| 题名 | 半干旱半湿润地区基层流域单元水质目标管理技术研究——以滦河流域为例 |
| 作者 | 解莹 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 李叙勇 |
| 关键词 | 半干旱半湿润地区 水质目标管理 SPARROW模型 系统动力学模型 滦河流域 semi-arid and semi-humid area water quality target management SPARROW model System Dynamics model Luanhe River Basin |
| 其他题名 | Management Technology of Water Quality Target in Semi-arid and Semi-humid Areaon the Basic Level Watershed Unit ——The Luanhe River Basin as a Case Study |
| 学位专业 | 生态学 |
| 中文摘要 | 近年来，随着经济的快速增长，中国半干旱半湿润地区的大多数河流污染状况严重，水质超出中国地表水环境质量标准要求。目前对半干旱半湿润地区河流水环境特征和水环境管理技术体系缺乏系统深入的研究，尚未建立相关水质目标管理监控体系，水质目标管理的研究多集中于重点流域的大尺度研究上，很少将工作分到具有可执行性的小尺度单元上，研究较为集中的需要数据量较多的机理性模型在中国应用效果不理想，而且相关研究较少考虑水量变动对污染负荷的影响，因此不能对污染物排放实施有效的监督管理，难以对其水环境进行有效保护。 本文针对目前研究中存在的问题，结合半干旱半湿润地区的特点，在“分区、分类、分级、分期”水环境管理理念指导下，以滦河流域为研究区，从水量、水质、水生生物、水土流失、土地利用等方面，分析滦河水生态环境现状和演变趋势，在此基础上对影响滦河流域水质的主要污染指标进行识别。建立控制单元分级划分体系，应用对数据要求较少的SPARROW模型和系统动力学模型对各控制单元中特定污染物的污染负荷进行模拟计算和情景分析；研究了控制单元的水环境容量计算方法和不同情景下的污染负荷削减方案，提出了滦河流域水质目标管理的对策建议，为保障滦河流域水生态系统健康，制订水污染防治的总体方案提供技术支持。本文主要包括以下几个方面的研究结果： 1、水环境调查与分析 通过对滦河流域水资源量进行分析发现，滦河流域1956~2007年年均水资源量为43.71亿m3，水资源总量的趋势性减少倾向比较明显。对滦河流域水质进行分析发现，该地区水污染物浓度存在较大的时空差异，主要污染物为总氮、氨氮、总磷和高锰酸盐指数，基本呈现富营养化状态；29个监测站点中临近县城的站点因受点源的影响水质较差；在河流总体评价中，柳河污染最为严重。根据评价结果将所有监测站点分为达标和未达标两类，污染源解析结果表明达标站点和未达标站点的污染物的最大贡献者分别是生活污水和工业废水。 滦河流域浮游植物密度差异较大，总体呈现上游大于下游、非汛期大于汛期的状态。滦河干流底栖动物种类丰富，生物多样性高，节肢动物门的水生昆虫类为主要类群。其上游底栖动物种类丰富，下游干流次之，潘家口水库库区仅有少数种类，水库以下河段最少。鱼类物种多样性明显下降，野生鱼类种类少，且数量较低。2007年滦河流域水土流失面积为19945.83km2，而土壤侵蚀主要有风蚀和水蚀两种主要形态，水土保持工作形势严峻。1985~2010年间，滦河流域林地面积大幅增加、耕地面积有所减少、大量未利用地被开发、水域面积明显萎缩。 2、分级控制单元体系的构建 将滦河流域整体作为一级流域单元，在此基础上将流域分别划分为12个以子流域为单元的和20个以县、市为单元的二级分区，并在二级分区的基础上考虑县市和子流域的融合划分了49个三级基层控制单元。 3、控制单元污染负荷核算 考虑到半干旱半湿润地区水量变动大的特点，模拟计算了25%、50%和75%水文保证率下和30Q10情景及汛期和非汛期的滦河流域总氮污染负荷。这六种情景下的总氮输出量分别为312824.1 t/a、270451.9 t/a、199128.9 t/a、162592.5 t/a、98046.72 t/a和161855.6 t/a。 通过对2011年至2030年COD排放量及其变化趋势的模拟结果表明，按现状方案发展，滦河流域水资源供需比呈现一个递减的趋势，水资源和水环境状况难以支撑滦河流域社会经济的长远发展，现状条件下社会经济发展不具有可持续性。通过对改善滦河流域水资源供需矛盾的五种优化配置方案进行对比分析发现，在综合考虑节水、治污和调整产业结构的方案中，滦河流域供需比比常规发展模式下的现状方案平均提高20%，COD排放量平均减少30%以上。 4、控制单元水环境容量的计算 水环境容量计算结果表明：在25%、50%、75%水文保证率下研究区内总氮和COD的水环境容量分别为14741.26 t/a和237082.90 t/a，11841.56 t/a和174461.78 t/a，9241.93t/a和140404.19 t/a。30Q10情境下总氮和COD的水环境容量分别为7560.56 t/a和126363.78 t/a。而汛期和非汛期这两个指标的水环境容量则分别为4392.9 t/a和65970.14 t/a，6229.75 t/a和96975.32 t/a。 5、滦河流域水质目标管理方案 模拟的6种情景水量方案中绝大多数基层单元的总氮污染源的污染负荷均需削减70%以上，才能满足水质目标要求。在对75%水文保证率下2011～2030年不同发展情景下的COD削减量进行计算中发现，就COD这一指标在滦河流域有进行排污权交易的可能性。并相应的提出了滦河地区水质目标管理对策。 最后建议在今后的工作中从以下几个方面进行深入：建立控制单元划分相关指标体系，以更好地表征水体水质与环境之间的相互关系；污染源污染负荷分配的过程中考虑开展基于公平和效率原则的水污染削减量优化分配模型的研究，以期为水质目标管理的实施提供科学依据。针对SPARROW模型存在的潜在弱点，建议应用贝叶斯方法对其进行改进。 |
| 公开日期 | 2014-07-16 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7587]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_城市与区域生态国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 解莹. 半干旱半湿润地区基层流域单元水质目标管理技术研究——以滦河流域为例[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2013. |
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