水化学和氮同位素结合的方法评价西湖水质、预测氮污染源并估算污染物入湖通量

摘要

水体富营养化是个世界性难题。西湖作为杭州市旅游业的“灵魂”和世界文化遗产，其水质状况倍受关注。不过多年来，西湖水质水体呈富营养化，降低了西湖旅游的价值和可持续开发潜力。本文致力于西湖富营养化评价，氮同位素追踪硝酸盐污染源以及各污染物入湖通量的估算，以求为西湖水质改善和我国水资源有效利用提供数据支持。 本研究得到的几个主要结论: (1)自钱塘江引水工程开始以来，西湖水质得到很大改善，但TN浓度仍然较高，超过水环境功能区Ⅳ类标准，是西湖的主要污染物。单因子标识指数法显示西湖水质在时间和空间上各指标（除TN外）都指示为Ⅱ～Ⅳ类水，TN指标指示为Ⅳ～劣Ⅴ类水。用综合标识指数法对西湖富营养化等级的评价结果显示采样期间西湖富营养化等级基本为中营养型。 (2)西湖水、钱塘江引水以及地表径流中NO3--N是氮的主要存在形式，雨水中NO3--N同样占了很大比重。西湖流域各个采样点的NO3--N，Cl-和SO42-浓度的变化趋势基本一致，显示高度相关性，说明NO3--N、Cl-、SO42-的来源与农业化肥、有机肥的施用相关。西湖流域水体NO3-的δ15N值变化范围为+2.6‰～+12.0‰。δ15N值表明农业上化肥、有机肥的施用，雨水，土壤有机氮都是西湖的NO3--N来源;底泥中存在的反硝化作用以及地下水与西湖湖水的交换可能导致西湖湖水δ15N值偏高有很大关系。 (3)用插值法估算污染物通量结果显示2012年4月～2013年3月期间西湖污染物COD，TN，NO3--N，BOD5，NH4+-N和TP的入湖通量分别为1595.3t，576.0t，360.3t，255.8t，84.2t和8.2t。钱塘江引水是西湖污染物入湖通量的主要贡献者，各污染指标COD，BOD5，TP，TN，NO3--N和NH4+-N分别占了各指标总量的62％，63％，50％，62％，61％和54％。地表径流是西湖污染物入湖通量的第二大贡献者，各指标占的百分含量分别为:36％的COD，33％的BOD5，47％的TP，33％的TN，37％的NO3--N以及26％的NH4+-N。雨水对西湖污染物的贡献同样不能忽视，分别占了2％，4％，3％，5％，2％和20％的COD，BOD5, TP, TN, NO3--N和NH4+-N。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 引言

1．1 选题背景

1．2 本文创新点

第二章 综述

2．1 湖泊水质评价及氮污染源解析

2．1．1 水体富营养化概述

2．1．2 湖泊水质评价方法

2．1．3 N同位素解析地表水体NO3-污染源

2．2 污染物通量的估算

2．2．1 入湖河流污染物通量的研究现状

2．2．2 大气湿沉降污染物通量的研究现状

2．2．3 农业非点源污染负荷的研究现状

2．2．4 存在的不足

2．3 本课题的研究目的、意义及研究内容

2．3．1 研究目的与意义

2．3．2 主要的研究内容

第三章 研究材料和方法

3．1 研究区域概况

3．1．1 西湖地理概况

3．1．2 西湖气候特征

3．1．3 西湖水文概况

3．1．4 西湖生态环境

3．1．5 西湖周边龙井茶种植相关情况

3．2 西湖及周边水域采样

3．2．1 采样点布置及水样处理方法

3．2．2 分析项目及分析方法

第四章 西湖富营养化等级评价及污染源解析

4．1 研究方法

4．1．1 富营养化评价方法

4．1．2 氮污染源的同位素值

4．2 结果与讨论

4．2．1 西湖水质状况

4．2．2 单因子标识指数法评价

4．2．3 综合水质标识指数法评价

4．2．4 N同位素解析NO3-污染源

4．3 本章小结

第五章 西湖污染物通量估算

5．1 研究方法

5．1．1 地表径流量的估算

5．1．2 污染物通量估算公式

5．2 各污染源水质指标浓度

5．2．1 钱塘江引水

5．2．2 大气湿沉降

5．2．3 地表径流

5．3 污染物通量估算

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录 地表水环境质量标准基本项目标准限值

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文