大沽河河口區(qū)氮磷營養(yǎng)鹽輸移轉化行為特性研究.pdf

1、隨著青島市社會經濟的快速發(fā)展，沿海工農業(yè)生產和城市化進程加快，大量工農業(yè)廢水和生活污水通過河流排放到膠州灣中，膠州灣水體的環(huán)境污染形勢日趨嚴峻。大沽河是匯入膠州灣中流量和含沙量最大、流程最長的河流，是膠州灣重要的氮、磷營養(yǎng)鹽輸入來源。因此對復雜徑流和潮流條件影響下大沽河口的無機氮、磷酸鹽遷移轉化行為進行深入研究，進而為膠州灣海域的水質改善提供參考依據(jù)和技術支持，是一項既有理論研究意義又有實踐應用價值的工作。
　　本文采用現(xiàn)場觀測資

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和水質特性。重點建立了徑流、潮流耦合作用下的平面二維水動力數(shù)學模型，無機氮、磷酸鹽輸移轉化水質數(shù)學模型和富營養(yǎng)化水質數(shù)學模型，并與現(xiàn)場觀測資料進行了驗證;通過分析數(shù)學模型計算結果，探討了典型徑流、潮流過程和不同排污標準情況下，大沽河口的NH4、NO-2、NO-3、PO43-4、 PN、PP、DN、DP、IN和IP等參數(shù)的時空分布特性。主要工作和結論如下:
　　(1)在膠

3、州灣、大沽河口附近徑流和潮流特征參數(shù)整理的基礎上，對膠州灣主要排污單元進行了現(xiàn)狀分析。分析了2009年6月-2012年12月11個測站現(xiàn)場觀測的水溫、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，水體污染較嚴重。P是膠州灣浮游植物生長的主要限制因子。膠州灣東北部富營養(yǎng)化程度較高，西部測站數(shù)值相對較小。

4、>　　(2)建立了考慮徑流、潮流耦合作用下的平面二維水動力模型和N，P營養(yǎng)鹽輸移轉化的水質模型。水質模型包括DO、NH+4、NO-3、PO34-、葉綠素a等7個主要變量，9個輔助變量和39個常數(shù)。通過與典型時期潮位、潮流速、流向和水質參數(shù)對比，驗證了數(shù)學模型的精度和可靠性。
　　(3)分析典型徑流條件下的計算結果，發(fā)現(xiàn)平水期和豐水期徑流條件2小時后，大沽河口DO濃度較低，NH4、NO3和PO3-4濃度較高。受沿程紊動擴散混摻作用的

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。
　　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。
　　從水質參數(shù)極大區(qū)的平面分布

6、來看，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進入膠州灣后分布有偏向河口右岸的趨勢;豐水期流量的大幅增加，使得徑流和潮流的紊動混摻范圍和強度有明顯增加，導致各水質參數(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進入膠州灣后偏河口右側分布的趨勢減弱，基本上呈現(xiàn)以河口縱向主槽為對稱軸，兩側對稱分布的狀態(tài)。
　　(4)對一、二類污水水質排放上限條件下，大沽河口附

7、近的水質參數(shù)分布狀況進行了計算分析，結果表明:大沽河口DO從北向南基本呈現(xiàn)遞增的趨勢，NH+4、NO-3和PO3-4從北向南基本呈現(xiàn)遞減趨勢。15天后，兩種排放條件下的大沽河口附近DO滿足一類海水水質標準，NH+4和NO-3、PO3-4都為超四類海水水質標準。所以，較短時間內提高排污入海的水質，對大沽河口海域水質的改善影響不大。因此，控制大沽河攜帶工農業(yè)生產生活污水的排放量，提高其入海水質的標準是未來大沽河口水環(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、浮游動物含碳量、碎屑碳、碎屑氮、碎屑磷、無機氮、無機磷、溶解氧、底棲植被含碳量等12個基本變量的富營養(yǎng)化水質模型。分析計算結果發(fā)現(xiàn):
　　平水期徑流條件下，大沽河口PN、PP、IN、IP的濃度較高。隨著時間增加，大沽河口PN、PP、DN和DP極大值相應增加;IN和IP極大值變化不大。平面分布上，初始時刻上述參數(shù)極大區(qū)呈現(xiàn)以河口縱向主槽為對稱軸，左右

9、兩側對稱分布的狀態(tài);隨著時間增加，極大區(qū)呈現(xiàn)偏向河口右岸的分布趨勢。
　　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)由河口縱向對稱分布逐漸偏向左岸。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)平面上初始時刻呈現(xiàn)以河口縱向主槽為對稱軸，左右兩側對稱分布的狀態(tài)。較長時間后，I