíng)養(yǎng)化程度較高，西部測(cè)站數(shù)值相對(duì)較小。

4、>　　(2)建立了考慮徑流、潮流耦合作用下的平面二維水動(dòng)力模型和N，P營(yíng)養(yǎng)鹽輸移轉(zhuǎn)化的水質(zhì)模型。水質(zhì)模型包括DO、NH+4、NO-3、PO34-、葉綠素a等7個(gè)主要變量，9個(gè)輔助變量和39個(gè)常數(shù)。通過(guò)與典型時(shí)期潮位、潮流速、流向和水質(zhì)參數(shù)對(duì)比，驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的精度和可靠性。
　　(3)分析典型徑流條件下的計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)平水期和豐水期徑流條件2小時(shí)后，大沽河口DO濃度較低，NH4、NO3和PO3-4濃度較高。受沿程紊動(dòng)擴(kuò)散混摻作用的

5、影響，DO濃度逐漸增加，NH+4、NO-3和PO3-4濃度呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。
　　從影響范圍的角度分析，豐水期徑流條件下河口附近5.2mg/L以下的DO濃度分布范圍增加至平水期的6.3倍左右，1mg/L以下的NH+4濃度分布范圍增加至平水期的7.2倍左右，1 mg/L以下的NO;濃度分布范圍增加至平水期的5.25倍左右，0.16mg/L以下的PO3-4濃度分布范圍增加至平水期的5.8倍左右。
　　從水質(zhì)參數(shù)極大區(qū)的平面分布

6、來(lái)看，由于潮流流向的影響，平水期徑流條件下大沽河攜帶的DO、NH+4、NO-3和PO3-4進(jìn)入膠州灣后分布有偏向河口右岸的趨勢(shì);豐水期流量的大幅增加，使得徑流和潮流的紊動(dòng)混摻范圍和強(qiáng)度有明顯增加，導(dǎo)致各水質(zhì)參數(shù)的分布更為均勻，空間梯度減小，大沽河攜帶的DO、NH4、NO-3和PO3-4進(jìn)入膠州灣后偏河口右側(cè)分布的趨勢(shì)減弱，基本上呈現(xiàn)以河口縱向主槽為對(duì)稱軸，兩側(cè)對(duì)稱分布的狀態(tài)。
　　(4)對(duì)一、二類污水水質(zhì)排放上限條件下，大沽河口附

7、近的水質(zhì)參數(shù)分布狀況進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果表明:大沽河口DO從北向南基本呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，NH+4、NO-3和PO3-4從北向南基本呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。15天后，兩種排放條件下的大沽河口附近DO滿足一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，NH+4和NO-3、PO3-4都為超四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。所以，較短時(shí)間內(nèi)提高排污入海的水質(zhì)，對(duì)大沽河口海域水質(zhì)的改善影響不大。因此，控制大沽河攜帶工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活污水的排放量，提高其入海水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)是未來(lái)大沽河口水環(huán)境生態(tài)改善的重要方向。<

8、br>　　(5)建立了考慮浮游植物含碳量、浮游植物含氮量、浮游植物含磷量、葉綠素a、浮游動(dòng)物含碳量、碎屑碳、碎屑氮、碎屑磷、無(wú)機(jī)氮、無(wú)機(jī)磷、溶解氧、底棲植被含碳量等12個(gè)基本變量的富營(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)模型。分析計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn):
　　平水期徑流條件下，大沽河口PN、PP、IN、IP的濃度較高。隨著時(shí)間增加，大沽河口PN、PP、DN和DP極大值相應(yīng)增加;IN和IP極大值變化不大。平面分布上，初始時(shí)刻上述參數(shù)極大區(qū)呈現(xiàn)以河口縱向主槽為對(duì)稱軸，左右

9、兩側(cè)對(duì)稱分布的狀態(tài);隨著時(shí)間增加，極大區(qū)呈現(xiàn)偏向河口右岸的分布趨勢(shì)。
　　豐水期徑流條件下，河口PN、PP、DN、DP、IN和IP濃度影響范圍明顯增加。隨著入海徑流的持續(xù)增加，PN、PP、DN和DP極大區(qū)由河口縱向?qū)ΨQ分布逐漸偏向左岸。IN和IP極大區(qū)前緣線依次呈現(xiàn)不規(guī)則橢圓，凸向膠州灣口方向的弓形，以大沽河口為圓心的半圓形分布的特征;IN和IP極大區(qū)平面上初始時(shí)刻呈現(xiàn)以河口縱向主槽為對(duì)稱軸，左右兩側(cè)對(duì)稱分布的狀態(tài)。較長(zhǎng)時(shí)間后，I