渭河陕西段氮污染及控制规划的研究 (1).docx

摘要渭河陕西段氮污染及控制规划研究学科: 水文学及水资源作者姓名:蔡明签名: 导师姓名:李怀恩答辩时间: 2004 年 11月摘要签名: 随着社会和经济的迅速发展,水资源匮乏和水污染日益严重所引起的水危机已成为我国实施可持续发展战略的制约因素。流域水污染包括点源污染和非点源污染两部分。由于对非点源污染缺乏足够的重视和缺乏合适的污染负荷估算方法,我国的水污染防治工作主要集中在点源污染上,从而造成实际污染治理效果与治理目标相脱节、水质控制目标落空等后果。作为黄河最大支流的渭河,是陕西关中地区的生命河。渭河流域污染治理水平直接影响着关中地区社会经济发展的兴衰。氮是渭河的主要污染物之一,针对渭河水污染特点,本文结合流域实际情况和资料条件,综合考虑点源污染和非点源污染,对流域的氮污染治理进行了综合控制规划研究。论文的主要研究内容和取得研究成果如下: (1). 进行了流域污染负荷估算方法研究。目前对污染负荷的估算方法有分时段负荷之和、时段平均浓度与时段水量之积、负荷频率分布之和、对流-扩散模式等四种类型。不同方法对污染物总负荷量的确定结果差异较大,有时相差几倍。本文对流域年污染负荷的估算选择了 8 种方法,分析比较各自的结构特点,并用流域含沙量实测资料进行验证,分析得出利用时段通量平均浓度与时段平均流量之积计算流域丰平枯各期负荷,然后求和的方法计算结果比较合理。本文收集的渭河水质资料中,适合该方法计算年负荷的污染物有 BOD 5、P 2O 5 、硝酸盐氮、总氮和泥砂。(2). 对 Johnes 输出系数模型进行了改进。在确定各类输出系数应用 Johnes 模型的 I 西安理工大学博士学位论文基础上, 针对原模型的不足, 提出了考虑降雨因素影响和污染物在迁移过程中损失的改进模型, 并给出了降雨影响系数α和流域损失系数λ的确定方法。模型应用结果表明, 改进后的输出系数模型机理更明确, 模拟更符合实际。(3). 建立了非点源污染负荷估算的降雨量差值法。根据非点源污染的产生受降雨量和降雨径流过程的影响,其负荷与降雨量的大小密切相关的特点,提出了估算非点源污染负荷的降雨量差值法。模型应用结果表明,降雨量差值法可用于流域非点源污染负荷的估算,是一种不涉及污染物迁移转化机理、适合污染监测资料条件差的实用方法。(4). 污染负荷估算模型的应用及比较。利用径流分割法、降雨量差值法和输出系数法三类方法五种模型对流域氮的污染总负荷、点源污染负荷和非点源污染负荷进行了估算。指出输出系数法中的模型 1 描述的是流域非点源多年平均负荷;模型 2 对流域降雨对非点源污染负荷的影响反映比较客观;模型 3 、径流分割法和降雨量差值法描述的是流域出口断面向下游输出的污染负荷,实例研究表明三类模型的计算结果基本接近。(5). 探讨了渭河氮污染与流域人类活动的定量响应关系。对流域 1978 ~ 2000 年水质氮污染资料和同期流域人口、工农业总产值等相关的社会、经济资料进行了相关分析。一元回归分析表明: 影响流域点源污染的人类活动因素主要是流域内的工业总产值和城镇人口;逐步回归分析表明: 影响流域非点源污染的因素主要是流域内总人口密度、农业及农村生产活动,特别是农村养殖的大牲畜尤为显著。(6). 建立了考虑非点源污染的区域最优化模型。综合考虑点源污染和非点源污染的影响,在污染总量控制条件下建立了水污染控制区域最优化模型。污染总量控制条件下,计算了渭河宝鸡段不同频率下点源和非点源的允许排放量和削减量,并进行了非点源污染影响下的区域最优化规划。(7). 提出了水污染控制区域最优化模型的求解方法。将遗传算法应用到区域最优化模型的求解,克服了分段试算法难以获得全局最优解的不足,提高了模型的收敛速 II 摘要度,并提出了渭河宝鸡段污水处理厂的优化布置方案(建厂位置、处理规模、处理率、投资等)。(8). 提出了流域污染综合控制措施。针对流域两类污染负荷大致相当、污染负荷与流域内人类活动密切相关的污染特点,对流域内的点源污染和非点源污染分别提出了控制和治理措施。关键词:氮;点源污染;非点源污染;负荷估算;响应关系;环境容量;污染控制; 渭河。本研究得到教育部优秀青年教师教学科研奖励计划(青年教师奖)项目( 2001-282 ) 和陕西省自然科学研究计划项目(2001D02) 的资助。 III ABSTRACT NITROGEN POLLUTION AND ITS CONTROL PLANNING IN SHAANXI REACH OF WEHEI RIVER Subject: Hydrology and Water Resources Author: Cai Ming Signature: Tutor: Li Huai-en Professor S ignature: Date: Nov.